基于Solidworks的圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

姚興嶺

摘 要：本文以三維CAD軟件SolidWorks為開發(fā)平臺(tái)，以VisualBasic為編程語言，開發(fā)圓錐齒輪三維實(shí)體參數(shù)化造型系統(tǒng)的方法。具體以SolidWorks 為平臺(tái)，使用面向?qū)ο蟮恼Z言VB 開發(fā)了三維圓錐齒輪零件，通過尺寸驅(qū)動(dòng)，可生成新的零件造型，實(shí)現(xiàn)了模架的參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高模具的設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)者能夠運(yùn)用該方法對(duì)復(fù)雜的三維圓錐齒輪實(shí)體進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，以提高Slidworks二次開發(fā)和模具設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用的能力。

關(guān)鍵詞：SolidWorks；VisualBasic；圓錐齒輪；實(shí)體造型

一、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)路線

一）主要內(nèi)容

基于Solidworks軟件使用VB高級(jí)語言程序，對(duì)常用件齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)給定參數(shù)的圓錐齒輪的自動(dòng)化生成系統(tǒng)。

二）技術(shù)指標(biāo)

1、設(shè)計(jì)參數(shù)要符合實(shí)際生產(chǎn)要求；

2、生成圖形要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；

3、技術(shù)路線

對(duì)基于Solidworks圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究，準(zhǔn)備從以下幾個(gè)方面著手：

（1）系統(tǒng)界面模塊

該模塊的作用是采集直齒圓錐齒輪實(shí)體造型所需的具體參數(shù)。

（2）三維CAD軟件接口模塊

該模塊提供在OLE Automation層上所有與三維CAD軟件SolidWorks通訊的函數(shù)。CAD軟件的API函數(shù)以類的形式封裝起來，在直齒圓錐齒輪造型時(shí)，通過這些函數(shù)驅(qū)動(dòng)CAD軟件生成直齒圓錐實(shí)體。

（3）結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊

根據(jù)界面模塊的用戶輸入的參數(shù)，計(jì)算直齒圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（4）齒形計(jì)算模塊

該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可以完成直齒圓錐齒輪齒形計(jì)算。通過計(jì)算得到特定截面的齒廓參數(shù)，為齒形生成模塊準(zhǔn)備所需的數(shù)據(jù)。

（5）結(jié)構(gòu)實(shí)體生成模塊

該模塊應(yīng)用三維CAD軟件Solidworks的基本特征，如拉伸（Extrude）、旋轉(zhuǎn)（Revolve）和圓周陣列（Circular Pattern）等操作，按照結(jié)構(gòu)類型計(jì)算模塊輸出的參數(shù)，生成圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)實(shí)體部分。該操作的結(jié)果類似生成直齒圓錐齒輪的毛坯。

（6）齒形生成模塊

該模塊應(yīng)用三維CAD軟件Solidworks的基本特征，如放樣切割（Template Knifing）、圓周陣列（Circular Pattern） 、拉伸（Extrude）和旋轉(zhuǎn)（Revolve）等操作，按照結(jié)構(gòu)類型計(jì)算模塊輸出的參數(shù)，生成直齒圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)實(shí)體部分。然后利用圓周陣列可畫出全部齒形。

2 圓錐齒輪實(shí)體造型系統(tǒng)

參數(shù)化三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)是以變量幾何和生成歷程樹為基礎(chǔ)，以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征的一種三維建模方法。其基本過程是：首先利用草圖功能勾畫零件基本形狀，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求標(biāo)注必要的尺寸，最后修改尺寸值，驅(qū)動(dòng)模型變化以生成需要的零件模型。參數(shù)化三維實(shí)體建模的目的是，通過修改尺寸而快速生成新的三維實(shí)體模型。

圓錐齒輪的輪齒有直齒和曲齒兩種類型。直齒圓錐齒輪易于制造，適用于低速、輕載傳動(dòng)的場(chǎng)合，而曲齒圓錐齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)，常用于高速、重載的場(chǎng)合，但其設(shè)計(jì)和制造較為復(fù)雜。本論文只討論直齒圓錐齒輪。

（3）齒形計(jì)算模塊

漸開線齒廓的數(shù)學(xué)模型。我們?cè)谥苯亲鴺?biāo)系下，用漸開線的直角坐標(biāo)方程式，計(jì)算漸開線輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)值，然后在用樣條曲線繪出齒輪的一個(gè)齒廓。

（4）結(jié)構(gòu)實(shí)體生成模塊

該模塊應(yīng)用Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)和圓周陣列等操作命令，按照結(jié)構(gòu)類型計(jì)算模塊輸出的參數(shù)，生成直齒圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)實(shí)體部分。該操作的結(jié)果類似生成直齒圓錐齒輪的毛坯。

1）齒輪各基本尺寸計(jì)算

如圖4所示，以點(diǎn)1為坐標(biāo)原點(diǎn)，軸線為一坐標(biāo)軸建立直角坐標(biāo)系，依次求出2、3、4、5、6、7的坐標(biāo)，由1—2—3—4—5—1的連線構(gòu)成直齒圓錐齒輪的二維結(jié)構(gòu)，再用旋轉(zhuǎn)輪廓線的方法既可生成圓錐齒輪的實(shí)體。

2）圓錐齒輪的實(shí)體建模

再用旋轉(zhuǎn)輪廓線的方法生成圓錐齒輪的實(shí)體

3）結(jié)構(gòu)實(shí)體生成模塊

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行窗體的創(chuàng)建和應(yīng)用

1） 窗體的建立

2）程序的連接

用VB編程進(jìn)行的二次開發(fā)，要將VB和SolidWorks連接來，編寫VB代碼前，創(chuàng)建SolidWorks和VB對(duì)象，啟動(dòng)運(yùn)行SolidWorks。這樣就可以在VB的環(huán)境下利用SolidWorks對(duì)象及其下級(jí)對(duì)象的屬性和方法，完成用VB語言在環(huán)境中草圖和三維模型圖的繪制。下面給出VB語言在SolidWorks環(huán)境中繪制圓錐齒輪三維圖的部分子程序代碼：

2.3 程序的調(diào)試及運(yùn)行

1）運(yùn)行程序過程

在SolidWorks中，單擊[工具]/[宏]/[運(yùn)行]，選擇*.swp出現(xiàn)程序運(yùn)行界面。通過在VB窗口中填寫圓錐齒輪參數(shù)后，單擊‘生成按鈕，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼91（對(duì)象變量或with塊變量未設(shè)置）。

經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)默認(rèn)的part語句類型出現(xiàn)錯(cuò)誤，原因是程序中的part為完全定義造成運(yùn)行錯(cuò)誤，經(jīng)過重新定義Part As object ‘對(duì)象型變量，重新逐句調(diào)試，更改變量類型，最終解決了問題。

2）運(yùn)行結(jié)果

3 結(jié)束語

（1）系統(tǒng)完成了圓錐齒輪實(shí)體的變量化自動(dòng)生成。

（2）建立了VB界面窗口連接Solidworks應(yīng)用程序，進(jìn)入Solidworks設(shè)計(jì)環(huán)境；從設(shè)計(jì)窗口中直接輸入?yún)?shù)，可直接運(yùn)行參數(shù)化造型設(shè)計(jì)程序，得到所需的三維圓錐齒輪實(shí)體。

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