基于SolidWorks的變位齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

時(shí)小惠

（無(wú)錫開(kāi)放大學(xué) 機(jī)電工程系，江蘇 無(wú)錫　214000）

基于SolidWorks的變位齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

時(shí)小惠

（無(wú)錫開(kāi)放大學(xué) 機(jī)電工程系，江蘇 無(wú)錫214000）

變位齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中的典型零件.在SolidWorks軟件平臺(tái)開(kāi)展變位齒輪的參數(shù)化建模設(shè)計(jì)，明確變位齒輪各參數(shù)的關(guān)系，編寫(xiě)漸開(kāi)線直齒變位齒輪的程序代碼，設(shè)計(jì)建模參數(shù)用戶界面，實(shí)現(xiàn)變位齒輪的高效快速建模.

變位齒輪；參數(shù)化設(shè)計(jì)；SolidWorks；建模

齒輪是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中能提供連續(xù)平穩(wěn)傳動(dòng)的常見(jiàn)零件.為了改善高速小齒輪強(qiáng)度、調(diào)整齒輪嚙合傳動(dòng)中心距或避免小齒數(shù)齒輪加工時(shí)的根切現(xiàn)象，通常會(huì)將齒輪做變位處理，即加工齒輪時(shí)改變標(biāo)準(zhǔn)刀具對(duì)齒輪毛坯的徑向位置或改變標(biāo)準(zhǔn)刀具的齒槽寬切制出齒形，形成變位齒輪.由于變位齒輪不是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其變位系數(shù)等參數(shù)通常因設(shè)計(jì)或加工要求的不同而不同，這就使得其相應(yīng)的三維建模較標(biāo)準(zhǔn)齒輪更復(fù)雜.為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，縮短建模時(shí)間，參數(shù)化設(shè)計(jì)是一個(gè)有效途徑.也正因如此，近年來(lái)基于Pro/E［1］、CATIA［2］，以及SolidWorks［3-4］等三維建模軟件二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的參數(shù)化建模和設(shè)計(jì)獲得了較快的發(fā)展.本文基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念，利用SolidWorks三維建模軟件平臺(tái)，以變位直齒齒輪為建模對(duì)象，利用軟件VBA功能編寫(xiě)二次開(kāi)發(fā)程序，制作參數(shù)化建模界面，完成三維模型快速構(gòu)建，可有效縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率.

1　變位齒輪參數(shù)確定

由加工齒輪的不根切條件可得最小變位系數(shù)為

式中:ha*為齒頂高系數(shù)；zmin為用標(biāo)準(zhǔn)齒條形刀具切削標(biāo)準(zhǔn)齒輪的最少齒數(shù)；z為齒輪的當(dāng)前齒數(shù).當(dāng)齒輪的齒數(shù)zzmin時(shí)，xmin為負(fù)值，說(shuō)明該齒輪在滿足x≥xmin的前提下采用負(fù)變位也不會(huì)發(fā)生根切.

由于變位齒輪模數(shù)m、齒數(shù)z、壓力角α（本文取20°）和變位系數(shù)x預(yù)先確定，因此變位齒輪特征參數(shù)可以采用以上4個(gè)參數(shù)確定，并有以下公式:

式中:D為齒輪分度圓直徑；Db為基圓直徑；Da為齒頂圓直徑；Df為齒根圓直徑；s為變位齒輪分度圓上的齒厚；e為分度圓上的齒槽寬；m為變位齒輪模數(shù)；z為齒數(shù)；α為壓力角.

2　變位齒輪模型生成

在二次開(kāi)發(fā)變位齒輪的時(shí)候，確定齒輪齒廓漸開(kāi)線和齒輪的齒根圓之間的過(guò)渡關(guān)系是關(guān)鍵［5-7］.齒輪輪齒截面圖見(jiàn)圖1.當(dāng)齒根圓直徑大于基圓直徑時(shí)，需要采用過(guò)渡曲線連接齒廓漸開(kāi)線與齒根圓，使齒輪輪廓線平滑.本文采用圓弧方式過(guò)渡，圓弧半徑r0取值0.38 m.

