基于Solidworks的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

孫路

摘要：齒輪是機(jī)械范疇內(nèi)極為核心的元部件，在機(jī)械創(chuàng)設(shè)與機(jī)械設(shè)施作業(yè)階段都開始普及使用。然而，因?yàn)樵趧?chuàng)設(shè)各類機(jī)械裝備必需的齒輪規(guī)格與類型有著差異，所以在齒輪的創(chuàng)設(shè)、生產(chǎn)與制造階段依然以用戶需要為核心，其生產(chǎn)成效不夠。因此，為了提升生產(chǎn)創(chuàng)設(shè)的成效，導(dǎo)入迅速設(shè)計(jì)、參數(shù)化創(chuàng)設(shè)等理論，運(yùn)用VB作為研發(fā)語言，使用SQLServer 2008參數(shù)庫的參數(shù)儲(chǔ)備與讀取選項(xiàng)，就能夠?qū)olidworks2016實(shí)施再次研發(fā)，進(jìn)而完成齒輪參數(shù)化創(chuàng)設(shè)，將創(chuàng)設(shè)化繁為簡，讓創(chuàng)設(shè)變得簡易快速，而且節(jié)約了人財(cái)物，讓資源被高效地反復(fù)使用，形成市場凝聚力。

Abstract： Gear is a very core component in the field of machinery. It has been widely used in the stages of mechanical creation and mechanical facilities operation. However， because there are differences in the specifications and types of gears necessary for the creation of various mechanical equipment， the user needs are still the core in the stage of gear creation， production and manufacturing， and its production effect is not enough. Therefore， in order to improve the effectiveness of production creation， introducing the theories of rapid design and parametric creation， using VB as the R & D language and using the parameter storage and reading options of sqlserver 2008 parameter library， we can re develop Solidworks 2016， and then complete the parametric creation of gears， simplify the creation， make the creation simple and fast， and save people and property， Let resources be used repeatedly and efficiently to form market cohesion.

關(guān)鍵詞：Solidworks;齒輪設(shè)計(jì);參數(shù)化;實(shí)例論證

Key words： Solidworks;gear design;parameterization;case demonstration

中圖分類號(hào)：V232.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）02-0054-03

0 ?引言

中國齒輪制作領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家對比，有著自主創(chuàng)造功能偏弱、新產(chǎn)品研發(fā)難、市場競爭力不夠、公司管控?zé)o效、信息化程度偏弱與職員綜合素養(yǎng)亟待提升等困局。針對此點(diǎn)，要進(jìn)行改進(jìn)，將信息化科技運(yùn)用到齒輪有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，用以變更中國齒輪商品層次低與經(jīng)濟(jì)效應(yīng)不夠的難題。比如，運(yùn)用自動(dòng)化設(shè)施與智能化設(shè)施來減少生產(chǎn)成本與能耗;大力推送計(jì)算機(jī)集成制作系統(tǒng)在齒輪領(lǐng)域的普及運(yùn)用等。筆者以Solidworks2016位前提，透過VB高級(jí)語言編程來對繪圖軟件進(jìn)行再次研發(fā)，運(yùn)用透過人機(jī)友好交互模式的參數(shù)化預(yù)設(shè)頁面錄入齒輪數(shù)據(jù)。挑選不同的數(shù)據(jù)，就能夠自動(dòng)形成對應(yīng)的齒輪模型;這節(jié)約了資源，也減少了設(shè)計(jì)耗時(shí)，大幅度提升商品的創(chuàng)設(shè)成效，滿足公司個(gè)性化需要。

1 ?設(shè)計(jì)案例分析

創(chuàng)設(shè)一閉式標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng)。這需要：名義功率20kW;小齒輪轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min;傳動(dòng)比率是3;預(yù)計(jì)生命周期（服役時(shí)間）是10年，年度超過300個(gè)作業(yè)日;在運(yùn)用時(shí)期，作業(yè)用時(shí)比例達(dá)到20%;動(dòng)力設(shè)備是電機(jī)，作業(yè)階段平均穩(wěn)定;齒輪相較于軸承勻稱部署;需要常規(guī)可靠性。

