鏈傳動(dòng)是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。它的常用結(jié)構(gòu)形式可分為實(shí)心式、孔板式和齒圈式等。其齒形有端面齒形和軸面齒形之分;不同尺寸的滾子鏈輪對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式也將有所不同[ 1 - 2 ] 。由于滾子鏈輪結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,因此其CAD建模效率較低。為了提高滾子鏈輪的CAD建模效率,本文作者基于UG,運(yùn)用其二次開發(fā)工具UG/OPEN API編制了較為通用的子鏈輪參數(shù)化實(shí)體建模程序。該程序能夠設(shè)計(jì)多種結(jié)構(gòu)的滾子鏈輪,并采用了交互式對(duì)話框,參數(shù)化驅(qū)動(dòng)和UG風(fēng)格的界面環(huán)境。從而大大提高了滾子鏈輪的CAD建模效率。

　　1鏈輪參數(shù)化實(shí)體建模程序?qū)崿F(xiàn)流程

　　1. 1 鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序流程

　　鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序流程如圖1所示。流程圖左邊為鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程,分為類型選擇,結(jié)構(gòu)尺寸確定和模型生成幾個(gè)部分。分別對(duì)應(yīng)流程圖右邊的菜單,對(duì)話框和底層應(yīng)用程序。

　　其中在結(jié)構(gòu)尺寸的確定上使用了預(yù)先確定選擇范圍的辦法,解決了鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸手工確定時(shí)繁瑣的計(jì)算選擇問題;在鏈輪計(jì)算尺寸選擇時(shí)采用了容錯(cuò)處理,解決了因錯(cuò)誤輸入所帶來的問題。整個(gè)過程屏蔽了底層開發(fā),采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

圖1 鏈輪結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)流程

　　1. 2 鏈輪實(shí)體模型創(chuàng)建流程

　　鏈輪實(shí)體模型創(chuàng)建流程如圖2所示。流程圖說明了怎樣調(diào)用AP I函數(shù)來進(jìn)行具體的建模。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸確定后,通過平面草圖的旋轉(zhuǎn),拉伸以及實(shí)體模型的陣列等操作,創(chuàng)建出相應(yīng)的實(shí)體,最終生成鏈輪三維實(shí)體模型。其中在創(chuàng)建軸向齒廓形狀草圖時(shí),將鏈輪的軸孔,齒側(cè)凸緣,齒根圓的軸向草圖也一并創(chuàng)建,經(jīng)過旋轉(zhuǎn)即可生成無齒的鏈輪盤。建模簡單,緊密貼合設(shè)計(jì)過程;在多排處理時(shí),采用循環(huán)程序的方法,解決了重復(fù)建模效率低的問題。在創(chuàng)建三圓弧一直線齒槽形狀草圖時(shí),草圖的創(chuàng)建計(jì)算復(fù)雜,計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的圓整。解決了曲線間的連接問題。

圖2 鏈輪實(shí)體模型創(chuàng)建流程

　　2鏈輪參數(shù)化實(shí)體建模實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

　　2. 1菜單設(shè)計(jì)

　　菜單通過UG/Open MenuScrip 模塊開發(fā)實(shí)現(xiàn), 即利用MenuScrip提供的UG菜單腳本語言,編寫成后綴名為3 . men的文本文件。文件的內(nèi)容結(jié)構(gòu)以實(shí)心式為例如下:

　　BUTTON BELT_WHEEL1

　　LABEL 實(shí)心式

　　ACTIONS VBW_SX. dlg

　　END_OF_MENU

　　將該文件放在用戶目錄下的 startup 目錄內(nèi),通過設(shè)UG的環(huán)境變量,UG在啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)加載用戶菜單文件,生成UG用戶菜單。如圖3所示：

圖3 鏈輪實(shí)體建模菜單

　　2. 2 對(duì)話框設(shè)計(jì)

　　滾子鏈輪的對(duì)話框利用U Istyler制作,對(duì)話框上有參數(shù)輸入框,文本框,回調(diào)按鈕,圖片等控件。共分為圖片顯示區(qū),零件基本參數(shù)輸入?yún)^(qū),零件結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算按鈕,零件結(jié)構(gòu)尺寸選擇區(qū)和零件結(jié)構(gòu)尺寸輸入?yún)^(qū)以及回調(diào)區(qū)。該對(duì)話框體現(xiàn)了鏈輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。圖4所示為實(shí)心式滾子鏈輪的對(duì)話框。

