标准圆柱齿轮自动化装配（定位）

# -*- coding: utf-8 -*-import mathfrom abaqus import *from abaqusConstants import *import partimport sketchimport assemblydef calculate_gear_geometry(mn, z, beta, num_pts, alpha_n, ha, c, r_f):    """    函数功能：    计算斜齿轮（或直齿轮）在端面上的各项几何参数以及渐开线齿廓的坐标点阵。    基于端面参数计算分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆等，并生成用于绘制齿廓的渐开线散点坐标。    参数说明：    :param mn:      法面模数 (Normal module)，单位：mm    :param z:       齿数 (Number of teeth)    :param alpha_n: 法面压力角 (Normal pressure angle)，单位：度 (°)    :param beta:    螺旋角 (Helix angle)，单位：度 (°)。0表示直齿，非0表示斜齿，正值为右旋，负值为左旋    :param ha:      齿顶高系数 (Addendum coefficient)，标准齿轮通常为 1.0    :param c:       顶隙系数 (Clearance coefficient)，标准齿轮通常为 0.25    :param r_f:     齿根圆角半径系数 (Root fillet radius coefficient)，通常为 0.38    :param num_pts: 渐开线拟合点数 (Number of points for involute curve)，点越多曲线越平滑    返回：    :return: geom_info (dict)，包含端面模数、各项半径、导程、以及左右渐开线坐标点的字典    """        # ================= 参数转换 (法面 -> 端面) =================    beta_rad = math.radians(beta)    alpha_n_rad = math.radians(alpha_n)        # 端面模数 (mt)    mt = mn / math.cos(beta_rad)    # 端面压力角 (alpha_t)    alpha_t_rad = math.atan(math.tan(alpha_n_rad) / math.cos(beta_rad))        # 端面主要几何参数    d = z * mt                  # 端面分度圆直径    r = d / 2.0                 # 端面分度圆半径    rb = r * math.cos(alpha_t_rad) # 端面基圆半径    ra = r + mn * ha            # 齿顶圆半径    rf = r - mn * (ha + c)      # 齿根圆半径    r_k = r_f * mn              # 齿根圆角半径        # 导程 (用于扭转拉伸)    if abs(beta) < 1.0e-12:        # 平行拉伸 (无扭转)，直齿        lead = 0.0    else:        # 扭转拉伸 (螺旋线)，斜齿        lead = math.pi * d / math.tan(beta_rad)    theta_0 = math.pi / (2.0 * z)        # 半齿厚角 (分度圆处)    r_start_inv = max(rb, rf)            # 渐开线起点半径        # 渐开线函数 inv(alpha_t)    inv_alpha_t = math.tan(alpha_t_rad) - alpha_t_rad        # 渐开线点阵 (在端平面内)    # 右侧渐开线节点计算 (从 r_start_inv 到 ra)    right_inv = []    for i in range(num_pts):        R = r_start_inv + (ra - r_start_inv) * i / float(num_pts - 1)        phi_R = math.acos(rb / R)        inv_phi_R = math.tan(phi_R) - phi_R        theta_R = theta_0 + inv_alpha_t - inv_phi_R        x = R * math.cos(theta_R)        y = R * math.sin(theta_R)        right_inv.append((x, y))        # 左侧镜像参数 (关于 X 轴对称)    left_inv = [(x, -y) for (x, y) in right_inv]            geom_info = {        'mt': mt, 'z': z, 'r': r, 'rb': rb, 'ra': ra, 'rf': rf, 'r_k': r_k, 'lead': lead,        'r_start_inv': r_start_inv,'right_inv': right_inv,'left_inv': left_inv    }        return geom_infodef create_gear_part(model_name, part_name, mn, z, width, r_shaft, beta,                     num_pts, alpha_n, ha, c, r_f):    """    函数功能：    调用 calculate_gear_geometry 计算齿轮几何数据，并在 Abaqus 中自动化构建 3D 齿轮 Part 模型。    建模思路为：先拉伸一个齿轮基体圆柱（带轴孔），再拉伸一个单齿模型，最后通过装配模块进行阵列和布尔求和操作，得到完整齿轮。    参数说明：    :param model_name: Abaqus 模型名称 (例如: 'Model-1')    :param part_name:  生成的齿轮 Part 名称 (例如: 'Gear')    :param mn, z, alpha_n, beta, ha, c, r_f, num_pts: 齿轮基本参数 (同上)    :param width:      齿轮齿宽 (拉伸深度)，单位：mm    :param r_shaft:    中心轴孔半径，单位：mm    返回：    :return: gear_part (Abaqus Part Object)，返回合并后的最终 3D 齿轮 Part 实体    """    if model_name in mdb.models:        model = mdb.models[model_name]    else:        model = mdb.Model(name=model_name)    # 获取齿轮几何参数        g = calculate_gear_geometry(mn, z, beta, num_pts, alpha_n, ha, c, r_f)        # 计算草图尺寸 (基于齿顶圆半径)    sketch_size = g['ra'] * 3.0        #创建齿轮基体    s_base = model.ConstrainedSketch(name=part_name + '_Base_Sketch', sheetSize=sketch_size)    s_base.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0, 0.0), point1=(g['rf'], 0.0))        # 绘制中心轴孔 (检查轴孔不能大于等于齿根圆)    if (r_shaft > 0 and r_shaft < g['rf']):        s_base.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0, 0.0), point1=(r_shaft, 0.0))    else:        raise ValueError("Shaft radius must be greater than 0 and less than the root radius of the gear.")        # 拉伸生成 3D 基体实体    part_base = model.Part(name=part_name + '_Base', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)    part_base.BaseSolidExtrude(sketch=s_base, depth=width)        # 创建单齿草图 (齿廓)    s_tooth = model.ConstrainedSketch(name=part_name + '_Tooth_Sketch', sheetSize=sketch_size)        # 计算一个齿距对应的齿根圆上的两个端点 (用于画齿根圆弧)    point_R=(g['rf'] * math.cos(math.pi / g['z']), g['rf'] * math.sin(math.pi / g['z']))    point_L=(g['rf'] * math.cos(math.pi / g['z']), -g['rf'] * math.sin(math.pi / g['z']))    # 绘制齿槽底部的齿根圆弧段 (顺时针)    g1 = s_tooth.ArcByCenterEnds(center=(0.0, 0.0),                             point1=point_R,                             point2=point_L, direction=CLOCKWISE)    # 使用样条曲线(Spline)拟合生成左右渐开线齿廓    g2 = s_tooth.Spline(points=tuple(g['left_inv']))    g3 = s_tooth.Spline(points=tuple(g['right_inv']))    # 绘制齿顶圆弧，连接左右渐开线的终点 (逆时针)    g4 = s_tooth.ArcByCenterEnds(center=(0.0, 0.0),                                  point1=g['left_inv'][-1],                                  point2=g['right_inv'][-1],                                  direction=COUNTERCLOCKWISE)        # 将主要几何特征固定，防止添加倒角时发生意外变形    s_tooth.FixedConstraint(entity=g1)    s_tooth.FixedConstraint(entity=g2)    s_tooth.FixedConstraint(entity=g3)    s_tooth.FixedConstraint(entity=g4)        # ================= 处理齿根过渡圆角 =================    # 1）：齿根圆小于基圆 (rf < rb)，存在根切风险或过渡区域    # 这时渐开线只能从基圆开始，基圆到齿根圆之间需要用直线（通常是刀具顶部的包络线，这里用切向直线近似）连接    if g['rf'] < g['rb']:        # 绘制两条直线段，大概长度为齿全高        g5 = s_tooth.Line(point1=(g['right_inv'][0]), point2=(g['right_inv'][0][0] - (2*ha + c)* mn, 0))        g6 = s_tooth.Line(point1=(g['left_inv'][0]), point2=(g['left_inv'][0][0] - (2*ha + c)* mn, 0))        # 将这两条直线与渐开线起点处设为相切        s_tooth.TangentConstraint(entity1=g5, entity2=g3)        s_tooth.TangentConstraint(entity1=g6, entity2=g2)                # 计算这直线的斜率，以便在直线上找点进行后续操作        p1 = g5.pointOn        p2 = g6.pointOn        k1 = (p1[1] - g['right_inv'][0][1]) / (p1[0] - g['right_inv'][0][0])        k2 = (p2[1] - g['left_inv'][0][1]) / (p2[0] - g['left_inv'][0][0])        # 在直线上取点用于获取几何实体的id，进行圆角操作        p5 = (g['right_inv'][0][0] - g['r_k']/2.0, g['right_inv'][0][1] - k1 * g['r_k']/2.0)        p6 = (g['left_inv'][0][0] - g['r_k']/2.0, g['left_inv'][0][1] - k2 * g['r_k']/2.0)                # 修剪掉直线段多余的部分（超过齿根圆的部分），以便后续进行圆角操作        s_tooth.autoTrimCurve(curve1=g5, point1=(g['right_inv'][0][0] - (2*ha + c)* mn, 0))        s_tooth.autoTrimCurve(curve1=g6, point1=(g['left_inv'][0][0] - (2*ha + c)* mn, 0))                # 重新获取修剪后的直线段实体        g55 = s_tooth.geometry.findAt(p5)        g66 = s_tooth.geometry.findAt(p6)        # 在直线段和齿根圆弧之间创建过渡倒圆角 (半径为 r_k)        s_tooth.FilletByRadius(radius=g['r_k'],                            curve1=g55, nearPoint1=g['right_inv'][0],                            curve2=g1, nearPoint2=point_R)        s_tooth.FilletByRadius(radius=g['r_k'],                            curve1=g66, nearPoint1=g['left_inv'][0],                            curve2=g1, nearPoint2=point_L)    # 2）：齿根圆大于等于基圆 (rf >= rb)    # 这时渐开线直接从齿根圆上生出，直接在渐开线和齿根圆之间倒圆角即可    else:        # 在直线段和齿根圆弧之间创建过渡倒圆角 (半径为 r_k)        s_tooth.FilletByRadius(radius=g['r_k'],                            curve1=g3, nearPoint1=g['right_inv'][1],                            curve2=g1, nearPoint2=point_R)        s_tooth.FilletByRadius(radius=g['r_k'],                            curve1=g2, nearPoint1=g['left_inv'][1],                            curve2=g1, nearPoint2=point_L)    part_tooth = model.Part(name=part_name + '_SingleTooth', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)    if abs(g['lead']) < 1.0e-12:        # 平行拉伸 (无扭转)，直齿        part_tooth.BaseSolidExtrude(sketch=s_tooth, depth=width)    else:        # 扭转拉伸 (螺旋线)，斜齿        # 添加孤立点 (Spot) 以支持扭曲拉伸        s_tooth.Spot(point=(0.0, 0.0))        part_tooth.BaseSolidExtrude(sketch=s_tooth, depth=width, pitch=g['lead'])        # =========================================================================    # 在 Assembly 中进行周向阵列与布尔合并    # =========================================================================    asm = model.rootAssembly    inst_base = asm.Instance(name='Inst-Base', part=part_base, dependent=ON)    inst_tooth = asm.Instance(name='Inst-Tooth-0', part=part_tooth, dependent=ON)        # 默认Z轴为旋转轴，周向阵列单齿 Instance    if z > 1:        asm.RadialInstancePattern(            instanceList=('Inst-Tooth-0',),            number=z,            totalAngle=360.0        )            # 获取所有装配实例进行布尔合并    all_insts = [asm.instances[inst_name] for inst_name in asm.instances.keys()]        # 返回的是PartInstance对象，而不是Part    asm.InstanceFromBooleanMerge(        name=part_name,                   # 合并后生成的新 Part 名称        instances=tuple(all_insts),       # 参与合并的所有实体 Instance        originalInstances = DELETE,       # 合并后删除原有实例        domain = GEOMETRY                 # 针对几何实体进行布尔合并    )     asm.deleteAllFeatures()               # 删除所有实例，避免重复    del all_insts                         # 删除实例列表        return model.parts[part_name]         # 返回最终生成的齿轮 Part 对象

