基于UG图形模板的渐开线花键轴滚轧轮参数化设计

第３１卷　第１２期　ＶｏＩ＿３１　Ｎｏ．１２　新乡学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉｎｘｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　２Ｏ１４年１２月　Ｄｅｃ．２Ｏｌ４　

基于ＵＧ图形模板的渐开线花键轴滚轧轮参数化设计　

王柯智，余小鲁　

（安徽工程大学机械与汽车工程学院高性能有色金属材料省级重点实验室，安徽芜湖２４１０００）　

摘要：运用ＵＧ软件对渐开线花键轴滚轧轮进行参数化建模，通过花键轴的参数确定滚轧轮基本参数，将花键轴　

参数与滚轧轮三维模型关联起来。通过修改花键轴的键数、模数、压力角等参数，建立所需滚轧轮的三维模型，大　大提高了设计效率以及设计思路的可重用性。　

关键词：花键轴；滚轧轮；ＵＧ；参数化设计　中图分类号：ＴＧ３３２　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５—７７２６（２０１４）１２－００４２—０４　

０　引言　

随着机械行业的日益发展，渐开线花键轴在机　

床、汽车、工程机械、机车车辆、航空和航天等行业中　

被广泛应用ｌ１　Ｊ，滚轧成形是目前生产渐开线花键轴　

的主要生产工艺，作为一种先进的无切削加工工艺　

技术，具有高效、精密、少无切削等诸多优点　。　

ＵＧ作为一种集ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ于一身的大　

型计算机设计模拟软件，可轻松完成渐开线花键轴　

滚轧轮的设计。但是，对于传统的设计建模，由于规　

格不同以及加工过程中各因素的影响不同，每设计　

一种规格的零件，都需要重新进行ＵＧ建模，这样就　

会出现诸多重复性设计计算，无法实现一种设计思　

路的可重用性。本文采用ＵＧ二次开发技术ｌ３］，计　

算出花键轴与其滚轧轮特征参数的关系式，基于图　

形模板的参数化设计方法，通过修改各特征参数，来　

获得对应于不同规格要求的花键轴的滚轧轮，从而　

为设计人员减少了大量重复、繁琐、复杂的设计过　

程，大大提高了设计效率和设计精度。　

ｌ　花键轴滚轧及相关参数　

在滚轧机上滚轧花键的工作过程见图１，在传　

动机构的驱动下，一对具有相同参数的滚轧轮同向　

同步旋转．工件在夹具定位下，与滚轧轮啮合滚动，　

在不断的自由对滚状态下成形出花键　］。　

工件滚轧前毛坯直径ｄ　的理论计算是按照滚　

轧前与滚轧后工件轴截面的面积相等原则确定　

的Ｅ５］，则　图ｌ滚轧花键的工作过程　

ｄ　一　／二（Ｓ　＋Ｓｆ）（　一ｄｆ）＋ｄ　，　（１）　

式中ｚ为花键轴齿数，Ｓ　为花键顶厚度，Ｓ　为花键根　

厚，ｄ　为花键顶圆直径，ｄ　为花键根圆直径。　

（１）滚轧轮齿顶圆直径ｄ…根据啮合时滚轧轮　

相邻齿顶间的弦长与毛坯弦长相等，再考虑到每齿　

距的打滑量ＡＩ　Ｅ　，有　一　：：：ＡＩ。花键坯选　厶　Ｇ０　厶　用调质处理的４５号钢，因此图形模板选取打滑量△ｚ　

一０．００５　ｍｍ。结合ｄ　。一ｄ。＋２ｈ　０一（　。十２）　。解　

ｆ　，————　２　７ｒｍｚ　得　卅　胀’　

ｄＩｄａｏ＝＝＝　１　十２　。一　十　。　

（２）滚轧轮分度圆直径ｄ。一＝　ｚ。。　

（３）滚轧轮齿根圆直径ｄｆ：ｄ。一２ｈ　一ｄ　一　

２（ｈ２＋Ｃ　）　。式中：　为齿顶高系数，Ｃ　为顶隙系数。　

收稿日期：２０１４一Ｏ８—１０　

基金项目：安徽省科技计划研究项目（１１０６ｃ０８０５０１１）；安徽省高等学校省级自然科学研究项目（ＫＪ２００９Ｂ１３４）　

作者简介：王柯智（１９９０－－），男，安徽合肥人。硕士研究生，研究方向：材料成型及模拟仿真技术

。　王柯智，余小鲁：基于ＵＧ图形模板的渐开线花键轴滚轧轮参数化设计　・４３・　

（４）滚轧轮基圆直径ｄ　＝＝＝ｍｚ。ｃｏｓ　。　

（５）滚轧轮压力角　。。本文在图形模板中取　

ａ（］一ａ一２０。。　

另外，滚轧轮渐开线直角坐标方程　为　

｛　一　十　ｎ　’式中　是渐开线上任一点　Ｉ　Ｙ。＿ｒｂｓｉｎ　—ｒｔ　￣ｏｃｏｓ　’　

