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基于UGNX软件全参数化斜齿轮设计的研究UGNX（Unigraphics NX）软件是与CAD、CAM、CAE等先进工程设计软件齐名的国际化软件，被广泛应用于航空、汽车、机械等领域的产品设计和制造。
全参数化设计是UGNX软件的一大特色，其具有高效、精确和实用性强等优点，被越来越多的设计师和制造工程师所青睐。
斜齿轮作为一种传动机构，其结构简单，运动稳定，适用于高速工作环境。
在机械设计中，斜齿轮被广泛应用于汽车、机床、风电、船舶等领域中。
斜齿轮的设计需要注意到齿轮剖面曲线、齿轮轮齿数、齿轮轴与交点角等参数，这些参数对于斜齿轮的运动和传动都有着重要的影响。
如何通过UGNX软件实现斜齿轮的全参数化设计，是一个需要研究和探索的课题。
UGNX软件全参数化斜齿轮的设计过程如下：1.定义参数：首先需要定义斜齿轮的参数，如齿轮轮齿数、齿轮轴与交点角、齿轮齿高等参数。
这些参数不仅影响斜齿轮的传动效果，也影响着斜齿轮的结构尺寸。
2.绘制基础形状：在UGNX软件中，可以利用线条、圆弧、直线等工具绘制斜齿轮的基础形状，如齿轮齿面、齿根、齿顶等。
这些基础形状可以根据定义的参数进行相应的调整和修改。
3.生成斜齿轮模型：在绘制好基础形状之后，利用UGNX软件中的斜齿轮建模工具，可以快速地生成斜齿轮模型。
4.修改参数：通过修改定义的参数，可以调整斜齿轮的轮齿数、齿高以及齿轮轴与交点角等参数，从而实现斜齿轮的全参数化设计。
通过UGNX软件全参数化斜齿轮设计，可以使设计师更快速、简便地设计出符合要求的斜齿轮。
同时，全参数化设计也可以在设计过程中针对不同要求的斜齿轮进行快速构建和修改调整，提高了设计的效率和准确性。
在进行斜齿轮的全参数化设计时，需要对UGNX软件的使用有一定的了解和掌握，以便可以更好地利用其强大的特性和功能。
在UGNX软件中进行斜齿轮的全参数化设计时，需要考虑齿轮的轮齿数、齿高、齿距等参数。
以下是斜齿轮设计中涉及到的一些常见数据和相关分析。
第七部分：齿轮---圆柱斜齿轮圆柱斜齿轮的建模（法面模数Mn=4,齿数z=18,齿宽b=45,压力角α=20°，螺旋角β=16°）斜齿轮的创建关键在于螺旋线（引导线）的创建，由于NX和SolidWorks自带有创建齿轮的工具，所以先介绍两种软件简捷的方法，再一一介绍各个软件用参数创建的方法。
NX:结果如下：SolidWorks: 结果如下：A.NX的参数建模为了便于理解，此斜齿轮的模数（即：法面模数）和齿数与直齿轮的一样。
（1）此斜齿轮除了螺旋角之外，还要增加一些参数。
先打开直齿齿轮将其表达式导出并命为z=18.exp 新建斜齿轮文件打开表达式对话框，将导出的z=18.exp文件导入，并添加β=16°和螺旋线的关系式并作相应的修改，如下：（略去部分）将z=18.exp导入表达式后做相应的修改。
①添加了螺旋角β=16°②添加了螺旋升角λ=90-16=74°③添加了基圆周长c=db*π④添加了螺旋线螺距s=c*tanλ⑤修改了模数为法面模数，m改为Mn⑥修改了分度圆直径为d=mn*z/cosβ⑦添加了齿廓旋转角度θ=arcsin(b*tanβ/rb)⑧添加了端面压力角αt=arctan(tanα/cosβ)（2）在草图中作4个圆并用直径da,d,db,df分别约束。
（3）拉伸齿顶圆da,深度为齿宽b=45。
（5）将渐开线投影到草图上。
（6）参照直齿轮轮廓的画法，做出镜像中心线及镜像后的渐开线，并修改。
（7）做出一个齿廓。
拉伸齿顶圆(注意草图的平面为XY平面) 画出渐开线投影后的渐开线直径大于齿顶圆的圆（之所以要画直径大于齿顶圆的圆，是为了以防做出扫掠体后求差时出现不能完全切除的情况）连结分度圆与渐开线的交点与圆心的线段旋转（-90/z）°后的线段作为镜像中心线与渐开线相切的直线投影后的齿根圆镜像后的倒角为：r1（即，r1=if(hax>=1)(0.38*mn)else(0.46*mn)如果顶隙系数hax≥1则r1=0.38*mn如果顶隙系数hax＜1则r1=0.46mn（8）画螺旋线（即扫掠中的引导线）圈数：b/s，这里s可理解成齿宽为1个螺距的长度。
基于UG二次开发的直齿、斜齿圆柱齿轮及锥齿轮的参数化建模摘要在机械加工中,孔加工占机械加工的比例在30%以上,特别是在汽车与航空等行业中麻花钻的应用极为广泛。
