基于Visual Basic的齒輪傳動設計軟件編程與開發

汪超

摘 要：本文介紹了齒輪傳動功能和使用場合，介紹了齒輪設計開發的過程，介紹了Visual Basic軟件設計開發過程，跨學科地完成了軟件開發和齒輪設計結合的工作，設計開發出了一套可以用于工程師現場使用的齒輪傳動設計計算軟件。

關鍵詞：Visual Basic;齒輪;軟件開發

Visual Basic（VB）軟件是美國Microsoft公司推出的Windows環境下的軟件開發工具，是國際上廣泛使用的一種計算機高級語言，VB提供面向對象的可視化設計平臺以及事件驅動的編程機制，程序員不需要為界面的設計編寫大量的代碼，只需要按照使用需求，排布控件，編寫實現功能所需的代碼，即用戶操作某個事件來觸發某種功能的代碼即可。這種編程方式大大提高了編程的效率，方便用戶使用[1]。

齒輪傳動（圖1）是一種常見的機械傳動結構，齒輪傳動具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點，廣泛運用于機床、減速器、工程機械、飛機、航天等各種場合。近年來，隨著我國齒輪制造產業的迅速發展，齒輪生產規模和質量都得到了巨大的發展。然而，與制造業發達的國家相比，我國齒輪制造產業仍然存在著很多的不足，主要體現在生產設備、加工刀具、齒輪材料、生產協作與管理等方面[2]。就生產設備而言，國外2000年前后就開始研究計算機技術與生產設備的結合，大量采用CAD/CAM技術，開發出大量先進的設計制造類軟件，幫助現場工程師完成齒輪的設計制造過程，我國在這一方面仍然處于發展初期，很多技術甚至還處于空白。

本文以直齒圓柱齒輪為例，嘗試使用借助Visual Basic軟件強大軟件開發功能，結合齒輪設計開發的實際需求，開發出一套可以供現場工程師使用的齒輪設計軟件。

1 軟件開發流程理論

軟件開發的流程即為軟件設計的一般性過程，包括先對軟件先進行市場調研和需求分析，軟件需求的功能和實現的算法、軟件設計和模塊設計、編寫代碼、調試、交付使用等一系列操作。基于VB的軟件開發已經簡化，一般主要包括四個步驟：建立用戶界面、設置窗體和控件的屬性、編寫代碼、調試運行完善。

對于齒輪傳動設計輔助軟件來說，首先需要了解齒輪參數化設計的需求，齒輪常見的參數有齒數、模數、壓力角、齒寬、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒距、分度圓、齒頂高、齒根高、全齒高。其中，齒數是指整個齒輪圓周上均勻分布的齒的總數，用z表示;模數與輪齒的厚度直接相關，輪齒厚度越大，模數越大，國家已經將模數標準化，可以查看國家標準GB/T1357-2008，模數用m表示;壓力角的定義是齒輪運動過程中受力方向和運動方向所夾的銳角，國家標準規定齒輪的壓力角為α=20°;齒寬為齒輪輪齒沿軸方向的長度，用b表示;齒頂圓直徑是指過齒輪所有輪齒的頂部的圓的直徑，用da表示;齒根圓直徑是指齒頂圓直徑是指過齒輪所有輪齒的頂部的圓的直徑，用df表示;分度圓直徑是指齒頂圓和齒根圓中間選定的一個圓作為計算基準，用d表示;齒距（周節）是指在分度圓上相鄰兩齒同向輪廓間弧長的距離，用p表示，齒距等于齒厚（用s表示）與齒槽寬（用e表示）之和;齒頂高等于分度圓到齒頂的徑向距離用ha表示;齒根高等于分度圓到齒根的徑向距離用hf表示;全齒高等于齒頂高與齒根高之和，用h表示。

直齒圓柱齒輪各部分的名稱與代號可參看圖2。

2 界面設計

用戶界面由窗體和控件組成，VB的窗體是界面的基礎，所有的控件都在窗體上布局和顯示出來。程序附屬在窗體和控件上，同時，程序運算的結果也會在界面上顯示出來。所以，根據軟件的使用需求，建立窗體、布局控件、設置窗體和控件的屬性。

本次界面設計的具體步驟如下：（1）設置窗體caption屬性為“直齒圓柱齒輪參數化設計”;（2）插入標簽Label1，設置Label1的caption屬性為“齒數”，設置Label1的font屬性，修改字體及大小，設置Label1的Autosize屬性為TRUE，這樣，標簽大小就可以自動調整。（3）插入文本框Text1，設置Text1的Text屬性為空白，設置Label1的font屬性，修改字體及大小。（4）框選Label1和Text1，復制粘貼，調整位置，設置標簽的caption屬性。（5）插入picture1，插入圖片，調整圖片大小。（6）參考步驟3和步驟4，重復插入label和Text控件，并設置控件的相關屬性。（7）插入command1和command2，修改兩個按鈕的caption屬性分布為：“參數計算”和“清除”，修改兩個按鈕的font屬性，使得字體得體。（8）插入齒輪參數圖片。完成后的界面如圖3所示：

3 編寫程序

程序編制過程中，需要了解齒輪各參數的計算公式，齒輪計算公式參看下表。

程序如下：

Private Sub Command1_Click（）

If Text1（0）="" Then

MsgBox "請輸入齒輪齒數" '未輸入齒數時提示用戶輸入齒數

ElseIf Text1（1）="" Then

MsgBox "請輸入齒輪模數" '未輸入模數時提示用戶輸入模數

Else

z=Val（Text1（0））：m=Val（Text1（1））'將文本框內輸入的參數賦值給z和m兩個變量中

d=m*z：Text1（3）.Text=d'根據齒輪計算公式計算齒輪各參數，將計算結果賦值給相應文本框

da=d+2*m：Text1（4）=da

df=d-2.5*m：Text1（5）=df

p=3.14*m：Text1（6）=p

s=p/2：Text1（7）=s

e=p/2：Text1（9）=e

h=2.25*m：Text1（10）=h

ha=m：Text1（11）=ha

hf=1.25*m：Text1（12）=hf

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click（）

Command2.SetFocus'設置清除按鍵為焦點

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'清除按鈕按動后，除了壓力角默認為20°，其余文本框全部清空

End Sub

Private Sub Form_Load（）

Dim z！，m！，d！，da！，df！，p！，s！，e！，h！，ha！，hf'定義齒輪各參數為單精度常量

Me.Show'加載窗體

Command2.SetFocus'設置清除按鍵為焦點

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'窗口啟動后，除了壓力角默認為20°，其余文本框全部清空

End Sub

4 總結與展望

本文分析了簡單介紹了VB軟件以及齒輪行業發展現狀，介紹了直齒圓柱齒輪參數化設計過程，研究了利用Visual Basic軟件開發出一套軟件設計計算直齒圓柱齒輪參數。這套軟件實現了方便機械設計現場工程師快速設計分析齒輪的各參數的功能。

本文及本設計仍然有缺陷，對于斜齒輪、圓錐齒輪、變位齒輪的參數化設計，本次設計尚不能滿足，對于直齒圓柱的設計過程，本軟件可以配合AutoCAD軟件開發出自動生成工程圖的功能，期待后續繼續研究。

參考文獻：

[1]劉瑞新.Visual Basic程序設計教程[M].（第5版）.北京：中國工信出版集團，2017.

[2]李曉菊，王小丹，何澤雨.淺析齒輪行業的發展現狀、問題及趨勢[J].內燃機與配件，2018（13）：158-159.