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(dòng)是一種傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)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(fù)責(zé)將動(dòng)力裝置的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力經(jīng)過一定的變換后傳遞給執(zhí)行裝置，使二者之間實(shí)現(xiàn)合理匹配，可實(shí)現(xiàn)增速、減速、變速、改變運(yùn)動(dòng)形式、分配運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力以及某些操縱控制功能。齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)是各個(gè)發(fā)達(dá)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(gè)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(dòng)的設(shè)計(jì)中來，建立一個(gè)集參數(shù)化設(shè)計(jì)與特征建模于一身的齒輪傳動(dòng)CAD系統(tǒng)，使其成為機(jī)械產(chǎn)品CAD系統(tǒng)中的重要組成部分，是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，具有非常重要的工程價(jià)值和研究意義。

本文針對(duì)錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化建模問題，解決了錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)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(tái)，開發(fā)了一套錐齒輪零件的三維設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)，該系統(tǒng)將齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型和裝配等多種功能集成為一體，能夠較好地實(shí)現(xiàn)齒輪設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化，使齒輪設(shè)計(jì)人員從繁瑣、低效的手工設(shè)計(jì)工作中解放出來，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1 參數(shù)化建模設(shè)計(jì)思路

錐齒輪傳動(dòng)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(jì)時(shí)間，針對(duì)錐齒輪傳動(dòng)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(gè)模板庫，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化建模。

使用SolidWorks對(duì)傳動(dòng)系按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)創(chuàng)建實(shí)體并標(biāo)注參數(shù)尺寸，其中注明各個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸的參數(shù)和數(shù)值，標(biāo)注尺寸采用建立實(shí)體的實(shí)際尺寸，SolidWorks自動(dòng)標(biāo)注的尺寸名字（如：D1，D2）在程序中難以辨識(shí)，采用在標(biāo)注時(shí)修改尺寸的方式對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行定義名稱，使尺寸的名稱表達(dá)出特征的作用，將形成的三維設(shè)計(jì)模塊，在VB程序中直接調(diào)用該模塊。

為實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)化，需使用經(jīng)過參數(shù)化計(jì)算已生成的數(shù)據(jù)對(duì)三維設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。本文選取Solid?Works為開發(fā)平臺(tái)，以傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用Micro?soft Visual Basic作為開發(fā)語言，設(shè)置合理的設(shè)計(jì)變量，再通過Microsoft Visual Basic程序驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變量實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化建模，其流程圖如圖1所示。

2 錐齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算

錐齒輪傳動(dòng)關(guān)系如圖2所示，圖中表明了設(shè)計(jì)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(shí)給出了計(jì)算該模型的主要參數(shù)的公式如表1所示。

圖1 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)程序流程圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)

表1 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算

根據(jù)以上給出的計(jì)算表格，對(duì)模型的基本驅(qū)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，采用VB軟件，根據(jù)以上公式編制計(jì)算參數(shù)程序，對(duì)所需的驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，驅(qū)動(dòng)Solidworks錐齒輪模塊。

3 基于Solidworks的錐齒輪參數(shù)化建模

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(jì)步驟如下所示。

（1）新建一個(gè)文件，輸入新文件名：zhuichilun。

（2）選取前視基準(zhǔn)面，點(diǎn)擊草圖繪制中的直線命令繪制五條直線，分別標(biāo)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(dòng)。

（3）選取前視基準(zhǔn)面，點(diǎn)擊草圖繪制中的直線命令繪制如圖3所示的草圖。

分別標(biāo)注如圖所示的尺寸，退出草圖并建立各個(gè)關(guān)系式：

①"df@草圖1"=("m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*"z1@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"-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(dòng)"；

③"ha@草圖1"="m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*1；

④"b@草圖1"="b@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"；

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(zhǔn)面，點(diǎn)擊草圖繪制中的直線命令繪制五條直線，分別標(biāo)注尺寸，退出草圖并建立各個(gè)關(guān)系式：

①"df@草圖5"="m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*"z1@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"∕cos("δ@草圖5")+2*"ha@草圖1"；

圖3 標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪草圖1

②"s@草圖5"=(pi*"m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"∕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(dòng)"*"m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*cos(20)∕cos("δ@草圖5")∕"df@草圖5")；

④"R@草圖5"=(("m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*"z1@參數(shù)驅(qū)動(dòng)")^2+("m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*"z1@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"∕tan("δ@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"))^2)^0.5∕2；

