基于VB.NET的圓柱齒輪減速器智能設(shè)計系統(tǒng)

吳瑋珂+陳彩鳳+仲梁維

摘要：傳統(tǒng)的圓柱齒輪減速器設(shè)計難度大、效率低。將模塊化、參數(shù)化等產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)技術(shù)應(yīng)用到圓柱齒輪減速器智能設(shè)計系統(tǒng)中。以SolidWorks2016軟件為平臺，結(jié)合SQL Server2008數(shù)據(jù)庫管理軟件，用VB.NET編程語言開發(fā)出圓柱齒輪減速器的快速設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)節(jié)省了設(shè)計時間和開發(fā)成本，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理一體化過程，提高了市場競爭力。

關(guān)鍵詞：圓柱齒輪減速器；二次開發(fā)；快速設(shè)計；參數(shù)化；SolidWorks

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：16727800（2017）004013203

0引言

減速器是機械、航空航天等諸多領(lǐng)域的機械傳動裝置，在現(xiàn)代機械系統(tǒng)中應(yīng)用很廣[1]，其主要作用是減小轉(zhuǎn)速及增大扭矩。以圓柱齒輪為傳動零件的圓柱齒輪減速器最為常用，其工作原理是利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機速度降低到所需要的速度，從而增加轉(zhuǎn)矩。齒輪減速器主要由傳動零件（齒輪）、軸承、箱體及其附件組成。減速器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，除主要零件外，還包括通氣器、密封裝置、軸承擋油盤等，如果每個部件都采用個性化設(shè)計，會造成設(shè)計難度大、開發(fā)周期長、生產(chǎn)效率低等問題。為此，我們引入了快速設(shè)計系統(tǒng)概念。設(shè)計者在產(chǎn)品開發(fā)過程中利用二次開發(fā)技術(shù)，建立模型模板，開發(fā)同類零件時可直接調(diào)用模型庫中已保存的零件模板，通過參數(shù)化驅(qū)動快速實現(xiàn)。

1快速設(shè)計系統(tǒng)

產(chǎn)品快速設(shè)計系統(tǒng)（KRDS），也稱快速響應(yīng)設(shè)計、敏捷設(shè)計，是一個集參數(shù)化設(shè)計、系列化設(shè)計、模塊化設(shè)計、模板化設(shè)計、自頂向下設(shè)計及設(shè)計知識管理于一身，具備良好的人機交互操作界面，面向產(chǎn)品三維方案設(shè)計、三維結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維轉(zhuǎn)二維工程圖的智能設(shè)計平臺。該系統(tǒng)在企業(yè)設(shè)計技術(shù)體系和三維技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，實現(xiàn)企業(yè)設(shè)計知識的繼承和發(fā)展，有效推進企業(yè)“三化”設(shè)計，顯著提高了產(chǎn)品設(shè)計效率和質(zhì)量，同步促進企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和研發(fā)模式改進轉(zhuǎn)型。 系統(tǒng)最重要的部分是參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)[6]。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，即可得到不同大小和形狀的零件模型。在本實例中，先用SolidWorks軟件繪制好各子零件模型，定義各零件中的參數(shù)關(guān)系，然后裝配保存。再用Microsoft Visual Studio 2008搭建好零件參數(shù)的可視化界面，設(shè)置一鍵驅(qū)動按鈕，把零件參數(shù)關(guān)系用VB.NET代碼表示出來，同時與數(shù)據(jù)庫連接。當驅(qū)動模型時，模型參數(shù)會自動保存到數(shù)據(jù)庫指定的文件夾下，需要改變模型參數(shù)時，只需在界面中輸入?yún)?shù)即可，點擊一鍵驅(qū)動按鈕就會出現(xiàn)新參數(shù)下的模型。在產(chǎn)品族模型進行參數(shù)化變型驅(qū)動時，系統(tǒng)會自動對驅(qū)動后的各個模塊裝配進行檢查。由于SolidWorks的三維模型和二維工程圖之間存在相互關(guān)聯(lián)性，因此在三維模型參數(shù)驅(qū)動的同時，可實現(xiàn)對二維工程圖的同步更新，并應(yīng)用工程圖優(yōu)化技術(shù)進行調(diào)整，達到零件的快速設(shè)計和快速裝配目的[2]。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于VB.NET的圓柱齒輪減速器智能設(shè)計系統(tǒng)通過VB.NET技術(shù)和OLE（對象鏈接和嵌入）或COM（組件對象模型）技術(shù)相結(jié)合，將SolidWorks的API函數(shù)作為二次開發(fā)接口工具，添加.NET和COM引用[3] 。模塊化設(shè)計分類方式有功能和特征兩種。功能模式分為設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維參數(shù)化建模、工程圖、數(shù)據(jù)管理等。

