UG二次开发技术在谐波齿轮传动设计中的应用

姚继蔚 张世龙 冯 莉 董 玲

（天津职业技术师范大学高等职业技术教育部，中国 天津300222）

0 引言

谐波齿轮传动是20世纪50年代后期随着航天技术的发展而出现的一种重要的机械传动方式，具有结构简单、体积小、重量轻、传动比大、传动精度高等独特优点[1]，已被成功地应用在航空航天、光学仪器以及通用机械（如低速重载的起重机绞盘、矿山隧道运输用井下转辙机）、雷达系统等领域中。谐波齿轮传动系统中，虽然只有3个主要构件——柔轮、刚轮和波发生器（见图1），但各构件的参数较多，且直接影响工作性能及使用寿命。对谐波齿轮传动系统进行参数化设计，可提高设计效率和设计质量，缩短产品设计周期。

图1 谐波齿轮传动

1 开发思路

针对设计要求，在UG用户界面中交互输入谐波齿轮传动系统的初始参数，通过Visual C++程序对这些参数进行读取、计算，得到谐波齿轮传动系统三大主要零部件（柔轮、刚轮和波发生器）的设计参数，并通过调用UG绘图函数实现主要零部件的三维建模。

2 零部件关键参数设计

利用UG进行二次开发最常用的有两种基本形式：第一种为在UG界面上进行参数化建模，再利用UG/open UIstyler、UG/API语言和VC++语言联合进行程序设计、编译、链接生成动态链接文件，执行相应的菜单命令，系统将调用相应的对话框完成特定功能，此种方法适用于大批大量、系列化生产，且结构相对简单的零部件；第二种为利用UG/open UIstyler创建功能对话框，零部件的所有参数通过UG/API语言和VC++语言联合进行程序设计来实现，最终在UG界面呈现，此种方法适合专有零件、单件生产或者结构相对较复杂的零部件上[2-5]。根据谐波齿轮传动系统的特点，本文选择第二种设计方法进行谐波齿轮传动系统的设计。

柔轮是谐波齿轮传动系统中的关重件，主要由圆柱壳体与齿圈组合而成，其结构及尺寸如图2所示，主要参数包括：1）基本数据：柔轮齿数、传动比、负载转矩、模数、变位系数、柔轮分度圆直径、柔轮齿顶圆直径、柔轮齿根圆直径、柔轮齿高、柔轮初始变形量等（选择压力角为20°C的渐开线齿廓）；2）结构数据：柔轮内径、齿圈宽度、筒壁厚度、筒长、筒壁外圆直径、凸缘厚度、齿圈前沿宽度等。

图2 柔轮结构及几何尺寸

3 UG二次开发

3.1 环境设置

1）安装Unigraphics软件（须确保安装ugopen和ugoenpp模块）；2）建立D:UG OPEN++目录，并在其菜单下新建startup和application文件夹；

3）增加环境变量UGII_USER_DIR，其值设为D:UG OPEN++；

3.2 开发流程

作为UG最常用的二次开发工具之一，UG/Open是一系列函数的集合，也是UG与外部应用程序之间的接口，以开放性架构面向不同的软件平台，提供灵活的开发支持。本文采用UG API语言和VC++语言联合进行二次开发，开发流程如图3所示。

图3 UG二次开发流程图

3.3 关键技术

3.3.1 创建用户菜单

采用UG/OPEN MenuScript创建用户菜单。运行脚本程序：

VERSION 120

EDIT_UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR//编辑主程序路径

TOP_MENU

CASCADE BUTTON CUSTOM

LABEL谐波传动设计 //生成谐波齿轮传动设计菜单

END_OF_TOP_MENU

MENU CUSTOM

BUTTON CUSTOM UISTYLER DLG

LABEL谐波齿轮选型 //生成谐波齿轮选型菜单

ACTIONSharmonic_selstyle.dlg//打开谐波齿轮基本参数对话框

END_OF_MENU

即可生成如图4所示的菜单界面。

图4 菜单界面

3.3.2 创建自定义对话框

采用UG/OPEN UIStyler创建自定义对话框，作为用户与UG/API程序的交互界面，实现交互式数据输入，并通过调用回调函数响应用户事件。对话框控件定义如图5所示，对话框基本属性定义如图6所示。

图5 对话框控件定义

图6 对话框基本属性定义

3.4 Visual C++程序开发关键技术

3.4.1 程序调用

主程序通过ufsta()函数连接；通过函数UF_UI_add_styler_actions和函数UF_STYLER_create_dialog连接*.men主菜单以及对话框文件*.dlg子程序。ufsta()函数体中，通过函数UF_MB_add_stlyer_actions来连接下级子程序，开头和结尾通过回调函数UF_initialize()与UF_terminate()实现被调函数进入或退出UG系统。当进行对话框间调用时，如选择全部回调，需删除源程序#ifdef DISPLAY_FROM_CALLBACK中的#endif语句。

从菜单调用xiebo_selstyle.dlg功能函数：

3.4.2 柔轮几何建模计算函数

几何建模函数定义是二次开发的关键部分，柔轮建模函数如下：

3.5 三维结果输出

运行UG，点击主菜单上谐波传动设计 谐波齿轮选型 选定基本参数，弹出如图7所示基本参数对话框，在该对话框中输入基本参数，单击ok按钮后弹出如图8所示基本部件对话框，选择“建立柔轮”，即可得到如图9所的示柔轮三维造型。

图7 基本参数对话框

图8 基本部件对话框

图9 柔轮三维图

同理可实现刚轮和波发生器的三维建模。

立三维模型后，各部件的计算结果可通过调入结果输出函数来实现。

4 结束语

运用UG/Open API语言和VC+++语言联合对谐波齿轮系统设计进行二次开发，该系统在UG软件启动时可自动加载到UG的主菜单上，界面简洁，操作方便，使用该系统可以提高设计效率、设计质量和标准化水平，为不同材料、不同结构的谐波齿轮传动系统的受力分析打下了基础。

［1］阳培，张立勇，王长路，等.谐波齿轮传动技术发展概述[J].机械传动，2005，29（3）：69-73.

［2］UG二次开发技术在矿用减速器中的应用[J].矿山机械，2013（7）：128-131.

［3］赵波.UG CAD教程[M].北京：清华大学出版社，2012.

［4］姚继蔚.谐波齿轮传动的参数化设计及其仿真技术研究[D].天津：河北工业大学，2006.

［5］魏雪丽.谐波齿轮传动系统的虚拟设计研究[D].天津：河北工业大学，2003.