基于VB.NET的圓柱齒輪減速器智能設計系統(tǒng)

吳瑋珂+陳彩鳳+仲梁維

摘要：傳統(tǒng)的圓柱齒輪減速器設計難度大、效率低。將模塊化、參數(shù)化等產品設計開發(fā)技術應用到圓柱齒輪減速器智能設計系統(tǒng)中。以SolidWorks2016軟件為平臺，結合SQL Server2008數(shù)據(jù)庫管理軟件，用VB.NET編程語言開發(fā)出圓柱齒輪減速器的快速設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)節(jié)省了設計時間和開發(fā)成本，實現(xiàn)了結構設計、工藝設計、產品數(shù)據(jù)管理一體化過程，提高了市場競爭力。

關鍵詞：圓柱齒輪減速器；二次開發(fā)；快速設計；參數(shù)化；SolidWorks

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004013203

0引言

減速器是機械、航空航天等諸多領域的機械傳動裝置，在現(xiàn)代機械系統(tǒng)中應用很廣[1]，其主要作用是減小轉速及增大扭矩。以圓柱齒輪為傳動零件的圓柱齒輪減速器最為常用，其工作原理是利用齒輪的速度轉換器，將電機速度降低到所需要的速度，從而增加轉矩。齒輪減速器主要由傳動零件（齒輪）、軸承、箱體及其附件組成。減速器結構非常復雜，除主要零件外，還包括通氣器、密封裝置、軸承擋油盤等，如果每個部件都采用個性化設計，會造成設計難度大、開發(fā)周期長、生產效率低等問題。為此，我們引入了快速設計系統(tǒng)概念。設計者在產品開發(fā)過程中利用二次開發(fā)技術，建立模型模板，開發(fā)同類零件時可直接調用模型庫中已保存的零件模板，通過參數(shù)化驅動快速實現(xiàn)。

1快速設計系統(tǒng)

產品快速設計系統(tǒng)（KRDS），也稱快速響應設計、敏捷設計，是一個集參數(shù)化設計、系列化設計、模塊化設計、模板化設計、自頂向下設計及設計知識管理于一身，具備良好的人機交互操作界面，面向產品三維方案設計、三維結構設計和三維轉二維工程圖的智能設計平臺。該系統(tǒng)在企業(yè)設計技術體系和三維技術應用基礎上，實現(xiàn)企業(yè)設計知識的繼承和發(fā)展，有效推進企業(yè)“三化”設計，顯著提高了產品設計效率和質量，同步促進企業(yè)的組織結構優(yōu)化調整和研發(fā)模式改進轉型。 系統(tǒng)最重要的部分是參數(shù)化設計。參數(shù)化設計是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調整的參數(shù)[6]。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，即可得到不同大小和形狀的零件模型。在本實例中，先用SolidWorks軟件繪制好各子零件模型，定義各零件中的參數(shù)關系，然后裝配保存。再用Microsoft Visual Studio 2008搭建好零件參數(shù)的可視化界面，設置一鍵驅動按鈕，把零件參數(shù)關系用VB.NET代碼表示出來，同時與數(shù)據(jù)庫連接。當驅動模型時，模型參數(shù)會自動保存到數(shù)據(jù)庫指定的文件夾下，需要改變模型參數(shù)時，只需在界面中輸入參數(shù)即可，點擊一鍵驅動按鈕就會出現(xiàn)新參數(shù)下的模型。在產品族模型進行參數(shù)化變型驅動時，系統(tǒng)會自動對驅動后的各個模塊裝配進行檢查。由于SolidWorks的三維模型和二維工程圖之間存在相互關聯(lián)性，因此在三維模型參數(shù)驅動的同時，可實現(xiàn)對二維工程圖的同步更新，并應用工程圖優(yōu)化技術進行調整，達到零件的快速設計和快速裝配目的[2]。

2系統(tǒng)結構

基于VB.NET的圓柱齒輪減速器智能設計系統(tǒng)通過VB.NET技術和OLE（對象鏈接和嵌入）或COM（組件對象模型）技術相結合，將SolidWorks的API函數(shù)作為二次開發(fā)接口工具，添加.NET和COM引用[3] 。模塊化設計分類方式有功能和特征兩種。功能模式分為設計計算、結構設計、三維參數(shù)化建模、工程圖、數(shù)據(jù)管理等。