（1）設(shè)計計算模塊：根據(jù)輸入的傳遞功率、轉(zhuǎn)速等基本參數(shù)，計算后判斷強度、剛度等是否符合要求，確定各個零件的具體尺寸，設(shè)計結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫供研究。（2）三維參數(shù)化建模模塊：主要對零件進行參數(shù)設(shè)置，包括主動參數(shù)和從動參數(shù)，主動參數(shù)在可視化界面中直接輸入，從動參數(shù)通過在VB.NET中定義的關(guān)系直接驅(qū)動生成三維模型。（3）工程圖模塊：用于實現(xiàn)三維轉(zhuǎn)二維的智能輸出。通過編寫工程圖優(yōu)化程序，調(diào)整工程圖尺寸大小及視圖位置，實現(xiàn)工程圖的快速自動導出[4]。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)開發(fā)工作流程

系統(tǒng)開發(fā)流程如下：①進入SolidWorks系統(tǒng)，在菜單欄進入用戶登錄界面，輸入整體基本參數(shù)；②減速器的類型設(shè)計完成后輸入軸及齒輪主要參數(shù)，并通過計算分析得出二級參數(shù)；③根據(jù)已輸入的產(chǎn)品編號，判斷已知實例庫中是否已有該型號，若已存在則直接調(diào)用。若沒有，則在判斷數(shù)據(jù)正確的情況下，將參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫存檔；④顯示三維模型及工程圖。

3.2系統(tǒng)界面及引用添加

圓柱齒輪減速器智能設(shè)計系統(tǒng)主要包括基本參數(shù)、軸參數(shù)設(shè)計及齒輪參數(shù)設(shè)計3部分。用戶界面作為人機交互最重要的部分，設(shè)計時要做到操作簡潔方便，一目了然。本設(shè)計界面分模塊填寫參數(shù)，并附上說明圖標注，使具體參數(shù)位置更加清晰。大部分數(shù)據(jù)可在后臺計算自動得出，大大降低了設(shè)計人員工作量，提高了工作效率。設(shè)計系統(tǒng)界面如圖1所示。

本實例使用Visual Studio 2008 作為編寫代碼平臺，為了使開發(fā)程序能成功連接到SolidWorks軟件，首先應(yīng)當添加SolidWorks.Interop.sldworks、SolidWorks.Interop.swconst、SolidWorks.Interop.swpublished等引用。

3.3尺寸模型驅(qū)動

模型驅(qū)動前對工作路徑及存儲路徑進行修改。填寫完圓柱齒輪減速設(shè)計系統(tǒng)各零部件參數(shù)之后，對模型進行驅(qū)動，定義好尺寸驅(qū)動關(guān)系，點擊尺寸驅(qū)動模型按鈕即可驅(qū)動總裝模型，代碼如下： Imports System.Data.SqlClient ‘與數(shù)據(jù)庫Sql的引用 Imports SolidWorks.Interop.sldworks ‘與SolidWorks軟件的連接 Imports System.Math Imports System.Windows.Forms ‘運行的平臺 Imports System.IO Imports Microsoft.Office.Interop ‘與excel的引用 Public Class waterprotection #Region "打開模型"Private Sub Button6_Click（ByVal sender As System.Object，ByVal e AsSystem.EventArgs） Handles Button6.Click Button8.Enabled = True SwApp = GetObject（""，"sldworks.application"） part = SwApp.ActiveDocpart = SwApp.OpenDoc6（"E：＼參數(shù)化設(shè)計＼圓柱減速器模型＼總裝圖.SLDASM"，2，0，""，longstatus，longwarnings） （模型存放的路徑） SwApp.ActivateDoc2（"總裝圖"，F(xiàn)alse，longstatus） End 驅(qū)動完成模型總裝配圖如圖4所示。

3.4設(shè)計計算

智能設(shè)計系統(tǒng)優(yōu)點在于設(shè)計人員只需輸入少量參數(shù)，通過后臺程序運算就可得出想要的參數(shù)，也可根據(jù)后臺的尺寸規(guī)則來判斷數(shù)據(jù)的正確性，避免了重復(fù)性工作。〖HT5"〗 TextBox_G_t.Text = Compute_F_Gmax（M，H1） *Y5/ S TextBox_H_t.Text = Compute_F_Gmax（M，H2） *Y6/ S part.Parameter（"D1@草圖2@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 part.Parameter（"D1@草圖3@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 - 0.002 part.Parameter（"D2@草圖1@大齒輪.part"）.SystemValue = Diameter_DC_31_09 / 1000 + 0.007 ‘獲得大齒輪參數(shù)