由于长期以来,麻花钻的设计大多是靠工程师的经验来进行,在设计过程中,难免会出现重复性的工作,从而降低了设计效率。
同时通常的设计都是在二维图纸上进行设计,不能得到可视化的麻花钻三维造型,这就阻碍了麻花钻的数控刃磨加工及利用一些分析软件对麻花钻的钻削过程进行分析。
在UG中利用麻花钻参数表达式绘制麻花钻实体模型，实现麻花钻在UG的参数化设计。
从而实现产品的快速设计。
UGOpen二次开发模块是UG软件的二次开发工具集，利用该模块可对UG系统进行用户化开发，可满足用户进行各种二次开发的需求。
学习了UG二次开发的各种工具，了解了各种工具的特点和适用范围。
选择 UGOpen API编程语言，结合使用UGOpen Menu Script 和UGOpen UI Styler开发工具，实现了基于UG二次开发工具的直齿圆柱齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮的参数化设计。
关键词：麻花钻，二次开发，参数化，APIAbstractKey Words：parameter, gear, UGOpen, API目录第 1 章绪论 (1)1.1课题的研究背景 (1)1.2课题的研究内容和解决方法 (2)第 2 章 UG二次开发的研究 (4)2．1 UG软件概述 (4)2.1.1U G软件的功能介绍 (4)2.1.2 UG功能模块 (5)2.2 U G二次开发相关工具概述 (5)2.2.1 UGOPEN GRIP (6)2.2.2U G O P E N A P I (7)2.2.3U G O P E N M e n u S c r i p t (7)2.2.4 UGOPEN UI Styler (9)2.2.5 User Tools工具 (9)第3章二次开发方案的选择 (11)3．1列举可行的方案 (11)3．2 方案的选择 (13)3．3利用二次开发工具制作系统菜单 (14)3.3.1设置系统环境变量 (14)3.3.2制作菜单 (15)目录第4章齿轮常用的齿形曲线——渐开线 (18)4．1渐开线的形成原理 (18)4．2渐开线的数学模型 (19)4．3渐开线齿廓的绘制 (20)第 5 章直齿圆柱齿轮的参数化设计 (22)5．1 数学模型 (22)5．2 齿轮三维建模 (23)第 6章斜齿轮的参数化设计 (26)6．1 数学模型 (26)6．2 齿轮三维建模 (27)第 7 章直齿锥齿轮的参数化设计 (28)7．1 数学模型 (28)7．2 齿轮三维建模 (29)第 8 章程序设计 (30)8.1 总体方案设计 (30)8.2 对话框设计 (31)8.3 程序设计 (36)第 9 章结论 (48)致谢 (50)参考文献 (51)附录 (52)目录第1章绪论1．1课题的研究背景齿轮机构用于传递空间任意两轴之间的运动和动力，具有质量小、体积小、传动比大和效率高等优点，已广泛应用于汽车、船舶、机床、矿山冶金等领域，它几乎适用于一切功率和转速范围，是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。
基于UG的变位直齿轮参数化建模董文磊（济南钢铁股份有限公司机械设备制造厂，山东济南250101）齿轮是机械行业中应用最广泛的零件之一。
齿轮轮齿精确的三维造型是齿轮机械动态仿真、NC加工、干涉检验以及有限元分析的基础。
由于齿轮轮廓线不是标准曲线，有些制图软件用计算出轮廓线上的点，再利用样条曲线拟合生成近似轮廓的方式建模，这样绘制的轮廓曲线不准确。
这里介绍应用UGNX3.0软件表达式功能通过齿轮渐开线方程精确生成齿轮轮廓的方式对齿轮进行参数化的设计和三维造型。
1确定齿轮模型主参数齿轮结构一般由轮齿、齿槽、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等组成。
而每种结构形成均由一组对应的参数决定。
以渐开线圆柱直齿轮为例，有以下几个基本参数影响齿轮形状和尺寸：模数m、齿数Z、分度圆压力角α、齿顶高系数hα*、顶隙系数c*、变位系数x和齿宽b。
为了达到齿轮和各项技术要求，就要考虑齿轮每个参数的改变，这些参数与齿轮尺寸形状位置之间以各种表达式关联，每个参数的改变都会引起齿轮的形状发生改变。
