基于solidworks平面二包環面蝸桿參數化建模

肖啟明 朱鵬飛 廖紹超 廖學海

（重慶三峽學院機械工程學院，重慶 404100）

1 引 言

平面二包環面蝸桿相對于普通的圓柱蝸桿在加工工藝、加工精度等方面都要復雜得多，但它具有多齒嚙合、承載能力大、效率高和良好的瞬時特性等優點.通過對蝸桿進行三維實體建模，為蝸桿的設計以及相關的力學計算提供了幾何模型.

平面二包環面蝸桿的曲面復雜，運用傳統的建模方式又難以達到簡單、高效的目的.相關文獻[1]對蝸桿的螺旋曲線軌跡進行了理論推導.Solidworks可以利用這四條螺旋線的參數方程生成這四條螺旋線，再用掃描命令形成的實體對蝸桿胚體進行切除，生成蝸桿三維實體模型.但是螺旋線的計算需要花費大量的時間，不利于該技術的推廣使用.本文通過利用Visual Basic和solidworks聯合編程，建立平面二包環面蝸桿的參數化軟件.利用實例驗證軟件的正確性，證明該方法正確可靠.該方法簡化了復雜的建模過程，提高了蝸桿的設計效率，有利于該類蝸桿的推廣使用.

2 參數化建模理論基礎

參數化建模就是在一般的優化技術的基礎之上，通過將模型參數化，通過簡單地改變模型中的參數值就能夠建立和分析新的模型.本文中用戶可以運用Visual Basic編程語言編制好的平面二包環面蝸桿界面，輸入蝸桿的基本參數，程序就能計算出蝸桿的幾何尺寸和蝸桿的螺旋線公式，再調用solidworks對蝸桿的三維實體進行參數化建模.

2.1 建模流程

平面二包環面蝸桿建模過程大致可以分為以下三個步驟：

（1）旋轉基體形成蝸桿胚體

（2）利用蝸桿螺旋線參數方程生成螺旋線

（3）引用四條蝸桿螺旋線對蝸桿胚體切除，點擊控件直接生成蝸桿三維實體

2.2 平面二包環面蝸桿螺旋線公式

圖1中填充部分為蝸桿除去材料后的軸線剖面圖，1、2、3、4四個端點分別為齒形的四個端點即蝸桿四條螺旋線.現在使蝸桿齒頂圓弧繞x軸旋轉，同時1、2、3、4形成的填充部分相對于y-z平面移動，為保證四條曲線的起點、終點在同一平面內，引入相位角的變化.根據參考文獻[1]同時結合solidworks對系統參數的要求，對螺旋線方程進行進一步推導變化，得到如下的螺旋線方程：

其中：j=1,2,3,4；t大于二倍的蝸桿包圍蝸輪的工作半角.

圖1

3 平面二包環面蝸桿參數化建模過程

3.1 Solidworks API函數介紹

solidworks中為了方便用戶對其進行二次開發，提供了幾百個API函數，這些API是solidworks的OLE或COM接口，用戶可以使用高級語言對其進行二次開發，建立用戶需要的專用功能模塊.API中的函數可以被Visual Basic、C/C++、VBA等程序調用，很大程度上加強了 solidworks的功能擴展.Solidworks的API函數，可以完成零件的造型、修改；零件特征的建立、修改、刪除等控制；零件的裝配信息；零件工程圖紙中的各項信息等.

3.2 Visual Basic調用solidworks

Visual Basic是在Windows操作系統下一種常用的編程語言，通過Visual Basic可以建立良好的用戶界面和數據庫查詢、讀取等功能，同時solidworks所提供的API函數，可以用Visual Basic對其進行二次開發.本文就是通過在 Visual Basic中直接引用 solidworks的宏命令實現 Visual Basic調用solidworks的功能.以下對部分代碼給予介紹解釋：

3.2.1 SoldWorks連接

通過命令后臺啟動solidworks

Dim swApp As Object

Dim Part As Object

Set swApp = CreateObject("SldWorks.Application")

swApp.Visible (True)

3.2.2 讀取蝸桿模型以及尺寸變量信息

Set Part = swApp.OpenDoc("D:蝸桿.sldprt", swDocPART)

Set Part = swApp.ActivateDoc("蝸桿.sldprt")

3.2.3 通過尺寸驅動生成蝸桿草圖，然后利用旋轉命令生成毛坯

Part.Parameter("D1@草圖 1").SystemValue = Val(Text1.Text)

Part.Parameter("D2@旋轉").SystemValue = 360

3.3 平面二包環面蝸桿參數化建模軟件

采用宏命令的方法，對平面二包環面蝸桿進行參數化建模，Visual Basic語言能夠自動記錄蝸桿建模生成過程，這樣大大提高了對蝸桿實體建模的效率，同時使蝸桿實體建模方法得到大量簡化，給用戶提供了一種簡單、高效的建模手段.但是在Visual Basic語言自動記錄過程中，會產生許多冗雜的代碼，針對這些多余的代碼，對其進行刪減、優化.

圖2

3.4 計算實例

現以文獻[2]中的參數中心距a=250mm，傳動比i=40，蝸桿頭數Z1=1，蝸桿分度圓直徑d1=82mm，蝸輪分度圓直徑d2=418mm為例建立蝸桿模型.

3.4.1 建立蝸桿胚體

輸入相關參數，利用軟件計算出蝸桿截面數據，繪制蝸桿截面，運用旋轉生成蝸桿胚體.

生成的蝸桿胚體如圖3所示.

3.4.2 生成蝸桿螺旋線

程序根據計算結果，結合公式1繪制出滿足要求的4條螺紋線，如圖4所示.

圖3 蝸桿胚體

圖4 螺旋線

3.4.3 生成蝸桿實體

程序通過相關宏命令執行以下操作：連接四條螺旋線的端點，使其形成一個閉合的實體，通過掃描切除對蝸桿胚體切除，形成蝸桿齒槽，生成蝸桿的實體模型，如圖5所示.

圖5 參數后的蝸桿實體模型

4 結 論

通過分析平面二包環面蝸桿螺旋線的公式，同時利用Visual Basic編程語言和solidworks自帶的API函數進行聯合編程，生成平面二包環面蝸桿參數化軟件，達到了對其進行參數化建模的目的.同時通過實例對軟件進行驗證，證明軟件是正確可靠的.因此可以得到如下結論：

1）利用平面二包環面蝸桿螺旋線參數方程，對蝸桿實體模型進行參數化建模是正確可靠的.

2）運用Visual Basic語言調用solidworks API聯合編程進行二次開發，可以實現輸入蝸桿參數，輸出蝸桿三維實體模型，能夠大幅度提高對于蝸桿三維建模的效率.

3）該方法簡化了復雜的建模過程，提高了蝸桿的設計效率，有利于該類蝸桿的推廣使用.

[1]高華中，何邦貴.平面二次包絡環面蝸桿傳動的實體建模研究[J].機械設計與制造，2009（3）.

[2]董學朱.環面蝸桿傳動設計和修形[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]胡建生，李衛民，劉玉浩.基于solidworks參數化實體造型的方法研究[J].遼寧工學院學報，2007（4）.