基于UG的减速器参数化设计系统研究

王宪忠，吴凤林

（太原理工大学 机械工程学院，太原 030024）

0 引言

齿轮减速器是一种随着原动机的输出转速减低到工作机的所需转速，而把原动机的输出功率传给工作机的传动装置，在机械传动领域较为常见。

传统的减速器设计方法，需要根据已知条件分别对各个零件分析设计然后建模，既费时又费劲、效率低且设计过程繁琐，也不便于统一管理数据。为此，可以利用UG软件参数化设计的相关功能。对于减速器参数化设计系统，用户只需通过系统交互界面输入基本条件参数，通过程序控制方式，即可实现对三维模型模板的实时修改和更新[1]，自动生成不同参数的新模型并进行装配，大大缩短了产品开发周期，提高了设计效率。

1 参数化系统设计流程

建立参数化系统，需要对功能参数和几何参数分析计算，由此推导模型的参数化表达式并建模，进行用户菜单对话框等界面的设计，并通过UG Open技术实现各个零部件的模型生成及更新，最后将得到的零部件导入装配体。在此以单级圆柱齿轮减速器介绍其过程。

2 零部件参数的设计计算

零部件参数的设计计算需要在充分了解结构与功能的基础上，分析计算各零件的具体结构参数、输入参数、中间计算参数及系统输出参数和各零部件之间的结构关系、参数关系以及装配关系。

根据以上数据，建立的零部件参数程序化设计计算库，可以满足对减速器设计的便捷性、自主性，计算的准确性。基于Visual C++6.0建立减速器零部件关键参数的设计计算算法程序，得到设计参数。计算过程中调用对应子程序，程序执行完毕后，显示设计计算结果。过程框图如图1所示。

图1 参数设计计算框图

3 减速器三维建模

根据已知条件和零部件参数设计计算获取的数据确定设计过程，通过UG软件绘制零部件的三维模型模板，将减速器工程数据体现到三维模型的几何数据上。

减速器系统中包括齿轮、轴、箱体、轴承、轴承盖、键等众多零件。绘制减速器零部件的三维模型模板，需要在充分分析全参数相关尺寸结构基础上，综合运用基于草图驱动和特征驱动的建模方式，对模型的特征参数和尺寸约束、几何约束联系起来并进行驱动控制。

传动零件齿轮的建模，在确定几何特征参数后，齿廓渐开线的绘制可通过参数化表达式工具功能实现。为了简化UG参数化表达式输入过程，表达式可用记事本方式创建，保存为EXP文件， 然后在UG表达式中导入此文件，再利用UG“规律曲线”命令生成齿轮渐开线。生成渐开线及过渡曲线后, 通过镜像、阵列、拉伸和布尔等命令的操作，即可得到完整齿轮三维模型模板。如图2所示。

图2 完整齿轮三维模型

减速器轴的建模利用UG中的基本成型特征即可。阶梯轴的毛坯只要通过轴的直径和长度等外形尺寸就能够确立, 而槽、倒角圆角等结构则通常利用UG中相关特征操作来完成。

减速器上下箱体的建模是基于草图模式构造箱体的轮廓并拉伸为实体。在箱盖上添加凸台并在凸台部分进行孔命令等命令，箱座上添加凸垫并进行孔和腔体等命令，最后通过修剪、倒圆角等一系列特征操作来完成。

对于减速器中的轴承、螺栓、螺母、键等标准件，可从标准件库中直接提取。使用标准件库，可以实现资源共享，提高设计效率。

4 用户界面设计和系统接口应用程序设计

通过用户菜单，对话框等界面选择、输入或修改设计参数，参数经过系统应用程序接口进行数据传递，通过程序控制的方式可生成新的三维模型。流程图如图3所示。

图3 设计流程图

4.1 用户交互界面设计[2,3]

人机交互界面是参数化系统设计的重要环节。用户菜单及对话框通过提供直观人性化的环境，使系统的操作更加简捷方便。

4.1.1 设置UG环境变量

在用户自定义开发目录下建立startup等文件夹。W in7环境下右键单击计算机-高级系统设置-高级-环境变量，新建变量输入UGII_USER_DIR，变量值为用户自定义开发目录。

4.1.2 制定用户菜单

在UG开发中，可以通过UG/OpenMenuScript实现菜单的用户化。菜单的脚本文件为记事本创建和编辑的*.men文件，放在startup目录之下。效果如图4所示。

图4 制定的用户菜单

4.1.3 设计用户对话框

UG/Open Uistyler工具用来编辑生成可视化用户对话框，此对话框是实现人机交互，读取原始数据和处理输入数据的重要接口工具。以齿轮为例，生成的对话框如图5所示。对话框文件保存时会生成三个文件：.dlg (Uistyler界面文件)、.h（c语言头文件）和.c（c语言源文件）。.dlg 文件放在application目录下。

4.2 系统接口应用程序设计

4.2.1 创建界面程序框架

基于VC++6.0中创建新的Unigraphics NX W izard V 1工程；设置工程环境；删除工程中的.h和.c文件，然后将获得的.h文件和.c文件(修改后缀为.cpp)拷贝到工程中；打开.cpp文件，根据要求对回调函数进行创建修改，生成所需的dll文件。最后利用DLL文件链接菜单文件，完成系统对菜单的调用和参数的获取修改。

部分程序示例：

图5 齿轮生成对话框

4.2.2 数据库框架

系统建立了统一的模型参数数据库，数据库中保存了大量可供使用的数据。

M FC ODBC为数据库的访问提供了统一接口。 首先在管理工具中创建并配置ODBC数据源,然后Visual C++6.0 编程实现对数据库读取操作，为按钮添加响应函数。

数据库连结主要程序代码如下：

利用ODBC数据库操作类的封装类，可实现与对数据库的连接、显示、访问和查询等大部分操作[4]。

5 零部件的虚拟装配

对于实际装配过程中可能会出现的零部件无法安装，零部件之间的干涉等现象，通过UG软件的虚拟装配技术，可以直观的评估其实际装配性能，检测零件设计的合理性和产品的可装配性。

为了提高装配路径的优化性，最大限度的提高装配过程的合理性，采用从零件到整体的装配方式，并自下而上的装配建模过程[5]。装配组件定位过程中要完整分析定位信息，建立正确的配对约束。减速器模型装配体效果如图6所示。

图6 减速器装配体

6 结论

详细介绍了减速器参数化设计的过程。首先根据设计要求计算出减速器所需的设计参数，以UG软件建立减速器的三维造型模板和虚拟装配系统，通过UG/Open API标准化接口，结合VC++编程程序控制技术读取数据库，生成并更新模型，交互式实现减速器的参数化设计系统。此系统可以方便快捷的完成减速器零部件的设计装配，极大提高设计质量和效率，并对其他参数化系统的设计也提供了一定的参考价值。

[1] 赵丽娟,张双,伍正军.基于MFC和Pro/TOOLKIT的NGW型行星减速器参数化设计[J].机械传动,2012;(04):58-60.

[2] 荀晓云,颜昌翔.基于UG二次开发的谐波减速器的参数化设计[J].机械传动,2012;(04):53-57.

[3] 冯玮,周启来.齿轮参数化设计系统的研究与实现[J].制造业自动化,2011,4(33):103-104.

[4] 黄勇,张博林,薛运峰.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.

[5] 黎华,王重华,吴清华.起重机渐开线圆柱齿轮减速器三维参数化设计系统的研究和实现[J].机械设计与制造,2006;(10):53-55.