⑤"δ@草圖5"="δ@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"。

（5）選取前視基準(zhǔn)面，點(diǎn)擊草圖繪制中的直線命令繪制如圖4所示的草圖。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)特征草圖

退出草圖，點(diǎn)擊特征中的旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)生成旋轉(zhuǎn)特征。

（6）建如圖5所示的基準(zhǔn)面1。

（7）選取基準(zhǔn)面1，繪制如圖6的草圖。

分別標(biāo)注尺寸，并且建立各個(gè)關(guān)系式：

圖5 標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪基準(zhǔn)面1

圖6 標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪草圖3

①"d@草圖3"="m@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"*"z1@參數(shù)驅(qū)動(dòng)"∕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(dòng)"。

（8）點(diǎn)擊特征中的掃描，生成一個(gè)齒。

（9）選取基準(zhǔn)面，繪制一個(gè)?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(dòng)"，"jck@草圖7=6"，"jcs@草圖7=22.8"拉伸切除生成一個(gè)孔。

（10）點(diǎn)擊特征中的圓周陣列，選取生成的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)心式圓錐齒輪三維模型

以上針對(duì)錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，給出了該傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化建模思路；給出了錐齒輪傳動(dòng)模型的主要參數(shù)計(jì)算公式，并以該計(jì)算結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)參數(shù)，給出了采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的Solidworks軟件建立錐齒輪傳動(dòng)的建模過程，為實(shí)現(xiàn)Solidworks軟件的參數(shù)化建模奠定了基礎(chǔ)。

4 基于VB的參數(shù)化建模軟件

本軟件主要由界面模塊、數(shù)據(jù)模塊、參數(shù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)Solidworks軟件實(shí)現(xiàn)Solidworks的參數(shù)化建模?；赩B的傳動(dòng)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(dòng)Solidworks軟件建模輸出。

圖8 基于VB的傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)化建模軟件設(shè)計(jì)流程

4.1 界面和參數(shù)設(shè)置

采用VB編寫軟件的主界面和子界面，主界面實(shí)現(xiàn)用戶名輸入和設(shè)計(jì)類型選擇，子界面實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)輸入，登錄界面是為了保護(hù)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(cuò)誤，會(huì)提示重新輸入，同時(shí)在登錄界面上添加了系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)進(jìn)入軟件時(shí)需設(shè)置模型的保存位置，方便使用者查找。

（1）系統(tǒng)時(shí)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

4.2 參數(shù)驅(qū)動(dòng)和建模

通過對(duì)齒輪在工程設(shè)計(jì)中的地位和作用的分析，提出了一個(gè)基于齒輪設(shè)計(jì)和繪圖一體化的總體方案，用以解決齒輪設(shè)計(jì)和繪圖中的問題，其過程如圖9所示，設(shè)計(jì)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(huì)使用。為了滿足不同設(shè)計(jì)者的不同需要，所有設(shè)計(jì)程序都可以修改，設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)，直到得到滿意的答案。

圖9 齒輪的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序流程圖

根據(jù)上面分析的理論公式，采用VB編寫各個(gè)模塊的參數(shù)計(jì)算公式，驅(qū)動(dòng)Solidworks，建立參數(shù)化模型，其中設(shè)計(jì)模塊的主要操作步驟為：啟動(dòng)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(diǎn)擊“圓錐齒輪”模塊按鈕，進(jìn)入圓錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊界面，輸入相關(guān)參數(shù)，后點(diǎn)擊“創(chuàng)建”命令按鈕，運(yùn)行程序，驅(qū)動(dòng)Solidworks軟件，其生成結(jié)果如圖10所示。

圖10 圓錐齒輪三維模型

5 結(jié)束語

本文針對(duì)錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，以VisualBasic6.0為編程工具，對(duì)三維造型軟件SolidWorks進(jìn)行了二次開發(fā)，采用模塊化設(shè)計(jì)思路、參數(shù)化特征造型的方法來實(shí)現(xiàn)錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化建模，解決了齒輪等設(shè)計(jì)中的復(fù)雜、煩瑣計(jì)算，提高了設(shè)計(jì)效率，可靠性、準(zhǔn)確性也大大提高，同時(shí)，便于用戶使用、也方便開發(fā)者擴(kuò)充。