将这些参数提取，通过变量的定义和传递进行齿轮实体造型设计，当赋予一组具体参数值时，得到一个新齿轮，从而实现齿轮设计的参数化。
渐开线齿轮的齿型比较复杂，一些低端CAD 软件很难通过参数化直接建立齿轮的三维模型。
使用UGNX3.0中的参数化设计，利用渐开线方程，确定齿廓曲线，并利用其他有关的计算公式建立相关的表达式，使模型的尺寸和特征参数相互关联，从而精确地生成渐开线齿轮的齿廓或齿槽廓，并建立渐开线齿轮的三维模型。
2变位直齿轮表达式的建立渐开线标准齿轮的特性是其基本参数m、α、hα*、c*均为标准值，标准齿轮传动虽然具有设计比较简单、互换性较好等一系列优点，得到十分广泛的应用。
但是随着机械工程的发展，尤其是在高速重载传动的情况下，暴露出了许多不足之处，因此需要对标准齿轮进行必要的修正，现在最为广泛采用的是“变位修正法”。
变位并不影响基圆、分度圆的大小，渐开线方程也和标准齿轮的相同（x=rbsinu-rbucosu y=rbcosu+rbusinu），只是变位齿轮的齿厚、齿高、齿顶圆直径、齿根圆直径与标准齿轮不同，以下是变位齿轮的参数：分度圆齿厚为：s=πm/2+2xmtanα齿根圆半径为：r f=r-h f=r-（hα*+c*-x）m齿顶圆半径为：r a=r+h a=r+（hα*+x）m3渐开线变位直齿轮的参数设计过程1）在表达式列表框中输入下列表达式，由于UG的表达式不能输入希腊字母，所以表达式希腊字母改为英文字母表示：t=0afa=180*tm=4z=30alfa=20ha=1c=0.25x=0.05b=20r=m*z/2rb=r*cos(alfa)u=afa*pi()/180xt=rb*sin(afa)-rb*u*cos(afa)yt=rb*cos(afa)+rb*u*sin(afa)rf=r-(ha+c-x)*mra=r+(ha+x)*mrp=c*m/(1-sin(alfa))2）在[曲线]菜单中选择［规律曲线］命令，弹出[规律曲线]对话框，选择[根据公式]设置自变量为t、横坐标的因变量为xt、纵坐标的因变量为yt，设第三个坐标zt为常量0。
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的标准斜齿圆柱齿轮及变位齿轮的参数化建模所在学院机械工程学院专业名称机械设计制造及其自动化年级二零一零级学生姓名、学号指导教师姓名、职称讲师完成日期二零一零年五月摘要齿轮是机械行业中被广泛应用的零件之一，齿轮轮齿的精确三维造型被视为齿轮机械动态仿真、NC加工、干涉检验以及有限元分析的基础。
但在UG7.0软件上并没有专门的模块，所以本文详细阐述的是在UG7.0平台上建立斜齿圆柱齿轮及变位齿轮三维模型的新方法。
由于斜齿轮的轮廓线不是标准曲线，想实现齿轮造型的精确建模有一定的难度。
斜齿轮常用的成型方法是扫掠成型法，但此方法实现的建模不准确。
为了改变这种缺点，本论文提出了通过建立渐开线、齿根过渡曲线对称方程，精确计算出了分界齿数与曲线起始、终止角度，以自由形式特征下的扫掠为工具的解决方案。
该方法符合标准斜齿圆柱齿轮齿廓线的定义,可以实现齿轮的精确建模。
通过实例建模，此方法同样适用于变位齿轮的参数化建模，提高了变位齿轮工程设计的效率。
关键词：斜齿轮及变位齿轮；渐开线；过渡曲线；对称方程；参数化建模ⅠABSTRACTGear is the machinery industry is widely applied in one of the parts, and gear of gear tooth accurate three-dimensional modeling is regarded as dynamic simulation, NC gear machinery processing, the interference of the finite element analysis test and the foundation. But in UG7.0 software and no special module, so in this paper expounds in UG7.0 platform is established on the helical gear shift gears and three dimensional model