　　所有對(duì)話框都有5種基本回調(diào)函數(shù),分別為App ly、Ok、Cancel按鈕的回調(diào)函數(shù),對(duì)話框構(gòu)造函數(shù)和對(duì)話框析構(gòu)函數(shù)。為便于零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在對(duì)話框上設(shè)置有基本設(shè)計(jì)參數(shù)和由此確定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),方便進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)當(dāng)對(duì)話框構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化操作時(shí),可將零件的常用規(guī)格及技術(shù)要求顯示到信息窗口,供設(shè)計(jì)者參考。對(duì)話框析構(gòu)函數(shù)用于對(duì)話框的會(huì)話結(jié)束, 信息窗口的結(jié)束等。

　　滾子鏈輪其他幾種結(jié)構(gòu)形式的對(duì)話框與上面的對(duì)話框大同小異。

圖4 鏈輪實(shí)體建模對(duì)話框

　　2. 3實(shí)體建模程序設(shè)計(jì)

　　2. 3. 1 模型的創(chuàng)建思路

　　一種是通過創(chuàng)建簡單的特征,然后進(jìn)行布爾運(yùn)算。這種建模方式在進(jìn)行簡單零件建模時(shí)是很好的方法,但在創(chuàng)建像鏈輪這樣的復(fù)雜零件時(shí)在很多時(shí)候都需要?jiǎng)?chuàng)建輔助模型,因而參數(shù)化驅(qū)動(dòng)效率不高,過程繁瑣。

　　另一種是通過平面草圖的旋轉(zhuǎn)和拉伸等特征操作來完成建模過程。由于滾子鏈輪的零件圖紙大多都是二維的,而且是旋轉(zhuǎn)體,參數(shù)也可以直接取定,不用轉(zhuǎn)換。所以適合先建立草圖特征,然后進(jìn)行相應(yīng)的拉伸和旋轉(zhuǎn)操作。

　　本文采用第二種建模過程。基于特征的建模過程參數(shù)化效率高。模型易修改,具體的建模過程如圖2所示。如果是孔板式,需要建立相應(yīng)的參考平面,按照結(jié)構(gòu)尺寸定位圓孔中心,然后調(diào)用孔生成函數(shù),便可產(chǎn)生孔板式結(jié)構(gòu)。

　　如果是齒圈式結(jié)構(gòu),就需要首先建立齒圈,然后進(jìn)行輪芯和聯(lián)接螺栓的建模。最后使用裝配函數(shù)用螺栓聯(lián)接齒圈和輪芯。

　　2. 3. 2參數(shù)驅(qū)動(dòng)的過程

　　1)首先由鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算得到鏈輪的基本參數(shù)。將些按國家標(biāo)準(zhǔn)選好的參數(shù)依次輸入到對(duì)話框的零件基本參數(shù)輸入?yún)^(qū)。

　　2)然后按下結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算按鈕,驅(qū)動(dòng)內(nèi)部表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算,得到的是可供選擇的結(jié)構(gòu)參數(shù),這些參數(shù)有的給出了最大值和最小值。有的則給出可以選用的幾組數(shù)據(jù),直接調(diào)用即可。

　　3)最后由得到的用于參考的主要結(jié)構(gòu)尺寸,齒槽形狀尺寸和軸向齒廓尺寸。向鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸欄內(nèi)人工輸入尺寸。最終由這些尺寸驅(qū)動(dòng)UG/OPEN API函數(shù)創(chuàng)建模型。

　　2. 3. 3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　本模型的創(chuàng)建采用內(nèi)部模式。在VC ++ 6. 0編譯環(huán)境下創(chuàng)建一個(gè)工程,然后向其中添加頭文件,資源文件等。在建模過程中,關(guān)鍵是能夠?qū)G/OPEN API函數(shù)和過程有充分的認(rèn)識(shí)和了解。這樣就可以很容易的在*. CPP文件中加入相應(yīng)的代碼,編程就變得比較方便了。經(jīng)過調(diào)試,編譯生成*.DLL文件。

