齒輪傳動設計模塊程序的實現 ,包括兩方面的內容:一是將齒輪傳動系統的設計過程用 C 語言來實現;二是制作齒輪設計模塊的界面。界面的設計 要 綜 合 使 用 U G/ OPEN API、U G/ OPENMenuscript。在該模塊的設計過程中 ,關鍵是實現對用戶輸入數據的讀取。完成這一任務 ,依靠的是API函數。在 U G中 ,訪問UIStyler 數據輸入控件用到的數據類型是結構類型數據 UF STYL ER items、函 數 UF STYL ER ask value。UFSTYL ER item s 數據成員中最常用到的是表示控件標識的item id 和描述控件屬性的結構變量item at t r。函數 UF STYL ER ask value 用來查詢對話框控件的屬性 ,它只能在對話框定義的回調函數中使用 ,下面以讀取齒輪設計對話框中“設計參數”中相關參數為例 ,說明 API 函數的使用[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 　齒輪的參數化建模

　　2. 1 　直齒圓柱齒輪的三維造型原理

　　2. 1. 1 　漸開線方程的推導

　　繪制齒形 ,需要確定鏡像中心 ,以保持輪齒的對稱性。這就需要研究齒輪漸開線的形成及其方程式。如圖 1 所示

　　

　　圖 1 　漸開線的形成

　　當直線發生域沿一個圓的圓周作純滾動時 ,直線上任意一點 K的軌跡AK稱為該圓的漸開線,簡稱漸開線。點 A 為漸開線在基圓上的起點, K為漸開線上任意一點,其向徑用 r K表示,漸開線 A K 段的展角用θK 表示,基圓半徑為r K。法線 B K與點 K速度方向線之間所夾得銳角稱為齒廓在該點壓力角,記為αK。 根據漸開線的性質 ,得到漸開線的極坐標參數方程式為:

　　

　　2. 1. 2 　漸開線的繪制

　　根據漸開線的極坐標參數方程式(1)取點 ,然后用樣條曲線擬和 ,實現自動繪圖。

　　2. 1. 3 　鏡像中心的確定

　　為計算方便 ,程序中漸開線的起點為 Y 軸上的象限點,如圖2 所示。這時 Y 軸與齒輪漸開線的鏡像中心夾角為θ,θ=θK +θ ′ 。以標準齒輪為例,分度圓上壓力角為 20° , 則分度圓上的展角為:θK =tan20 - 20 × π/ 180 ,1/ 2 齒厚的夾角為θ ′=90/ z ,其中 z 為齒數。

　　

　　U G中坐標系 WCS旋轉角度θ:

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

　　進行坐標旋轉后 ,以 Y 軸為鏡像中心進行鏡像 ,可得到齒輪輪齒的另一條漸開線。

　　2. 1. 4 　完整的齒輪造型

　　上述兩條漸開線與齒頂圓和齒根圓一起經修剪后得到一封閉曲線 ,拉伸該曲線后 ,可得到齒輪的一個輪齒。將得到的輪齒繞一確定的點進行旋轉 ,然后將輪齒與齒根圓進行布爾加操作 ,這樣齒輪的基本雛形就形成了。

　　2. 2 　利用 GRIP實現齒輪三維參數化建模

　　根據齒輪造型原理和對特征參數的提取 ,本文通過二次開發工具 GRIP完成齒輪的參數化建模 ,開發流程如圖 3 所示。

　　

　　GRIP 語言通過命令行的形式來實現對 U G的操作 ,每一條命令的形式為:關鍵詞/參數。在本部分開發的 GRIP 程序中 ,只需輸入齒輪相關參數 ,即可自動生成齒輪。對話框中的默認參數就是GRIP程序從 API 接受的計算結果的數據[6 ]。若已知齒輪的相關參數 ,可直接向對話框中輸入數據后 ,即可得到齒輪的三維模型。用 GRIP 繪制齒輪模型的步驟為: (1)打開在齒輪設計時所生成的齒輪數據文件或接受用戶輸入齒輪的有關參數; (2)確定齒輪軸線方向和中心位置; (3)根據齒根圓直徑、齒輪厚度和所確定的位置與方向生成一個圓柱實體; (4)根據漸開線方程和齒輪參數生成齒輪的漸開線齒輪輪廓; (5)將齒輪輪廓拉伸成三維實體; (6)以圓柱實體的軸線為中心 ,將拉伸成的漸開線齒輪輪齒實體按齒數進行陣列; (7)將圓柱實體和齒輪輪齒實體進行布爾加操作 ,即按指定的方向和位置生成了直齒圓柱齒輪的三維模型; (8)最后進行打孔等操作 ,做出齒輪的其他特征(如凸臺、工藝孔、鍵槽等) ,生成齒輪的三維模型。

　　在齒輪的參數化建模的過程中 ,要考慮到齒輪的結構。齒輪的結構設計與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經濟性等因素有關。在進行齒輪的結構設計時 ,必須綜合考慮上述各因素的影響。通常是先按齒輪直徑的大小 ,選定合適的結構形式 ,再根據經驗數據 ,進行結構設計。本文建立了實心式和腹板式兩種結構齒輪的模型。

　　3 　基于 U G關聯約束的齒輪虛擬裝配

　　U G裝配過程是指在裝配中建立部件之間的連接關系。它通過關聯條件在部件間建立約束關系 ,來確定部件在產品中的位置。對于齒輪嚙合裝配來說 ,嚙合曲面復雜 ,要使齒輪嚙合 ,就需要分別在要進行嚙合的兩齒輪上建立參考平面。方法是:選中齒輪漸開線分度圓上一點 ,通過它建立一個參考平面 ,使其垂直于輪齒 ,即齒廓法線方向。在與之相嚙合的另一齒輪的相應輪齒分度圓上 ,用同樣的方法作一個參考平面。然后在這兩個參考平面間建立面貼和關系 ,即可實現兩個齒輪的嚙合。齒輪裝配中的難點就是齒輪的嚙合。要保證齒輪的嚙合 ,用上述的建立參考平面的方法能夠實現 ,但是建立參考平面的過程比較繁瑣 ,需要知道嚙合齒輪的分度圓半徑 ,同時要做出齒輪的分度圓 ,但是在參數化建模的過程當中 ,并不需要建立分度圓。經過筆者的反復實踐發現 ,在建模的過程當中 ,漸開線上的一點的角度取的是分度圓的壓力角 ,即該點是分度圓上的點。當正確約束兩齒輪的中心距 、兩端面平行時 ,只需要建立對應兩點的貼和關系 ,也可保證齒輪的正確嚙合。

　　4 　基于 UIStyler 定制用戶對話框