依照需要在主頁面內(nèi)錄入漸開線數(shù)據(jù)，見圖1。

雙擊確定參數(shù)輸入后就能夠激活齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能，運(yùn)算獲得數(shù)據(jù)后，要激活檢驗(yàn)運(yùn)算功能，完成核實(shí)佐證步驟，對應(yīng)激活齒輪建模功能;最終就能夠讓齒輪建模完成，得到小齒輪模型。

2 ?參數(shù)化創(chuàng)設(shè)過程

參數(shù)化創(chuàng)設(shè)是由軟件創(chuàng)設(shè)者，依照軟件用戶的需要，并且融合實(shí)踐而給出的具象化課題，為軟件使用人提前預(yù)設(shè)一部分幾何約束，用以創(chuàng)設(shè)本身需要的商品。在實(shí)踐上，通常是幾何規(guī)格數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)，這部分預(yù)設(shè)必須與約束條件關(guān)聯(lián)。

其一，對要解決的疑問實(shí)施詳盡的解讀，并依照實(shí)踐難題明確核心約束，這部分約束需要明確建模條件;其二，錄入約束數(shù)據(jù)，并預(yù)判數(shù)據(jù)的有效度，也就是數(shù)據(jù)間要相互兼容，并依照預(yù)判明確是不是需要修改數(shù)據(jù);最終，觀測繪出的模型與需要相吻合，假如吻合就要保存創(chuàng)設(shè)的模型;反之，就要返回?cái)?shù)據(jù)再進(jìn)行預(yù)設(shè)與預(yù)判。這也是參數(shù)化創(chuàng)設(shè)的簡易過程。

3 ?齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

3.1 抽取約束數(shù)據(jù)

例如直齒輪。解讀約束數(shù)據(jù)的抽取流程，其余模型約束數(shù)據(jù)的抽取也要使用這類模式。依照用戶在預(yù)設(shè)直齒輪階段的需要，融合齒輪創(chuàng)設(shè)的核心規(guī)格數(shù)據(jù)：齒數(shù)、模型數(shù)、壓力角、寬度、齒頂高數(shù)據(jù)、頂系數(shù)據(jù)。這亦為齒輪創(chuàng)設(shè)階段的常規(guī)數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)好這部分?jǐn)?shù)據(jù)后，直齒輪就可以有效創(chuàng)設(shè)。

3.2 創(chuàng)設(shè)的實(shí)踐流程

通常具備的功能是——挑選模型文檔、齒數(shù)、模型數(shù)、壓力角、寬度、齒頂高數(shù)據(jù)、頂系數(shù)據(jù)，雙擊完成創(chuàng)設(shè)，系統(tǒng)會(huì)開啟Solidworks，并依照齒輪數(shù)據(jù)自動(dòng)形成對應(yīng)的齒輪。

開啟元件功能，要運(yùn)用到openfiledialog選項(xiàng)，讀取到TextBox2內(nèi)，之后運(yùn)用split函數(shù)抽取元件名稱。

3.3 強(qiáng)度檢驗(yàn)程序研發(fā)

關(guān)鍵是MATLAB曲線擬合。針對強(qiáng)度檢驗(yàn)中諸多的圖片數(shù)據(jù)必須運(yùn)用MATLAB的cftool用具擬合曲線建模。首先，必須裁減圖片上的點(diǎn)，裁減的點(diǎn)的范疇要分布在整根曲線上，在曲率改變劇烈的方位要盡量多取;其次，取點(diǎn)完畢后就能夠輸入到MATLAB內(nèi)，開啟cftool用具。明確的擬合模式是Custom Equation，因此到曲線最終收斂到2.106點(diǎn)，因此為了讓擬合成果盡量精準(zhǔn)并且便于輸入到系統(tǒng)中，自定義方程能夠表示成：

Y=f（x）=a*exp（-b*x）c*exp（-d*x）+e*exp（-f*x）2.106

算式內(nèi)，a、b、c、d、e、f是待定數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)擬合出對應(yīng)的數(shù)據(jù)值與取值范疇，對擬合成果的精準(zhǔn)性實(shí)施檢查，通常檢查準(zhǔn)則是組內(nèi)方差（SSE）數(shù)據(jù)，如果SSE不超過0.01階段，擬合的成果滿足精度需要，數(shù)學(xué)建模能夠完成。