　　所要用到的主要函數(shù)有:

　　UF_MODL _ create _ revolution ( generators, 50, trim _ data,

　　body_ limit, offsets, region _ point, false, true, origin, direction,

　　mode_sign, &objects, &obj_count)

　　/ /用于創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體的函數(shù)。

　　UF_CURVE_create_arc (&arc1_coords, &line[ 1 ] )

　　UF_CURVE_create_arc (&arc2_coords, &line[ 2 ] )

　　UF_CURVE_create_arc (&arc3_coords, &line[ 3 ] )

　　UF_CURVE_create_line (&sline[ 0 ] , &line[ 0 ] )

　　/ /用于創(chuàng)建三圓弧一直線平面齒形的四個(gè)函數(shù)。

　　UF_MODL _create_extruded ( loop _ list, taper_angle, limit1,

　　ref_p t, direction, create, &features)

　　/ /用于創(chuàng)建拉伸實(shí)體的函數(shù)。

　　UF_MODL_create_circular_iset ( 0, origin, direction, number

　　_str, angle_iset, features, &feature_obj_id)

　　/ /用于創(chuàng)建環(huán)形陣列的函數(shù)。

　　UF_MODL _create _ rect_ slot ( origin _ slot, tool_ axis, direc2

　　tion, slot _wideth, slot _ dep th, slot _ len, dp lane, NULL, NULL,

　　&slot1)

　　/ /用于創(chuàng)建鍵槽的函數(shù)。

　　創(chuàng)建過程中要注意坐標(biāo)的一致性,由于UG的分辨率問題,還必須注意計(jì)算精度的取舍和圓整以及曲線端點(diǎn)之間的連接。

　　2. 4程序掛接

　　在用戶應(yīng)用程序創(chuàng)建之前,首先應(yīng)對(duì)編譯環(huán)境進(jìn)行設(shè)置:

　　1)對(duì)UG編譯環(huán)境的設(shè)置:假設(shè)UG安裝位置如下E: EDSUnigraphicsNX2,則在${UGII_BASE_D IR} UGIImenus文件夾下找到文件custom _dirs. dat,在其中加入用戶目錄,保存該文件。在建立好用戶目錄之后, 在用戶目錄下建立STARTUP、APPL ICATION 兩個(gè)子目錄。其中STARTUP目錄下存放Unigraphics啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)載入的菜單腳本文件(*.men) 、用戶工具文件(*. utd)等; APPL ICATION目錄存放具體的功能擴(kuò)展程序文件、對(duì)話框資源文件(*. dlg)及模塊菜單文件等。

　　2)對(duì)VC ++ 6. 0 編譯環(huán)境的設(shè)置:將${UGII_BASE_D IR} UGOPEN 中UGOPEN _V19.awx和UGOPEN _V19. hlp 兩個(gè)文件拷貝到VC ++ 6. 0 安裝目錄COMMMON MSDev98 Tem2p late下。完成環(huán)境設(shè)置。

　　3)應(yīng)用程序的掛接

　　將對(duì)話框制作過程中產(chǎn)生的頭文件和模板文件添加到工程中。隨后運(yùn)用C /C ++語言和API函數(shù)進(jìn)行建模。最后調(diào)試編譯。得到3 . dll文件。將該文件放到用戶目錄下。

圖5 孔板式鏈輪三維實(shí)體模型

　　3程序測試

　　本文作者對(duì)開發(fā)程序進(jìn)行了反復(fù)測試,測試結(jié)果均令人滿意。圖5中給出了其中一道考題的測試結(jié)果,即孔板式滾子鏈輪三維實(shí)體模型。

　　4結(jié)束語

　　對(duì)該滾子鏈輪參數(shù)化實(shí)體建模程序的反復(fù)測試結(jié)果表明:該程序性能穩(wěn)定可靠,建模效率高,利用本文作者開發(fā)的滾子鏈輪參數(shù)化實(shí)體建模程序,用戶只需進(jìn)行少量的人工干預(yù),便可快速地得到所需的滾子鏈輪三維實(shí)體模型。本文作者的工作為機(jī)械設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)高效的滾子鏈輪CAD建模工具。

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