基于UG的Logix齿轮参数化建模及弯曲应力分析
基于UG的齿轮参数化建模
基于UG的齿轮参数化建模齿轮是机械传动中常见的零部件，用于传递动力和转速。
在设计和制造齿轮时，参数化建模是一种有效的方法，它可以提高设计的灵活性和效率，同时可以减少错误并节省时间和成本。
在本文中，我们将介绍基于UG（Unigraphics）软件进行齿轮参数化建模的方法。
首先，我们需要打开UG软件并创建一个新的文件。
然后，在模型中选择“齿轮”功能，并设置齿轮的基本参数，如模块（modulus）、齿数、齿轮厚度、齿宽等。
这些参数将决定齿轮的几何形状和尺寸。
同时，我们还可以使用函数来定义其他参数，例如齿数、齿宽等。
通过这种方式，我们可以灵活地调整齿轮的尺寸和形状，而不需要手动修改每个参数。
另外，UG还提供了强大的几何建模工具，我们可以使用这些工具来创建齿轮的几何形状。
例如，我们可以使用“旋转”功能来绘制齿轮的基本轮廓，然后通过“变量融合”功能来添加齿形，并使用“切割”功能来创建齿形。
在建模过程中，我们还可以通过参数化建模功能来创建不同类型的齿轮，例如直齿轮、斜齿轮、螺旋齿轮等。
通过设置不同的参数，我们可以快速生成不同类型的齿轮模型，提高设计的效率和灵活性。
此外，UG还支持对齿轮模型进行分析和优化。
我们可以使用“装配分析”功能来检查齿轮的运动性能和受力情况，从而优化设计并提高其可靠性和耐用性。
总的来说，基于UG的齿轮参数化建模是一种高效、灵活和精确的设计方法。
通过这种方法，我们可以快速生成不同类型的齿轮模型，并进行准确的分析和优化，从而提高设计的效率和质量。
希望本文对您在齿轮设计中有所帮助。
基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计(1).
引言计算机的进步与制造业的发展总是相辅共荣。
越来越多的应用软件被推广与普及，如CAD/CAM、UG等一些辅助设计软件的广泛应用，就大大加快了机械零件的设计过程，缩短了产品的设计和制造周期。
UG是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。
其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。
因此软件可对许多不同的用途进行再利用。
Unigraphics(简称UG）是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。
它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案，功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。
它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产效率。
随着计算机性能的提高，现在在微机上就可以使用UG，这样UG的适用范围更加广阔，三维设计已经不是人们的奢侈品，会越来越多成为设计工程师的首选。
而在面对零部件批量设计的需要时，UG就不仅仅停留在制图、建模、装配、出图等基本功能的运用上。
而应实现可编辑、参数驱动等功能。
本文的设计是采用CAD数字化的思想，运用电子表格与UG的智能化接口，抽取相关零部件的参数信息，再被用来更新零部件前做手工处理。
再结合电子表格的目标搜索功能，可以对设计进行进一步的优化。
使用电子表格的前提是模型必须是参数化的，参数之间必须是相关的。
通过抽取并编辑表达式中的参数达到控制模型的目的，而其中实用的内部函数为工程计算提供了强大的引擎。
完整使用电子表格技术，则需要依赖表达式、内部函数和用户自定义函数三者的有机结合，其工作的实质就是对模型参数的驱动以更新模型。
本文以一对啮合的直齿锥齿轮在UG中的参数化、可视化设计为例。
第一章绪论1.1课题研究的目的和意义1.1.1课题研究的目的齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等行业。
基于UG的齿轮参数化建模系统
第34卷第3期2008年6月东华大学学报(自然科学版)JOU RNAL OF DONGH UA UN IVERSIT Y(NAT URAL SCIENCE)Vol 34,No.3Jun.2008文章编号:1671-0444(2008)03-0326-06基于U G的齿轮参数化建模系统*余志林(上海大学计算中心,上海200444)摘 要:使用U G的参数化建模功能创建圆柱直齿轮模型,然后利用U G/O pen AP I应用程序二次开发技术,设计M enuScript菜单和UIStyler对话框及其控制程序,组成了齿轮参数化建模系统.在U G环境下,用户可选择齿轮的结构类型菜单项,在用户对话框中输入齿轮的设计参数和结构参数后,系统将自动生成完全符合用户设计要求的齿轮模型.关键词:U G;圆柱直齿轮;渐开线;M enuScr ipt菜单;U IStyler对话框中图分类号:T H128 文献标志码:AParameterized Modeling System of Gear Based on UGY U Zhi l in(Computer Center,Shang ha i Univ ersity,S hangha i200444,China)Abstract:U G s parameterized modeling function is used to create the spur g ear model,and then the tw ice development technolog y of UG/O pen API application is used to desig n the M enuScript menu,U ISty ler dialog bo x and their co ntrol pr ocedures,w hich form the parameterized m odeling system.U nder U G environment,m enu item of g ear structure type can be chosen,and the sy stem w ill auto matically generate the gear com pletely in accordance w ith the desig n dem and after the g ear param eters and the structure parameter s are input in the custo mer dialo g box.Key words:U G;spur gear;inv olute;M enuScript menu;U ISty ler dialog box在机械设计中,齿轮的精确建模具有一定的难度,主要是齿廓曲线的精确创建用一般CAD软件实现比较复杂.由于U G软件是大型CAD/CAM 软件,它具有很强的建模功能和二次开发功能,因此可以借助UG的规律曲线创建功能,生成渐开线齿廓曲线,再使用U G三维建模功能创建参数化圆柱直齿轮模型,实现齿轮的精确建模.为了减少设计工作量,提高建模效率,文中采用了三维模型与程序控制相结合的方法,在U G的交互环境下预先创建三维参数化圆柱直齿轮样板模型,然后利用UG/O pen API应用程序二次开发技术编写菜单和用户对话框控制程序,组成齿轮参数化建模系统.系统运行时,通过控制程序读入用户对话框中输入的新参数,实时修改和更新齿轮模型,完全满足了齿轮设计和精确建模的要求.1 创建标准圆柱直齿轮参数化样板模型常见的标准圆柱直齿齿轮结构有A和B型两种,如图1所示.B型结构比较简单,A型结构则比较复杂,其参数化建模可以按以下步骤进行.*收稿日期:2008-01-28作者简介:余志林(1954 ),男,浙江慈溪人,副教授,硕士,研究方向为工程图学及应用.E mail:zhlyu@第3期余志林:基于U G 的齿轮参数化建模系统327图1 圆柱直齿齿轮结构类型Fig.1 Type of spur gear1.1 输入齿轮参数表达式在UG 系统M odeling 模块环境下,使用表达式功能[1]选择T oo ls 菜单的Expressio n 项,在弹出的Expressio n 对话框中输入表1中的齿轮参数.