（1）設計計算模塊：根據(jù)輸入的傳遞功率、轉速等基本參數(shù)，計算后判斷強度、剛度等是否符合要求，確定各個零件的具體尺寸，設計結果存入數(shù)據(jù)庫供研究。（2）三維參數(shù)化建模模塊：主要對零件進行參數(shù)設置，包括主動參數(shù)和從動參數(shù)，主動參數(shù)在可視化界面中直接輸入，從動參數(shù)通過在VB.NET中定義的關系直接驅動生成三維模型。（3）工程圖模塊：用于實現(xiàn)三維轉二維的智能輸出。通過編寫工程圖優(yōu)化程序，調整工程圖尺寸大小及視圖位置，實現(xiàn)工程圖的快速自動導出[4]。

3系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)開發(fā)工作流程

系統(tǒng)開發(fā)流程如下：①進入SolidWorks系統(tǒng)，在菜單欄進入用戶登錄界面，輸入整體基本參數(shù)；②減速器的類型設計完成后輸入軸及齒輪主要參數(shù)，并通過計算分析得出二級參數(shù)；③根據(jù)已輸入的產品編號，判斷已知實例庫中是否已有該型號，若已存在則直接調用。若沒有，則在判斷數(shù)據(jù)正確的情況下，將參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫存檔；④顯示三維模型及工程圖。

3.2系統(tǒng)界面及引用添加

圓柱齒輪減速器智能設計系統(tǒng)主要包括基本參數(shù)、軸參數(shù)設計及齒輪參數(shù)設計3部分。用戶界面作為人機交互最重要的部分，設計時要做到操作簡潔方便，一目了然。本設計界面分模塊填寫參數(shù)，并附上說明圖標注，使具體參數(shù)位置更加清晰。大部分數(shù)據(jù)可在后臺計算自動得出，大大降低了設計人員工作量，提高了工作效率。設計系統(tǒng)界面如圖1所示。

本實例使用Visual Studio 2008 作為編寫代碼平臺，為了使開發(fā)程序能成功連接到SolidWorks軟件，首先應當添加SolidWorks.Interop.sldworks、SolidWorks.Interop.swconst、SolidWorks.Interop.swpublished等引用。

3.3尺寸模型驅動

模型驅動前對工作路徑及存儲路徑進行修改。填寫完圓柱齒輪減速設計系統(tǒng)各零部件參數(shù)之后，對模型進行驅動，定義好尺寸驅動關系，點擊尺寸驅動模型按鈕即可驅動總裝模型，代碼如下： Imports System.Data.SqlClient ‘與數(shù)據(jù)庫Sql的引用 Imports SolidWorks.Interop.sldworks ‘與SolidWorks軟件的連接 Imports System.Math Imports System.Windows.Forms ‘運行的平臺 Imports System.IO Imports Microsoft.Office.Interop ‘與excel的引用 Public Class waterprotection #Region "打開模型"Private Sub Button6_Click（ByVal sender As System.Object，ByVal e AsSystem.EventArgs） Handles Button6.Click Button8.Enabled = True SwApp = GetObject（""，"sldworks.application"） part = SwApp.ActiveDocpart = SwApp.OpenDoc6（"E：＼參數(shù)化設計＼圓柱減速器模型＼總裝圖.SLDASM"，2，0，""，longstatus，longwarnings） （模型存放的路徑） SwApp.ActivateDoc2（"總裝圖"，F(xiàn)alse，longstatus） End 驅動完成模型總裝配圖如圖4所示。

3.4設計計算

智能設計系統(tǒng)優(yōu)點在于設計人員只需輸入少量參數(shù)，通過后臺程序運算就可得出想要的參數(shù)，也可根據(jù)后臺的尺寸規(guī)則來判斷數(shù)據(jù)的正確性，避免了重復性工作?！糎T5"〗 TextBox_G_t.Text = Compute_F_Gmax（M，H1） *Y5/ S TextBox_H_t.Text = Compute_F_Gmax（M，H2） *Y6/ S part.Parameter（"D1@草圖2@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 part.Parameter（"D1@草圖3@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 - 0.002 part.Parameter（"D2@草圖1@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 + 0.007 ‘獲得大齒輪參數(shù)

