本人不建议借助UG图形模板进行二次开发的原因---挑战者

chaowei619

基于ug的斜齿轮精确建模的方法分析

挑战者 $ ]5 t% Z4 x. L6 z2011年5月27日12:12:16

. }' |* ^( Z9 F5 X9 z: Y此论文为本人大学毕业分析所写，已经专卖给别人了。    为什么要用UG OPEN API完全编程进行UG二次开发，而不是借助于已有的设计模板，这就是部分原因。

摘要：斜齿轮的精确建模是对斜齿轮进行力分析，接触分析的基础，在很多论文中都对斜齿轮的建模进行了讨论，经过笔者的分析，发现这些方法很多都是不精确的或者说都有很多没有讨论到的地方，在此针对这些问题进行分析。

关键词：精确建模；UG；

0、引言

齿轮造型与理论尺寸的误差直接影响对齿轮的有限元分析和齿轮产品的!"# 制造精度，目前对工程中常用的渐开线圆柱齿轮的三维造型理论与方法，在齿根过渡曲线处仍采用近似的圆弧代替，变位齿轮的造型仍为空白，势必会直接影响对齿轮的弯曲强度校核的准确性。

1、第一个常见错误分析

第一个问题就是在斜齿轮的精确建模中没有考虑齿根圆与基圆之间的大小关系，根据斜齿轮的齿根圆与基圆公式有：

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif

' }+ I# h: V) `1 v0 `# a
' \  a! W* _# T9 S$ V4 H. a7 [$ o

（1）

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif
1 h3 n/ }9 X- q9 M1 R
# L' j+ R3 L- n1 D1 e* f（2）

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gif

* \9 Y! y- n! \
7 [3 M8 m: }/ x4 q（3）

% f* o! l( f# X6 _8 }% V

由公式（3）可以得到

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gif
0 x3 [  A2 b  i! e- V$ D9 T) ^* H. {

7 N: O& O7 w% o. {! Z9 J+ G: v

（4）

已知file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif，这样斜齿轮的齿根圆与基圆之间的大小关系就与螺旋角file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif
有关系了，在齿轮精确建模的时候，当齿根圆小于基圆的时候，齿根圆与基圆之间是没有渐开线的，这部分曲线是刀具的齿顶加工出来的过渡曲线，当大于的时候齿廓曲线全部为渐开线，所以斜齿轮精确建模必须要分两种情况来讨论。

表1斜齿轮齿根圆与基圆相等时的齿数与螺旋角

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image015.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image017.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image019.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image021.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image023.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image025.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image027.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image029.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image031.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image033.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image035.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image037.gif	file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image039.gif
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image041.gif	40.255	39.941	39.5932	39.2108	38.7953	38.3476	37.8686	37.3592	36.8206	36.2539	36.6603	35.0410	34.3973
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image043.gif	40.3262	40.0308	39.7026	39.3424	38.9509	38.5290	38.0774	37.5971	37.0890	36.5543	35.9940	35．4091	34.8009

其中表格中的file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image045.gif是根据当量齿数计算出来的，而file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image047.gif是根据公式计算出来的。在很多的论文中都没有考虑这方面的问题。

2、第二个常见错误分析：

沿引导线扫掠和已扫掠

在很多的论文中都是先生成渐开线齿廓曲线，然后利用旋转生成齿轮的一个轮齿的曲面，把这个端面曲线沿螺旋线进行沿引导线扫掠生成一个斜齿轮的轮齿，然后利用引用里面的特征操作实现斜齿轮的精确建模。

下面来分析螺旋线：

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image049.jpg在机械原理中，斜齿轮的螺旋角是指分度圆上螺旋线的切线与轴线之间所夹的角度。由下图可以推出：

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image051.gif

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image053.gif-螺旋线的导程；

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image055.gif-斜齿轮分度圆上的直径；

通过上图可以看出，在不同的圆上，它们的周长是不一样的，而导程相同，因此各个圆上的螺旋角是不同的。

如果在斜齿轮建模过程中按照基圆上的螺旋线扫掠时，
4 u+ U: y6 L8 o4 U
* u8 _5 v* z1 O7 g$ e5 W图1 斜齿轮螺旋角

整个轮齿的螺旋角就为基圆螺旋角了，而实际上不同圆上它们是不同的，这就造成轮齿扭曲变形。所以用扫掠是不能生成精确地轮齿的，更不可能生成参数化精确模型。

下面用一个实例进行验证：

图1是将端面的一个齿廓面沿引导线扫掠生成的轮齿形状，为了看的清楚在此将螺旋角设定为20度，当螺旋角的度数越大，则扭曲现象就越明显。

图2是将端面的一个齿廓面沿一条螺旋线生成的已扫掠的轮齿形状，通过对比可以看出当使用一条螺旋线的时候，轮齿一定发生了扭曲，不可能产生精确地轮齿。另外通过对比还可以看出虽然两个操作都产生了扭曲，但这两个扭曲是不一样的，图1的扭曲变形后在另一段轮齿端面与圆柱端面不在同一个平面上了。而已扫掠产生的轮齿端面和圆柱端面是重合的。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image057.jpgfile:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image059.jpg

图1 沿引导线扫掠后的实体模型
% J1 w; U! c) ^0 n( l
7 p1 p: R5 b. t图2用一条引导线已扫掠后的实体模型

通过图1和图2的对比分析可看出，两种方法按一条螺旋线进行扫掠时都发生了扭曲变形的现象，因此这两种方法，只有一条螺旋线来引导是不可能生成精确的轮齿的。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image061.jpg

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image063.jpg

图3两种方法生成轮齿的叠加模型
" x5 A6 j$ u1 q" l/ u5 t
# D5 [9 M+ o' q0 A/ l- w# d0 U8 k8 D图4两种方法得到轮齿的对比放大

通过上边的分析与对比说明斜齿轮的精确建模是一个比较复杂的一个过程，在这个过程中需要注意很多的问题，现在一个比较优化的建模方法还需要近一步的研究。

3、第二个常见错误分析：

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image065.jpg
* r, [: R& P4 a, y  X在很多文献中当单个齿生成后通过阵列的方法来生成整个斜齿轮模型，通常在UG中有两种生成方法：第一种是特征操作下的阵列（引用下的环形阵列）第二中方法是变换下的环形阵列，这两种方法本质上时不同的，引用下的环形阵列式不能参数化的，而特征操作下的环形阵列是可以参数化的。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image067.jpg

图5特征操作下的环形阵列
图6变换下的环形阵列
, O8 o, H5 h* V) K

表2 两种扫掠形式参数化对比

扫掠方式    阵列方式	特征操作下的扫掠		曲面操作下已扫掠
	搭配	参数化	搭配	参数化
变换下的环形阵列	√	×	√	×
特征操作环形阵列	√	√	×	×

Artemis

图片看不到呢。建议楼主上传图片，而不是直接复制。

liuxiaowei

图片看不到呢。建议楼主上传图片

chaowei619

不好意思，乱码了。呵呵

chaowei619

基于UG的斜齿轮精确建模方法分析.rar (492.51 KB, 下载次数: 16, 售价: 1 G币)

2011-5-31 12:12 上传

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' Q4 l! Y' m6 }. H' H/ Z不好意思，前几天直接粘贴文章出现乱码现象，非常抱歉啊。呵呵。
现在将文章添加到附件中了，欢迎各位下载。呵呵呵。
如有问题，欢迎交流。
8 \5 v; t) P; Q本文研究方向：UG OPEN API二次开发 、AutocAD  ObjectARX二次开发。
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