一 : 基于UG NX4.0的齿轮参数化设计及虚拟装配的实现

齿轮机构用于传递空间任意两轴之间的运动和动力 ,它是现代机械中应用最广泛的一种传动机构 ,具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。因此 ,现代齿轮机构的设计建模以及虚拟装配技术有着广泛的工程应用背景和研究意义[1 ]。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展 ,三维设计软件尤其是 Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及[2 ,3 ]。但基于 U G的齿轮设计系统一般都局限于齿轮二维轮廓的绘制或三维实体建模 ,齿轮参数的设计计算难以与CAD系统很好地集成 , 给齿轮的 CAD/ CAM 带来不利影响。本文利用 U G的二次开发技术 ,为解决这一问题提供了可行的方法 ,通过直接输入齿轮设计条件 ,利用计算得出的有关设计参数(模数、齿数、压力角、变位系数、齿顶高系数、顶隙系数)进行实体建模 ,实现齿轮的自动化设计 ,提高齿轮设计的效率和准确性。

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1 　齿轮计算机辅助设计

齿轮传动设计要计算出相啮合的一对齿轮的模数、齿数及齿轮的结构参数 ,如齿轮宽度、中心距等。

1. 1 　齿轮的设计过程

由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 ,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力 ,仅与齿轮直径有关。因此 ,按齿根弯曲强度计算所得到的模数 ,圆整成标准值后 ,即为齿轮模数;按齿面接触疲劳强度计算出的分度圆直径 ,即为小齿轮的分度圆直径。进而可计算出小、大齿轮的几何参数(齿数、齿宽、中心距等) 。这样设计出的齿轮传动 ,经过校验既满足了齿面接触疲劳强度 ,又满足了齿根弯曲疲劳强度 ,并能做到结构紧凑 ,避免浪费。

1. 2 　齿轮传动计算机辅助设计的实现

齿轮设计在 U G环境中 ,需要利用 U G/ OPENAPI实现齿轮设计计算。U G/ OPEN API 是一个允许程序访问并影响 U G对象模型的程序集 ,同时提供一个 U G所共容的编译和链接程序的方式 ,它支持 C/ C + +语言[4 ]。

齿轮传动设计模块程序的实现 ,包括两方面的内容:一是将齿轮传动系统的设计过程用 C 语言来实现;二是制作齿轮设计模块的界面。界面的设计 要 综 合 使 用 U G/ OPEN API、U G/ OPENMenuscript。在该模块的设计过程中 ,关键是实现对用户输入数据的读取。完成这一任务 ,依靠的是API函数。在 U G中 ,访问UIStyler 数据输入控件用到的数据类型是结构类型数据 UF STYL ER items、函 数 UF STYL ER ask value。UFSTYL ER item s 数据成员中最常用到的是表示控件标识的item id 和描述控件属性的结构变量item at t r。函数 UF STYL ER ask value 用来查询对话框控件的属性 ,它只能在对话框定义的回调函数中使用 ,下面以读取齿轮设计对话框中“设计参数”中相关参数为例 ,说明 API 函数的使用[5 ]。

int CANSHU back cb ( int dialog id ,

void 3 client data ,

UF STYL ER item value type p t

callback data)

{

if (UF initialize () ! = 0)

return

(UF UI CB CONTINUE DIALOG) ;

UF STYL ER item value type t data

[5 ]

;

data[0 ] . item id = CANSHU REAL 0 ;

data[0 ] . item at t r = UF STYL ER VALUE ;

UF STYL ER ask value ( dialog id , &data

[0 ]) ;

n = data[0 ] . value. real ;

…

}

2 　齿轮的参数化建模

2. 1 　直齿圆柱齿轮的三维造型原理

2. 1. 1 　渐开线方程的推导

绘制齿形 ,需要确定镜像中心 ,以保持轮齿的对称性。这就需要研究齿轮渐开线的形成及其方程式。如图 1 所示

图 1 　渐开线的形成

当直线发生域沿一个圆的圆周作纯滚动时 ,直线上任意一点 K的轨迹AK称为该圆的渐开线,简称渐开线。点 A 为渐开线在基圆上的起点, K为渐开线上任意一点,其向径用 r K表示,渐开线 A K 段的展角用θK 表示,基圆半径为r K。法线 B K与点 K速度方向线之间所夹得锐角称为齿廓在该点压力角,记为αK。 根据渐开线的性质 ,得到渐开线的极坐标参数方程式为:

