基于UG二次開發(fā)的羅茨轉(zhuǎn)子參數(shù)化設(shè)計(jì)

范 蓉

（天津市第一商業(yè)學(xué)校，天津 300180）

隨著機(jī)械工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨壓縮機(jī)、羅茨流量計(jì)和羅茨真空泵等設(shè)備由于其優(yōu)良的工作特性，使其在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。而相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上取決于其最關(guān)鍵的核心部件——羅茨轉(zhuǎn)子。通常使用的轉(zhuǎn)子有雙葉和多葉等不同的形式，型線有圓弧齒形、漸開線齒形和擺線齒型等［1］。羅茨轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)對于設(shè)備的性能起到至關(guān)重要的作用。由于羅茨轉(zhuǎn)子的線形比較復(fù)雜，并且其設(shè)計(jì)的精度及合理性決定了相關(guān)設(shè)備的氣密性、流量等諸多工作參數(shù)，即便在借助UG這種功能強(qiáng)大的軟件情況下，其設(shè)計(jì)周期也通常較長。根據(jù)羅茨轉(zhuǎn)子的工作要求開發(fā)一款符合其設(shè)計(jì)特點(diǎn)的專業(yè)化和個(gè)性化的工具，將能夠在很大程度上拓展軟件的應(yīng)用范圍，提高設(shè)計(jì)效率，滿足設(shè)計(jì)人員的各種特殊需求，以達(dá)到事半功倍的效果。本文利用UG軟件的二次開發(fā)功能，就實(shí)現(xiàn)羅茨轉(zhuǎn)子的參數(shù)化設(shè)計(jì)提出一種新的設(shè)計(jì)方法。

一、定制菜單及用戶對話框

UG NX中的菜單是利用Menu Script編寫的，使用UG／Open二次開發(fā)軟件包中的 Menu Script腳本語言可以自由、方便的添加、刪除和定制菜單［2］，以及改變菜單的顯示文本或響應(yīng)行為等。菜單腳本文件的擴(kuò)展名為＊．men（文本文件），另外，此功能還可以用來定制工具條，其擴(kuò)展名為＊．thr（文本文件）。

在UG的安裝目錄中找到custom＿dirs．dat文件，用記事本打開，并在最后一行輸入D：＼Program Files＼UGS＼UGAPI＼startup，完成UG開發(fā)目錄的注冊［3］。利用Windows中的記事本建立腳本文件，并將其命名為roots，并保存在指定的目錄中，如：D：＼Program Files＼UGS＼UGAPI＼startup。定制完成的用戶界面如圖1所示。其腳本文件代碼如下：

VERSION 120

EDIT UG＿GATEWAY＿M(jìn)AIN＿M(jìn)ENUBAR

！創(chuàng)建一級菜單

BEFORE UG＿HELP

CASCADE＿BUTTON MENU＿ID＿1

LABEL羅茨機(jī)構(gòu)

圖1

END＿OF＿BEFORE

！創(chuàng)建二級菜單

MENU MENU＿ID＿1

CASCADE＿BUTTON MENU＿ID＿1＿1

LABEL轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

BUTTONMENU＿ID＿1＿2

LABEL運(yùn)動(dòng)仿真

SEPARATOR

BUTTONMENU＿ID＿1＿3

LABEL技術(shù)手冊

END＿OF＿M(jìn)ENU

！創(chuàng)建三級菜單

MENU MENU＿ID＿1＿1

BUTTONMENU＿ID＿1＿1＿1

LABEL雙葉轉(zhuǎn)子

ACTIONS LC＿Block．dlg

BUTTONMENU＿ID＿1＿1＿2

LABEL三葉轉(zhuǎn)子

END＿OF＿M(jìn)ENU

UIStyler作為UG NX／OPEN二次開發(fā)包中用于開發(fā)用戶界面的工具，它提供了全部NX的標(biāo)準(zhǔn)可視控件。用戶可以根據(jù)需要添加各種控件，制作用戶交互界面。完成后會(huì)自動(dòng)生成擴(kuò)展名為＊．dlg、＊＿template．c和＊＿template．h三個(gè)文件，第一個(gè)是對話框資源文件，后兩個(gè)是UF的C源碼模板文件。將＊．dlg、＊＿template．c和＊＿template．h文件添加到工程中，然后在向C源碼模板中的各回調(diào)函數(shù)框架內(nèi)添加實(shí)現(xiàn)用戶功能的代碼，便可編譯、鏈接動(dòng)態(tài)鏈接庫＊．dlg文件［4］。

打開用戶界面編輯器，進(jìn)入U(xiǎn)IStyler可視化界面。在對話框標(biāo)題中輸入“創(chuàng)建羅茨轉(zhuǎn)子”。在回調(diào)界面內(nèi)，在取消和確定的后面輸入“cancel＿cb”和“ok＿cb”。依次添加實(shí)數(shù)輸入框，在標(biāo)簽中輸入“轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑”、“中心距”和“壓力角”。

制作完成的用戶對話框如圖2所示。保存文件至D：＼Program Files＼UGS＼UGAPI＼application目錄中，文件名為LC＿Block．dlg。

圖2

圖3

二、創(chuàng)建程序框架

1．建立數(shù)學(xué)模型

下面以雙葉羅茨轉(zhuǎn)子為例說明參數(shù)化建模的過程。雙葉羅茨漸開線轉(zhuǎn)子在工作時(shí)的相位角為90°，既在1／4圓內(nèi)相互嚙合，并互不干涉［5］。