滚动角。　

２滚轧轮参数化设计　

２．１　基于图形模板的滚轧轮参数化设计思路　

ＵＧ中基于图形模板的滚轧轮参数化设计思路　

是建立滚轧轮的图形模板，当需要成形出不同尺寸　

的花键轴时，可通过输入花键轴的各特征参数，则　

ＵＧ会通过编写的程序修改滚轧轮图形模板的特　

征，从而驱动图形模板发生相应的变化，达到参数化　

设计的目的。其基本过程如图２所示　］。　

图２参数化设计过程　２．２开发环境的设置　

（１）在自定义目录下创建ｓｔａｒｔｕｐ、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

和ｐｒｔ三个文件夹，ｓｔａｒｔｕｐ子文件夹用来放置菜单　

及ＤＩ　Ｉ　文件，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ子文件夹用来放置对话框　

文件＊．ｄｌｇ，ｐｒｔ用来存放图形模板。自定义目录为　

Ｄ：＼ｓｐｌｉｎｅｄ　ｓｈａｆｔ＼ｓｐｌｉｎｅｄ　ｓｈａｆｔ．ｐｒｔ。　

（２）注册环境变量，右击我的电脑一属性一新建　

用户变量，变量名为ＵＧＩＩ—ＵＳＥＲ—ＤＩＲ，变量值为　

Ｄ：＼ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ＼ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ。　

