基于UG的減速器參數化設計系統研究

王憲忠，吳鳳林

（太原理工大學 機械工程學院，太原 030024）

0 引言

齒輪減速器是一種隨著原動機的輸出轉速減低到工作機的所需轉速，而把原動機的輸出功率傳給工作機的傳動裝置，在機械傳動領域較為常見。

傳統的減速器設計方法，需要根據已知條件分別對各個零件分析設計然后建模，既費時又費勁、效率低且設計過程繁瑣，也不便于統一管理數據。為此，可以利用UG軟件參數化設計的相關功能。對于減速器參數化設計系統，用戶只需通過系統交互界面輸入基本條件參數，通過程序控制方式，即可實現對三維模型模板的實時修改和更新[1]，自動生成不同參數的新模型并進行裝配，大大縮短了產品開發周期，提高了設計效率。

1 參數化系統設計流程

建立參數化系統，需要對功能參數和幾何參數分析計算，由此推導模型的參數化表達式并建模，進行用戶菜單對話框等界面的設計，并通過UG Open技術實現各個零部件的模型生成及更新，最后將得到的零部件導入裝配體。在此以單級圓柱齒輪減速器介紹其過程。

2 零部件參數的設計計算

零部件參數的設計計算需要在充分了解結構與功能的基礎上，分析計算各零件的具體結構參數、輸入參數、中間計算參數及系統輸出參數和各零部件之間的結構關系、參數關系以及裝配關系。

根據以上數據，建立的零部件參數程序化設計計算庫，可以滿足對減速器設計的便捷性、自主性，計算的準確性。基于Visual C++6.0建立減速器零部件關鍵參數的設計計算算法程序，得到設計參數。計算過程中調用對應子程序，程序執行完畢后，顯示設計計算結果。過程框圖如圖1所示。

圖1 參數設計計算框圖

3 減速器三維建模

根據已知條件和零部件參數設計計算獲取的數據確定設計過程，通過UG軟件繪制零部件的三維模型模板，將減速器工程數據體現到三維模型的幾何數據上。

減速器系統中包括齒輪、軸、箱體、軸承、軸承蓋、鍵等眾多零件。繪制減速器零部件的三維模型模板，需要在充分分析全參數相關尺寸結構基礎上，綜合運用基于草圖驅動和特征驅動的建模方式，對模型的特征參數和尺寸約束、幾何約束聯系起來并進行驅動控制。

傳動零件齒輪的建模，在確定幾何特征參數后，齒廓漸開線的繪制可通過參數化表達式工具功能實現。為了簡化UG參數化表達式輸入過程，表達式可用記事本方式創建，保存為EXP文件， 然后在UG表達式中導入此文件，再利用UG“規律曲線”命令生成齒輪漸開線。生成漸開線及過渡曲線后, 通過鏡像、陣列、拉伸和布爾等命令的操作，即可得到完整齒輪三維模型模板。如圖2所示。

圖2 完整齒輪三維模型

減速器軸的建模利用UG中的基本成型特征即可。階梯軸的毛坯只要通過軸的直徑和長度等外形尺寸就能夠確立, 而槽、倒角圓角等結構則通常利用UG中相關特征操作來完成。

減速器上下箱體的建模是基于草圖模式構造箱體的輪廓并拉伸為實體。在箱蓋上添加凸臺并在凸臺部分進行孔命令等命令，箱座上添加凸墊并進行孔和腔體等命令，最后通過修剪、倒圓角等一系列特征操作來完成。

對于減速器中的軸承、螺栓、螺母、鍵等標準件，可從標準件庫中直接提取。使用標準件庫，可以實現資源共享，提高設計效率。

4 用戶界面設計和系統接口應用程序設計

通過用戶菜單，對話框等界面選擇、輸入或修改設計參數，參數經過系統應用程序接口進行數據傳遞，通過程序控制的方式可生成新的三維模型。流程圖如圖3所示。

圖3 設計流程圖

4.1 用戶交互界面設計[2,3]