最終，把擬合成果的數(shù)據(jù)與方程保存到TXT文檔內(nèi)，便于后期作業(yè)運(yùn)用，當(dāng)全部的曲線均擬合完畢，必須檢驗(yàn)方程是否符合需要，將全部的數(shù)據(jù)編寫到系統(tǒng)內(nèi)，使用繪制用具繪出圖像，假如與原圖出入不大就能夠運(yùn)用。

3.4 程度創(chuàng)設(shè)

程度研發(fā)平臺(tái)運(yùn)用的是Visual Studio2013版，挑選VB.NET為研發(fā)語言。這通常是由于VB.NET語言是針對對象的程序語言，其適合在VS平臺(tái)使用，相較于VB更為方便與靈敏。VB.NET接收了所有C#對象的特點(diǎn)，唯有在語法表現(xiàn)模式下方便VB運(yùn)用，用拓展的VB進(jìn)行表述。并且，Solidworks再次研發(fā)階段的原始編碼為VBA編寫語言，其在語法上和VB.NET有共通性，這位編程與修正提供了便利。

為了滿足工程所需，研發(fā)的強(qiáng)度檢驗(yàn)流程必須兼?zhèn)湟韵鹿δ埽菏紫?，容許用戶依照工況情況錄入或修正創(chuàng)設(shè)數(shù)據(jù);其次，程序要在創(chuàng)設(shè)完畢后展現(xiàn)強(qiáng)度檢驗(yàn)必需的有關(guān)數(shù)據(jù)，并展示這部分?jǐn)?shù)據(jù)的取值范疇;再次，針對齒輪原料的挑選有兩類方案，其一是提供推送原料;其二，是容許用戶自定義齒輪的原料;最后，在強(qiáng)度檢驗(yàn)完畢后可以在后臺(tái)運(yùn)算出齒輪數(shù)據(jù)，并對接到Solidworks進(jìn)行3D建模繪圖。

系統(tǒng)研發(fā)階段，其一，要完成窗體創(chuàng)設(shè)，持續(xù)必須使用VS平臺(tái)提供的模塊操控，透過預(yù)設(shè)模塊的特性與觸發(fā)事件實(shí)施相應(yīng)的操控。在用具模塊的后臺(tái)編寫檢驗(yàn)運(yùn)算單元，界定全局?jǐn)?shù)據(jù)接受儲(chǔ)備運(yùn)算成果并未后期建模提供便利。這通常會(huì)用到TextBox與Button窗體用具，完成的是齒輪變位參數(shù)的運(yùn)算，在程序后臺(tái)界定了對應(yīng)的運(yùn)算單元，透過單機(jī)運(yùn)算摁鈕出發(fā)運(yùn)算事件。

3.5 Solidworks再次研發(fā)建模

Solidworks再次研發(fā)使用兼容OLE與COM編程的研發(fā)平臺(tái)，通過使用SW API函數(shù)來完成對應(yīng)功能的研發(fā)，進(jìn)而構(gòu)建專業(yè)功能模塊并建模。當(dāng)前，對SW再次研發(fā)有兩類模式：首先，是OLE，翻譯成對象嵌套功能，也就是研發(fā)的程序以DLL插件文檔的模式嵌套到Solidworks內(nèi)，用戶能夠便利檢索并且穩(wěn)定度偏高;其次，是COM，翻譯成組件對象建模技術(shù)，運(yùn)用這類模式研發(fā)的程序是分離在Solidworks以外的，用戶運(yùn)用階段可以自動(dòng)開啟建模軟件并形成3D模型，這類模式的優(yōu)勢是可以編寫很多的交互頁面，便于運(yùn)用本論題使用的第二類COM再次研發(fā)的技術(shù)，基本的創(chuàng)設(shè)步驟是：首先，在SW內(nèi)完成元件的3D圖繪制與項(xiàng)目圖繪制，讓宏錄制功能對對應(yīng)的VBA數(shù)據(jù)進(jìn)行記載;其次，修正VBA編碼為VB.NET編碼，刪減冗長編碼，把源編碼錄入到研發(fā)的系統(tǒng)內(nèi);再次，把源程序?qū)嵤?shù)據(jù)化修正，把強(qiáng)度檢測獲得的齒輪數(shù)據(jù)錄入程序內(nèi);其四，在研發(fā)的程序中增加SW引用，抽取對應(yīng)的API函數(shù)構(gòu)建研發(fā)程序并與Solidworks對接。

