鏈傳動是應用較廣的一種機械傳動。它的常用結構形式可分為實心式、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應的結構形式也將有所不同[ 1 - 2 ] 。由于滾子鏈輪結構較為復雜,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,運用其二次開發工具UG/OPEN API編制了較為通用的子鏈輪參數化實體建模程序。該程序能夠設計多種結構的滾子鏈輪,并采用了交互式對話框,參數化驅動和UG風格的界面環境。從而大大提高了滾子鏈輪的CAD建模效率。

　　1鏈輪參數化實體建模程序實現流程

　　1. 1 鏈輪結構設計程序流程

　　鏈輪結構設計程序流程如圖1所示。流程圖左邊為鏈輪結構設計實現過程,分為類型選擇,結構尺寸確定和模型生成幾個部分。分別對應流程圖右邊的菜單,對話框和底層應用程序。

　　其中在結構尺寸的確定上使用了預先確定選擇范圍的辦法,解決了鏈輪結構尺寸手工確定時繁瑣的計算選擇問題;在鏈輪計算尺寸選擇時采用了容錯處理,解決了因錯誤輸入所帶來的問題。整個過程屏蔽了底層開發,采用參數驅動機制,實現了自動化設計。

圖1 鏈輪結構程序設計流程

　　1. 2 鏈輪實體模型創建流程

　　鏈輪實體模型創建流程如圖2所示。流程圖說明了怎樣調用AP I函數來進行具體的建模。當結構尺寸確定后,通過平面草圖的旋轉,拉伸以及實體模型的陣列等操作,創建出相應的實體,最終生成鏈輪三維實體模型。其中在創建軸向齒廓形狀草圖時,將鏈輪的軸孔,齒側凸緣,齒根圓的軸向草圖也一并創建,經過旋轉即可生成無齒的鏈輪盤。建模簡單,緊密貼合設計過程;在多排處理時,采用循環程序的方法,解決了重復建模效率低的問題。在創建三圓弧一直線齒槽形狀草圖時,草圖的創建計算復雜,計算結果進行了相應的圓整。解決了曲線間的連接問題。

圖2 鏈輪實體模型創建流程

　　2鏈輪參數化實體建模實現的關鍵技術

　　2. 1菜單設計

　　菜單通過UG/Open MenuScrip 模塊開發實現, 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。文件的內容結構以實心式為例如下:

　　BUTTON BELT_WHEEL1

　　LABEL 實心式

　　ACTIONS VBW_SX. dlg

　　END_OF_MENU

　　將該文件放在用戶目錄下的 startup 目錄內,通過設UG的環境變量,UG在啟動時會自動加載用戶菜單文件,生成UG用戶菜單。如圖3所示：

圖3 鏈輪實體建模菜單

　　2. 2 對話框設計

　　滾子鏈輪的對話框利用U Istyler制作,對話框上有參數輸入框,文本框,回調按鈕,圖片等控件。共分為圖片顯示區,零件基本參數輸入區,零件結構尺寸計算按鈕,零件結構尺寸選擇區和零件結構尺寸輸入區以及回調區。該對話框體現了鏈輪結構設計過程。圖4所示為實心式滾子鏈輪的對話框。

　　所有對話框都有5種基本回調函數,分別為App ly、Ok、Cancel按鈕的回調函數,對話框構造函數和對話框析構函數。為便于零件結構設計,在對話框上設置有基本設計參數和由此確定的結構設計參數,方便進行具體的結構設計。同時當對話框構造函數進行初始化操作時,可將零件的常用規格及技術要求顯示到信息窗口,供設計者參考。對話框析構函數用于對話框的會話結束, 信息窗口的結束等。

　　滾子鏈輪其他幾種結構形式的對話框與上面的對話框大同小異。

圖4 鏈輪實體建模對話框

　　2. 3實體建模程序設計

　　2. 3. 1 模型的創建思路

　　一種是通過創建簡單的特征,然后進行布爾運算。這種建模方式在進行簡單零件建模時是很好的方法,但在創建像鏈輪這樣的復雜零件時在很多時候都需要創建輔助模型,因而參數化驅動效率不高,過程繁瑣。

