车桥毕业论文

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基于UG的车桥桥壳参数化设计

摘要 标准件库的建立对提高CAD系统的运行效率和质量，缩短产品开发周期起到重要的作用。本文以某车桥桥壳为研究对象，基于UG NX4.0三维平台，综合运用UG二次开发模块UISTYLER、UG/OPEN API和Visual C++6.0软件，首先通过编辑MENU菜单和参数化零件，其次通过建立零件族和绘制自定义对话框，再次基于VC软件编制操作图形的动态链接库文件，从而完成整个零部件的参数化设计，最后开发了桥壳标准件库。通过桥壳标准件库的建立大大缩短了桥壳零件的开发周期，降低了生产成本。和传统的设计方法相比较，该方法提高了设计的效率。

关键词： 车桥 桥壳 UG 二次开发

1 前 言

车辆驱动桥壳的功用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支承车架及其上的各总成重量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经悬架传给车架。

驱动桥壳应有足够的强度和刚度，质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式在满足使用要求的前提下，要尽可能便于制造。

驱动桥壳可分为整体式桥壳和分段式桥壳两类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。分段式桥壳比整体式桥壳易于铸造，加工简便，但维修保养不便。当拆检主减速器时，必须把整个驱动桥从汽车上拆卸下来，故目前已很少采用。

2 参数化设计的概况及设计方案的确定

2.1 零件的参数化设计

2．1．1 零件的参数化设计概念

零件的参数化设计是指零件在设计过程中，以零件的尺寸作为变量参数，用对应的关系来表示，通过调整尺寸参数就可以修改和控制零件的几何形状。这样，需

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改变零件的大小和位置时，只要变动相关的尺寸数值，与之相关的尺寸将会自动随之改变。利用UG进行零件参数化设计，可根据零件的特点，采用草图、表达式、

截面之间的相关性等方法建立三维参数化模型来实现参数化设计。 2.1.2 参数化设计思想

在使用UG软件进行产品设计时，为了充分发挥软件的设计优势，首先应当认真分析产品的结构，在大脑中构思好产品的各个部分之间的关系，充分了解设计意图，然后用UG提供的强大的设计及编辑工具把设计意图反映到产品的设计中去。因为设计是一项十分复杂的脑力活动，一项设计从任务的提出到设计完成从来不会是一帆风顺的，一项设计的完成过程就是一个不断改进、不断完善的过程，因此，从这个意思上讲，设计的过程就是修改的过程，参数化设计的目的就是按照产品的设计意图能够进行灵活的修改，所以它的易于修改性是至关重要的。这也是UG软件为什么特别强调它的强大的编辑功能的原因。

2.2 相关概念

2.2.1几何特征参数

几何特征参数是指基本几何形状的尺寸参数，例如长、宽、高是长方体的几何特征参数。确定了几何参数，几何形体便唯一确定了。 2．2.2 定位参数

定位参数是指几何形体之间的位置参数，设置定位参数是进行复杂形体建模的必要途径。例如在一个平面上创建的圆柱凸台，需要两个参数定义其位置。 2.2.3 形体自由度及约束

形体自由度是指几何形体（点、线、面、体）在空间中可以自由变化的位置参数的数目，例如一个点在二维空间中的自由度为2（x轴和y轴上的自由度）；三维实体在三维空间中有6个自由度，分别为沿X轴的平动、Y轴的平动、Z轴的平动、绕X轴的转动、绕Y轴的转动、绕Z轴的转动。约束是针对自由度而言的，形体约束越多，它具有的运动自由度就越少，就越不灵活。 2.2.4 草图约束状

根据所加约束和元素间的关系，草图所处的状态可分为不完全约束，完全约束，过约束和约束冲突四种状态。

激活约束窗口后，系统将就草图所处的约束状态给出提示信息，除此之外，系统还根据情况不同，给出下列相应反应：

[1]

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如为不完全约束状态，用自由度箭头提示每个元素顶点仍需限定的自由度的方向；如为完全约束状态，所有的自由度箭头消失；当草图处于过约束状态，被约束过多的几何尺寸和尺寸将自动变为黄色；草图处于约束冲突状态，相互冲突的尺寸约束将自动变为粉红色、草图元素变为灰色。 2.2.5 特征线的参数化

为了实现模型的参数化，首先必须实现特征线的参数化，在UG中有两类曲线 ，一类是CURVE功能创建的普通曲线，由于它一般不具有与表达式相关的参数，只能手工在UG交互界面中修改，不适合用于参数化建模。另一类是利用草图（SKETCHER）功能绘制的草图，它必须定义在二维平面上，可包含任意绘制的二维几何图形，是极好的参数化建模工具。 2.2.6 基于二维特征线生成三维曲面或实体