２．３创建图形模板　

（１）输入相关表达式。由于ＵＧ系统不兼容希　

腊字母以及上、下标，因此通过表达式对基本参数赋　

初值时采用英文字母或字母与数字的组合来替代。　

在表达式框中依次添加表达式ｌ９］，见表１。其中角　

度单位为ｏ），长度单位为ｍｍ。　

（２）运用草图、拉伸、规律曲线、镜像、阵列等命　

令绘制出滚轧轮模板，如图３所示。　

表１创建图形模板用的表达式　

名　称　表达式　名　称　表达式　

花键轴键数　ｚ一２５　打滑量　△１—０．００５　

模数　ｒｎ一２　滚轧轮齿数　ｉ　

顶隙系数　ｃ一０．２５　滚轧轮齿顶圆直径ｄａ０一ＩＴＩ＊ｚ０＋２＊ｍ　

压力角　ａ一２Ｏ　滚轧轮分度圆直径ｄＯ—ｍ＊ｚ０　

齿顶高系数　ｈ：＝１　滚轧轮齿根圆直径　ｄｆＯ—ｄｂ０—２＊（ｈ＋ｃ）＊ｍ　

花键顶圆直径ｄａ＝ｉｎ＊ｚ＋２＊ｈ＊Ｉｎ　滚轧轮基圆直径ｄｂ０—１１１＊ｚ０＋ｃｏｓ（ａ）　

花键基圆直径ｄｂ—ｒｎ＊ｚ＊ＣＯＳ　ａ　渐开线发生角　ａ０—０　

花键根圆直径ｄｒ＝ｍ＊ｚ一２＊（ｈ＋ｃ）＊ＩＴＩ　渐开线终止角　ａｅ一６０　

圆周率　ｅ—ｐｉ（）　ＵＧ内部系统变量ｔ一１　

花键顶圆压力角　ａａ—ａｒｃｏｓ（ｄｂ／ｄａ）　线参数方程，自变量为其滚　一（１－－ｔ）　ａ０￣ｔ　。　动角　…　

花键根圆压力角　ａｆ＝ａｒｃｃｏｓ（ｄｂ／ｄｆ）　自变量对应弧度　ａｒｃｓ—ｓ　ｐｉ（）／１８０　

花键顸厚度　Ｓａ＝ｍ／２　ｐｉ（）＊ｃｏｓ　ａａ　渐开线在ｘ方向的参数方程　ｂｋ。＝　Ｏ　．　５

ｃ　－　ｄ

ｓｂｉＯ　（＊　）ｃ∞　＋ｏ。。　

花键根厚度　Ｓｆ＝ｍ／２　ｐｉ（）＊ＣＯＳ。ａｆ５　渐开线在ｙ方向的参数方程　ｄｂ　０

。　Ｈ　

花键坯直径　ｄｚ　＝ｓｄｐｆｒ）ｔ＋（ｚｄ／ｆｐ　ｉ）（　‘Ｓａ＋ｓｆ）　渐开线在ｚ方向的参数方程　ｚｋ－０　

滚轧轮齿宽　

ｂ一３０　・　４４　・　新乡学院学报　

图３滚轧轮图形模板　

２．４菜单的建立　

在ｓｔａｒｔｕｐ文件夹下新建菜单文件ａｐｐ．ｍｅｎ，文　

件中的指令程序为菜单脚本语言，其中ＡＣＴ１ＯＮＳ　

命令说明了菜单对应的响应行为，具体内容如下所　

不：　

ＶＥＲＳ１０Ｎ　１２０　

ＥＤＩＴ　ＵＧ—ＧＡＴＥＷＡＹ—ＭＡＩＮ—ＭＥＮＵＢＡＲ　

ＡＦＴＥＲ　ＵＧ—ＡＰＰＬＩＣＡＴ１０Ｎ　

ＣＡＳＣＡＤＥ—ＢＵＴＴＯＮ　ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｍｅｎｕ—ｐｒｔ　Ｉ　ＡＢＥｌ　花键轴滚轧轮参数化设计　

ＥＮＤ一（）Ｆ—ＡＦＴＥＲ　

ＭＥＮＵ　ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｍｅｎｕ—ｐｒｔ　ＢＵＴＴ（）Ｎ　ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ　ＬＡＢＥ１　基于图形模板的花键轴滚轧轮参数化没计　

ＡＣＴＩＯＮＳ　ｒｏｌｌｉｎｇ——ｗｈｅｅ１　ｐｒｔ．ｄｌｇ　

ＥＮＤ—ＯＦ—ＭＥＮＵ　

本文自定义的菜单名为“滚轧轮参数化设计”。　

２．５　ＵＧ／Ｏｐｅｎ　ＵＩＳｔｙｌｅｒ对话框设计　

启动ＵＧ，选择［开始］一［所有应用模块］一［用　

户界面样式编辑器］选项。进入对话框设计界面，完　

成后的对话框界面如图４所示。　

图４参数对话框　２．６创建程序框架编写回调函数　

（１）启动ＶＣ＋＋，新建工程项目，根据ＶＣ向导　

建立应用程序框架，更改ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ里的ｒｏｌｌｉｎｇ—　

ｗｈｅｅｌ—ｔｅｍｐｌａｔｅ．ｃ名为ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ．ｃｐｐ，并　

将其和ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ．ｈ复制到Ｄ：／ｒｏｌｌｉｎｇ—　

ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ目录下，然后将它们添加到ＶＣ建立的应　

用程序框架中。　

（２）双击打开ＶＣ工作空间的ｒｏｌｌｉｎｇ—ｗｈｅｅｌ—　

ｐｒｔ．ｃｐｐ，屏蔽ｕｆｓｔａ前后的预编译语句，如下所示：　

／／＃ｉｆｄｅｆ　ＭＥＮＵＢＡＲ—ＣＯＭＭＥＮＴＥＤ＿０ＵＴ　

／／＃ｅｎｄｉｆ／＊ＭＥＮＵＢＡＲ—ＣＯＭＭＥＮＴＥＤ—　ｏＵＴ＊／　

（３）在ＶＣ中用ＵＧ／Ｏｐｅｎ　ＡＰＩ编写回调函　

数ｌ＿１。］，并进行编译、连接，最后将生成的ｒｏｌｌｉｎｇ—　

ｗｈｅｅｌ—ｐｒｔ．ｄｌｌ文件复制到ｓｔａｒｔｕｐ目录下。　

３　运行实例　

启动ＵＧ，在菜单上选择［滚轧轮参数化设计］，　

出现对话框，单击［读入三维模型］按钮，读人滚轧轮　

的图形模板，然后在对话框中输入相应的参数，单击　

［确定］按钮，程序自动修改各特征参数，可得出所需　

规格花键轴的滚轧轮。如图５所示。　

¨　ｕ■Ｈ０＿　●札柑∞堪●●础　３一矗　ｏ　。　・０幕一ｎ－睁ｆ　

图５　添轧轮爹数化设计与建模　４实际应用　

传统的滚轧轮设计是通过需要成形的花键轴规　

格进行大量的计算，得出滚轧轮的各参数，再由这些　

参数在ＵＧ中运用拉伸、镜像等基本命令画出滚轧　

轮的三维模型，过程繁琐复杂。但运用本文的参数　

化设计，各种公式运算一次性导入ＵＧ的表达式中，　

无需经过人工计算，只需在设计的对话框中输入模　

数　、花键轴键数ｚ、打滑量△ｚ、滚轧轮宽ｂ、压力角　

、齿顶高系数ｈ　和顶隙系数Ｃ　七个参数值，即可　

直接成形出滚轧轮。目前零件的参数化设计在生产　

实践中运用广泛，滚轧轮模具的参数化设计还未大　

规模运用，但随着ＵＧ二次开发技术的日益成熟，相　

信参数化设计将成为滚轧轮模具的主流设计建模方