2. 1. 2 　渐开线的绘制

根据渐开线的极坐标参数方程式(1)取点 ,然后用样条曲线拟和 ,实现自动绘图。

2. 1. 3 　镜像中心的确定

为计算方便 ,程序中渐开线的起点为 Y 轴上的象限点,如图2 所示。这时 Y 轴与齿轮渐开线的镜像中心夹角为θ,θ=θK +θ ′ 。以标准齿轮为例,分度圆上压力角为 20° , 则分度圆上的展角为:θK =tan20 - 20 × π/ 180 ,1/ 2 齿厚的夹角为θ ′=90/ z ,其中 z 为齿数。

U G中坐标系 WCS旋转角度θ:

θ= ( tan20 - 20 × π/ 180) ×180/π+ 90/ z (2)

进行坐标旋转后 ,以 Y 轴为镜像中心进行镜像 ,可得到齿轮轮齿的另一条渐开线。

2. 1. 4 　完整的齿轮造型

上述两条渐开线与齿顶圆和齿根圆一起经修剪后得到一封闭曲线 ,拉伸该曲线后 ,可得到齿轮的一个轮齿。将得到的轮齿绕一确定的点进行旋转 ,然后将轮齿与齿根圆进行布尔加操作 ,这样齿轮的基本雏形就形成了。

2. 2 　利用 GRIP实现齿轮三维参数化建模

根据齿轮造型原理和对特征参数的提取 ,本文通过二次开发工具 GRIP完成齿轮的参数化建模 ,开发流程如图 3 所示。

GRIP 语言通过命令行的形式来实现对 U G的操作 ,每一条命令的形式为:关键词/参数。在本部分开发的 GRIP 程序中 ,只需输入齿轮相关参数 ,即可自动生成齿轮。对话框中的默认参数就是GRIP程序从 API 接受的计算结果的数据[6 ]。若已知齿轮的相关参数 ,可直接向对话框中输入数据后 ,即可得到齿轮的三维模型。用 GRIP 绘制齿轮模型的步骤为: (1)打开在齿轮设计时所生成的齿轮数据文件或接受用户输入齿轮的有关参数; (2)确定齿轮轴线方向和中心位置; (3)根据齿根圆直径、齿轮厚度和所确定的位置与方向生成一个圆柱实体; (4)根据渐开线方程和齿轮参数生成齿轮的渐开线齿轮轮廓; (5)将齿轮轮廓拉伸成三维实体; (6)以圆柱实体的轴线为中心 ,将拉伸成的渐开线齿轮轮齿实体按齿数进行阵列; (7)将圆柱实体和齿轮轮齿实体进行布尔加操作 ,即按指定的方向和位置生成了直齿圆柱齿轮的三维模型; (8)最后进行打孔等操作 ,做出齿轮的其他特征(如凸台、工艺孔、键槽等) ,生成齿轮的三维模型。

在齿轮的参数化建模的过程中 ,要考虑到齿轮的结构。齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。在进行齿轮的结构设计时 ,必须综合考虑上述各因素的影响。通常是先按齿轮直径的大小 ,选定合适的结构形式 ,再根据经验数据 ,进行结构设计。本文建立了实心式和腹板式两种结构齿轮的模型。

3 　基于 U G关联约束的齿轮虚拟装配

U G装配过程是指在装配中建立部件之间的连接关系。它通过关联条件在部件间建立约束关系 ,来确定部件在产品中的位置。对于齿轮啮合装配来说 ,啮合曲面复杂 ,要使齿轮啮合 ,就需要分别在要进行啮合的两齿轮上建立参考平面。方法是:选中齿轮渐开线分度圆上一点 ,通过它建立一个参考平面 ,使其垂直于轮齿 ,即齿廓法线方向。在与之相啮合的另一齿轮的相应轮齿分度圆上 ,用同样的方法作一个参考平面。然后在这两个参考平面间建立面贴和关系 ,即可实现两个齿轮的啮合。齿轮装配中的难点就是齿轮的啮合。要保证齿轮的啮合 ,用上述的建立参考平面的方法能够实现 ,但是建立参考平面的过程比较繁琐 ,需要知道啮合齿轮的分度圆半径 ,同时要做出齿轮的分度圆 ,但是在参数化建模的过程当中 ,并不需要建立分度圆。经过笔者的反复实践发现 ,在建模的过程当中 ,渐开线上的一点的角度取的是分度圆的压力角 ,即该点是分度圆上的点。当正确约束两齿轮的中心距 、两端面平行时 ,只需要建立对应两点的贴和关系 ,也可保证齿轮的正确啮合。