表1 A 型齿轮的建模参数与表达式Table 1 M odeling pa ram eters and expressio n of type A gear参数名称参数符号参数初值或表达式参数类型模数m 3Len gth 齿数z 18Len gth 齿形角 20Angle 基圆直径d b m *z cos Len gth 分度圆直径d m *z Len gth 齿顶圆直径d a d +2*h a Len gth 齿根圆直径d f d -2*h fLen gth 齿顶高h a m Len gth 齿根高h f 1.25*mLen gth 参数t 1Constant 半齿圆心角angle 90/z Angle 渐开线x 坐标x t d b *cos s /2+d b *rad s *sin s /2Len gth 渐开线y 坐标yt d b *sin s /2-d b *rad s *cos s /2Len gth 其他结构参数略略Len gth1.2 创建齿廓渐开线选择Insert|Cur ve|Law Cur ve 菜单项,再单击Law Function对话框中的(By Equation)按钮,然后依次确定t,x t,y t 初始值和表达式;z t 初始值为0,通过单击对话框中的(Constant)按钮后输入.由此创建的渐开线齿廓曲线如图2所示.1.3 创建齿轮牙齿进入x y 水平草图,过圆心O 作直线1和2,令 1O 2=angle.过圆心O 作直线3,其端点与渐开线起点相连,标注角度ang le;再作齿顶圆、齿根圆、分度圆和基圆,并标注必要的尺寸(见图2).选择Edit |Curve |T rim |菜单项,弹出T rim Curv e 对话框,在Filter 下拉列表中选择Curve 项,然后依次点选待裁剪的线段和裁剪边,修剪出半个牙齿轮廓(图3).图2 渐开线齿廓曲线Fig.2 Involute gear profile选择Insert|Desig n Feature|Ex trude 菜单项,点选牙齿形状,输入高度值B (齿宽参数),拉伸出半个牙齿立体.选择Insert |Datum /P oint |Datum Plane 菜单项,在弹出的Datum Plane 对话框中单击(At Angle)按钮,点选x y 基准面,再点选直线1,即可创建过直线1,垂直于x y 平面的新的基准面.选择Insert|Associative Copy|Istance 菜单项,单击Mirr or Body 按钮,点选牙齿,再点选基准面,即可创建对称于新基准面的另半个牙齿,从而构成全齿(图4).图3 半个牙齿轮廓Fig.3 Half tooth outline图4 全齿Fig.4 Total tooth创建一个x y 草图,作齿根圆,并拉伸成圆柱体,高度为B (齿宽参数).选择Insert|Combine Bodies|Unite 菜单项,将牙齿与齿根圆柱体作并运算.再创建一个x y 草图,作齿顶圆,然后拉伸成齿顶圆柱体,高度为B (齿宽参数),用Chamfer 命令对两端顶圆倒角,倒角量可以用if 表达式根据分度圆直径d 确定.选择Insert|Associative Copy|Istance 菜单项,单击Circular A rray 按钮,点选牙齿,单击OK 按钮,依次输入阵列数量z 、阵列角度360/z ,单击OK 按钮.单击Datum A xis 按钮,点选旋转轴z ,单击Apply 按钮,创建出全部牙齿.1.4 创建齿轮的其他结构选择Insert|Desig n Feature|Poket 菜单项创建328东华大学学报(自然科学版)第34卷齿轮两端的环形凹槽,形状大小由相关的结构参数表达式决定.选择Insert|Desig n Feature|Boss 菜单项创建齿轮两端凸台,形状大小由相关参数表达式决定.选择Insert|Detail Feature|Edged Blend 菜单项创建两端环形凹槽底部的圆角,形状大小由相关的参数表达式决定.创建x y 草图,作圆孔键槽形状,并标注槽宽、槽深和孔直径参数化尺寸.用Ex trude 命令拉伸成立体,再与齿轮作!减(Subtract 命令)∀操作,产生齿轮孔槽.选择Insert|Desig n Featur e|H o le 菜单项创建两端环形凹槽底的圆孔,大小由相关的参数表达式决定.再用Circular Array 命令阵列6个圆孔.选择Insert|Detail Feature|Chamfer 菜单项创建键槽孔两端倒角,大小由相关参数表达式决定.将创建完成的参数化齿轮模型作为样板模型以文件名spur_g ear_a.prt 存盘.2 设计齿轮参数化建模系统齿轮参数化建模系统的功能是通过选择下拉菜单的齿轮结构类型菜单项(图5),弹出用户交互式对话框(图6),在对话框中直接修改齿轮的设计参数和结构参数,并在对话框的列表区中根据轴径确定键槽的标准参数后,按OK 或Apply 按钮,系统自动修改相关表达式参数值,生成符合设计要求的A 型结构圆柱直齿轮模型.图5 菜单界面Fig.5 Menu interface图6 用户交互式对话框Fig.6 User interactive Dialog box设计齿轮建模系统的关键是使用UG /O pen API 应用程序二次开发技术[2],确定用户交互式对话框的布局与形式,编写相应的菜单程序及对话框控制程序.2.1 编写菜单文件用记事本创建名为cy lindrical_g ear.m en 的菜单程序如下,由此而创建的菜单如图5所示.VERSION 120EDIT UG_GATEWAY_MAIN_M ENUBARBEFORE U G_H ELP CASCADE_BUTTON PARAMETER_DESIGNLABEL 圆柱齿轮三维参数化设计END_OF_BEFOREMENU PARAM ETER_DESIGN BU TT ON SPU R_GEAR_A LABEL A 型结构圆柱直齿轮...ACTIONSPARAMET ER_DESIGN_SPU R_GEAR_A BU TT ON SPU R_GEAR_B LABEL B 型结构圆柱直齿轮...ACTIONSPARAMET ER_DESIGN_SPU R_GEAR_B ##2.2 设计用户对话框与编写相应的控制程序2.2.1设计用户对话框启动U G NX 4.0系统,单击Start 按钮,选择All Applications|UserInterface Styler 菜单项,进入U G /Open U ISty ler (用户对话框设计)模式,弹出Reso ur ce Editor Curr ent Object:Dialo g 对话框(图7).在Attr ibties 选项卡中设置用户对话框标题名,在CallBacks 选项卡设置用户对话框中的3个按钮OK,Apply,Cancel,其参数如图8所示.图7 Resource Editor C urrent Object:Dialog 对话框Fig.7 Resource Editor Current Object:Dialog第3期余志林:基于U G 的齿轮参数化建模系统329图8 CallBacks 选项卡Fig.8 CallBacks option在NX Open U ser Inter face Styler 对话框中使用工具栏的控件功能,设计出用户对话框中参数输入的形式(图9).图9 NX Open User Interface Styler 对话框Fig.9 Dialog box of NX Open User Interface Styler其中PRO_DESIG_REAL_M 模数m Real 控件是用于控制用户对话框中的参数m (模数),具体可以在图10对话框的Attributies 选项卡中设置.此外,还可以在Attachments 选项卡中确定参数m 输入框在用户对话框中的位置(图11).使用同样的图10 模数m 参数的设置Fig.10 Settings of Module m方法,使用控件设置其他参数的输入形式.用户对话框设计完成后,其结果保存为用户对话框文件spur_gear _a.dlg,然后选择File |Ex it Sty ler 菜单项,退出U G /Open UISty ler 模式.图11 模数m 参数输入框位置设置Fig.11 Displacement of Module m entry box2.2.2 编写相应的控制程序(1)创建应用程序框架.如果在M icrosoft Visual Studio\Com mon\M SDev98\T em plate 目录下已存在工程向导文件Ug Open_v 19.aw x 和帮助文件U gOpen_v19.hlp,则可以在VC++环境下开发UG 应用程序.启动中文VC++6.0∃选择!