of the new method.Because the outline of the helical gear line is not standard curve, want to realize the precise gear modelling modeling has the certain difficulty. The helical gear commonly used the shaping method is sweeping ChengXingFa, but this method of modeling is not accurate. In order to change this weakness, this paper puts forward through the establishment of the involute tooth root, transition curve equation of symmetry, accurate boundary calculated with curve starting, termination number Angle, the free form the sweeping characteristics for the tool solutions. This method accord with standard helical gear tooth profile line of the definition, can realize the precise modeling gear.Through the example modeling, this method is also applicable to shift gears of parameterized modeling, improve the gear shift of the project design efficiencyKey words: The helical gear and shift gears; Involute; Transition curve; Symmetrical equation; Parameterized modelingⅡ目录1 引言 (1)1.1国内外的研究现状及发展趋势 (1)1.2课题研究内容 (2)1.3课题研究的意义 (2)1.4参数化建模策略 (3)1.5 Unigraphics介绍 (4)2斜齿轮的基本参数与几何尺寸计算 (5)2.1斜齿轮基本参数 (5)2.2设置齿轮参数和相关尺寸计算 (5)2.2.1前、后端面齿廓曲线的生成 (6)2.2.2齿根过渡曲线的建立 (8)3 标准斜齿圆柱齿轮的参数化建模 (11)3.1 基圆直径小于齿根圆直径即Z>分界齿数时 (11)3.1.1设置斜齿轮基本参数 (11)3.1.2斜齿轮计算参数的设置 (11)3.1.3创建斜齿轮前、后端面齿廓 (12)3.1.4 建造齿轮模型时的表达式 (13)3.1.5创建螺旋线 (15)3.1.6创建螺旋齿 (16)3.1.7创建完成斜齿轮实体 (16)3.1.8参数化实现 (17)3.2 基圆直径大于齿根圆直径即Z<分界齿数时 (17)3.2.1斜齿轮建模的表达式 (17)3.2.2创建斜齿轮齿廓曲线 (19)3.2.3创建螺旋线 (20)3.2.4创建螺旋齿 (21)3.2.5创建斜齿轮实体 (21)3.2.6参数化实现 (22)4 变位斜齿轮的实体建模 (23)4.1概述 (23)4.2变位斜齿轮的参数化设计 (24)4.2.1 基圆直径小于齿根圆直径时即Z>分界齿数时 (24)4.2.2基圆直径大于齿根圆直径时即Z<分界齿数时 (31)5斜齿轮参数化建模 (39)5.1参数化设计步骤及其方法 (39)5.1.1利用表达式进行参数化 (39)5.1.2利用表达式的电子表格功能实现参数化 (40)Ⅲ5.1.3利用部件族电子表格功能实现参数化 (41)6总结与展望 (48)参考文献 (44)致谢 (45)Ⅳ1 引言齿轮传动被视为传递机械力的主要运动方式，在工业发展中占有重要地位。
目前,齿轮的发展趋势主要有以下几个方面:首先,齿轮传动装置的发展方向是小型化,速度化、标准化；其次,随着机械设备应用技术的高速发展,对齿轮各方面的工作参数要求将更高；再次,广泛应用的硬齿面齿轮,对齿轮的性能要求也更高。
