薛 成,羅 霞
(江蘇省漣水中等專業(yè)學(xué)校,江蘇淮安 223400)
齒輪傳動是一種傳統(tǒng)的運動與動力傳遞方法,已歷經(jīng)數(shù)百年的發(fā)展,應(yīng)用十分廣泛,在日常生活中隨處可見,負責(zé)將動力裝置的運動或動力經(jīng)過一定的變換后傳遞給執(zhí)行裝置,使二者之間實現(xiàn)合理匹配,可實現(xiàn)增速、減速、變速、改變運動形式、分配運動和動力以及某些操縱控制功能。齒輪傳動的設(shè)計制造技術(shù)是各個發(fā)達國家爭相發(fā)展的重大技術(shù)之一,在一定程度上代表著一個國家的科技力量和工業(yè)水平;因此,將CAD技術(shù)引入到齒輪傳動的設(shè)計中來,建立一個集參數(shù)化設(shè)計與特征建模于一身的齒輪傳動CAD系統(tǒng),使其成為機械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)中的重要組成部分,是齒輪傳動設(shè)計的發(fā)展趨勢,具有非常重要的工程價值和研究意義。
本文針對錐齒輪傳動系統(tǒng)的參數(shù)化建模問題,解決了錐齒輪傳動系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計與三維精確造型的相關(guān)技術(shù)問題,以So1idWorks 2008作為支撐軟件,以Visual Basic軟件作為開發(fā)平臺,開發(fā)了一套錐齒輪零件的三維設(shè)計模塊系統(tǒng),該系統(tǒng)將齒輪傳動的參數(shù)化設(shè)計、三維實體造型和裝配等多種功能集成為一體,能夠較好地實現(xiàn)齒輪設(shè)計過程的自動化,使齒輪設(shè)計人員從繁瑣、低效的手工設(shè)計工作中解放出來,提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率。
錐齒輪傳動具有較多的參數(shù),其產(chǎn)生較多規(guī)格的模型和零件,為縮短設(shè)計時間,針對錐齒輪傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征,本文采用了建立參數(shù)化模板的方法,即建立一個模板庫,對傳動系統(tǒng)進行參數(shù)化建模。
使用SolidWorks對傳動系按其結(jié)構(gòu)特點創(chuàng)建實體并標注參數(shù)尺寸,其中注明各個驅(qū)動尺寸的參數(shù)和數(shù)值,標注尺寸采用建立實體的實際尺寸,SolidWorks自動標注的尺寸名字(如:D1,D2)在程序中難以辨識,采用在標注時修改尺寸的方式對各個參數(shù)進行定義名稱,使尺寸的名稱表達出特征的作用,將形成的三維設(shè)計模塊,在VB程序中直接調(diào)用該模塊。
為實現(xiàn)模型的參數(shù)化,需使用經(jīng)過參數(shù)化計算已生成的數(shù)據(jù)對三維設(shè)計模塊進行參數(shù)化驅(qū)動。本文選取Solid?Works為開發(fā)平臺,以傳動系統(tǒng)為研究對象,采用Micro?soft Visual Basic作為開發(fā)語言,設(shè)置合理的設(shè)計變量,再通過Microsoft Visual Basic程序驅(qū)動設(shè)計變量實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的參數(shù)化建模,其流程圖如圖1所示。
錐齒輪傳動關(guān)系如圖2所示,圖中表明了設(shè)計錐齒輪的基本參數(shù)如分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑等主要參數(shù),同時給出了計算該模型的主要參數(shù)的公式如表1所示。
圖1 傳動系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計程序流程圖