4 　基于 UIStyler 定制用户对话框

UIStyler是一个可视化的对话框编辑器 ,它提供了丰富的控件。UIStyler 是由对话框编辑器、项目浏览器和资源编辑器 3 部分组成的 ,通过这 3 部分 ,开发者很容易就可编辑出符合用户自己要求的对话 框。用 UIStyler 编辑的对话框可以被Menuscript 调用 ,这样就可以通过用户菜单来调用对话框。同时 ,UIStyle 也可以从API中调用[7 ,8 ]。下面以本文的齿轮传动设计对话框的建立为例 ,来说明 UIStyle 对话框的建立过程。

启动 U G,从应用 →用户编辑器 ,调出 UIStyle编辑器 ,新建一个对话框。

在对话框属性的对话框标题处写上“齿轮传动设计” ;在前缀名中写上“GEAR” ;在调用对话框出的下拉菜单中选择用户退出;在选项下拉菜单中选择确定 ,取消按钮;最后按“应用”按钮。

添加控件。以材料选择对话框控件为例 ,在对话框中添加按钮 ,在属性项的标记中写上“材料选择” ,identifiler 中写上 ACTION 0 ,按“应用”按钮确定;在回调项的 Activate 中写上 leixing ,选中创建对话框单选按钮。

当用户所需的控件添加完成后 ,保存对话框为GEAR。这样 ,在用户目录下就会生成 3 个文件GEAR. dlg、 GEAR. h和 GEAR. template. c。

将头文件 GEAR. h复制到 U G安装目录下的ugopen文件夹下。

将对话框文件 GEAR. dlg 复制到用户工程目录下的 application文件夹中 ,以便UG启动时自动加载。

启动 VC + + 6. 0 ,新建工程 GEAR ,选择生成一个空白动态链接库选项。

添加文件。将 GEAR. template. c 文件改为GEAR. template. cpp 文件后 ,添加到工程中。在文件的相应位置添加用户程序 ,然后进行编译、调试、链接生成动态链接库文件 GEAR. dll。

将生成的动态链接库文件 GEAR. dll 复制到“* . utd”文件所规定的目录下 ,即可执行生成所需的对话框。

5 　基于 U G的齿轮设计建模系统开发实现

开发的齿轮设计建模系统运行过程如下:首先进入齿轮设计界面 ,如图 4 所示 ,可以进行齿轮传动的设计参数输入、设计计算、结果显示。进行材料选择和设计参数输入后 ,单击“设计计算”按钮 ,系统根据用户输入的参数会自动进行设计计算。

图 4 　齿轮传动设计对话框

设计结果信息窗口如图 5 所示。

图 5 　设计结果信息窗

利用 GRIP程序从 API接受的计算结果数据或通过齿轮建模参数界面输入相关参数 ,即可进行齿轮参数化建模。用户可根据具体情况选择不同的齿轮结构形式。图 6 为实心式和腹板式齿轮三维模型。

图 6 　实心式和腹板式齿轮模型

将设计好的各级齿轮进行虚拟装配得到的装配图

6 　结束语

本文设计开发的齿轮设计建模及虚拟装配系统 ,集齿轮强度校核计算和齿轮三维建模于一体 ,省去了传统设计过程中反复校验、反复调整输入参数的过程 ,并且计算结果直接用于齿轮的三维造型。利用各级齿轮三维模型可进一步进行齿轮的虚拟装配设计 ,以便及时发现设计中的问题。本系统缩短了齿轮设计制造的时间 ,提高了设计精度 ,并且可扩展性强 ,可进一步实现其他各类齿轮设计和建模任务 ,在齿轮设计制造中具有重要实用价值。

二 : UG怎么实现多边形零件阵列装配?

三维软件的装配功能对我们的设计、出图都有很大的帮助，因为在网上看见有人问UG NX软件中的装配中如何阵列，这篇经验就介绍一个在该软件中阵列装配的技巧，以一个六边形零件为例，需要阵列到一根圆管中。

软件名称：

模具三维设计软件ugnx10.0 64位 中文破解版(附安装教程)

软件大小：

3.3GB

更新时间：

2016-01-23

1、首先必须先创建部件，这里以一个六边形棒料为要阵列的对象，需要装配到圆管中。完成部件的创建后，新建一个装配文件，选择装配/组件/添加组件，或者直接点击工具条中的添加组件图标，选择圆管部件，旋转方式为绝对原点，这样在进行其它约束时，该部件就不会再移动。

