姚繼蔚 張世龍 馮 莉 董 玲

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)教育部，中國 天津300222）

0 引言

諧波齒輪傳動是20世紀(jì)50年代后期隨著航天技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的機械傳動方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、傳動比大、傳動精度高等獨特優(yōu)點[1]，已被成功地應(yīng)用在航空航天、光學(xué)儀器以及通用機械（如低速重載的起重機絞盤、礦山隧道運輸用井下轉(zhuǎn)轍機）、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域中。諧波齒輪傳動系統(tǒng)中，雖然只有3個主要構(gòu)件——柔輪、剛輪和波發(fā)生器（見圖1），但各構(gòu)件的參數(shù)較多，且直接影響工作性能及使用壽命。對諧波齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，可提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

圖1 諧波齒輪傳動

1 開發(fā)思路

針對設(shè)計要求，在UG用戶界面中交互輸入諧波齒輪傳動系統(tǒng)的初始參數(shù)，通過Visual C++程序?qū)@些參數(shù)進(jìn)行讀取、計算，得到諧波齒輪傳動系統(tǒng)三大主要零部件（柔輪、剛輪和波發(fā)生器）的設(shè)計參數(shù)，并通過調(diào)用UG繪圖函數(shù)實現(xiàn)主要零部件的三維建模。

2 零部件關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

利用UG進(jìn)行二次開發(fā)最常用的有兩種基本形式：第一種為在UG界面上進(jìn)行參數(shù)化建模，再利用UG/open UIstyler、UG/API語言和VC++語言聯(lián)合進(jìn)行程序設(shè)計、編譯、鏈接生成動態(tài)鏈接文件，執(zhí)行相應(yīng)的菜單命令，系統(tǒng)將調(diào)用相應(yīng)的對話框完成特定功能，此種方法適用于大批大量、系列化生產(chǎn)，且結(jié)構(gòu)相對簡單的零部件；第二種為利用UG/open UIstyler創(chuàng)建功能對話框，零部件的所有參數(shù)通過UG/API語言和VC++語言聯(lián)合進(jìn)行程序設(shè)計來實現(xiàn)，最終在UG界面呈現(xiàn)，此種方法適合專有零件、單件生產(chǎn)或者結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜的零部件上[2-5]。根據(jù)諧波齒輪傳動系統(tǒng)的特點，本文選擇第二種設(shè)計方法進(jìn)行諧波齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計。

柔輪是諧波齒輪傳動系統(tǒng)中的關(guān)重件，主要由圓柱殼體與齒圈組合而成，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示，主要參數(shù)包括：1）基本數(shù)據(jù)：柔輪齒數(shù)、傳動比、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、模數(shù)、變位系數(shù)、柔輪分度圓直徑、柔輪齒頂圓直徑、柔輪齒根圓直徑、柔輪齒高、柔輪初始變形量等（選擇壓力角為20°C的漸開線齒廓）；2）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：柔輪內(nèi)徑、齒圈寬度、筒壁厚度、筒長、筒壁外圓直徑、凸緣厚度、齒圈前沿寬度等。

圖2 柔輪結(jié)構(gòu)及幾何尺寸

3 UG二次開發(fā)

3.1 環(huán)境設(shè)置

1）安裝Unigraphics軟件（須確保安裝ugopen和ugoenpp模塊）；2）建立D:UG OPEN++目錄，并在其菜單下新建startup和application文件夾；

3）增加環(huán)境變量UGII_USER_DIR，其值設(shè)為D:UG OPEN++；

3.2 開發(fā)流程

作為UG最常用的二次開發(fā)工具之一，UG/Open是一系列函數(shù)的集合，也是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，以開放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺，提供靈活的開發(fā)支持。本文采用UG API語言和VC++語言聯(lián)合進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)流程如圖3所示。