此外，随着齿轮制造技术的快速发展，齿轮的材质选择、热处理过程,也逐渐受到人们的重视。
齿轮的应用也被公认为是工业化的一个象征。
齿轮传动在各个行业中被广泛应用，但UG并没有提供专门的模块。
尽管通过复杂的造型设计可以构建出齿轮实体模型，但齿轮的齿宽、齿数、模数和变位系数等参数被更改后，又需要进行复杂的计算和造型设计，工作量相当复杂，为了完善以上的种种不足，本文提出了在UG软件建模环境下设计齿轮的便捷方法。
本论文提出的建模方法为参数化建模，即在获得一个齿轮实体模型的基础上，只需改变相应的参数，UG软件系统将会自动生成符合参数条件的新齿轮。
1.1国内外的研究现状及发展趋势齿轮传动中应用较为广泛的一种就是斜齿轮圆柱齿轮传动。
斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮在同等条件下相比，斜齿轮的承载能力提高了，轮齿间的冲击和噪音减小了，使传动更加平稳了，主要就是斜齿轮轮齿倾斜了一个角度β，致使齿轮的重合度增大的结果。
随着技术的发展，变位齿轮的应用也越来越广。
采用变位齿轮不仅可以避免根切，还可以提高齿轮机构的承载能力、改变配凑中心距和减小齿轮机构的几何尺寸等，并且加工变位齿轮时仍就采用标准刀具，并不增加齿1轮加工的困难。
正因如此，变位齿轮在各重要传动中也被广泛应用[1]。
Unigraphics(简称UG）是CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。
在当前世界上是面向制造业的最先进、最紧密集成的设计软件。
为制造行业产品开发的全过程提供准确的解决方案，功能主要包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。
UG软件实现了设计优化技术与基于产品生产过程的知识工程的组合，显著地提高了如汽车、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。
随着计算机应用性能的提高，UG软件可以方便的在微机上使用，这样就使UG的适用范围更加广阔[2]。
当今世界的三维设计已经不再是人们的奢侈品，它将会成为设计工程师们的首选。
1.2课题研究内容标准斜齿圆柱齿轮是机械工业中被广泛使用在传递两平行轴之间运动和动力的基础零部件，它的绘图工作繁杂费时。
但是，此类零件大部分具有相似的结构和形状，在新产品的设计过程中，不可避免的要进行反复修改、计算、进行零件形状、尺寸的综合协调和优化。
因此，对于此类零件来说，应用参数化建模技术有着非常重要的经济效用和现实作用，对于提高设计效率和保证设计质量都具有重要意义。
标准斜齿轮精确的三维造型是齿轮进行机械动态仿真、NC加工、干涉检验以及有限元分析的基础，但是斜齿轮轮廓线并不是标准的曲线，所以，有些制图软件用计算出轮廓线上的点，再利用样条曲线结合生成近似轮廓的方式建模，这样绘制的轮廓曲线是不准确的[3]。
这里介绍应用UG软件表达式功能通过齿轮渐开线对称方程精确生成齿轮轮廓的方式对斜齿轮和变位齿轮进行参数化的设计和三维造型。
利用UG的表达式功能和电子表格功能,并利用渐开线对称方程和与斜齿轮几何尺寸相关的计算公式建立表达式，生成渐开线曲线及其他相互关联的曲线。
并通过特征操作实现齿轮的参数化设计,精准地构建齿轮的三维模型。
再根据设计需要,利用表达式和电子表格功能更改齿轮相关参数,就可以得到设计者想要的三维1模型,从而提高齿轮的设计效率。
1.3课题研究的意义标准渐开线斜齿圆柱齿轮是机械传动设备中常用的零件,在设计制造中，设计人员经常需要对斜齿轮齿形进行精确的设计。
由于斜齿轮的复杂性,有一些软件(如Solidworks, AutoCAD)并没有提供齿形的精确造型功能。
UG软件作为通用三维CAD/CAM的主要设计系统，在功能上完全能够满足机械产品的设计要求,但是在系统操作方面并非完全尽人意。
为了解决齿轮精确造型方面的难题，本文应用了UG软件的工具参数表达式和参数关系,建立了基于UG的渐开线齿轮参数化设计模型。
软件的开发具有重要意义:1、保证了齿轮造型的精确性;2、提高了造型速度,避免了传统手工造型的复杂繁琐过程;3、为后续的齿轮CAE、CAM等提供了精确的设计基础。