2、接着继续添加组件，选择六边形部件，选择放置方式为装配约束，直接将该部件约束到圆管中心，可以借助坐标原点进行点和方向约束。

3、然后选择装配/组件/阵列组件，选择中间放置的六边形部件为阵列对象，方式为线性阵列，方向为水平，距离为六边形对边长度，数量为6个，完成后该部件沿水平方向阵列装配了5个部件。接着选择阵列的第一个部件，继续选择阵列组件，阵列方式改为圆形阵列，以原点为圆心，纵向轴为阵列旋转轴，角度为60度，数量为6，效果如图。

4、同样的方法选择另外几个水平阵列的部件，围绕原点中心进行圆形阵列，角度仍为60度，数量为6，这个角度是根据六边形的边来确定的，如果角度不对，阵列的部件就不能和相邻部件对齐。

5、再次选择阵列组件，选择一组面与坐标轴垂直的部件，方式为线性阵列，沿该方向分别阵列2、3、4个数量，距离为六边形的对边长。如图所示

6、完成后接着选取刚刚线性阵列的部件，选择圆形阵列，围绕圆心60度旋转阵列装配，这样将所有的空位填充完成。最后进行材料着色，效果如图。

注意事项：

注意阵列装配要考虑部件摆放位是否存在交叉干涉。

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三 : UG怎么创建药膏袋和盖子的装配?

前面写过两篇经验是在UG NX如何创建药膏袋和盖子模型的方法。这里再介绍一下在UG NX软件中如何将二者组装起来。

软件名称：

模具三维设计软件ugnx10.0 64位 中文破解版(附安装教程)

软件大小：

3.3GB

更新时间：

2016-01-23

1、首先新建一个装配文件，选择添加组件，选取药膏袋模型，选择放置为绝对原点。

2、接着再次添加组件，选择盖子，放置方式为约束配合，选择接触方式为自动对准中心轴，分别选取两个部件的圆弧中心，如图所示。

3、完成后选择视图中的新建截面视图，将视图进行剖切观察，选择移动对象命令，选取盖子，使用动态移动，将盖子和药膏袋螺纹部分对齐。最后进行材料着色效果如图。

注意事项：

注意动态移动时，可以沿任意方向移动，也可以进行旋转移动。

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四 : 基于UG的齿轮泵设计、装配以及运动仿真

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

西安航空职业技术学院

毕 业 设 计（论 文）

论文题目：基于UG的齿轮泵设计、装配以及运动仿真 所属系部： 航空制造工程系

指导老师： 佛新岗 职 称 ： 讲师

学生姓名： 乔旭 班级、学号: 09102202

专 业： 计算机辅助设计与制造

西安航空职业技术学院制

2012年1月15日

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西安航空职业技术学院 毕业设计论文 西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

题目： 基于

任务与要求：

1. 用UG的实体造型功能对齿轮泵的各个零部件进行造型

2. 用UG的装配功能对齿轮泵进行装配并作出分解图

3. 用UG的运动仿真功能对齿轮泵进行运动仿真

时间： 2011年日 至日 共 所属系部： 航空制造工程系

学生姓名： 乔旭 学 号： 09102202 UG的齿轮泵设计、装配以及运动仿真 专业： 计算机辅助设计与制造

指导单位或教研室： 计算机辅助设计与制造教研室

指导教师： 佛新岗 职 称： 讲师

西安航空职业技术学院制

2011年 11月 15 日

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毕业设计(论文)进度计划表

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基于UG的齿轮泵设计、装配以及运动仿真

【摘要】

本论文主要阐述了齿轮泵结构简单、制造方便、重量轻、体积小等特点,使得它获得了广泛的应用。外啮合齿轮泵作为一种典型的液压泵,在3D结构优化设计和分析方面,国内外都进行了大量的工作,已发表的文章也很多,但传统的分散型数值方法效率低、通用性差,不利于企业的直接应用。目前,随着

CAX(CAD/CAM/CAE)3D设计已成必然。UG是这样的一个CAX,它汇集了美国航空航天和汽车工业的专业经验,是目前最先进和最集成的CAX软件,UG把CAD,CAM和CAE无缝集成到统一、开放的环境中，提高了产品的流程信息的效率。制造加工时间缩短了20%。UG使设计实现通用化，不仅仅是零件再利用和标准化，更重要的是基于知识的工程方法和最佳实践。从工程设计、性能分析到概念设计等,正广泛应用于我国各制造业。