3.5數(shù)據(jù)庫訪問

數(shù)據(jù)庫（Database）是存儲計算機相關數(shù)據(jù)的集合。一個完整的數(shù)據(jù)庫應由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應用程序、計算機軟件和硬件系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理員幾部分組成。設計過程中往往需要對大量數(shù)據(jù)進行篩選，工作量大且復雜，如何高效簡潔地獲取所需要的數(shù)據(jù)至關重要。數(shù)據(jù)庫的另一作用是標準數(shù)據(jù)的管理，主要對標準件及固定尺寸模型參數(shù)進行存儲。使用過程中，通過代碼對數(shù)據(jù)庫進行調用，設計者可選擇需要的參數(shù)型號，直接驅動該類模型生成。本實例中標準件包括六角螺釘、夾緊裝置等。數(shù)據(jù)庫中內六角螺母基本參數(shù)如表1所示。

本文利用SQL Sever 2008作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持，用戶在該數(shù)據(jù)庫下使用SQL語言，可進行數(shù)據(jù)的新增、刪除、修改、查詢等操作，功能強大。以下是數(shù)據(jù)庫連接代碼： Dim connectionstr As String connectionstr = "server=服務器地址；database=數(shù)據(jù)庫；uid=用戶名；pws=密碼" Dim comm As New SqlConnection（connectionstr） '定義連接功能 conn.open（） '打開連接 conn.close（） '關閉連接

3.6工程圖驅動

模型驅動完以后，在主界面點擊生成工程圖按鈕，就能自動生成工程圖。但是直接轉換過來的工程圖質量很差，會出現(xiàn)視圖位置漂移、尺寸線拉長、序號不整齊等情況[5]。通過代碼重復利用可實現(xiàn)各工程圖的自動調整。工程圖調整主要包括視圖位置調整、視圖比例調整、尺寸位置調整及材料明細表調整等。 視圖位置調整用Position函數(shù)進行定位[8]，模型驅動后獲取當前圖形的中心位置C點坐標及該圖形的任意一個端點F的坐標。視圖位置調整代碼如下： Dim swSelMgr As SelectionMgr=swpart.SelectionManager Dim swView As IView=swSelMgr.GetSelectedObject5（1） Dim swPosition As Object=swView.Position Dim swOutline As Object=swView.GetOutline（） 〖JP2〗Dim outlineX As Double=（swOutline（2）+swOutline（0））/2 Dim outlineY As Double=（swOutline（3）+swOutline（1））/2 Dim ViewX As Double=swPosition（0） Dim ViewY As Double=swPosition（1） …… swView.Position=swPosition 視圖比例調整主要是通過確定驅動后工程圖的包絡線參數(shù)值，與事先設置好的視圖包絡線尺寸值進行比較。視圖比例調整部分關鍵代碼如下：〖HT5"〗 Swpart.ActiveView（viewname） swDraw=swpart Dim shtWid，shtHeight As Double shtWid=widLim shtHeight=heiLimboolstatus=swpart.Extension.SelectByID2（viewname，”DRAWINGVIEW”，0，0，0，F(xiàn)alse，0，Nothing，0） …… Do While lengthX>shtWidOrlengthY>shtHeigh i=i+1 vScaleRation=swView.ScaleRation …… Loop 調整后的工程圖如圖5所示。

4結語

本文以知識工程思想為指導，把參數(shù)化設計、模塊化設計和實例推理思想引入到圓柱減速器設計，借助SolidWorks2016軟件、SQL Server數(shù)據(jù)庫、VB.NET編程語言開發(fā)了圓柱減速器智能設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了圓柱齒輪減速器的快速設計，實現(xiàn)了資源的整合和重復利用，縮短了產品設計周期，具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻：[1]王秋穎.基于SolidWorks的減速器三維設計系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連：大連理工大學，2014.

[2]劉昆民.圓柱齒輪減速器的快速設計技術[D].太原：太原理工大學，2006.

[3]索超，李玉翔，林樹忠.基于VB語言對SolidWorks參數(shù)化設計的二次開發(fā)[J].制造業(yè)自動化，2013，35（8）：137138.

[4]李曉玲.圓柱齒輪減速器快速設計研究[D].西安：西安電子科技大學，2010.

[5]陳樹曉，水俊峰，張晉強，等.基于SolidWorks的工程圖明細欄自動生成與調整技術[J].中國制造業(yè)信息化，2007，36（3）：4446.

[6]殷國富，尹湘云，胡曉兵.Solidworks二次開發(fā)實例精解[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006，2829.

[7]吳偉偉，唐任仲，侯亮，等.基于參數(shù)化的機械產品尺寸變型設計研究與實現(xiàn)[J].中國機械工程，2005（3）：3236.

[8]王宗彥，楊忠華，吳淑芳.基于三維設計的工程圖自動調整技術[J].機械設計與制造，2009（10）：6466.（責任編輯：杜能鋼）