圖1　齒輪輪齒截面圖

根圓直徑Df是否大于基圓直徑Db.當(dāng)時(shí)，Df>Db；反之，

Df

Dim skSegment As Object

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateArc（x2 / 1000，0.001 * （y2 - 5），0，0.001 * x3，0.001 * （y3 - 5），0，0.001 * x0，0.001 * （y0 - 5），0，1）

Part.SetPickMode

Part.ClearSelection2 True

boolstatus = Part.Extension.SelectByID2（"Arc1"，"SKETCHSEGMENT"，0，0，0，True，0，Nothing，0）

Part.Extension.MoveOrCopy False，1，F(xiàn)alse，0，0，0，0，0.001 * 5，0

Part.ClearSelection2 True

漸開(kāi)線部分利用漸開(kāi)線上的各個(gè)控制點(diǎn)經(jīng)點(diǎn)描后生成的近齒廓漸開(kāi)線，采用以下程序代碼實(shí)現(xiàn):

Part.SetPickMode

Dim pointArray As Variant

Dim points（） As Double

ReDim points（0 To n） As Double

...

pointArray = points

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateSpline（（pointArray））

Part.ClearSelection2 True

中間部分插入的是點(diǎn)的坐標(biāo)，將點(diǎn)的三維坐標(biāo)（編號(hào)從0到n）賦值給point（ ），完成近齒廓漸開(kāi)線各個(gè)控制點(diǎn)的繪制.齒輪外輪廓采用插入圓弧的方式繪制，其程序代碼如下:

Set skSegment = Part.SketchManager.CreateArc（0#，0#，0#，0.001 * 0.5 * Db * （Cos（u） + u * Sin（u）），0.001 * 0.5 * Db * （Sin（u） - u * Cos（u）），0#，0.001 * x11，0.001 * y11，0#，1）

Part.SetPickMode

Part.ClearSelection2 True

其余圓弧插入的方式類似，再經(jīng)過(guò)拉伸、陣列等操作完成齒輪的三維建模.

3　建模參數(shù)輸入界面設(shè)計(jì)

在SolidWorks自帶的VBA中插入用戶界面，提供模數(shù)m、齒數(shù)z、壓力角α和變位系數(shù)x四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的輸入功能，其界面設(shè)計(jì)如圖2所示［8-9］.

將齒輪的參數(shù)在窗體的指定位置輸入，點(diǎn)擊生成模型即可完成變位齒輪的建模.圖3是輸入一組參數(shù)后的模型效果圖.

圖2　變位齒輪建模參數(shù)界面設(shè)計(jì)圖

圖3　變位齒輪的模型

4　結(jié)論

以變位齒輪為對(duì)象，在SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行了參數(shù)化三維建模，完成了包括齒根過(guò)渡圓弧、齒廓關(guān)鍵部位的程序編寫(xiě)和建模界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了變位齒輪的高效快速建模，為齒輪及其他典型機(jī)械零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了思路.

［1］ 畢舟，吳成智. 基于Pro/E二次開(kāi)發(fā)的漸開(kāi)線變位齒輪精確建模［J］. 新技術(shù)新工藝，2014（6）:57-61.

［2］ 顧勇，高一知. 基于CATIA 的漸開(kāi)線變位齒輪參數(shù)化建模與二次開(kāi)發(fā)［J］. 機(jī)械，2009，36（S1）:60-62.

［3］ 孫付春，蔣家旺，魏勇，等. 基于SolidWorks API的全擺線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］. 成都大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，31（4）:382-384.

［4］ 高紅英. 基于SolidWorks 的變位齒輪的分析與設(shè)計(jì)［J］. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28（4）:141-144.

［5］ 施雄泉. 園柱齒輪傳動(dòng)最少齒數(shù)的分析［J］. 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，25（1）:38-40.

［6］ 喻久港. 基于SolidWorks利用VB編程繪制漸開(kāi)線齒輪［J］. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012（1）:63-64.

［7］ 魯春艷. 基于UG 的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的虛擬設(shè)計(jì)與分析［J］. 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，20（1）:20-23.

［8］ 楊曉蕾，吳淑芳. 基于Archard磨損理論的螺旋傘齒輪精鍛成形模具磨損分析［J］. 長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，24（4）:451-454.

［9］ 侯紅玲. 斜齒輪及斜齒變位齒輪的參數(shù)化建模［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015（8）:214-217.

（責(zé)任編輯:李華）

A Parameterized Design of Gear with Addendum Modification Based on SolidWorks

SHI Xiao-hui
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Open University Wuxi，Wuxi 214000，China）

Gear with addendum modification is a typical part in mechanical transmission systems. In this paper，a Parameterized design for the gear with addendum modification is carried out using SolidWorks software. The relations between its parameters are illustrated. The program for modeling of involute spur gear with addendum modification is completed. User interface for parameters of modeling is designed. Efficiency and rapid modeling of gear with addendum modification is realized.

gear with addendum modification；parametriczed design；SolidWorks；modeling

TH132.413

A

1008-5475（2016）03-0043-03

10.16219/j.cnki.szxbzk.2016.03.008

2016-02-05；

2016-03-03

時(shí)小惠（1983-），女，江蘇儀征人，講師，碩士，主要從事機(jī)械制造研究.

時(shí)小惠.基于SolidWorks的變位齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，27（3）：43-45.