在创建模型过程中，大量的利用了UG拉深、扫掠、修剪、加厚曲面、由若干曲线生成面等功能，来实现由线到面或体的过程。

拉伸是指将位于同一平面上的若干条封闭或相连接的曲线组沿该平面法向方向或指定方向拉深而成三维实心体（Solid Body）或曲面（Sheet body）。

扫掠是指将位于同一平面上的若干条相连接的闭合或开口曲线组沿一条指定的曲线延伸而成三维实心体或曲面。

2.2.7 参数化和相关性的体现——表达式（Expression）

表达式是UG软件中参数化建模的一个重要部分，其本质是用来控制零件特性的数学或条件表达式，它可用来定义和控制模型中的大部分尺寸，如特征的尺寸或草图的尺寸。表达式可被用来控制单个零件中不同特征之间的关系或装配零件中各零件的关系，因此对于参数化设计有着重要的意义。

修改表达式有两种方法：一种是直接法，即直接调用UG内部TOOL\\Expression模块实现定义、编辑和删除表达式等表达式操作功能，另一种是编程法，即利 用UG的二次开发工具API编程实现模型内部表达式的管理。前者为软件包的标准模块，具有功能齐全，操作简便的优点，而利用后者可用C语言调用UG内部函数并自行设计界面，可以完全体现开发者的意图，针对性强[2]。

2.3 零件参数化设计方法

2.3.1 使用草图进行零件参数化设计

草图是UG 建模中建立参数化模型的一个重要手段，草图曲线是一条参数化曲线，

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通过使用平面曲线来建立零件的大致轮廓。在进行零件的参数化设

计中大量采用草图，因为草图容易使用，容易建立，容易修改。特别是复杂的零件，可建立多个草图，几个草图之间有形状和位置关系的，用尺寸关系式使 其产生相关性。UG采用的是“变量化技术”的设计建模方法，在绘制草图时，不需要精确地画出表示其轮廓形状的平面曲线，只是绘出零件的大致轮廓形 状，然后通过给草图加上尺寸约束和几何约束来精确地定义其形状，利用这些轮廓曲线通过拉伸或旋转等扫描方法来建立符合设计要求的零件的三维参 数化模型。要修改零件的形状，只需改变草图尺寸参数，则由草图建立的零件三维模型也相应改变。

2.3.2 使用表达式进行参数化设计

表达式是UG 中参数化设计的一个重要的工具。在零件的参数化设计中起着很重要作用，使用表达式可以定义和控制零件的尺寸参数，通过建立算

术和条件表达式可以控制一个零件特征之间的尺寸和位置关系，也可以控制几个草图之间的相互关系的尺寸，使之产生相关性。使用表达式很容易对零件 进行修改，也容易实现零件的系列化设计。如一个长方体的高度可以用它与长度的关系式来表述，如果其长度改变，则高度也自动随之改变。

表达式可以自动建立或手工建立。当建立草图特征时，系统自动建立相应的表达式，在给草图标注尺寸时可给出数值，也可用算术表达式来表示。几个 草图之间的尺寸关系也可用表达式表示。还可根据设计意图自定义算术或条件表达式。自定义表达式采用下拉菜单中表达式的命令，通过对话框输入来建立。只要改变表达式中的任意一个参数，零件三维模型与其相关的形状和尺寸就 会自动随之改变。

2.3.3 利用形状约束条件建立截面之间的相关对应关系进行参数化设计 在设计一些复杂曲面时，通常要建立各截面的形状，这时可通过求出实体表面、平面、曲线与指定平面之间的交线或交点，使用这些点利用几何形状 约束条件建立截面之间的相关关系。从而在各截面之间建立起相关的参数化关系，只要对其中一个截面进行任何修改，三维模型都会自动随之改变。 除此之外，还可利用UG 中的提取功能、Wave技术进行参数化设计来实现零件的系列设计。

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2.4 参数化设计方案的确定

图1设计方案流程图 3 UG软件及二次开发工具简介

3.1 UG软件简介及研究现状

UG软件起源于美国麦道飞机公司，当时为了设计和制造F5战斗机而开发了

UG产品，由于它在CAD/CAM/CAE以及产品数据管理（PDM）上所具有的卓越的性能，加上它提供CADE/CAE/CAM/PDM集中解决方案，目前该软件在航天航空、汽车制造、模具加工、通用机械等具有很多的知名度，并受到广泛的运用。同时UG还提供编程工具UG/OPEN API和UG OPEN GRIP用来进行二次开发。 UG软件自1990年进入中国市场，经过十年的发展，目前国内用户已近千家。国内许多大型企业、公司均采用UG作为其产品设计生产的支撑软件。大连机车车辆厂、天津汽车研究所、长春光机所、上海飞机制造厂、北京福田汽车股份有限公司都是使用UG的成功范例，许多知名的家电企业，如海尔、海信、科龙、康佳、长虹、小鸭，利用UG开发自身的系列化产品，获得了显著的经济效益。

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