3.6 實(shí)操演示

依照項(xiàng)目案例運(yùn)用研發(fā)的流程創(chuàng)設(shè)漸開線齒輪副，需要的項(xiàng)目數(shù)據(jù)為小齒輪傳導(dǎo)的額定功率是250kW，小齒輪的轉(zhuǎn)速是750r/min，理論傳送數(shù)據(jù)是3.15，單向運(yùn)轉(zhuǎn)滿載作業(yè)生命周期是50000h。

第一步，必須預(yù)設(shè)齒輪原料特性，系統(tǒng)提供了許多常規(guī)方案供用戶使用，用戶也能夠親自界定原料與熱處置模式。

程序依照用戶錄入的齒輪數(shù)據(jù)自動(dòng)運(yùn)算出模式與中心距。并且也提供運(yùn)算變位數(shù)據(jù)服務(wù);最終，依照全部數(shù)據(jù)運(yùn)算出安全指標(biāo)。程序最終展示檢驗(yàn)成果，對接Solidworks完成3D建模繪圖，成效較為顯著。

3.7 齒根圓的繪圖與拉伸

調(diào)取CreateCi1cle函數(shù)完成齒根圓的繪圖，齒根圓的內(nèi)徑約束效應(yīng)形成并完成拉伸，核心數(shù)據(jù)拉伸厚度使用齒輪厚度B。值得留意的是，函數(shù)中調(diào)取的數(shù)據(jù)均以米為單位，在使用前要將厘米轉(zhuǎn)化成米，該難題在后期同樣引起重視。

其次，是繪制漸開線齒廓：在Solidworks的API內(nèi)通常有兩大函數(shù)能夠完成曲線的繪圖：SketchSpline函數(shù)與InsertCuiveFilepoint。后者繪制曲線速率理想，并且繪制的曲線并未形成大批的樣點(diǎn)，然而其無法完成基礎(chǔ)草圖的編繪，其以特征的模式出現(xiàn)。鑒于曲線可編碼型的特征，此處挑選前者作為漸開線的繪圖模式。

直角坐標(biāo)軸下，漸開線方程是：

x=rb×（t×sin（t）+cos（t））

y=rb×（sin（t）-t×cos（t））

算式內(nèi)，rb是基圓內(nèi)徑，t是發(fā)生線掠過視角。在t從0度過渡到90度階段，把其分成12均分，每一t對應(yīng)一個(gè)管控點(diǎn)坐標(biāo)，再透過SketchSpline函數(shù)生成曲線。齒頂圓與分度圓的形成與前文所述的齒根圓的模式類似。找準(zhǔn)漸開線與分度圓的交匯點(diǎn)，并將其依照齒數(shù)Z的4倍在分度圓上均分，如此便能夠?qū)で蟮烬X廓的中心線，通過中心線鏡像上就能夠讓另一半齒廓成型;最終，通過修正獲得完備的漸開線齒廓。

再次，是完整齒輪的成型。依照上文述及的單齒輪廓，選用FeatureExtrusion函數(shù)就能獲得單齒，此處的拉伸厚度依然是B。在齒輪的中心形成基準(zhǔn)坐標(biāo)后就能夠使用函數(shù)FeatureCirculaiPattem對單齒實(shí)施圓周排列，排列數(shù)目極為齒數(shù)。最終在生成軸孔與鍵槽，此處的鍵槽是根據(jù)軸內(nèi)徑ds的規(guī)格，依照國家準(zhǔn)則來創(chuàng)設(shè)的。

其四，是編程指南。透過上面的創(chuàng)設(shè)解析與算法闡述，使用VB程序與Solidworks提供的API函數(shù)，在再次研發(fā)階段，要持續(xù)的使用Solidworks提供的各類API怎樣準(zhǔn)確地運(yùn)用這部分API是Solidworks再次研發(fā)的難點(diǎn)。使用Solidworks的宏功能來查閱其API調(diào)取模式是完成再次研發(fā)的有效模式。程序的開始階段的界定變量等數(shù)據(jù)或算式是：

