基于Solidworks的圆锥齿轮参数化设计

科学技术　基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的圆锥齿轮参数化设计　姚兴岭　（１．新乡职业技术学院，河南新乡４５３０００；２．新乡市技师学院，河南新乡４５３０００）　摘要：本文以三维ＣＡＤ软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ为开发平台，以ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ为编程语言，开发圆锥齿轮三维实体参数化造型系统的方法。具体以　ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ为平台，使用面向对象的语言ＶＢ开发了三维圆锥齿轮零件，通过尺寸驱动，可生成新的零件造型，实现了模架的参数化设计，提高模具　的设计效率，使设计者能够运用该方法对复杂的三维圆锥齿轮实体进行参数化设计，以提高Ｓｌｉｄｗｏｒｋｓ－￣次开发和模具设计开发应用的能力。－　关键词：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ；圆锥齿轮；实体造型　一、设计的主要内容及技术指标和技术路线　一）主要内容　（Ｒｅｖｏｌｖｅ）等操作，按照结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿　轮的结构实体部分。然后利用圆周阵列可画出全部齿形。　２圆锥齿轮实体造型系统　参数化三维实体造型设计是以变量几何和生成历程树为基础，以　尺寸驱动为特征的一种三维建模方法。其基本过程是：首先利用草图　功能勾画零件基本形状，然后根据设计要求标注必要的尺寸，最后修　改尺寸值，驱动模型变化以生成需要的零件模型。参数化三维实体建　模的目的是，通过修改尺寸而快速生成新的三维实体模型。　圆锥齿轮的轮齿有直齿和曲齿两种类型。直齿圆锥齿轮易于制　造，适用于低速、轻载传动的场合，而曲齿圆锥齿轮传动平稳，承载　能力强，常用于高速、重载的场合，但其设计和制造较为复杂。本论　文只讨论直齿圆锥齿轮。　渐开线圆锥齿轮三维造型系统的流程如图１所示，各模块及其功能　如下。　基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件使用ｖＢ高级语言程序，对常用件齿轮进行参数　化设计，实现给定参数的圆锥齿轮的自动化生成系统。　二）技术指标　１、设计参数要符合实际生产要求；　２、生成图形要符合国家标准规定；　３、技术路线　对基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ圆锥齿轮参数化设计的研究，准备从以下几个方　面着手：　（１）系统界面模块　该模块的作用是采集直齿圆锥齿轮实体造型所需的具体参数。　（２）三维ＣＡＤ软件接口模块　该模块提供在ＯＬＥ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ￣上所有与三维ＣＡＤ软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ通　讯的函数。ＣＡＤ软件的ＡＰＩ函数以类的形式封装起来，在直齿圆锥齿轮　造型时，通过这些函数驱动ＣＡＤ软件生成直齿圆锥实体。　（３】结构计算模块　根据界面模块的用户输入的参数，计算直齿圆锥齿轮的结构参　数。　（４）齿形计算模块　该模块是整个系统的核心，可以完成直齿圆锥齿轮齿形计算。通　过计算得到特定截面的齿廓参数，为齿形生成模块准备所需的数据。　（５）结构实体生成模块　该模块应用三维ＣＡＤ软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的基本特征，如拉伸（Ｅｘｔｒｕｄｅ）、　旋转（Ｒｅｖｏｌｖｅ）和圆周阵列（Ｃｉｒｃｕｌａｒ　Ｐａｔｔｅｒｎ）等操作，按照结构类型计算模　块输出的参数，生成圆锥齿轮的结构实体部分。该操作的结果类似生　成直齿圆锥齿轮的毛坯。　