文件|新建∀菜单项∃在弹出的对话框中选择!工程∀选项卡,在列表区中选择U nig raphics NX Appw izard V1(UG 工程向导)项,在!工程∀编辑框输入工程名spur_g ear_a,在!C 位置∀项点按钮,选择保存工程文件的路径,在!P 平台∀区勾选Win32选项∃单击!确定∀按钮∃在弹出的对话框中选择An internal applicatio nthatcanbeactivatedfromaUnigraphics sessio n(内部运行模式,可生成Dll 文件)单选项,选择!C ∀单选项(产生的源代码为C 语言)∃单击!下一个∀按钮∃勾选Explicitly [ufusta](用ufusr 函数为入口函数)∃选择Automatically,w hen the applicatio n com pletes (当应用程序结束时,自动卸载)单选项∃单击!完成∀按钮∃单击!确定∀按钮,自动创建spur_gear_a.h 和spur _g ear _a_tem plate.c 应用程序框架文件.将spur _g ear _a.h 和spur _gear _a_tem plate.c 改名为spur _gear _a _dialog.h 和spur _gear _a _dialog.c,再修改spur_gear_a_dialog.c 中的包含文件include <spur _g ear _a.h >为include <spur _gear_a_dialog.h>.(2)修改主程序.编辑主程序spur _gear _a.c,添加ufsta 入口函数ex tern DllEx port void ufsta().该函数用于判别用户在U G 中打开的齿轮样板模型是否为指定的模型,若不是指定模型则显示330东华大学学报(自然科学版)第34卷!当前显示模型不是齿轮部件spur_gear_a.prt,不能进行参数化设计∀的信息.但如果打开的齿轮样板模型正确,则装载对话框文件spur_g ear_a.dlg,并弹出用户对话框(图6).(3)编写用户对话框控制程序.打开程序spur_ gear_a_dialog.c,将回调函数extern int LaunchProDesignDialog(int*response)中调用对话框的命令修改为:if(erro r_co de=U F_ST YLER_cr eate_dialog("spur_gear_a.dlg",PRO_DESIG_cbs,/*Callbacks from dialog*/PRO_DESIG_CB_COUNT,/*num ber o f callbacks*/NU LL,/*T his is yo ur client data*/respo nse))!=0)(4)编写获取齿轮相关参数表达式值的程序.编辑文件spur_g ear_a_dialog.c,修改获取齿轮相关参数表达式值的构造函数为:int PRO_DESIG_co nstr uct_fun(int dialog_id, vo id*client_data,UF_STYLER_item_value_ty pe_p_t callback_data){ double value;char prompt[256];UF_STYLER_item_value_type_t data;if(UF_initialize()!=0)return(UF_UI_CB_CONTINUE_DIALOG);data.item_attr=U F_ST YLER_VALUE;/*获取模数M参数*/data.item_id=PRO_DESIG_REAL_M;UF_M ODL_eval_ex p("M",&data.value.real);UF_STYLER_set_value(dialog_id,&data);data.item_attr=U F_ST YLER_VALUE;##UF_term inate();}(5)编写用户对话框!Apply∀按钮回调函数.用户对话框!Apply∀按钮回调函数,用于获取用户在用户对话框中输入的参数,修改表达式,更新齿轮.在spur_gear_a_dialog.c文件中编写函数:int PRO_DESIG_apply_fun(int dialo g_id,void*client_data,U F_STYLER_item_value_type_p_t callback_data){ UF_STYLER_item_value_type_tdata;double value;char pr ompt[256];if(U F_initialize()!=0)return(UF_UI_CB_CONTINUE_DIALOG);data.item_attr=UF_STYLER_VALUE;/*获取对话框中输入的模数M参数值*/data.item_id=PRO_DESIG_REAL_M;F_ST YLER_ask_value(dialog_id,&data);PRO_DESIGN_edit_exp("M",data.value.real);data.item_attr=UF_STYLER_VALUE;##UF_term inate();return(UF_UI_CB_CONT INUE_DIA LOG); }在PRO_DESIG_apply_fun函数中调用了获取相关控件值的函数UF_STYLER_ask_value(),还调用了PRO_DESIGN_edit_ex p()函数,借助它并根据用户输入的参数值修改齿轮模型的参数表达式.该函数为:int PRO_DESIGN_edit_ex p(char*dim_name,double dim_value){ char exp[256],temp[50];int err;strcpy(ex p,dim_name);strcat(ex p,"=");sprintf(tem p,"%.5f",dim_value);strcat(ex p,temp);er r=U F_M ODL_edit_exp(exp);return err;}用户对话框中的!OK∀按钮函数,除了在函数尾部增加UF_M ODL_update()函数(更新齿轮模型)外,与!Apply∀按钮回调函数代码基本相似.2.3 构建齿轮参数化建模系统2.3.1 设置VC++环境选择!工程|设置∀菜单项,弹出Pr oject Setting s的对话框,切换到!C/C++∀选项卡,选择!Y分类∀下拉列表项Preprocesso r(加头文件).再切换到!Link∀选项卡,选择!Y分类∀下拉列表项Gener al,其他选项取默认设置,单击!确定∀按钮. 2.3.2 加入工程选择!工程|添加工程|File∀菜单项,依次加入文件spur_gear_a_dialog.c和spur_gear_a_dialog.h.第3期余志林:基于U G的齿轮参数化建模系统3312.3.3 加入目录路径选择!工具|选择∀菜单项,在弹出的对话框中选择!目录∀选项卡,然后单击!新建∀按钮,再单击按钮,选择包含文件和库文件路径以及C:\Pro gram Files\U GS\N X4.0\U GOPEN目录路径.2.3.4 保存工程文件选择!文件|全部保存∀菜单项.2.3.5 编译程序生成动态库文件与连接文件选择!编译|编译∀菜单项,编译spur_gear_a_ dialog.c文件;选择!编译|构件∀菜单项,编译spur_ gear_a_dialog.dll文件.2.3.6 编写用于修改齿轮路径的批处理文件编写批处理文件N ote.bat,内容为%System Roo t%\System32\notepad.ex e c:\Pro gram Files\ UGS\NX4.0\U GII\m enus\Custo m_dirs.dat.将此文件放于桌面,当双击之,就会打开Custom_dir s. dat文件,可以在#Custom er m odificatio ns can fo llow o n here语句下面添加圆柱直齿轮路径d:\ cy lindr ical_gear后重新保存.2.3.7 齿轮系统的目录结构齿轮系统的文件夹为d:\cylindrical_gear,在其下还有application、startup、spur_g ear_a和model四个子文件夹.application文件夹用于存放用户对话框文件spur_gear_a.dlg和对话框中齿轮图片文件spur_ gear_a.bmp文件.startup文件夹用于存放菜单文件cy lind r ical_ gear.men和动态库文件spur_gear_a.dll.spur_g ear_a文件夹用于存放C程序主文件spur_gear_a.c、工程文件spur_g ear_a.dsw和对话文件spur_g ear_a_dialog.c以及其头文件spur_ gear_a.h和spur_g ear_a_dialo g.h.model文件夹用于存放齿轮模型样板文件spur _gear_a.prt.2.4 齿轮参数化建模系统使用方法步骤一:启动U G NX4.0;步骤二:打开A型结构圆柱直齿轮样板文件spur_gear_a.prt;步骤三:选择!