　　另一種是通過平面草圖的旋轉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,而且是旋轉體,參數也可以直接取定,不用轉換。所以適合先建立草圖特征,然后進行相應的拉伸和旋轉操作。

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

　　如果是齒圈式結構,就需要首先建立齒圈,然后進行輪芯和聯接螺栓的建模。最后使用裝配函數用螺栓聯接齒圈和輪芯。

　　2. 3. 2參數驅動的過程

　　1)首先由鏈傳動設計計算得到鏈輪的基本參數。將些按國家標準選好的參數依次輸入到對話框的零件基本參數輸入區。

　　2)然后按下結構參數計算按鈕,驅動內部表達式進行計算,得到的是可供選擇的結構參數,這些參數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據,直接調用即可。

　　3)最后由得到的用于參考的主要結構尺寸,齒槽形狀尺寸和軸向齒廓尺寸。向鏈輪結構尺寸欄內人工輸入尺寸。最終由這些尺寸驅動UG/OPEN API函數創建模型。

　　2. 3. 3 應用程序設計

　　本模型的創建采用內部模式。在VC ++ 6. 0編譯環境下創建一個工程,然后向其中添加頭文件,資源文件等。在建模過程中,關鍵是能夠對UG/OPEN API函數和過程有充分的認識和了解。這樣就可以很容易的在*. CPP文件中加入相應的代碼,編程就變得比較方便了。經過調試,編譯生成*.DLL文件。

　　所要用到的主要函數有:

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

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

　　mode_sign, &objects, &obj_count)

　　/ /用于創建旋轉實體的函數。

　　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 ] )

　　/ /用于創建三圓弧一直線平面齒形的四個函數。

　　UF_MODL _create_extruded ( loop _ list, taper_angle, limit1,

　　ref_p t, direction, create, &features)

　　/ /用于創建拉伸實體的函數。

　　UF_MODL_create_circular_iset ( 0, origin, direction, number

　　_str, angle_iset, features, &feature_obj_id)

　　/ /用于創建環形陣列的函數。

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

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

　　&slot1)

　　/ /用于創建鍵槽的函數。

　　創建過程中要注意坐標的一致性,由于UG的分辨率問題,還必須注意計算精度的取舍和圓整以及曲線端點之間的連接。

　　2. 4程序掛接

　　在用戶應用程序創建之前,首先應對編譯環境進行設置:

　　1)對UG編譯環境的設置:假設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 兩個子目錄。其中STARTUP目錄下存放Unigraphics啟動時自動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展程序文件、對話框資源文件(*. dlg)及模塊菜單文件等。

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

　　3)應用程序的掛接

　　將對話框制作過程中產生的頭文件和模板文件添加到工程中。隨后運用C /C ++語言和API函數進行建模。最后調試編譯。得到3 . dll文件。將該文件放到用戶目錄下。

圖5 孔板式鏈輪三維實體模型

　　3程序測試

　　本文作者對開發程序進行了反復測試,測試結果均令人滿意。圖5中給出了其中一道考題的測試結果,即孔板式滾子鏈輪三維實體模型。

　　4結束語

　　對該滾子鏈輪參數化實體建模程序的反復測試結果表明:該程序性能穩定可靠,建模效率高,利用本文作者開發的滾子鏈輪參數化實體建模程序,用戶只需進行少量的人工干預,便可快速地得到所需的滾子鏈輪三維實體模型。本文作者的工作為機械設計者提供了一個高效的滾子鏈輪CAD建模工具。

　　參考文獻

　　1吳宗澤. 機械零件設計手冊[M ]1北京:機械工業出版社, 2003

　　2濮良貴,紀名剛. 機械設計[M ]1北京:高等教育出版社, 2001

　　3董正衛,田立中,付宜利. UG/OPENAPI編程基礎[M ] 1北京:清華大學出版社, 2002(end)