（６）齿形生成模块　该模块应用三维ＣＡＤ软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的基本特征，如放样切割　（Ｔｅｍｐｌａｔｅ　Ｋｎｉｉｆｎｇ）、圆周阵列（Ｃｉｒｃｕｌｒａ　Ｐａｔｔｅｒｎ）、拉伸（Ｅｘｔｒｕｄｅ）和旋转　圈１　裹１朋锥齿轮实体造型参数　＼参数　齿数　２４　齿宽　４０　大端模数　６　分度圆锥角　３０　轮毂高度　５５　轮毂厚度　１０　孔直径　５０　实体＼锥齿轮　　个方面都十分的重要，因为后期数据处理的精度将会受到布设位置合　理性与布设点的密度等方面的直接影响。　三维激光扫描的成果输出：如果在处理点云数据方面，采用的是　ＰＯＬＹ　ＷＯＲＫＳ软件，那么就会有很多的成果输出来，比如一些三维坐　标数据、扫描对象的三维模型等。ＰＯＬＹ　ＷＯＲＫＳ软件在某些方面还存　在着局限性，会影响到很多方面的应用，但是这个软件的接口功能十　是还存在着一些问题。本次选用的是比较平缓的区域作为试验的场　地，但是还是会出现一些扫描的死角，从而出现数据的不完整等情　况，这样就会对下一步的工作产生不利的影响。所以，未来研究的重　点就是对这些缺损的数据进行必要的修复。　参考文献　【１］史友峰，高西峰．三维激光扫描系统在地形测量中的应用【Ｊ】．山西建　筑，２００７，３３（１２）：３４７—３４９．　【２］￣Ｊｘ德鸿，王占超．三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用【Ｊ］．水利　水电施工，２０１１，２（１）：７６—８０．　分的丰富，用户可以依据自己的要求来编码满足自己需要和爱好的特　殊应用，这也是软件发展的一个趋势。　４结语　本文简单分析了三维激光扫描系统在地形测量中的应用，通过实　践研究证明，在地形测量中应用三维激光扫描系统是十分可行的，但　［３】许捷．地面型三维激光扫描系统在矿山地形测量中的应用【Ｊ］．科学时　代，２０１２，２（７）：３４—３６．　．．１７９．．　科学技术　２．１圆锥齿轮实体造型系统　（１）系统界面模块　该模块的作用是采集圆锥齿轮实体造型所需的具体参数。　标准化圆锥齿轮的具体参数如表１所示。　（２）结构计算模块　分度圆直径：ｄ＝ｍｚ＝１４４ｒａｍ　齿顶圆直径：ｄ＝ｍ（ｚ＋２ｃｏｓ　８　１＝１５４．４ｍｍ　齿根圆直径：ｄ＝ｍ（ｚ一２．４ｃｏｓ　８）＝１３１．５ｍｍ　基圆直径：ｄ＝ｄｃｏｓ２０＝－１３５．３ｍｍ　锥　距：Ｒ＝ｍｚ／２ｓｉｎ　８＝１４４ｍｍ　圆锥齿轮参数化设计窗口有２个框架控件、３个命令按钮、６４＂标签　控件，用户界面窗口如图３所示。　２）程序的连接　用ＶＢ编程进行的二次开发，要将ＶＢ和ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ连接来，编写ＶＢ　代码前，创建ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和ＶＢ对象，启动运行ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ。这样就可　以在ＶＢ的环境下利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对象及其下级对象的属性和方法，完　成用ＶＢ语言在环境中草图和三维模型图的绘制。下面给出ＶＢ语言在　ｓｏｂｄｗｏＩｋｓ环境中绘制圆锥齿轮三维图的部分子程序代码：　Ｄｉｍ　ｓｗＡｐｐ　Ａｓ　Ｏｂｊｅｃｔ定义ＯＬＥ对象变量对应ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ｄｉｍ　Ｐａｒｔ　Ａｓ　Ｏｂｊｅｃｔ　定义ＯＬＥ对象变量对应Ｓ０ｌｉｄＷ０ｒｋｓ　Ｓｅｔ　ｓｗＡｐｐ＝ＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ（“ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”）　创建　ＳｏｌｌｄＷｏｒｋｓ￣象　设计中齿宽ｂ的取值范嗣是（０．２５～０－３）Ｒ，Ｒ为锥距；本设计中　０．２５Ｒ＜ｂ＜０．３Ｒ，￣ｐ３６＜４０＜４３．２，设计数据符合要求。　