如圖3所示，轉(zhuǎn)子截面輪廓線A－B段為圓弧，B－C段為漸開線，C－D段為圓弧。

設(shè)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑為D，中心距為L，節(jié)圓壓力角為α，則有

其中漸開線的標(biāo)準(zhǔn)方程為

式中β為漸開線的展開角，圖中的漸開線是以直線O－E為水平軸繪制的，所以還需將利用上式繪制的漸開線沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度φ，對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方程為

實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)有多種方法，可以先完成曲線的繪制，再旋轉(zhuǎn)，也可以先旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在繪制曲線。由于漸開線的公式比較復(fù)雜，若再代入旋轉(zhuǎn)方程，則會(huì)造成后期程序的編制比較繁瑣，并且UG OPEN提供了比較方便的坐標(biāo)系功能，所以本文利用坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)漸開線的繪制工作。

啟動(dòng)VC6．0，創(chuàng)建Win32Dynamic Link Library工程。保存名稱為LC＿Block。為了在鏈接時(shí)調(diào)用UF函數(shù)的代碼，在Output file name文本框中填入最終編譯鏈接成的DLL文件名，在Object／Library modules文本框中加入需要的libufun．lib、libugopenint．lib和libvmathpp．lib庫名。將前面保存的“LC＿Block．h”和“LC＿Block＿template．c”復(fù)制到“LC＿Block”工程文件目錄內(nèi)，并把這兩個(gè)文件加入工程。打開“LC＿Block＿template．cpp”文件，在文件開始編譯文件頭命令處把＃include＜LC＿Block．h＞修改成＃include“LC＿Block．h”，并添加到＃include＜uf＿modle．h＞中［6］。由于需要調(diào)用生成LC＿Block的 UF函數(shù)，所以要找到入口函數(shù)的定義，將條件編譯宏屏蔽：

2．利用VC編程

在LC＿Block＿template．cpp文件中，將用戶輸入的數(shù)值傳遞到定義的全局變量中去，并檢查數(shù)值是否符合要求。部分代碼如下所示：

完成上述初始化、屬性設(shè)置及賦值工作后，便可以根據(jù)已有數(shù)學(xué)模型編制轉(zhuǎn)子型線的程序。漸開線的部分關(guān)鍵程序如下：

根據(jù)數(shù)學(xué)模型很容易得出兩處圓弧的半徑，再利用函數(shù)UF＿CURVE＿creat＿acr便可以畫出兩個(gè)圓弧。接下來，可以利用鏡像功能得到完整的封閉輪廓。至此，便完成了羅茨轉(zhuǎn)子型線的繪制。運(yùn)用函數(shù)UF＿NULLSIGN創(chuàng)建拉伸特征。

最后對編輯完成的程序進(jìn)行編譯，再鏈接程序，則生成可執(zhí)行的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件。將此動(dòng)態(tài)鏈接文件放入D：＼Program Files＼UGS＼UGAPI＼startup目錄中，該文件將自動(dòng)加載至UG程序中。

三、交互式繪圖

在UG的菜單欄中點(diǎn)擊【羅茨機(jī)構(gòu)】，依次在下拉菜單中選擇【轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)】，【雙葉轉(zhuǎn)子】。彈出創(chuàng)建羅茨轉(zhuǎn)子對話框，輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，便可自動(dòng)生成如圖4所示的實(shí)體模型。

圖4

單一的轉(zhuǎn)子模型對于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)來講是不夠的。利用UG／OPEN的裝配API可以對轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配操作。結(jié)合UG的分析功能，還可以進(jìn)一步檢查相互嚙合的兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的配合間隙及干涉情況，顯示干涉區(qū)域及生成運(yùn)動(dòng)分析圖表。

四、結(jié)論

以羅茨機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的各種通用設(shè)備在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天在機(jī)械制造、石油、電力、冶金、化工和食品加工等行業(yè)都有著極為廣泛的應(yīng)用。作為核心部件的羅茨轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)及加工水平直接影響著相關(guān)設(shè)備的各項(xiàng)工作性能。根據(jù)羅茨轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用UG／OPEN二次開發(fā)工具和Visual C開發(fā)的羅茨轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠方便、快速的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的參數(shù)化建模。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程相比，大大提高了工作效率，并能夠避免因人為原因造成的設(shè)計(jì)缺陷。其中的運(yùn)動(dòng)仿真模塊還能夠直觀的驗(yàn)證羅茨轉(zhuǎn)子在嚙合狀態(tài)下的工作情況，并為轉(zhuǎn)子的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。

［1］劉林林，初嘉鵬，胡建中．羅茨真空泵轉(zhuǎn)子型線的研究［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)，2007，（03）．

［2］莫蓉，常智勇，劉紅軍，等．圖表詳解UG NX二次開發(fā)［M］．北京：電子工業(yè)出版社2008．

［3］黃勇．UG／Open API、MFC和COM開發(fā)實(shí)例精解［M］．北京：國防工業(yè)出版社2009．

［4］黃勇，張博林，薛運(yùn)鋒．UG二次開發(fā)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

［5］楊曉斌．羅茨泵轉(zhuǎn)子簡明設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械工程師，2010，（04）．

［6］張王全．基于UG的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)及仿真分析［D］．青島大學(xué)學(xué)位論文，2004．