基于Solidworks的圓錐齒輪參數化設計

姚興嶺

摘 要：本文以三維CAD軟件SolidWorks為開發平臺，以VisualBasic為編程語言，開發圓錐齒輪三維實體參數化造型系統的方法。具體以SolidWorks 為平臺，使用面向對象的語言VB 開發了三維圓錐齒輪零件，通過尺寸驅動，可生成新的零件造型，實現了模架的參數化設計，提高模具的設計效率，使設計者能夠運用該方法對復雜的三維圓錐齒輪實體進行參數化設計，以提高Slidworks二次開發和模具設計開發應用的能力。

關鍵詞：SolidWorks；VisualBasic；圓錐齒輪；實體造型

一、設計的主要內容及技術指標和技術路線

一）主要內容

基于Solidworks軟件使用VB高級語言程序，對常用件齒輪進行參數化設計，實現給定參數的圓錐齒輪的自動化生成系統。

二）技術指標

1、設計參數要符合實際生產要求；

2、生成圖形要符合國家標準規定；

3、技術路線

對基于Solidworks圓錐齒輪參數化設計的研究，準備從以下幾個方面著手：

（1）系統界面模塊

該模塊的作用是采集直齒圓錐齒輪實體造型所需的具體參數。

（2）三維CAD軟件接口模塊

該模塊提供在OLE Automation層上所有與三維CAD軟件SolidWorks通訊的函數。CAD軟件的API函數以類的形式封裝起來，在直齒圓錐齒輪造型時，通過這些函數驅動CAD軟件生成直齒圓錐實體。

（3）結構計算模塊

根據界面模塊的用戶輸入的參數，計算直齒圓錐齒輪的結構參數。

（4）齒形計算模塊

該模塊是整個系統的核心，可以完成直齒圓錐齒輪齒形計算。通過計算得到特定截面的齒廓參數，為齒形生成模塊準備所需的數據。

（5）結構實體生成模塊

該模塊應用三維CAD軟件Solidworks的基本特征，如拉伸（Extrude）、旋轉（Revolve）和圓周陣列（Circular Pattern）等操作，按照結構類型計算模塊輸出的參數，生成圓錐齒輪的結構實體部分。該操作的結果類似生成直齒圓錐齒輪的毛坯。

（6）齒形生成模塊

該模塊應用三維CAD軟件Solidworks的基本特征，如放樣切割（Template Knifing）、圓周陣列（Circular Pattern） 、拉伸（Extrude）和旋轉（Revolve）等操作，按照結構類型計算模塊輸出的參數，生成直齒圓錐齒輪的結構實體部分。然后利用圓周陣列可畫出全部齒形。

2 圓錐齒輪實體造型系統

參數化三維實體造型設計是以變量幾何和生成歷程樹為基礎，以尺寸驅動為特征的一種三維建模方法。其基本過程是：首先利用草圖功能勾畫零件基本形狀，然后根據設計要求標注必要的尺寸，最后修改尺寸值，驅動模型變化以生成需要的零件模型。參數化三維實體建模的目的是，通過修改尺寸而快速生成新的三維實體模型。

圓錐齒輪的輪齒有直齒和曲齒兩種類型。直齒圓錐齒輪易于制造，適用于低速、輕載傳動的場合，而曲齒圓錐齒輪傳動平穩，承載能力強，常用于高速、重載的場合，但其設計和制造較為復雜。本論文只討論直齒圓錐齒輪。

（3）齒形計算模塊

漸開線齒廓的數學模型。我們在直角坐標系下，用漸開線的直角坐標方程式，計算漸開線輪廓上各點坐標值，然后在用樣條曲線繪出齒輪的一個齒廓。

（4）結構實體生成模塊

該模塊應用Solidworks的拉伸、旋轉和圓周陣列等操作命令，按照結構類型計算模塊輸出的參數，生成直齒圓錐齒輪的結構實體部分。該操作的結果類似生成直齒圓錐齒輪的毛坯。

1）齒輪各基本尺寸計算

如圖4所示，以點1為坐標原點，軸線為一坐標軸建立直角坐標系，依次求出2、3、4、5、6、7的坐標，由1—2—3—4—5—1的連線構成直齒圓錐齒輪的二維結構，再用旋轉輪廓線的方法既可生成圓錐齒輪的實體。

2）圓錐齒輪的實體建模

再用旋轉輪廓線的方法生成圓錐齒輪的實體

3）結構實體生成模塊

2.2 系統運行窗體的創建和應用

1） 窗體的建立

2）程序的連接

用VB編程進行的二次開發，要將VB和SolidWorks連接來，編寫VB代碼前，創建SolidWorks和VB對象，啟動運行SolidWorks。這樣就可以在VB的環境下利用SolidWorks對象及其下級對象的屬性和方法，完成用VB語言在環境中草圖和三維模型圖的繪制。下面給出VB語言在SolidWorks環境中繪制圓錐齒輪三維圖的部分子程序代碼：

2.3 程序的調試及運行

1）運行程序過程

在SolidWorks中，單擊[工具]/[宏]/[運行]，選擇*.swp出現程序運行界面。通過在VB窗口中填寫圓錐齒輪參數后，單擊‘生成按鈕，發現錯誤代碼91（對象變量或with塊變量未設置）。

經過調試發現系統默認的part語句類型出現錯誤，原因是程序中的part為完全定義造成運行錯誤，經過重新定義Part As object ‘對象型變量，重新逐句調試，更改變量類型，最終解決了問題。

2）運行結果

3 結束語

（1）系統完成了圓錐齒輪實體的變量化自動生成。

（2）建立了VB界面窗口連接Solidworks應用程序，進入Solidworks設計環境；從設計窗口中直接輸入參數，可直接運行參數化造型設計程序，得到所需的三維圓錐齒輪實體。

參考文獻

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