3.5數(shù)據(jù)庫訪問

數(shù)據(jù)庫（Database）是存儲計算機相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。一個完整的數(shù)據(jù)庫應(yīng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、計算機軟件和硬件系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理員幾部分組成。設(shè)計過程中往往需要對大量數(shù)據(jù)進行篩選，工作量大且復(fù)雜，如何高效簡潔地獲取所需要的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫的另一作用是標準數(shù)據(jù)的管理，主要對標準件及固定尺寸模型參數(shù)進行存儲。使用過程中，通過代碼對數(shù)據(jù)庫進行調(diào)用，設(shè)計者可選擇需要的參數(shù)型號，直接驅(qū)動該類模型生成。本實例中標準件包括六角螺釘、夾緊裝置等。數(shù)據(jù)庫中內(nèi)六角螺母基本參數(shù)如表1所示。

本文利用SQL Sever 2008作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持，用戶在該數(shù)據(jù)庫下使用SQL語言，可進行數(shù)據(jù)的新增、刪除、修改、查詢等操作，功能強大。以下是數(shù)據(jù)庫連接代碼： Dim connectionstr As String connectionstr = "server=服務(wù)器地址；database=數(shù)據(jù)庫；uid=用戶名；pws=密碼" Dim comm As New SqlConnection（connectionstr） '定義連接功能 conn.open（） '打開連接 conn.close（） '關(guān)閉連接

3.6工程圖驅(qū)動

模型驅(qū)動完以后，在主界面點擊生成工程圖按鈕，就能自動生成工程圖。但是直接轉(zhuǎn)換過來的工程圖質(zhì)量很差，會出現(xiàn)視圖位置漂移、尺寸線拉長、序號不整齊等情況[5]。通過代碼重復(fù)利用可實現(xiàn)各工程圖的自動調(diào)整。工程圖調(diào)整主要包括視圖位置調(diào)整、視圖比例調(diào)整、尺寸位置調(diào)整及材料明細表調(diào)整等。 視圖位置調(diào)整用Position函數(shù)進行定位[8]，模型驅(qū)動后獲取當前圖形的中心位置C點坐標及該圖形的任意一個端點F的坐標。視圖位置調(diào)整代碼如下： Dim swSelMgr As SelectionMgr=swpart.SelectionManager Dim swView As IView=swSelMgr.GetSelectedObject5（1） Dim swPosition As Object=swView.Position Dim swOutline As Object=swView.GetOutline（） 〖JP2〗Dim outlineX As Double=（swOutline（2）+swOutline（0））/2 Dim outlineY As Double=（swOutline（3）+swOutline（1））/2 Dim ViewX As Double=swPosition（0） Dim ViewY As Double=swPosition（1） …… swView.Position=swPosition 視圖比例調(diào)整主要是通過確定驅(qū)動后工程圖的包絡(luò)線參數(shù)值，與事先設(shè)置好的視圖包絡(luò)線尺寸值進行比較。視圖比例調(diào)整部分關(guān)鍵代碼如下：〖HT5"〗 Swpart.ActiveView（viewname） swDraw=swpart Dim shtWid，shtHeight As Double shtWid=widLim shtHeight=heiLimboolstatus=swpart.Extension.SelectByID2（viewname，”DRAWINGVIEW”，0，0，0，F(xiàn)alse，0，Nothing，0） …… Do While lengthX>shtWidOrlengthY>shtHeigh i=i+1 vScaleRation=swView.ScaleRation …… Loop 調(diào)整后的工程圖如圖5所示。

4結(jié)語

本文以知識工程思想為指導，把參數(shù)化設(shè)計、模塊化設(shè)計和實例推理思想引入到圓柱減速器設(shè)計，借助SolidWorks2016軟件、SQL Server數(shù)據(jù)庫、VB.NET編程語言開發(fā)了圓柱減速器智能設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了圓柱齒輪減速器的快速設(shè)計，實現(xiàn)了資源的整合和重復(fù)利用，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻：[1]王秋穎.基于SolidWorks的減速器三維設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連：大連理工大學，2014.

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[5]陳樹曉，水俊峰，張晉強，等.基于SolidWorks的工程圖明細欄自動生成與調(diào)整技術(shù)[J].中國制造業(yè)信息化，2007，36（3）：4446.

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[7]吳偉偉，唐任仲，侯亮，等.基于參數(shù)化的機械產(chǎn)品尺寸變型設(shè)計研究與實現(xiàn)[J].中國機械工程，2005（3）：3236.

[8]王宗彥，楊忠華，吳淑芳.基于三維設(shè)計的工程圖自動調(diào)整技術(shù)[J].機械設(shè)計與制造，2009（10）：6466.（責任編輯：杜能鋼）