基于ug的直齒圓錐齒輪的參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì)

1、引 言計(jì)算機(jī)的進(jìn)步與制造業(yè)的發(fā)展總是相輔共榮。越來越多的應(yīng)用軟件被推廣與普及，如 CAD/CAM、UG 等一些輔助設(shè)計(jì)軟件的廣泛應(yīng)用，就大大加快了機(jī)械零件的設(shè)計(jì)過程，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期。UG 是一個(gè)在二維和三維 空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許 多不同的用途進(jìn)行再利用。Unigraphics(簡稱 UG）是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和

2、緊密集成、面向制造業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件。它為制造行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方 案，功能包括：概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、性能分析和制造。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識(shí)工程的組合，顯著地改進(jìn)了如汽車、航天航空、機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)效率。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，現(xiàn)在在微機(jī)上就可以使用 UG，這樣 UG 的適用范圍更加廣闊，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)不是人們的奢侈品，會(huì)越來越多成為設(shè)計(jì)工程師的首選。而在面

3、對(duì)零部件批量設(shè)計(jì)的需要時(shí)，UG 就不僅僅停留在制圖、建模、裝配、出圖等基本功能的運(yùn)用上。而應(yīng)實(shí)現(xiàn)可編輯、參數(shù)驅(qū)動(dòng)等功能。本文的設(shè)計(jì)是采用 CAD 數(shù)字化的思想，運(yùn)用電子表格與 UG 的智能化接口，抽取相關(guān)零部件的參數(shù)信息，再被用來更新零部件前做手工處理。再結(jié)合電子表格的目標(biāo)搜索功能，可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。使用電子表格的前提是模型必須是參數(shù)化的，參數(shù)之間必須是相關(guān)的。通過抽取并編輯表達(dá)式中的參數(shù)達(dá)到控制模型的目的，而其中實(shí)用的內(nèi)部函

4、數(shù)為 工程計(jì)算提供了強(qiáng) 大的引擎。完整使用電子表格技術(shù)，則需要依賴表達(dá)式、內(nèi)部函數(shù)和用戶自定義函數(shù)三者的有機(jī)結(jié)合，其工作的實(shí)質(zhì)就是對(duì)模型參數(shù)的驅(qū) 動(dòng)以更新模型。本文以一對(duì)嚙合的直齒錐齒輪在 UG 中的參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì)為例。多企業(yè)看到這種先機(jī)，于是不論系統(tǒng)是多么昂貴，不惜血本買進(jìn)大量的工作站 系統(tǒng)，事隔幾年，一些企業(yè)叫苦不迭，因?yàn)檠静⑽磶Щ匦б妗５剡^頭來看，我們發(fā)現(xiàn)，這種思想是對(duì)的，只是這個(gè)想法未變成現(xiàn)實(shí)，因?yàn)橘I來的工作 站系統(tǒng)在閑

5、置，一個(gè)靜止的機(jī)器怎能去創(chuàng)造效益呢？ 究其原因有很多，但最主要的原因是工作站上的系統(tǒng)軟件和 CAD 軟件使用起來太復(fù)雜，并不能使每個(gè)設(shè) 計(jì)人員都能掌握，因此，一旦熟悉操作、使用的（經(jīng)過培訓(xùn)）技術(shù)人員流失，系統(tǒng)馬上進(jìn)入癱瘓，再培養(yǎng)人員是幾年以后的事情，轉(zhuǎn)眼到了系統(tǒng)該更新的時(shí)候了。是否是我們的設(shè)計(jì)人員水平低呢？不是，我們的設(shè)計(jì)水平是夠的，是我 們的 CAD 系統(tǒng)太復(fù)雜了，不可能在有限的時(shí)間內(nèi)讓技術(shù)人員既精通本專業(yè)，又 精通另外的計(jì)算機(jī)專業(yè)。

6、所以必須使系統(tǒng)軟件和 CAD 軟件的使用更簡單更容易，只有這樣 CAD 才能真正得到普及，這也是 CAD 產(chǎn)業(yè)發(fā)展、普及的一個(gè)方面。1.2.2 分析目前，雖然制造業(yè)的廠家均已完成“甩圖板”工作，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用二維 CAD 圖形繪制工具----AutoCAD 或是基于 AutoCAD 平臺(tái)的二次開發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)制圖并做一些技術(shù)文檔的編制工作。但是，隨著軟件應(yīng)用時(shí)間的增長，企業(yè)各部門都保存有大量的 DWG 格式的產(chǎn)品圖紙文件。在設(shè)計(jì)

7、過程中，由 于二維 CAD 軟件存在局限性，不能完整地表達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息。所以，要達(dá)到真正意義上的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，則必須要使用三維 CAD 軟件，完成諸如零部件的裝配干涉檢查，有限元分析，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，數(shù)控加工代碼的生成。只有運(yùn)用三維 CAD 設(shè)計(jì)軟件，才能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初始階段全面了解產(chǎn)品的外觀、性能，從而避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的低級(jí)錯(cuò)誤 1.3 我國制造業(yè)的發(fā)展形勢目前,隨著 CAD/CAE/CAM/CAPP 技術(shù)的逢勃發(fā)展,計(jì)算機(jī)越來越

8、成為人們從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的重要手段。計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品造型是所有上述工作的基礎(chǔ)。因?yàn)橹挥芯_的產(chǎn)品造型,才能對(duì)產(chǎn)品的裝配與干涉進(jìn)行檢驗(yàn)?；谏鲜隹梢钥偨Y(jié)出我國 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展趨勢: 1. 新產(chǎn)品使用基于特征建模的三維造型來進(jìn)行設(shè)計(jì)；2. 在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品整機(jī)的總裝配，進(jìn)行干涉檢查和動(dòng)力學(xué)分析； 3. 重要零件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行有限元?jiǎng)偠取?qiáng)度分析、模態(tài)分析、產(chǎn)品的形狀優(yōu) 化設(shè)計(jì)；4. 建立各單位自己的三維常用零件庫，盡量避免

9、重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率； 5. 對(duì)于有數(shù)控加工工序的零部件自動(dòng)生成加工代碼。1.4 錐齒輪制造業(yè)的現(xiàn)狀及特點(diǎn)隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，圓錐齒輪同圓柱齒輪一樣，也已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)中，形成一種重要的基礎(chǔ)行業(yè)。1.4.1 概述齒輪傳動(dòng)是當(dāng)前機(jī)械傳動(dòng)中的基本形式之一，在機(jī)器制造業(yè)及儀器儀表制造業(yè)占有很重要的地位。平行軸間的齒輪傳動(dòng)用圓柱齒輪，相交（或有一較小 的偏置量）軸間的傳動(dòng)則主要由圓錐齒輪來完成。圓錐齒輪在機(jī)械裝置中的作 用，主要是完