基于UG/Open API的齿轮参数化建模研究

王孝宁 何新华合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009

基于UG/Open API的齿轮参数化建模研究

王孝宁 何新华
合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009

本文介绍了UG环境下利用UG/Open API编程通过数据库实现渐开线齿轮的建模方法，该方法能够实现齿轮的参数化、系列化。数据库的引入，可视化窗口的应用，使渐开线齿轮的参数更方便存储，修改，以及读取。通过数据库接口，可以使数据更方便交流。

UG/Open API；二次开发；参数化；齿轮；数据库

引言

UG(unigraphics)软件是美国EDS公司推出的当今世界上最先进的主流软件之一，广泛地应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶、家用电器等行业。它是一个集CAD／CAM／CAE于一体的软件系统，可应用于整个产品从设计概念到实际产品开发的全过程，包括：概念设计、建模、工程图、装配、产品分析和加工等内容。此外，UG软件还提供了强大的二次开发功能。设计者可根据设计需要，为实现某种特定的功能，开发面向企业或用户的专用软件。UG软件自身的二次开发工具有：UG/Open API，UG/Open MenuScript，UG/Open UIStyler， UG/Open Grip。另外UG还支持诸如VC++等开发程序。

齿轮是众多产品的主要零部件，特别是在机械行业有着广泛的应用，因此改变传统的设计方法，采用现代化的设计方法，即计算机辅助设计（CAD）来提高设计效率，就显得特别有意义。

1 基于参数化思想的UG二次开发的工作原理

1.1 参数化设计方法选择

目前，基于参数化思想的UG二次开发的方法主要有以下两类：

（1）利用UG提供的参数化功能模块实现模型的设计变量驱动，即在模型构建过程中用变量来控制模型的几何尺寸和约束关系。该方法主要是利用UG的全参数化功能，利用设计变量控制模型的形状和大小，即用户通过直接修改变量表中的数值实现对模型的编辑。但此方法零件库存在于主模板零件（template part）文件中，而不是独立存在于UG环境之外，不利于数据库的管理，且能存储的参数种类有限，参数化驱动受到很大的限制，此外，零件库数据不能共享，限制了异地协同工作和并行设计的功能；

(2）利用程序实现参数化设计，即利用UG提供的系统开发应用程序接口，运用UG二次开发、高级开发语言和数据库等相关技术，实现对参数化模型的建立、管理和使用，是一种高级的参数化设计方法。该方法不需要在UG环境中进行各种特征的操作，将零件的特征操作写入语句，通过建立数据库，方便数据的存储、修改，交流。再通过UG二次开发工具实现无缝集成，能够更深层次的实现UG的二次开发。

鉴于以上两种方法，本文运用UG/Open API技术采用编程的方法建立数据库，实现渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化建模，通过MFC编辑对话窗口。该方法更方便齿轮参数的存储、修改，同时通过数据库接口能够更好地实现数据的交流。

1.2 基于UG/Open的UG开发方法

UG/Open是UG软件为第三方开发人员提供的主要开发工具，是一系列开发工具的总称。主要包括如下模块：

(1) UG/Open API，它是UG与外部应用程序之间的接口，是一系列函数和过程的集合，支持C/C++等高级开发语言。

(2) UG/Open MenuScript，它是一种定义UG菜单的脚本语言，是以.men为扩展名的文本文件。开发人员可以通过添加脚本文件创建自定义的用户菜单。

(3) UG/Open UIStyler，它是开发UG对话框的可视化工具，生成的对话框方便用户高效地与UG进行交互操作。

(4) UG/Open GRIP，它是UG内嵌式的图形交互编程语言。

2 齿轮关键曲线

2.1 齿轮端面齿廓渐开线表达式

根据渐开线的形成原理可知渐开线的极坐标方程为：

图1 直角坐标系

2.2 斜齿轮螺旋线方程

在斜齿轮建模过程中，螺旋线是一条关键曲线，如图2所示

由机械原理得到斜齿轮螺旋线参数方程为：

图2 螺旋线直角坐标图

3 系统的总体设计

本系统采用C/S(client/server)结构。它由客户层和数据层两个层次组成。客户层主要完成标准件的信息查询、信息入库、信息删除及参数化建模等内容；数据层主要用于存储零件的数据信息，为客户层提供数据支持，系统的组成参见图3所示。

图3 系统的总体结构

3.1 系统数据库的建立

数据库是应用程序存储数据的仓库，在应用程序开发过程当中占有很重要的位置，简单的数据设计过程分为数据库的逻辑设计与物理设计两个部分。以渐开线圆柱齿轮的数据库建立为例，其逻辑设计实际上就是要确定标准件的关系模型，详见表1所示。关系模型一定要反映出该零件的主要特征，且符合国家标准；而物理设计是建立在逻辑设计的基础上，利用Access来创建一个标准件关系模型数据库表。

表1 渐开线齿轮关系模型

3.2 系统实现

3.2.1 齿轮三维建模

对于齿轮来说，先根据数学模型绘制相应的曲线，扫描的到齿轮齿槽实体。

（1）确定齿轮的基本参数，包括模数、齿数、压力角、螺旋角、齿高系数、顶隙系数、齿宽等。参数窗口如图4所示：

图4 齿轮参数化窗口

（2）绘制渐开线、螺旋线等曲线，形成齿槽轮廓，扫描生成齿轮单个齿轮齿槽实体。如图5所示：

图5 齿轮槽实体

（3）以齿顶圆创建齿轮毛坯，然后通过复制旋转，并通过布尔减，创建键槽等操作完成齿轮的三维建模。如图6所示：

图6 齿轮三维实体

[1]郑文纬,吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社.2005

[2] 黄勇，张博林，薛运锋.UG二次开发与数据库应用基础与典型范例[M].北京：电子工业出版社.2008

[3] 张广玉,李隆球,郭鑫民. 基于MFC和UG的汽轮机叶片工装参数化设计系统的研究[J].信息技术.2006

[4] 周卿，赵韩等. 基于UG／OPEN API的蜗杆传动参数化系统开发[J].机械传动.2008

3.2.2 建模的主要程序

4 结束语

运用UG/Open API功能编程实现了齿轮参数化设计。程序采用界面向导型设计方式，设计者可以快速完成齿轮的设计，提高了设计效率。为齿轮后续的动态仿真、NC加工、干涉检验以及有限元分析提供了精确的模型。

The study of gear parametric 3D modeling technology based on UG/Open API

Wang Xiaoning He Xinhua
School of Mechanical and Automotive Engineering,HeiFei University of Technoligy ,hefei,230009

The article introduces the modeling method of involute gear in the way of using UG/Open API in database with the software of UG, which can establish gear models of parameterization and serialization. Parameters of involute gear could be easy to save, modify and read with the introduction of database and application of visual studio. Data would be more convenient for communication with data base interface.

UG/Open API;secondary development;parametric;gear;database

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.066