圆柱齿轮三维参数化设计|A型结构圆柱直齿轮∀菜单项,在弹出的用户对话框(如图6)中按用户设计要求输入齿轮参数与结构参数后,单击!确定∀按钮,系统便根据用户输入的参数更新齿轮模型.3 结论使用UG系统建模功能和UG/Open API应用程序二次开发技术,可以根据不同的设计要求快速而方便地创建出圆柱直齿轮模型,实现了圆柱直齿轮的参数化和精确建模.根据上述齿轮建模系统的开发思路,在该系统中实现了A和B型结构圆柱直齿轮和A和B型圆柱斜齿轮(图12)的参数化建模功能,由于篇幅关系,关于A和B型圆柱斜齿轮的建模方法不再赘述.(a)A型(b)B型图12 圆柱斜齿轮类型Fig.12 Type of helical gear参 考 文 献[1] 洪如瑾.UG NX4CAD快速入门指导[M].北京:清华大学出版社,2006:275-280.[2] 候永涛,丁向阳.UG/Open二次开发与实例精解[M].北京:化学工业出版社,2007:11-15,29-33,98-106.。
基于UG的Logix齿轮参数化建模及弯曲应力分析
万方数据万方数据机械传动２０１１年先利用网格控制命令控制齿廓的网格数量，再对整体进行自动网格划分，网格采用４节点的３Ｄ四面体网格。
网格划分完成后，进行网格单元检查，结果显示没有划分失败的单元。
网格划分如图５。
图４蛳ｘ齿轮啮合模型２．４边界约束和载荷的施加模拟齿轮箱中齿轮的受力及约束状况施加约束及载荷如下：（１）约束条件。
实际工作中，主动齿轮和从动齿轮都是通过机械联接固定在传动轴上，因此，对主动轮轴孔内表面采用圆柱形约束，固图５岫齿轮模型网格划分定径向和轴向自由度，绕轴旋转自由；对从动轮轴孔内表面施加固定约束。
在啮合齿间采用手动方式建立接触关系。
主动齿轮为目标面，从动齿轮为源面。
（２）施加载荷。
齿轮运动依靠外界输入转矩实现，因此在主动齿轮上的轴孔内侧轴孔圆柱面处施加转矩，根据所模拟的实际工况，大小设为５００Ｎ・ｍ，从动轮不施加外力。
２．５解算及后处理求解结果中包含位移、应力、应变等多个物理量。
选择节点应力选项中的啪一ｒＩｌｉ：ｓｅｓ第四强度理论准则进行应力分析。
冯氏应力云图如图６所示。
由图６可知，在该承载工况下，ＩＪ０９ｉ】【齿轮的最大弯曲应力为即一＝１１５．１ＭＰａ２．６比较与讨论在相同承载工况下，对材料和基本参数相同的渐开线齿轮进行弯曲应力分析，其冯氏应力云图如图７所示。
图６岫齿轮有限元分析应力云图图７渐开线齿轮有限元分析应力云图由图７可知，在该承载工况下，渐开线齿轮的最大弯曲应力为盯胁，’＝１５３．５ＭＰａ。
对比两者计算结果，可知ＩＪ０９ｉ】【齿轮的最大弯曲应力要比渐开线齿轮的弯曲应力低３８．４ＭＰａ，大约减少３３％左右。
由此可见，在相同承载工况下，ｂｇｉ】【齿轮的最大弯曲应力要低于材料和基本参数相同的渐开线齿轮，即【ｏ出齿轮的弯曲强度要优于渐开线齿轮。
３结论应用ＵＧ软件及ＮｘＮ鹪ｔｍｎ解算器，在同一软件平台上实现了ＩＪＤ出齿轮的参数化建模与弯曲应力的有限元分析，提高了建模效率与有限元解算精度。
基于UG的齿轮参数化建模
第1章前言1.1 齿轮设计的概述齿轮是机械传动系统中的重要传动零件，它的性能质量直接影响整体机械的运行性能质量。
齿轮传动作为重要的机械传动形式，具有瞬时传动比恒定、传动效率高、传递功率范围广、寿命长等优点，但是在齿轮啮合传动过程中，对齿轮的齿廓设计、制造精度有很高的要求，否则将会引起传动过程中的振动、噪声，使得传动不稳定，降低传动质量。
齿轮的通用设计方法是对其传递的转矩进行分析计算，然后按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行设计和校核，而对啮合齿所受的应力分布状态则使用ADAMS、ANSYS等有限元分析软件进行受力分析，而这些都需要精确的齿轮三维数字模型。
齿轮设计可分为齿轮传动设计和齿轮结构设计两部分。
齿轮传动设计一般应首先选择材料和热处理方法,然后按齿面接触强度计算中心距,再根据中心距确定模数、齿数、齿宽等参数。
设计过程中需要从有关的工程手册或设计规范中查找各种系数或数据,并套用经验公式。
为了在UG进程中高效、快速处理,可以将数表、线图程序化, 建立起图形几何尺寸与尺寸数据的关联，具备由于几何尺寸变化而使图形变换的尺寸驱动功能，编程实现齿轮参数的自动计算和数据输出。
齿轮结构设计通常先按齿轮的直径大小,选定合适的结构形式,还要确定齿轮与轴的联接形式,最后根据具体参数进行结构设计。
目前齿轮的结构设计往往利用三维造型软件进行实体设计。
因此，齿轮的三维建模是齿轮结构设计及计算机辅助设计中的一个主要问题，如何提高设计效率和保证设计精度，一直是当前三维实体设计和虚拟样机设计中的难点所在。
而参数化设计这一技术恰恰迎合了这种需求，避免了重复劳动和资源的浪费。
在产品设计阶段应用参数化技术，能够提高产品的设计效率，缩短产品的开发周期，使设计人员从繁重的计算与绘图中解放出来，将主要精力放到创造性的设计工作中去。
1.2 UG软件及齿轮模块开发的简介一 UG软件的概述Unigraphics NX （简称UG）软件是目前应用最为广泛的大型 CAD/ CAE/CAM 集成化软件之一 ,其内容涵盖设计、分析、加工、管理等各个领域 ,它除了为用户提供零件建模、装配、有限元分析、数控加工编程等通用模块 ,还提供了各种专用、模块 ,如工业设计、模具设计加工、钣金设计加工、管路设计等。
基于UG的齿轮参数化建模
基于UG的齿轮参数化建模齿轮作为一种常见的机械元件，被广泛应用于各种机械设备中。
基于UG的齿轮参数化建模技术可以提高齿轮设计的效率和准确性。
下面将详细介绍基于UG的齿轮参数化建模技术。
1.定义齿轮的基本参数：包括齿轮的模数、齿轮数量、压力角、齿宽等基本参数。
这些参数是齿轮设计的基础，通过定义这些参数，可以快速地生成不同规格的齿轮。
2.绘制齿轮的轮廓：通过定义齿轮的基本参数，可以使用UG的绘图功能生成齿轮的轮廓线。
绘制齿轮轮廓时，可以选择不同的绘图方式，如直线法、圆弧法等，以满足不同的设计需求。
3.设计齿轮的齿形：基于UG的齿轮参数化建模技术可以根据齿轮的基本参数，自动生成齿轮的齿形。
通过选择不同的齿形生成方式，可以灵活地控制齿轮的齿形参数，如齿数、齿距、齿顶高度等。
4.添加齿轮的特征：基于UG的齿轮参数化建模技术还可以添加齿轮的特征，如孔、沟槽、锥面等。
通过定义这些特征的参数，可以实现齿轮与其他零部件的连接和传动。
5.进行齿轮的装配和分析：基于UG的齿轮参数化建模技术可以将多个齿轮进行装配，并进行齿轮传动的分析。
通过分析齿轮传动的参数，可以评估齿轮传动的性能和可靠性，并对齿轮进行优化设计。
1.提高齿轮设计的效率：基于UG的齿轮参数化建模技术可以快速地生成齿轮的模型，减少了设计过程中的重复劳动。
设计人员只需根据实际需求调整齿轮的参数，即可自动生成符合要求的齿轮模型。
2.提高齿轮设计的准确性：基于UG的齿轮参数化建模技术可以根据数学模型自动生成齿轮的齿形和轮廓，避免了手工设计的错误和不准确性。
同时，可以根据实际需求对齿轮模型进行修正和优化。
3.实现齿轮设计的可重用性：基于UG的齿轮参数化建模技术可以将齿轮模型保存为标准件，实现齿轮设计的可重用性。
设计人员只需调用已有的齿轮模型，即可快速完成新的设计任务。
4.支持齿轮传动的分析和优化：基于UG的齿轮参数化建模技术可以进行齿轮传动的分析和优化。
通过分析齿轮传动的参数，可以评估齿轮传动的性能和可靠性，并对齿轮的参数进行优化。
利用UG软件实现齿轮的精确建模
利用UG软件实现齿轮的精确建模沈智慧,刘扬,林益平(株洲工学院,湖南株洲412008)[摘要] 介绍利用UG软件建立齿轮三维模型的方法。