当齿轮的齿顶圆直径ｄａ￣＜２ＯＯｍｍ时，可采用实体式结构，如图２所　示：这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。本设计亦采用实体式结构。　田２　（３）齿形计算模块　渐开线齿廓的数学模型。我们在直角坐标系下，用渐开线的直角　坐标方程式，计算渐开线轮廓上各点坐标值，然后在用样条曲线绘出　齿轮的一个齿廓。　（４）结构实体生成模块　该模块应用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的拉伸、旋转和圆周阵列等操作命令，按照　结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿轮的结构实体部分。　该操作的结果类似生成直齿圆锥齿轮的毛坯。　１）齿轮各基本尺寸计算　如图４所示，以点１为坐标原点，轴线为一坐标轴建立直角坐标　系，依次求出２、３、４、５、６、７的坐标，由ｌ一２—３—４—５—１的连线　构成直齿圆锥齿轮的二维结构，再用旋转轮廓线的方法既可生成圆锥　齿轮的实体。　２）圆锥齿轮的实体建模　再用旋转轮廓线的方法生成圆锥齿轮的实体　３）结构实体生成模块　该模块应用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的放样切割、圆周阵列、拉伸和旋转等操　作，生成圆锥齿轮的结构实体部分。然后再利用圆周阵列可画出全部　齿形，最终利用放样切割形成单个齿槽再拉深切除、倒角、倒圆、最终　生成圆锥齿轮的结构实体如图２所示：　圈３　２．２系统运行窗体的刨建和应用　１）窗体的建立　一１８０一　Ｓｅｔ　Ｐａｒｔ＝ｓｗＡｐｐ．ＡｃｉｆｖｅＤｏｃ　获得激活文件　２－３程序的调试及运行　１）运行程序过程　在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中，单击【工具Ⅵ宏］／【运行】，选择　．ｓｗｐ出现程序运行界　面。通过在ＶＢ窗口中填写圆锥齿轮参数后，单击‘生成’按钮，发现　错误代码９１（对象变量或ｗｉｔｈ块变量未设置）。　经过调试发现系统默认的ｐ　语句类型出现错误，原因是程序中的　ｐａｒｔ为完全定义造成运行错误，经过重新定义Ｐａｒｔ　Ａｓ　ｏｂｊｅｃｔ‘对象型变　量’，重新逐句调试，更改变量类型，最终解决了问题。　２）运行结果　调试好程序以后，将以上编译好的程序放入设定的参数输入对话　框的齿轮造型模块中，把设定的参数输入到如图１２所示的用户界面窗　１２１中，运行设计窗口点击‘生成’键，即可得到如图１４所示需要的齿　轮三维结构实体。　嗨　．．……　ｉ　．　…　……　．　．撬　．堍　粹粉辅婚鼢镶躲　强枷嚣鼠瓣德璐　秣鳓　静龉静　３结束语　（１）系统完成了圆锥齿轮实体的变量化自动生成。　（２）建立了ＶＢ界面窗口连接Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ应用程序，进人Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ　设计环境；从设计窗Ｅｌ中直接输入参数，可直接运行参数化造型设计　程序，得到所需的三维圆锥齿轮实体。　参考文献　［１］王隆太，戴过洪．机械ＣＡＤ／ＣＡＭ技术［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００５．　［２］王文彬，吴文英．用ＶＢ实现ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对零件的参数化设计…．机械　报，２００３，３０（６）　【３］曹岩．ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ机械设计实例精解【Ｍ］．机械工业出版社，２００６．　［４］李兰友．Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ高级图形应用程序设计［Ｍ】．清华大学出版社，２００３．　【５］成风文．基于ｓｏｌｉｄｗ０ｒｋｓ的机械零件参数化设计【Ｊ］．现代制造工程　报，２００３，（２）：１８—１９．