基于Solid Works的錐齒輪傳動系統參數化建模

薛 成，羅 霞

（江蘇省漣水中等專業學校，江蘇淮安 223400）

齒輪傳動是一種傳統的運動與動力傳遞方法，已歷經數百年的發展，應用十分廣泛，在日常生活中隨處可見，負責將動力裝置的運動或動力經過一定的變換后傳遞給執行裝置，使二者之間實現合理匹配，可實現增速、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。齒輪傳動的設計制造技術是各個發達國家爭相發展的重大技術之一，在一定程度上代表著一個國家的科技力量和工業水平；因此，將CAD技術引入到齒輪傳動的設計中來，建立一個集參數化設計與特征建模于一身的齒輪傳動CAD系統，使其成為機械產品CAD系統中的重要組成部分，是齒輪傳動設計的發展趨勢，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的參數化建模問題，解決了錐齒輪傳動系統的參數化設計與三維精確造型的相關技術問題，以So1idWorks 2008作為支撐軟件，以Visual Basic軟件作為開發平臺，開發了一套錐齒輪零件的三維設計模塊系統，該系統將齒輪傳動的參數化設計、三維實體造型和裝配等多種功能集成為一體，能夠較好地實現齒輪設計過程的自動化，使齒輪設計人員從繁瑣、低效的手工設計工作中解放出來，提高了產品的設計質量和效率。

1 參數化建模設計思路

錐齒輪傳動具有較多的參數，其產生較多規格的模型和零件，為縮短設計時間，針對錐齒輪傳動系統結構特征，本文采用了建立參數化模板的方法，即建立一個模板庫，對傳動系統進行參數化建模。

使用SolidWorks對傳動系按其結構特點創建實體并標注參數尺寸，其中注明各個驅動尺寸的參數和數值，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，將形成的三維設計模塊，在VB程序中直接調用該模塊。

為實現模型的參數化，需使用經過參數化計算已生成的數據對三維設計模塊進行參數化驅動。本文選取Solid?Works為開發平臺，以傳動系統為研究對象，采用Micro?soft Visual Basic作為開發語言，設置合理的設計變量，再通過Microsoft Visual Basic程序驅動設計變量實現傳動系統的參數化建模，其流程圖如圖1所示。

2 錐齒輪的基本參數和幾何尺寸計算

錐齒輪傳動關系如圖2所示，圖中表明了設計錐齒輪的基本參數如分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑等主要參數，同時給出了計算該模型的主要參數的公式如表1所示。

圖1 傳動系統參數化設計程序流程圖

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

根據以上給出的計算表格，對模型的基本驅動參數的計算結果，采用VB軟件，根據以上公式編制計算參數程序，對所需的驅動參數進行計算，驅動Solidworks錐齒輪模塊。

3 基于Solidworks的錐齒輪參數化建模

錐齒輪的主要參數為：分度圓錐角δ、齒數z、齒寬b、中心孔D4、模數m。將以上參數作為為輸入參數建立其三維模型，其主要的設計步驟如下所示。

（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驅動。

（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系式：

①"df@草圖1"=("m@參數驅動"*"z1@參數驅動"-2*"hf@草圖1"*cos("δ@草圖5"))∕2；

②"hf@草圖1"=1.2*"m@參數驅動"；

③"ha@草圖1"="m@參數驅動"*1；

④"b@草圖1"="b@參數驅動"；

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系式：

①"df@草圖5"="m@參數驅動"*"z1@參數驅動"∕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@參數驅動"∕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@參數驅動"*"m@參數驅動"*cos(20)∕cos("δ@草圖5")∕"df@草圖5")；

④"R@草圖5"=(("m@參數驅動"*"z1@參數驅動")^2+("m@參數驅動"*"z1@參數驅動"∕tan("δ@參數驅動"))^2)^0.5∕2；

⑤"δ@草圖5"="δ@參數驅動"。

（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 標準圓錐齒輪旋轉特征草圖

退出草圖，點擊特征中的旋轉凸臺生成旋轉特征。

（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@參數驅動"*"z1@參數驅動"∕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@參數驅動"。

（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，建立關系式"d4@草圖6"="D4@參數驅動"，"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，給出了該傳動系統的參數化建模思路；給出了錐齒輪傳動模型的主要參數計算公式，并以該計算結果作為驅動參數，給出了采用參數驅動的Solidworks軟件建立錐齒輪傳動的建模過程，為實現Solidworks軟件的參數化建模奠定了基礎。

4 基于VB的參數化建模軟件

本軟件主要由界面模塊、數據模塊、參數驅動模塊和調用程序模塊組成，采用VB與Solidworks軟件參數的相互通訊，采用建模程序命令流，驅動Solidworks軟件實現Solidworks的參數化建模。基于VB的傳動系統參數化建模軟件的建模流程采用如圖8所示，采用界面輸入參數驅動Solidworks軟件建模輸出。

圖8 基于VB的傳動系統參數化建模軟件設計流程

4.1 界面和參數設置

采用VB編寫軟件的主界面和子界面，主界面實現用戶名輸入和設計類型選擇，子界面實現模型的參數輸入，登錄界面是為了保護程序的著作權，本軟件設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當前時間，當進入軟件時需設置模型的保存位置，方便使用者查找。

（1）系統時間設置代碼如下：

Private Sub Timer1.Timer()

Label1.Caption=Now

End Sub

（2）模型文件保存位置設置代碼如下：

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 參數驅動和建模

通過對齒輪在工程設計中的地位和作用的分析，提出了一個基于齒輪設計和繪圖一體化的總體方案，用以解決齒輪設計和繪圖中的問題，其過程如圖9所示，設計參數的輸入采用VB界面形式，界面清晰，使用方便，用戶只要根據界面便可迅速學會使用。為了滿足不同設計者的不同需要，所有設計程序都可以修改，設計者可以根據需要，反復修改，采用優化方法確定設計參數，直到得到滿意的答案。

圖9 齒輪的參數化驅動程序流程圖

根據上面分析的理論公式，采用VB編寫各個模塊的參數計算公式，驅動Solidworks，建立參數化模型，其中設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化設計模塊界面，輸入相關參數，后點擊“創建”命令按鈕，運行程序，驅動Solidworks軟件，其生成結果如圖10所示。

圖10 圓錐齒輪三維模型

5 結束語

本文針對錐齒輪傳動系統，以VisualBasic6.0為編程工具，對三維造型軟件SolidWorks進行了二次開發，采用模塊化設計思路、參數化特征造型的方法來實現錐齒輪傳動系統的參數化建模，解決了齒輪等設計中的復雜、煩瑣計算，提高了設計效率，可靠性、準確性也大大提高，同時，便于用戶使用、也方便開發者擴充。