关键词: 渐开线;齿轮建模中图分类号:TP391.7;T B486 文献标识码:B 文章编号:1001-3563(2001)06-0044-02 Accurate Modeling of G ear With UG Softw areS HEN Zhi2hui,LIU Y ang,LIN Y i2ping(Zhuzhou Institute of T echnology,Zhuzhou412008,China)Abstract Methods of accurate m odeling of gear with UG s oftware are introduced in this paper. K ey w ords Inv olute;M odeling of gear 在我院包装机械新产品开发过程中,充分利用了UG软件进行三维造型设计,模拟机构运动,进行机构运动分析等。
然而齿轮的精确建模在包装机械设计乃至制造中起着举足轻重的作用。
实现齿轮精确建模的关键是齿轮齿廓曲线的绘制,由于齿廓曲线多为渐开线,这在一些具有三维绘图功能的软件中是较难实现的。
如在AutoC AD软件中必须将其与高级语言接口编程方可绘制渐开线。
利用UG软件可精确建立齿轮的三维模型,从而实现齿轮机构虚拟装配,模拟运动以及数控编程等。
1 齿轮的精确建模在UG软件中常用曲线(如椭圆,双曲线,抛物线等)可在Curve工具条上点击相应按钮直接绘图,而对于其它较为复杂的规则曲线(如渐开线、星形线、摆线等)则需先建立曲线方程,然后按UG软件中表达式的输入规则输入表达式,最后通过Curve 工具条中的Law Curve功能绘制出曲线。
1.1 建立渐开线方程圆的渐开线方程为:x=r(cosα+αsinα)y=r(sinα-αcosα)其中,r为基圆半径,α为角度(弧度制)。
基于UG的齿轮参数化设计
基于U G的齿轮参数化设计林莉（南京工程学院材料工程系，江苏南京210013）摘要：阐述了应用U G的建模功能和它的二次开发工具EX p ression及U G/0p en API实现齿轮参数化设计的方法，可使设计人员能应用现有的三维模型进行更新设计，从而提高设计效率。
关键词：U G；EX p ression；U G/0p en API；齿轮；参数化设计中图分类号：TP391.72文献标识码：A文章编号：1671-5276（2006）03-0076-02The Parameterization Desi g n of Gear Based on UGLIN Li（De p art ment of MateriaI En g ineerin g，Nan in g Institute of TechnoIo gy，JS Nan in g210013，China）Abstract：This p a p er discusses the p arameterization desi g n of g ear with the function of U G buiIdin g modeI，the secondar y deveIo p ments tooI，and EX p ression and U G/0p en API of U G.With this desi g ners can a pp I y eXis-tin g three-dimensionaI modeI to renew the desi g n，thous raisin g the effectiveness of desi g n.Ke y words：U G；eX p ression；U G/0p en API；g ear；p arameterization desi g n0引言随着CAD技术的发展，在齿轮的设计过程中，越来越广泛地应用三维建模的方法。
基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究的开题报告
基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究的开题报告一、研究背景和意义齿轮是机械传动中常见的构件，广泛应用于机械、汽车、飞机等领域。
齿轮的运动性能和工作寿命直接影响机械传动的可靠性和效率。
因此，提高齿轮的传动效率和工作寿命，已成为当前机械设计领域的重要研究方向之一。
在现代机械设计中，参数化设计是一种广泛应用的设计方法，其能够提高设计效率和设计质量，缩短设计周期，降低设计成本。
基于UG软件平台进行齿轮参数化设计，可以实现机械传动系统齿轮部件的快速设计和优化，提高齿轮传动效率和工作寿命，降低生产成本，提高整个机械系统的性能。
同时，齿轮运动仿真分析也是齿轮设计中重要的研究内容之一。
齿轮系统的运动仿真分析可以模拟齿轮在不同负载条件下的运动状态和应力变化，为齿轮的优化设计提供重要的参考依据。
因此，本研究拟以UG软件为平台，基于齿轮参数化设计及运动仿真分析方法，对齿轮的设计进行深入研究和探讨，以期为优化齿轮设计、提高设计质量和效率提供参考。
二、研究内容和方法（一）研究内容1. 齿轮参数化设计方法的研究基于UG软件平台，研究齿轮的参数化设计方法，通过建立合适的参数模型，实现齿轮件的快速设计和优化。
2. 齿轮运动仿真分析方法的研究以UG软件为平台，运用动力学仿真模块，建立齿轮系统的动力学仿真模型，模拟其在不同负载条件下的运动状态和应力变化，对齿轮的运动性能进行分析和评估。
3. 齿轮实物试验验证基于实验室齿轮实物，对齿轮的性能进行实际测试和验证，比较分析仿真结果与实际测试结果，以进一步优化齿轮设计。
（二）研究方法通过查阅相关文献，了解齿轮设计和仿真分析的基本理论和方法，熟悉UG软件的相关工具和应用技巧，掌握齿轮参数化设计和运动仿真分析的关键步骤和技术细节。
具体研究方法包括：1. 齿轮参数化建模针对不同型号的齿轮件，建立相应的参数模型，实现齿轮的智能化设计和快速优化。
2. 齿轮运动仿真分析建立齿轮系统的动力学仿真模型，结合动力学仿真模块，模拟齿轮在不同负载条件下的运动状态和应力变化，评估齿轮的运动性能和稳定性。
基于UG的二次开发技术实现齿轮参数化设计
40 1基于UG的二次开发技术实现齿轮参数化设计学生：江风指导教师：王祥机械与材料学院摘要：渐开线齿轮是机械传动中的常用零件,由于齿形轮廓复杂,其参数化设计困难。
本课题基于Unigrphics二次开发平台，应用其UG/Open API开发工具和VC++6.0开发环境对渐开线齿轮三维参数化造型系统进行了研究。
在研究了Unigrphics与应用程序的接口UG/Open API的基础上，引入参数化建模的思想，基于UG构建了渐开线齿轮的三维参数化造型系统。
该系统具有友好的用户界面，能方便地进行齿轮的三维参数化建模。
Abstract: Helical gear is a part in mechanical drives in common use,while because of its complex tooth profile, it is difficult to conduct parameterized design.In this paper, the 3D parametric modeling system for helical gear is researched using the UG/Open API and VC++6.0 based on Unigrphics secondary development. By researching the interface-UG/Open API between the Unigrphics and application procedures, the 3D parametric modeling system for typical gear is constructed based on Unigrphics and the concept of parametric modeling. This system has friendly user interface, can conveniently construct 3D parametric model of helical gear.关键词：齿轮；参数化建模；二次开发；UnigrphicsKeywords: Gear; Parametric modeling; Secondary developing; Unigrphics40 2前言日益激烈的市场竞争,迫切要求企业具备快速响应市场的能力,在产品设计和开发过程中,零部件的标准化、通用化和系列化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径。
ug齿轮有限元接触应力设置
ug齿轮有限元接触应力设置UG齿轮有限元接触应力设置齿轮是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