人機交互界面是參數化系統設計的重要環節。用戶菜單及對話框通過提供直觀人性化的環境，使系統的操作更加簡捷方便。

4.1.1 設置UG環境變量

在用戶自定義開發目錄下建立startup等文件夾。W in7環境下右鍵單擊計算機-高級系統設置-高級-環境變量，新建變量輸入UGII_USER_DIR，變量值為用戶自定義開發目錄。

4.1.2 制定用戶菜單

在UG開發中，可以通過UG/OpenMenuScript實現菜單的用戶化。菜單的腳本文件為記事本創建和編輯的*.men文件，放在startup目錄之下。效果如圖4所示。

圖4 制定的用戶菜單

4.1.3 設計用戶對話框

UG/Open Uistyler工具用來編輯生成可視化用戶對話框，此對話框是實現人機交互，讀取原始數據和處理輸入數據的重要接口工具。以齒輪為例，生成的對話框如圖5所示。對話框文件保存時會生成三個文件：.dlg (Uistyler界面文件)、.h（c語言頭文件）和.c（c語言源文件）。.dlg 文件放在application目錄下。

4.2 系統接口應用程序設計

4.2.1 創建界面程序框架

基于VC++6.0中創建新的Unigraphics NX W izard V 1工程；設置工程環境；刪除工程中的.h和.c文件，然后將獲得的.h文件和.c文件(修改后綴為.cpp)拷貝到工程中；打開.cpp文件，根據要求對回調函數進行創建修改，生成所需的dll文件。最后利用DLL文件鏈接菜單文件，完成系統對菜單的調用和參數的獲取修改。

部分程序示例：

圖5 齒輪生成對話框

4.2.2 數據庫框架

系統建立了統一的模型參數數據庫，數據庫中保存了大量可供使用的數據。

M FC ODBC為數據庫的訪問提供了統一接口。 首先在管理工具中創建并配置ODBC數據源,然后Visual C++6.0 編程實現對數據庫讀取操作，為按鈕添加響應函數。

數據庫連結主要程序代碼如下：

利用ODBC數據庫操作類的封裝類，可實現與對數據庫的連接、顯示、訪問和查詢等大部分操作[4]。

5 零部件的虛擬裝配

對于實際裝配過程中可能會出現的零部件無法安裝，零部件之間的干涉等現象，通過UG軟件的虛擬裝配技術，可以直觀的評估其實際裝配性能，檢測零件設計的合理性和產品的可裝配性。

為了提高裝配路徑的優化性，最大限度的提高裝配過程的合理性，采用從零件到整體的裝配方式，并自下而上的裝配建模過程[5]。裝配組件定位過程中要完整分析定位信息，建立正確的配對約束。減速器模型裝配體效果如圖6所示。

圖6 減速器裝配體

6 結論

詳細介紹了減速器參數化設計的過程。首先根據設計要求計算出減速器所需的設計參數，以UG軟件建立減速器的三維造型模板和虛擬裝配系統，通過UG/Open API標準化接口，結合VC++編程程序控制技術讀取數據庫，生成并更新模型，交互式實現減速器的參數化設計系統。此系統可以方便快捷的完成減速器零部件的設計裝配，極大提高設計質量和效率，并對其他參數化系統的設計也提供了一定的參考價值。

[1] 趙麗娟,張雙,伍正軍.基于MFC和Pro/TOOLKIT的NGW型行星減速器參數化設計[J].機械傳動,2012;(04):58-60.

[2] 荀曉云,顏昌翔.基于UG二次開發的諧波減速器的參數化設計[J].機械傳動,2012;(04):53-57.

[3] 馮瑋,周啟來.齒輪參數化設計系統的研究與實現[J].制造業自動化,2011,4(33):103-104.

[4] 黃勇,張博林,薛運峰.UG二次開發與數據庫應用基礎與典型范例[M].北京:電子工業出版社,2008.

[5] 黎華,王重華,吳清華.起重機漸開線圓柱齒輪減速器三維參數化設計系統的研究和實現[J].機械設計與制造,2006;(10):53-55.