圖2 標準直齒圓錐齒輪傳動
表1 標準直齒圓錐齒輪傳動幾何尺寸計算
根據(jù)以上給出的計算表格,對模型的基本驅(qū)動參數(shù)的計算結(jié)果,采用VB軟件,根據(jù)以上公式編制計算參數(shù)程序,對所需的驅(qū)動參數(shù)進行計算,驅(qū)動Solidworks錐齒輪模塊。
錐齒輪的主要參數(shù)為:分度圓錐角δ、齒數(shù)z、齒寬b、中心孔D4、模數(shù)m。將以上參數(shù)作為為輸入?yún)?shù)建立其三維模型,其主要的設(shè)計步驟如下所示。
(1)新建一個文件,輸入新文件名:zhuichilun。
(2)選取前視基準面,點擊草圖繪制中的直線命令繪制五條直線,分別標注尺寸將其改為30 mm、30 mm、20 mm、20 mm和4 mm,并且將其尺寸屬性中的名稱分別改為δ、z、b、D4和m,退出草圖繪制,將草圖名稱改為參數(shù)驅(qū)動。
(3)選取前視基準面,點擊草圖繪制中的直線命令繪制如圖3所示的草圖。
分別標注如圖所示的尺寸,退出草圖并建立各個關(guān)系式:
①"df@草圖1"=("m@參數(shù)驅(qū)動"*"z1@參數(shù)驅(qū)動"-2*"hf@草圖1"*cos("δ@草圖5"))∕2;
②"hf@草圖1"=1.2*"m@參數(shù)驅(qū)動";
③"ha@草圖1"="m@參數(shù)驅(qū)動"*1;
④"b@草圖1"="b@參數(shù)驅(qū)動";
⑤"δa@草圖1"="δ@草圖1"+atn("ha@草圖1"∕"R@草圖5");
⑥"δ@草圖1"="δ@草圖5";
⑦"δf@草圖1"="δ@草圖1"-atn("hf@草圖1"∕"R@草圖5")。
(4) 選取前視基準面,點擊草圖繪制中的直線命令繪制五條直線,分別標注尺寸,退出草圖并建立各個關(guān)系式:
①"df@草圖5"="m@參數(shù)驅(qū)動"*"z1@參數(shù)驅(qū)動"∕cos("δ@草圖5")+2*"ha@草圖1";
圖3 標準圓錐齒輪草圖1
②"s@草圖5"=(pi*"m@參數(shù)驅(qū)動"∕2)*"df@草圖5"∕"d@草圖 3"∕2-"df@草圖 5"*(tan("ak@草圖 5")-tan(20)+20*pi∕180-"ak@草圖 5"*pi∕180);
③"ak@草圖5"=arccos("z1@參數(shù)驅(qū)動"*"m@參數(shù)驅(qū)動"*cos(20)∕cos("δ@草圖5")∕"df@草圖5");
④"R@草圖5"=(("m@參數(shù)驅(qū)動"*"z1@參數(shù)驅(qū)動")^2+("m@參數(shù)驅(qū)動"*"z1@參數(shù)驅(qū)動"∕tan("δ@參數(shù)驅(qū)動"))^2)^0.5∕2;
⑤"δ@草圖5"="δ@參數(shù)驅(qū)動"。
(5)選取前視基準面,點擊草圖繪制中的直線命令繪制如圖4所示的草圖。
圖4 標準圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)特征草圖
退出草圖,點擊特征中的旋轉(zhuǎn)凸臺生成旋轉(zhuǎn)特征。
(6)建如圖5所示的基準面1。
(7)選取基準面1,繪制如圖6的草圖。
分別標注尺寸,并且建立各個關(guān)系式:
圖5 標準圓錐齒輪基準面1
圖6 標準圓錐齒輪草圖3
①"d@草圖3"="m@參數(shù)驅(qū)動"*"z1@參數(shù)驅(qū)動"∕cos("δ@草圖5")∕2;
②"D5@草圖3"=180*"s@草圖5"∕"df@草圖5"∕pi;
③"D6@草圖3"="D5@草圖3"+"D7@草圖3"-0.1④"D7@草圖3"=90∕"z1@參數(shù)驅(qū)動"。
(8)點擊特征中的掃描,生成一個齒。
(9)選取基準面,繪制一個?20 mm的圓,添加鍵槽,建立關(guān)系式"d4@草圖6"="D4@參數(shù)驅(qū)動","jck@草圖7=6","jcs@草圖7=22.8"拉伸切除生成一個孔。