圖3 UG二次開發(fā)流程圖

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 創(chuàng)建用戶菜單

采用UG/OPEN MenuScript創(chuàng)建用戶菜單。運行腳本程序：

VERSION 120

EDIT_UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR//編輯主程序路徑

TOP_MENU

CASCADE BUTTON CUSTOM

LABEL諧波傳動設(shè)計 //生成諧波齒輪傳動設(shè)計菜單

END_OF_TOP_MENU

MENU CUSTOM

BUTTON CUSTOM UISTYLER DLG

LABEL諧波齒輪選型 //生成諧波齒輪選型菜單

ACTIONSharmonic_selstyle.dlg//打開諧波齒輪基本參數(shù)對話框

END_OF_MENU

即可生成如圖4所示的菜單界面。

圖4 菜單界面

3.3.2 創(chuàng)建自定義對話框

采用UG/OPEN UIStyler創(chuàng)建自定義對話框，作為用戶與UG/API程序的交互界面，實現(xiàn)交互式數(shù)據(jù)輸入，并通過調(diào)用回調(diào)函數(shù)響應(yīng)用戶事件。對話框控件定義如圖5所示，對話框基本屬性定義如圖6所示。

圖5 對話框控件定義

圖6 對話框基本屬性定義

3.4 Visual C++程序開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

3.4.1 程序調(diào)用

主程序通過ufsta()函數(shù)連接；通過函數(shù)UF_UI_add_styler_actions和函數(shù)UF_STYLER_create_dialog連接*.men主菜單以及對話框文件*.dlg子程序。ufsta()函數(shù)體中，通過函數(shù)UF_MB_add_stlyer_actions來連接下級子程序，開頭和結(jié)尾通過回調(diào)函數(shù)UF_initialize()與UF_terminate()實現(xiàn)被調(diào)函數(shù)進(jìn)入或退出UG系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)行對話框間調(diào)用時，如選擇全部回調(diào)，需刪除源程序#ifdef DISPLAY_FROM_CALLBACK中的#endif語句。

從菜單調(diào)用xiebo_selstyle.dlg功能函數(shù)：

3.4.2 柔輪幾何建模計算函數(shù)

幾何建模函數(shù)定義是二次開發(fā)的關(guān)鍵部分，柔輪建模函數(shù)如下：

3.5 三維結(jié)果輸出

運行UG，點擊主菜單上諧波傳動設(shè)計 諧波齒輪選型 選定基本參數(shù)，彈出如圖7所示基本參數(shù)對話框，在該對話框中輸入基本參數(shù)，單擊ok按鈕后彈出如圖8所示基本部件對話框，選擇“建立柔輪”，即可得到如圖9所的示柔輪三維造型。

圖7 基本參數(shù)對話框

圖8 基本部件對話框

圖9 柔輪三維圖

同理可實現(xiàn)剛輪和波發(fā)生器的三維建模。

立三維模型后，各部件的計算結(jié)果可通過調(diào)入結(jié)果輸出函數(shù)來實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

運用UG/Open API語言和VC+++語言聯(lián)合對諧波齒輪系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行二次開發(fā)，該系統(tǒng)在UG軟件啟動時可自動加載到UG的主菜單上，界面簡潔，操作方便，使用該系統(tǒng)可以提高設(shè)計效率、設(shè)計質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化水平，為不同材料、不同結(jié)構(gòu)的諧波齒輪傳動系統(tǒng)的受力分析打下了基礎(chǔ)。

［1］陽培，張立勇，王長路，等.諧波齒輪傳動技術(shù)發(fā)展概述[J].機械傳動，2005，29（3）：69-73.

［2］UG二次開發(fā)技術(shù)在礦用減速器中的應(yīng)用[J].礦山機械，2013（7）：128-131.

［3］趙波.UG CAD教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［4］姚繼蔚.諧波齒輪傳動的參數(shù)化設(shè)計及其仿真技術(shù)研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2006.

［5］魏雪麗.諧波齒輪傳動系統(tǒng)的虛擬設(shè)計研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2003.