在齿轮传动过程中，接触应力是一个重要的参数，它直接影响着齿轮的使用寿命和工作性能。
为了准确地评估齿轮的接触应力，并提高齿轮传动的可靠性和效率，有限元分析是一种常用的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，可以有效地模拟和分析复杂的结构和系统。
在齿轮有限元分析中，通过将齿轮的几何形状、材料性质和工况等参数输入到有限元软件中，可以得到齿轮在不同工作条件下的应力分布和变形情况。
在进行有限元分析之前，需要进行几个重要的设置，其中包括齿轮的几何建模、材料模型和加载条件等。
对于齿轮的几何建模，可以采用三维实体模型或二维轴对称模型，具体选择取决于实际情况和计算效率的要求。
在建立几何模型时，需要准确地绘制齿轮的齿形，以及确定齿轮的齿数、模数等重要参数。
材料模型是有限元分析中的另一个重要设置，它决定了材料在受力情况下的应力应变关系。
对于齿轮材料的选择，常见的有钢材、铸铁等。
在有限元分析中，可以根据齿轮材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等，选择相应的材料模型进行建模。
加载条件是有限元分析中的第三个重要设置，它描述了齿轮在使用过程中的工作条件。
对于齿轮传动，常见的加载包括轴向力、径向力和扭矩等。
在有限元分析中，可以将这些加载作用于齿轮的不同位置，模拟实际工作中的应力情况。
有限元分析的结果可以通过有限元软件进行后处理，得到齿轮的应力分布图、等值应力云图等。
根据这些结果，可以评估齿轮在不同工作条件下的接触应力，并进行相应的优化设计。
例如，如果发现齿轮某些部位的接触应力过大，可以通过调整齿轮的几何形状或材料参数，来降低接触应力，提高齿轮的使用寿命。
需要注意的是，在进行有限元分析时，应该合理选择网格大小和边界条件，以保证计算结果的准确性和可靠性。
此外，还应注意对齿轮的边缘效应进行处理，避免边缘处应力集中导致的齿轮失效。
最新基于UG的齿轮的参数化设计
(4 )采用建立原始齿轮结构模型并驱动其特征参用UG的二次开发技术,为解决齿轮参数化设计问题 提供了可行的方法,通过直接输入齿轮设计条件，利用计算得出的 有关设计参数(模数、齿数、压力角、变位系数、齿顶高系数、顶 隙系数等)进行实体建模，实现齿轮的参数化设计,提高齿轮设计 的效率和准确性。
(1)研究直齿和斜齿圆柱齿轮的基本啮合理论和各参数间的 关系并建立数学模型；
(2)渐开线数学模型的建立,通过对齿轮的啮合原理的深入研
究，建立渐开线数学模型，得到渐开线方程；
(3)深入掌握UG二次开发的各种方法,并熟练运用
轮的数学模型的基础上，对各齿轮实现三维参数化造型；
(4)在构建齿轮模块框架的基础上，深入研究菜单的制作技
建模技术是CAD的核心技术，参数化造型技术和特征造型技 术是新一代继承化CAD系统应用硏究的热点理论⑷。目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化造型较为成熟。对复 杂的三维实体的参数化造型尚不多见，特别是齿轮这类形状复杂、 精确齿形的三维实体参数化造型设计更少。这有多方面原因：一 方面齿轮二维图形参数化设计能够满足传统的齿轮加工要求；另 一方面运用低级CAD软件对复杂的三维实体很难实现参数化虚 拟造型设计。随着塑料齿轮的广泛应用和快速成型与虚拟制造技术的迅速发展，传统的二维图形已不能满足现在的设计、加工要 求⑸。因此，在三维软件上绘制齿轮实体变得十分重要。但是， 由于齿轮形状复杂,且齿形曲线有一定的规律，绘制齿形曲线较 复杂。并且齿轮各参数间都有严格的函数关系,再加上随着当代 机械制造业的不断发展，齿轮的精度要求也越来越高,齿轮实体 的绘制较为麻烦。齿轮并不是一个标准件，它的各个参数随着设 计要求的不同而不同。如果每设计一个齿轮都要画一个对应的实 体部件的话，那不仅增加了设计者的劳动量,还大大降低了设计效率,阻碍了企业的生产和发展。参数化设计是新一代智能化、 集成化CAD系统的核心内容，也是当前CAD技术的研究热点⑹。
基于UG二次开发的变位斜齿轮参数化建模研究_付永涛
１．２ 渐 开 线 形 成 原 理 如图２ 所 示，当 一 直 线 Ｌ 沿 一 圆 周 做 纯 滚 动 时，
直线 Ｌ 上 任 一 点 Ｋ 的 轨 迹 称 为 该 圆 的 渐 开 线，θＫ 为 渐开线上任一 点 的 展 角，αＫ 为 渐 开 线 在 点 Ｋ 的 压 力 角，半径为ｒｂ 的圆称为渐 开 线 基 圆 。 ［４］ 建 立 坐 标 系 如 图 ３ 所 示 ，渐 开 线 的 曲 线 方 程 为
（１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００５５，Ｃｈｉｎａ） （２Ｓｈａａｎｘｉ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｐｏｗｅｒ Ｈｉ－ｔｅｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）
１ 齿 轮 参 数 化 建 模 设 计
１．１ 变 位 斜 齿 轮 的 设 计 原 理 对 于 渐 开 线 标 准 齿 轮 ，为 了 防 止 根 切 现 象 ，就 是 以
切削标准齿轮时刀具 的 位 置 为 基 准，将 刀 具 沿 齿 轮 径 向 移 动 一 段 距 离 来 切 削 齿 轮 ，这 就 是 变 位 修 正 法 ，这 样 加 工 的 齿 轮 为 变 位 齿 轮 。 ［２］１４５－１４６
图２ 渐开线的形成
图３ 直角坐标系下齿根过渡曲线
当 变 位 系 数 为 零 时 ，齿 根 过 渡 曲 线 方 程 为 烄ｘ＝ｒｓｉｎφ－（ｓｉｎａγ＋ｒρ）ｃｏｓ（γ－φ） 烅 烆ｙ＝ｒｃｏｓφ－（ｓｉｎａγ＋ｒρ）ｓｉｎ（γ－φ）
式 中 ，ｒρ＝１ｃ－＊ｓｉｍｎα
φ＝ｒ１（ｔａａｎγ＋ｂ） ａ＝ｈａ＊ｍ＋ｃ＊ｍ－ｒρ ｂ＝π４ｍ＋ｈａ＊ｍｔａｎα＋ｒρｃｏｓα 其中，ｒρ称为 刀 具 齿 顶 高 圆 角 半 径，是 齿 根 过 渡 曲 线 的最 小 曲 率 半 径；ａ 为 刀 具 圆 角 圆 心 Ｃρ 距 中 心 的 距 离；ｂ为刀顶圆 角 圆 心 距Ｃρ 刀 具 齿 槽 中 心 线 的 距 离； ｈａ＊ 为齿顶高系数；ｃ＊ 为顶隙系数；ｍ 为模数；α 为 分 度 圆压力角。可以通过上面公式计算刀具齿顶高圆角半 径 ，进 行 输 入 。 齿根过渡线是一条缩短的渐开线，由刀具齿顶圆弧 展成，是连接渐开线和齿根圆的一段光滑曲线，若采用顶 部只有一 个 圆 角 的 刀 具 加 工，则 齿 根 过 渡 曲 线 为 圆 弧。 所以可将 齿 根 过 渡 曲 线 简 化 为 一 条 圆 弧。 圆 弧 半 径 取 值：齿顶高 系 数ｈａ＊ ≥１ 时，刀 具 齿 顶 高 圆 角 半 径ｒρ＝ ０．３８ｍ；齿顶高系数ｈａ＊ ＜１时，ｒρ＝０．４６ｍ［６］。 １．４ 螺 旋 线 的 构 造 参数化的原则必 须 与 加 工 原 理 一 致，斜 齿 轮 与 直 齿轮不同之处是齿线为螺旋线 。 ［７］ 由螺旋线的几 何 关 系 ，若 将 斜 齿 轮 分 度 圆 柱 面 展 开 ，可 得 到 分 度 圆 螺 旋 线 的几何关系为 ｌ＝πｄ／ｔａｎβ 式中，β为螺旋 角；ｄ 为 分 度 圆 直 径；ｌ 为 导 程，螺 旋 线 绕分度圆一周上升的距离。可以根据所给的齿轮螺旋 角和分度圆直径绘制螺旋线。 １．５ 齿 顶 高 变 动 系 数 的 计 算 齿 轮 分 为 标 准 齿 轮 、高 度 变 位 齿 轮 和 角 变 位 齿 轮 ， 在计算角变位齿轮的齿顶圆直径时应考虑齿顶高变动 系数。齿 顶 高 变 动 系 数 通 过 以 下 两 种 方 法 可 以 得 到［８］。 （１）按 公 式 计 算
基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究
基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究在工程设计和制造中，齿轮是一种常见的机械元件，广泛应用于各种机械传动系统中。
传统的齿轮设计和分析方法主要是基于经验公式和手工计算，效率低下且存在一定的误差。
为了提高设计效率和准确性，基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析成为了一个研究热点。
基于UG的齿轮参数化设计和运动仿真分析是利用UG软件的先进功能和强大的建模和仿真能力，实现齿轮设计和分析的全过程数字化。