(10)點擊特征中的圓周陣列,選取生成的一個齒為所需陣列的特征,完成圓周陣列,完成的圓錐齒輪如圖7所示。
圖7 標準實心式圓錐齒輪三維模型
以上針對錐齒輪傳動系統(tǒng),給出了該傳動系統(tǒng)的參數(shù)化建模思路;給出了錐齒輪傳動模型的主要參數(shù)計算公式,并以該計算結(jié)果作為驅(qū)動參數(shù),給出了采用參數(shù)驅(qū)動的Solidworks軟件建立錐齒輪傳動的建模過程,為實現(xiàn)Solidworks軟件的參數(shù)化建模奠定了基礎(chǔ)。
本軟件主要由界面模塊、數(shù)據(jù)模塊、參數(shù)驅(qū)動模塊和調(diào)用程序模塊組成,采用VB與Solidworks軟件參數(shù)的相互通訊,采用建模程序命令流,驅(qū)動Solidworks軟件實現(xiàn)Solidworks的參數(shù)化建模?;赩B的傳動系統(tǒng)參數(shù)化建模軟件的建模流程采用如圖8所示,采用界面輸入?yún)?shù)驅(qū)動Solidworks軟件建模輸出。
圖8 基于VB的傳動系統(tǒng)參數(shù)化建模軟件設(shè)計流程
采用VB編寫軟件的主界面和子界面,主界面實現(xiàn)用戶名輸入和設(shè)計類型選擇,子界面實現(xiàn)模型的參數(shù)輸入,登錄界面是為了保護程序的著作權(quán),本軟件設(shè)置了登錄用戶名與密碼,如果用戶名稱或密碼錯誤,會提示重新輸入,同時在登錄界面上添加了系統(tǒng)當(dāng)前時間,當(dāng)進入軟件時需設(shè)置模型的保存位置,方便使用者查找。
(1)系統(tǒng)時間設(shè)置代碼如下:
Private Sub Timer1.Timer()
Label1.Caption=Now
End Sub
(2)模型文件保存位置設(shè)置代碼如下:
Private Sub Txt_WorkDir_Change()
Str=Txt_WorkDir.Text
End Sub
Private Sub Cmd_SetWorkDir_Click()
Txt_WorkDir.Text=Module_OpenFolder.GetDirName
Str=Txt_WorkDir.Text
End Sub
通過對齒輪在工程設(shè)計中的地位和作用的分析,提出了一個基于齒輪設(shè)計和繪圖一體化的總體方案,用以解決齒輪設(shè)計和繪圖中的問題,其過程如圖9所示,設(shè)計參數(shù)的輸入采用VB界面形式,界面清晰,使用方便,用戶只要根據(jù)界面便可迅速學(xué)會使用。為了滿足不同設(shè)計者的不同需要,所有設(shè)計程序都可以修改,設(shè)計者可以根據(jù)需要,反復(fù)修改,采用優(yōu)化方法確定設(shè)計參數(shù),直到得到滿意的答案。
圖9 齒輪的參數(shù)化驅(qū)動程序流程圖
根據(jù)上面分析的理論公式,采用VB編寫各個模塊的參數(shù)計算公式,驅(qū)動Solidworks,建立參數(shù)化模型,其中設(shè)計模塊的主要操作步驟為:啟動Visual Basic 6.0,輸入密碼登錄程序,首先設(shè)置路徑下選用保存的路徑,為模型的建立和提取建立路徑,點擊“圓錐齒輪”模塊按鈕,進入圓錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計模塊界面,輸入相關(guān)參數(shù),后點擊“創(chuàng)建”命令按鈕,運行程序,驅(qū)動Solidworks軟件,其生成結(jié)果如圖10所示。
圖10 圓錐齒輪三維模型
本文針對錐齒輪傳動系統(tǒng),以VisualBasic6.0為編程工具,對三維造型軟件SolidWorks進行了二次開發(fā),采用模塊化設(shè)計思路、參數(shù)化特征造型的方法來實現(xiàn)錐齒輪傳動系統(tǒng)的參數(shù)化建模,解決了齒輪等設(shè)計中的復(fù)雜、煩瑣計算,提高了設(shè)計效率,可靠性、準確性也大大提高,同時,便于用戶使用、也方便開發(fā)者擴充。