基于AutoLISP的漸開線圓柱齒輪參數化設計及繪圖系統

鄭州機械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠

基于AutoLISP的漸開線圓柱齒輪參數化設計及繪圖系統

鄭州機械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠

圓柱齒輪在機械產品中應用十分廣泛，并且品種、規格繁多。長期以來，在齒形上以采用漸開線齒形為主，其傳動的速度和功率范圍很大且效率較高。對中心距的敏感性小，裝配和維修方便。可以進行變位切削及各種修形、修緣，從而提高傳動質量。易于進行精密加工，可以取得高精度，是各種齒輪中應用最為廣泛的一種齒輪。考慮到傳統設計費時費力，且容易出錯。本文應用AutoLISP語言二次開發出漸開線圓柱齒輪的設計及繪圖系統，實現二維參數化繪制工程圖，將設計人員從大量繁瑣的計算和繪圖中解放出來，實現漸開線圓柱齒輪精確和快速的繪制。

一、AutoLISP簡介

LISP（List Processing Language）是一種計算機的表處理語言，是在人工智能學科領域廣泛應用的一種程序設計語言。AutoLISP語言是嵌套于AutoCAD內部，將LISP語言和AutoCAD有機結合的產物。美國AutoDESK公司在AutoCAD內部嵌入AutoLISP的目的是使用戶充分利用AutoCAD進行二次開發，實現直接增加和修改AutoCAD命令、隨意擴大圖形編輯功能、建立圖形庫和數據庫并對當前圖形進行直接訪問和修改、開發CAD軟件包等。

AutoLISP語言最典型的應用之一是實現二維三維參數化繪圖程序設計，包括尺寸驅動程序，鼠標拖動程序等。另一個AutoLISP的典型應用就是利用AutoCAD提供的PDB模塊構成DCL（Dialog Control Language）文件創建自己的對話框。

AutoCAD軟件包中包含大多數用于產生圖形的命令，但仍有某些命令未被提供。例如，AutoCAD中沒有在圖形文本對象內繪制矩形及作全局改變的命令。通過AutoLISP，你可以使用AutoLISP程序語言編制能夠在圖形文本對象內繪制矩形或作全局選擇性改變的程序。事實上，可以用AutoLISP編制任何程序，或把它嵌入到菜單中，這樣定制的系統會取得更高的效率。

自從AutoLISP嵌入到AutoCAD以后，使僅僅作為交互式圖形編輯軟件的AutoCAD變成能真正進行計算機輔助設計、繪圖的CAD軟件，由于LISP語言的靈活多變，又易于學習和使用，因而使得AutoCAD成為功能強大的工具性軟件。

除了FOKTRAN和COBOL，大多數在20世紀60年代早期開發出來的語言都過時了，可是LISP卻產生了出來，并且已經成為人工智能（AI）的首先程序語言。AutoLISP解釋程序位于AutoCAD軟件包中，然而AutoCADR2.17及更低版本中并不包含AutoLISP解釋程序，這樣，只有通過AutoR2.18及更高版本才可以使用AutoLISP語言。

二、漸開線圓柱齒輪的參數化繪圖

參數化繪圖就是將圖形的尺寸與一定的設計條件（或約束條件）相關聯，即將圖形的尺寸看成是設計條件的函數。當設計條件發生變化時，圖形尺寸便會隨之進行相應更新。

根據漸開線圓柱齒輪設計參數進行自動化繪圖，其步驟如下：

1.對齒輪進行分類。漸開線圓柱齒輪可分為分離式和整體式。

2.利用DCL文件創建自己的對話框，以齒輪軸為例，輸入界面如圖1所示，程序如下：

3.初始化繪圖環境及選擇坐標系。繪圖環境是對AUTOCAD的系統變量進行保存，并在繪圖完成后恢復原來的設定狀態，包括繪圖比例、圖紙幅面、線型、圖層、尺寸標注形式和文字樣式等。初始化程序代碼應放在繪圖程序的最前端。

4.基本繪圖參數的選擇。繪制齒形部分需要7個參數，即齒輪旋向、齒輪模數、一對嚙合齒輪的齒數、齒輪嚙合中心距、螺旋角以及齒輪寬度。其他尺寸則需要12個參數（如圖1所示）。

圖1 齒輪軸參數輸入界面

5.標記漸開線圓柱齒輪結構的主要型值點并計算。

6.根據以上參數設置，編寫繪圖程序。部分程序如下：

7.在AUTOCAD平臺下運行并生產的二維工程圖（如圖2所示）。

圖2 齒輪軸主視

三、結束語

運用AUTOLISP語言在AUTOCAD軟件平臺下開發漸開線圓柱齒輪的參數化繪圖系統，為漸開線圓柱齒輪結構類型的選擇和設計提供了一種準確、快捷的辦法。在繪圖系統中，設計人員輸入的參數不同，生成的圖形就隨之更改。因此，可以通過改變輸入參數，實現各種尺寸的漸開線圓柱齒輪的參數化設計。該系統減輕了設計人員計算和繪圖的工作量，使其流程標準化，大大節約了用戶的繪圖時間，成倍的提高了工作效率。因而本系統對其他類似系統的開發也具有重要的參考價值。