界定變量

Dim sw App As Object

Dim Part As Object

Dim boolstatus As Boleano

Setsw App=Create Object（“ sldworks.application”）'

建立 SolidWorks對象

sw App.Visible=True

Set Part=sw Aa pp.New Dcument（“o D： Program Files Solid-Works data templates /零件.prtdot，0， 0#， 0#）

使用元件模板

Set Prt=sw Aa pp.Active Doc激活文檔

boolstatus= Part.Extension.Select BYIDy2（“ 前 視 標(biāo)準(zhǔn) 面 ”），

“ PLANE”， 0， 0， 0， False， 0， Nothing， 0），挑選前視面

Part.Insert Setchk 2 True，開啟制圖模式。

3.8 元件的方程式驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)化創(chuàng)設(shè)

在Solidworks中能夠透過兩類模式把方程式展示在頁面內(nèi)。在Solidworks創(chuàng)設(shè)數(shù)中，右擊元件名稱，隱匿的項(xiàng)目數(shù)、方程，表現(xiàn)文檔屬性都能夠把方程式顯示在創(chuàng)設(shè)數(shù)功能內(nèi);在Solidworks創(chuàng)設(shè)數(shù)的空白欄內(nèi)，右擊滑鼠，選擇隱匿或項(xiàng)目數(shù)，在調(diào)用頁面的方程式后面選擇顯示，也能夠把方程式顯示在創(chuàng)設(shè)數(shù)項(xiàng)目中。

調(diào)用方程式方便在運(yùn)用階段時(shí)刻管控方程，進(jìn)而規(guī)避了從菜單選項(xiàng)到工具欄選項(xiàng)中調(diào)用方程式的管控頁面，有助于提升設(shè)計(jì)師的作業(yè)成效。

在Solidworks方程式的管控頁面內(nèi)，全局變量就是元件的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)欄內(nèi)能夠直觀提供數(shù)據(jù)賦值，也能夠使用已構(gòu)建的數(shù)據(jù)賦予其方程式，在數(shù)據(jù)/方程式表格的右邊會(huì)出現(xiàn)選項(xiàng)，該符號(hào)僅能在元件具有兩類或兩類之上的配置中使用，透過此處能夠挑選此項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)使用的范疇。頁面的右上端顯示的是目前頁面方程式所隸屬的配置文檔。此外，通過宏錄制也能夠繪制圖像。

另外，使用Solidworks內(nèi)的configuration manager，也就是配置管控選項(xiàng)，能夠快捷地生成體系化元件，并且修正、保護(hù)、拓展都極為便捷快速。對一個(gè)元件的新的配置能夠通過下列兩類模式完成：首先，在配置欄內(nèi)右擊目前的元件名，增加配置;其次，在配置欄的空白位置隨機(jī)右擊滑鼠，增加配置。而對元件配置的修正也有兩類模式：首先，從Solidworks內(nèi)調(diào)取方程式管控頁面（從創(chuàng)設(shè)數(shù)或菜單工具欄），挑選要編寫的配置名稱，之后在全局變量中進(jìn)行修正;其次，從Solidworks菜單欄內(nèi)插入創(chuàng)設(shè)表，從創(chuàng)設(shè)表內(nèi)修正對應(yīng)配置的數(shù)據(jù)。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，筆者以齒輪參數(shù)化創(chuàng)設(shè)為探究對象，依照參數(shù)化創(chuàng)設(shè)流程與快速創(chuàng)設(shè)等有關(guān)理論，創(chuàng)設(shè)了便利方便的齒輪參數(shù)化創(chuàng)設(shè)系統(tǒng)，進(jìn)而完成了齒輪參數(shù)化創(chuàng)設(shè)的迅速創(chuàng)設(shè)、迅速建模、迅速繪圖與設(shè)計(jì)參數(shù)化管控。參數(shù)化創(chuàng)設(shè)改善了傳統(tǒng)工業(yè)商品的創(chuàng)設(shè)條件，本文齒輪三維創(chuàng)設(shè)的頁面清楚并且運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，能夠廣泛地使用在齒輪企業(yè)的3D設(shè)計(jì)工作中，有著極大的應(yīng)用潛能。

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