# -*- coding: utf-8 -*-from zxwc.gear.gear import create_gear_partfrom abaqus import *from abaqusConstants import *import assemblyimport mathdef asm_gear(model_name, part_name,                      mn, z1, z2, width1, width2, r_shaft1, r_shaft2,                      beta=0.0, num_pts= 40, alpha_n=20.0, ha=1.0, c=0.25, r_f=0.38):    # 创建两个齿轮零件    sg1 = create_gear_part(model_name, part_name + '1', mn, z1, width1, r_shaft1, beta, num_pts,alpha_n, ha, c, r_f)    sg2 = create_gear_part(model_name, part_name + '2', mn, z2, width2, r_shaft2, -beta, num_pts,alpha_n, ha, c, r_f)        asm = mdb.models[model_name].rootAssembly        # 计算斜齿轮的螺旋角弧度    beta_rad = math.radians(beta)    # 计算齿轮中心距    center_distance = (mn * (z1 + z2)) / (2.0* math.cos(beta_rad))    # 齿轮的旋转角度，半个齿距对应的角度    rotate_angle = 180.0 / z1    # 创建两个齿轮的实例    inst_1 = asm.Instance(name='Inst-' + sg1.name, part=sg1, dependent=ON)    inst_2 = asm.Instance(name='Inst-' + sg2.name, part=sg2, dependent=ON)        # 设置齿轮位置    # 沿着x轴平移第二个齿轮到正确的中心距离    asm.translate(instanceList=(inst_2.name,), vector=(center_distance, 0.0, 0.0))    # 沿着z轴旋转主动轮（第一个齿轮）到正确的位置    asm.rotate(instanceList=(inst_1.name,), axisPoint=(0.0, 0.0, 0.0), axisDirection=(0.0, 0.0, 1.0), angle=rotate_angle)        if abs(width1 - width2) > 1.0e-12:        # 如果两个齿轮的宽度不同，需要调整它们的位置以确保正确啮合,沿着Z轴平移        asm.translate(instanceList=(inst_2.name,), vector=(0.0, 0.0, (width1 - width2)/2.0))#testif __name__ == "__main__":    #创建一对斜齿轮    asm_gear("Helical", "hg", mn=2, z1=21, z2=24, width1=18, width2=20, r_shaft1=8, r_shaft2=8, beta=10.0)

asm_gear(model_name, part_name,                      mn, z1, z2, width1, width2, r_shaft1, r_shaft2,                      beta=0.0, num_pts= 40, alpha_n=20.0, ha=1.0, c=0.25, r_f=0.38)

create_gear_part(model_name, part_name, mn, z, width, r_shaft, beta,                     num_pts, alpha_n, ha, c, r_f)

calculate_gear_geometry(mn, z, beta, num_pts, alpha_n, ha, c, r_f)