关键词：齿轮泵；UG；建模；装配；运动仿真

Abstract: This caption mainly expounds the gear pump has the advantages of simple structure, convenient manufacture, light weight, small size and other characteristics, so it widely applied. External gear pump is a kind of typical hydraulic pump, the structure of 3D optimization design and analysis, both at home and abroad have done a lot of work, published articles are also many, but the traditional decentralized numerical methods is low efficiency, poor universality, not conducive to enterprise application. At present, along with the CAX ( CAD / CAM / CAE ) 3D design has become an inevitable. UG is a CAX, it brings together the United States aerospace and automobile industry professional experience, is currently the most advanced and integrated CAX software, UG CAD, CAM and CAE seamlessly integrated into the unified, open environment, improve product process information efficiency. Manufacturing processing time is shortened by 20%. The design and implementation of UG universal, is not only the components reuse and standardization, more important is knowledge based engineering method and best practice. From engineering design, performance analysis to conceptual design, is widely used in China's manufacturing industry.

Key words:Gear pump; UG; modeling; assembly; motion simulation

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目录

绪论...........................................................................................................................- 5 - 第1章 齿轮泵的设计..............................................................................................- 5 -

1.1 齿轮泵概述 ................................................................................................................ - 5 -

1.2齿轮泵设计要求 ......................................................................................................... - 5 -

1.2.1 齿轮泵工作参数要求 ...................................................................................................... - 5 -

1.2.2 齿轮几何参数的要求 ...................................................................................................... - 7 -

1.3 齿轮泵主要部件参数的确定 .................................................................................... - 8 -

1.4齿轮泵的UG建模及装配 ......................................................................................... - 9 - 第2章 齿轮泵装配................................................................................................- 38 -

2.1主动齿轮轴与泵体的装配.......................................................................................- 38 -

2.2从动齿轮与泵和主动齿轮轴的装配........................................................................- 38 -

2.3总装配图....................................................................................................................- 39 -

2.4主动齿轮轴的零件图................................................................................................- 40 -

2.5装配工程图................................................................................................................- 40 - 第3章 齿轮泵的运动仿真....................................................................................- 40 -

3.1 UG的运动分析模块.................................................................................................- 40 -

3.2 UG的运动仿真.........................................................................................................- 41 -

3.2.1 打开运动仿真主界面 .................................................................................................. - 41 -

3.2.2 运动仿真工作界面介绍 ................................................................................................ - 41 -

3.2 运动模型管理 ........................................................................................................ - 43 -

3.3.1场景导航窗口................................................................................................................. - 43 -

3.3.2 编辑模型几何尺寸 ...................................................................................................... - 46 - 第4章 齿轮的校核 .............................................................................................. - 50 - 第5章 齿轮泵的闭死容积和卸荷槽 .................................................................. - 53 -

5.1 闭死容积 .................................................................................................................. - 53 -

5.2 卸荷槽 ...................................................................................................................... - 53 - 第6章 结束语 ...................................................................................................... - 54 - 第7章 致 谢 ........................................................................................................ - 55 - 第8章 参 考 文 献 ............................................................................................ - 55 -

- 4 -

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绪 论

随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新技术、促进经济增长都具有十分重要的作用。 UG是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。

动画演示形象、直观，能表达文字或者叙述不易讲解清楚的复杂产品的内部结构，模拟产品的工作情况，达到与非专业人士交流设计思想的目的。建立运动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并用动画、图形、表格等多种形式输出结果，其分析结果可指导修改零件的结构设计或调整零件的材料。设计的更改可以反映到装配模型中，再重新进行分析，一旦确定优化方案，设计更改就可直接反映到装配模型中。此外还可以将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析[5]。

第1章 齿轮泵的设计

1.1 齿轮泵概述

齿轮泵是靠相互啮合旋转的一对齿轮输送液体，分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。泵工作腔由泵体、泵盖及齿轮的各齿槽构成。由齿的啮合线将泵吸入腔和排出腔分开。随着齿轮的转动，齿间的液体被带至排出腔，液体受压排出。 齿轮泵适用于输送不含固体颗粒的液体，可作润滑油泵、重油泵、液压泵和输液泵。所输送液体的粘度范围为1?106mm2/s,齿轮泵结构简单，维修方便。

1.2齿轮泵设计要求

1.2.1 齿轮泵工作参数要求

（1）流量

外啮合齿轮泵在没有泄露损失的情况下，每一转所排出的液体体积叫做泵的理论排量，以qt表示。外啮合齿轮泵，一般两齿轮的齿数相同，所以

12122?qt??D?a?tb?btan???10?3?ml/r? (1) 2?33?2

a2?b?

式中： b——齿宽

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