UG软件具有丰富的齿轮设计和分析工具，可以方便地进行齿轮的几何建模、参数化设计、运动仿真和性能分析。
齿轮参数化设计是指在UG软件中建立齿轮的几何模型，并根据设计要求和参数自动生成齿轮的尺寸和形状。
UG软件提供了多种齿轮模型，可以选择不同的齿轮类型和参数进行设计。
通过简单的参数输入和调整，可以自动生成齿轮的几何特征，如齿数、模数、齿廓曲线等。
设计人员可以根据需要自由地调整齿轮的参数，快速产生满足要求的齿轮模型。
齿轮运动仿真是指对齿轮进行运动分析和性能评估。
UG软件可以将设计的齿轮模型导入到动力学仿真模块中，进行齿轮副的运动仿真。
在仿真过程中，可以设置齿轮的初始位置、转速和扭矩等参数，并模拟齿轮在不同工况下的运动状态。
通过仿真结果，可以分析齿轮的动力学性能，如齿面接触、齿根应力、齿轮传动误差等，并对齿轮进行优化设计。
1.高效性：利用UG软件的参数化设计和仿真功能，可以快速实现齿轮设计和分析的数字化，大大提高了设计效率。
2.准确性：基于UG的齿轮设计和仿真方法能够精确计算齿轮的尺寸和性能参数，提高设计的准确性和可靠性。
3.灵活性：UG软件提供了多种齿轮类型和参数选项，设计人员可以根据实际需求进行选择和调整，满足不同传动系统的设计要求。
4.可视化：通过UG软件的仿真模块，可以直观地显示齿轮的运动状态和性能参数，并提供丰富的图表和曲线来展示设计结果。
综上所述，基于UG的齿轮参数化设计和运动仿真分析是一种提高设计效率和准确性的新方法。
基于参数化设计的斜齿轮弯曲应力研究
２１ 年 ００ ０１月
煤 矿 机 械
Ｃｏ ｌＭ ｉ ｅ Ｍａ ｈ ｎ ｒ ａ ｎ ｃ ｉ ｅ ｙ
Ｖｏ ． Ｎｏ０１ １１ ． ３
Ｊｎ ２ ｌ ａ． Ｏ０
基 于参数化设计 的斜齿轮弯 曲应力研 究
蔡 慧林 ．袁 文 武
（ 州 交 通 大学 机 电 Ｅ程学 院 ，兰 州 ７ ０ ７ 兰 ３ ０ ０）
Ｄｅ ｉ ｎ ｓｇ
ＣＡＩＨｕ — ｉ ， ｉ ｌ ＹＵＡＮ ｅ － ｎ Ｗ ｎ ｗｕ
（ ｈ ｏ ｏ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｌ ｔ ｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｌ ｎ ｈ ｕＪ ｏｏ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， ￣ ｚｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｓ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉａ ａ ｄ Ｅｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ， ａ ｚｏ ｉ ｔｎ ｎｖ ｓ ｙ Ｉ ｎ ｈ ｕ ７ ０ ７ ， ｈｎ ） ｃ ｃｉ ｎ ｉ ａ ｅ ｉ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｙ ｔ ｅ ｄ ｔ ｘ ｈ ｎ ｅ ｉ ｔｒａ ｅ ｏ ｎ ｓ ｒ ｃ ：Ｂ ｈ ａａ ｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｅｆ ｃ ｆ ＵＧ ａ ｄ ＡＮＳ ，ｇ ｏ ｔ ａａ ｏ ｈ ｒ ｃｓ ｄ ｌｏ ＹＳ ｅ ｍｅ ｒ ｄ ｔ ｆ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｅ ｍｏ ｅ ｆ ｙ ｈ ｌ ａ ｅ ｒ ｉ ｔａ ｓｅ ｒ ｄ ｉ ｔ ＡＮＳ ，ａ ｄ ｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｍｏ ｅ ｉ ｇ ｉ ｏ ｔｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｄ ｆ ｉ ｏ ｆ ｅ ｉ ｌｇ ａ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒｅ ｎ ｏ ｃ ＹＳ ｎ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｓ ｂ ａｎ ｄ ｂ ｈ ｅ ｎ ｔ ｎ ｏ ｉ ｅ ｎ ｉ ｉ ｎ ｄ ｓ ａ ｄ ｅｅ ｎ ｓ Ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｃ ｆｄ ｆｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｂ ｎ ｉ ｇ ｓｒ ｓ ｆｈ ｌ ａ ｅ ｒ ｗ ｓ ｓｕ ｉｄ ｏ ｅ ｎ ｌ ｍｅ ｔ． ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｓ ｏ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｎ ｔ ｓ ｏ ｅ ｉ ｌｇ ａ ａ ｔ ｄ ｅ ｔ ｏ ｅ ｃ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｃ ｓ ｈ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔａ ｅ ｏ ｃ ． ｏ ｐ ａ ｅ ｙ ａ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｏ ｄ ．Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｒ ｓ ｌ ｎ ｅ ｈ ａ ｅ ｔ ａ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｄ ｆｒ ｅｉ ｔ ｌ ｃ ｄ ｂ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｌ ａ ｓ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｓ
曲线齿轮的参数化设计及应力分析
曲线齿轮的参数化设计及应力分析张健，彭彪（攀枝花学院交通与汽车工程学院四川攀枝花 617000）摘要：利用Pro /E参数化设计理念,以Pro /EngineerWildfire5.0系统为背景,结合实际建模过程,对曲线直齿轮快速建模方法进行了研究,给出了曲线齿轮的通用性参数化建模过程和方法，并对所建模型进行再生研究。
最后利用Pro/E集成的Pro MECHANICA结构分析模块,对曲线齿轮在一定载荷下的应力、变形情况做了静态分析,可对设计模型在真实工作环境下的结构性能进行评估、研究和优化,对于曲线直齿轮结构的优化具有一定的实际意义。
关键词：曲线齿轮，参数化设计，应力分析，Pro/E1曲线齿轮特点简析齿轮传动是机械行业应用非常普遍的传动方式，齿轮作为传递动力和运动的零件，可完成减速、增速、变向、换向等动作。
相对于直齿轮而言，曲齿圆柱齿轮具有传动平稳、冲击和噪声小的优点；同时也是轮齿优化、回转误差分析、齿根裂纹扩张以及系统减振降噪等研究的基础；由于曲线齿轮的齿廓是对称的，所以其传动没有轴向力；其齿轮齿向是空间曲线，齿轮啮合的接触线更长，因而重合度大，承载能力强[2]；此外，由于曲线齿轮轮齿是拱形的，拱形效应增加了轮齿的抗弯强度。
由于曲齿的齿廓形状比较复杂，以往利用一些低端软件对于曲齿圆柱齿轮进行三维建模，很烦琐，而且精确度也很难保证，但是运用Pro/E软件突破性解决了此问题，利用Pro/E软件可以方便而精确地对曲齿轮进行参数化建模，减轻了设计人员的工作量，提高了设计速度[3]。
曲线齿轮的法面齿廓曲线是由两条渐开线曲线以及齿根圆圆弧组成，齿廓曲面可以看作是法面齿廓垂于直齿轮轴线，绕螺旋线的方向扫描混合而成。
对于曲线齿轮设计要运用到的主要参数有：模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、齿数等。
而在设计中要具体设计的是模数、齿数及齿宽，其他参数都是随这三个基本参数而自动生成的。
2参数化设计过程用Pro/E进行建模时，首先添加曲齿的基本参数，再添加关系式约束齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等的尺寸，然后用曲线工具创建法面齿廓曲线，利用特征复制进行平移已有的齿廓曲线得到其他的齿廓曲线，再用扫描工具生成一个轮齿特征。
齿轮模型的建立及齿根应力分析
化设计［Ｊ］． 机械设计与制造， ２００３（５）： １７～１９． ［５］ 潭建国 ． 使用 ＡＮＳＹＳ６．０ 进行有限元分析［Ｍ］． 北京： 北京大
学出版社， ２００２： ３８～４０． （ 收稿日期： ２００６－ １０－ １６）
参考文献 ［１］ 漆 瑞， 等 ． 基于 ＶＢＡ 工具开发的渐开线齿轮实体造型系
统［Ｊ］． 现代制造工程， ２００３（７）： １８～１９． ［２］ 吴继泽 ． 齿根过渡曲线与齿根应力［Ｍ］． 北京： 国防工业出
版社， １９８９： ３０～３２． ［３］ 张晋西 ．ＭＤＴ 二次开发用于斜齿轮造型与有限元分析［Ｊ］．
’η＝ｒａ ｓｉｎψ
（ ２）
λ＝ｒａ ｃｏｓψ
式中： ｒａ — —— 齿顶圆半径， ｒ ａ ＝ ［ ｍ（ｚ＋２ｆ＋２ｘ）］ ／２ ； ｘ— ——
变位系数； ψ— ——变参数， 在 ０～（φａ）／２ 之间变化； ｒｂ — ——
基圆半径， ｒ ｂ ＝ｍｚｃｏｓα； α０ — —— 齿顶圆压力角， αａ＝ａｒｃ－
至此， 已创建出齿轮齿形部分的三维模型， 最后， 按齿轮实际结构添加相应的轴孔特征、键槽特征和倒 角特征， 从而完成不同结构类型的渐开线斜圆柱齿轮 的三维造型， 如图 ７ 所示为斜齿轮的三维实体模型。
图 ５ 齿槽刀具体 图 ６ 单个齿槽
图 ７ 斜齿轮模型
截面草图
３ 齿根应力分析
ＡＮＳＹＳ 软件是美国 ＡＮＳＹＳ 公司研制的大型通用
３．２ 模型导入
ＡＮＳＹＳ 提供了与其它软件的数据接口， 支持多种
数据输入格式， 根据在 ＭＤＴ 中建立的齿轮分析模型，
基于UG平台的齿轮三维实体建模
第2期(总第147期)2008年4月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.2Apr.文章编号:1672-6413(2008)02-0069-03基于U G 平台的齿轮三维实体建模高海兵,李春英(太原理工大学,山西 太原 030024)摘要:以U G 2.0软件为平台,介绍了在U G 中两种不同齿轮的创建模式,并结合实际应用讨论了两种模式的优缺点。
关键词:U G ;齿轮;建模中图分类号:T H 132.41∶T P 273 文献标识码:A收稿日期:2007-09-10;修回日期:2007-12-15作者简介:高海兵(1982-),男,山西吕梁人,硕士研究生,主要研究方向:机电液一体化。
1 概述齿轮传动作为重要的机械传动形式,具有瞬时传动比恒定、传动效率高、传递功率范围广、寿命长等优点。
但是在啮合传动过程中,对齿轮的齿廓设计、制造精度有很高的要求,如果精度达不到要求,将会引起传动过程中的振动、噪声,使得传动不稳定,降低了传动质量。
故对齿轮及其系统进行静态、动态的研究,从而为实际生产应用提供有力的理论依据。
齿轮齿廓的形式在很大程度上影响着整个齿轮传动系统的性能和工作效率,对其进行三维实体建模比较困难。
在一般的三维设计软件中,齿轮齿廓是用样条曲线拟合的方法来代替的,这就使得对齿轮的研究结果与实际工作中的结果有很大的误差,影响了研究结果的准确性和实用性。
所以在设计过程中需要寻找一种准确快捷的方法,为理论研究和实际应用提供一种便捷的桥梁。
UG(unigraphics)软件是集CAD /CAE /CAM 为一体的三维机械设计平台,它不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能,而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,从而提高了设计的可靠性。
2 UG 平台上的齿轮建模在UG 软件中,对于齿轮的三维建模主要有两种方法: 通过完全参数化的方式先确定齿轮轮齿的基本形状,主要是齿形齿廓的基本形式,其中包括渐开线、直齿等形状,然后通过特征操作生成齿轮的三维实体,再根据实际要求,通过各种特征操作生成最终的三维实体模型; 通过UG 软件中的齿轮模块来实现三维实体模型的构建,在齿轮模块中,只需在设计界面中输入控制齿轮模型的基本参数就能直接生成齿轮的三维实体模型,应用齿轮模块可以创建直齿、斜齿、内齿、外齿等常见的齿轮。
ug齿轮建模 (2)
ug齿轮建模
要对ug齿轮进行建模，首先需要了解齿轮的几何形状和参数。
一般情况下，齿轮的建模可以分为以下几个步骤：
1. 创建基础几何体：打开UG软件，选择适合的零件文件
类型，创建一个新的零件文件。
然后使用绘图工具创建一
个圆形或正方形的截面，作为齿轮的基础几何体。
2. 定义齿轮参数：在该几何体上定义齿轮的参数，如模数、压力角、齿轮个数等。
可以使用参数化建模的方式，使得
后续可以方便地修改这些参数。
3. 绘制齿轮齿形：根据所定义的齿轮参数，使用绘图工具
绘制齿轮的齿形。
这可以通过绘制切线或直线来实现，确
保齿轮的齿形符合标准要求。
4. 挤出齿轮轮廓：选择挤出操作，并选择齿轮齿形曲线作
为挤出的轮廓。
设置挤出的高度或直接从扭转轴扭转以创
建连续的齿轮几何体。
5. 添加齿轮孔和轴孔：如果齿轮需要安装在轴上，可以使
用钻孔工具在齿轮中心创建一个齿轮孔，然后使用钻孔工
具或孔特征工具创建与轴直径相匹配的轴孔。
6. 完善齿轮细节：根据需要，可以添加其他细节，如倒圆角、斜切等，以使齿轮外观更加逼真。
7. 导出或保存文件：完成齿轮建模后，可以选择导出为其
他文件格式（如STEP、IGES等）或直接保存为UG文件。
以上是对于在UG软件中建模齿轮的一般步骤，具体操作
可能因软件版本和个人需求而有所不同。
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万方数据
万方数据
机械传动２０１１年
先利用网格控制命令控制齿廓的网格数量，再对
整体进行自动网格划分，网格采用４节点的３Ｄ四面体
网格。
网格划分完成后，进行网格单元检查，结果显示
没有划分失败的单元。
网格划分如图５。
图４蛳ｘ齿轮啮合模型
２．４边界约束和载荷的施加
模拟齿轮箱中齿轮的受
力及约束状况施加约束及载
荷如下：
（１）约束条件。
实际工
作中，主动齿轮和从动齿轮
都是通过机械联接固定在传
动轴上，因此，对主动轮轴孔
内表面采用圆柱形约束，固图５岫齿轮模型网格划分定径向和轴向自由度，绕轴旋转自由；对从动轮轴孔内表面施加固定约束。
在啮合齿间采用手动方式建立接触关系。
主动齿轮为目标面，从动齿轮为源面。
（２）施加载荷。
齿轮运动依靠外界输入转矩实现，因此在主动齿轮上的轴孔内侧轴孔圆柱面处施加转矩，根据所模拟的实际工况，大小设为５００Ｎ・ｍ，从动轮不施加外力。
２．５解算及后处理
求解结果中包含位移、应力、应变等多个物理量。
选择节点应力选项中的啪一ｒＩｌｉ：ｓｅｓ第四强度理论准则进行应力分析。
冯氏应力云图如图６所示。
由图６可知，在该承载工况下，ＩＪ０９ｉ】【齿轮的最大弯曲应力为即一＝１１５．１ＭＰａ
２．６比较与讨论
在相同承载工况下，对材料和基本参数相同的渐开线齿轮进行弯曲应力分析，其冯氏应力云图如图７所示。
图６岫齿轮有
限元分析应力云图
图７渐开线齿轮有限
元分析应力云图由图７可知，在该承载工况下，渐开线齿轮的最大弯曲应力为盯胁，’＝１５３．５ＭＰａ。
对比两者计算结果，可知ＩＪ０９ｉ】【齿轮的最大弯曲应力要比渐开线齿轮的弯曲应力低３８．４ＭＰａ，大约减少３３％左右。
由此可见，在相同承载工况下，ｂｇｉ】【齿轮的最大弯曲应力要低于材料和基本参数相同的渐开线齿轮，即【ｏ出齿轮的弯曲强度要优于渐开线齿轮。
３结论
应用ＵＧ软件及ＮｘＮ鹪ｔｍｎ解算器，在同一软件平台上实现了ＩＪＤ出齿轮的参数化建模与弯曲应力的有限元分析，提高了建模效率与有限元解算精度。
有限元分析结果表明，在相同承载工况下，岫啦齿轮的弯曲强度显著优于相同材料及基本参数的渐开线齿轮的弯曲强度。
本文中的研究对于高强度齿轮的研究及ｋ出齿轮的推广应用具有一定的指导意义。
参考文献
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收稿日期：２０Ｉ蝴
作者简介：谢匕（１９７９一），男，吉林长春人。
博士。
讲师万方数据
基于UG的Logix齿轮参数化建模及弯曲应力分析
作者：谢飞， 黄旭， 王建华， 王云成， Xie Fei， Huang Xu， Wang Jianhua， Wang Yuncheng
作者单位：吉林大学,汽车动态模拟国家重点实验室,吉林,长春,130025
刊名：
机械传动
英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION
年，卷(期)：2011,35(3)
本文链接：/Periodical_jxcd201103009.aspx。