基于SolidWorks的渐开线斜齿轮_锥齿轮参数化设计

2010第 4期 总第 197期现代制造技术与装备 SolidWorks 提供了几百个 API 函数，这些 API 函数是 SolidWorks 的 OLE 或 COM 接 口 ， 用 户 可 以 使 用 VB＼C++＼Delphi 等高级语言对 SolidWorks 进行二次开 发，建立适合用户需要的、专用的 SolidWorks 功能模块。渐 开线齿轮机构是机械产品中应用最广泛的一种传动机 构，本文在 SolidWorks 平台上利用 VB6.0 进行二次开发， 实现了渐开线斜齿轮、直齿圆锥齿轮的参数化设计，使齿 轮三维实体建模的过程变得方便、快捷。 1 渐开线斜齿轮参数化设计 1.1 斜齿轮齿形的绘制 渐开线斜齿轮齿形由两部分组成：工作部分和非工 作部分。工作部分的齿形为渐开线，而非工部分采用过渡 圆弧。齿形的绘制一般采用描点法，根据渐开线齿廓公式 计算求得多个齿形坐标点的值后，利用 SolidWorks 样条曲 线 API 函数 CreateSpline，来绘制光滑渐开线曲线。 渐开线部分的齿形建立坐标系如图 1 所示。 渐开线齿廓上任意 M 点的坐标： x=rxsinwx y=rxcoswx ! 式中：wx 为渐开线任意 M 点的齿间中心半角，rx 为 M 点的半径。wx 按下式计算： wx=w0+θx=w0+invαx= Pb 2 -Sb 2 rb +tanαx-αx =π 2z -tanα+α+tan(arccosrb rx )-arccosrb rx 式中：w0为基圆齿间中心半角，θx为渐开线任意 M 点的展角，αx为渐开线任意 M 点的压力角，Pb为基圆齿 距，Sb为基圆齿厚，α 为分度圆上的压力角，z 为齿轮齿 数，rb为基圆半径。 1.2 斜齿轮斜齿造型 斜齿轮齿面为渐开线螺旋面，不同截面上齿形不同， 斜齿轮的端面渐开线齿廓可参照上述方法建立。渐开线 斜齿轮三维造型中齿廓是按照螺旋线方向扫描的，螺旋 线的螺距是需要求出的。本文中采用求分度圆的螺距在 SolidWorks 构建螺旋线。螺距 Pz按下式计算： Pz= πd tanβ 式中：β 为斜齿轮分度圆柱面上的螺旋角，d 为分度 圆直径。 1.3 斜齿轮参数化设计模块 在 SolidWorks 中，齿轮参数化建模主要通过程序驱动 建模法，即用编程实现参数化设计，生成需要的模型。 Solidworks 提供了 API 编程接口，我们通过在 VB6.0 程序 中调用 SolidWorks 的接口指针获得它各个对象层次的属 性和方法完成齿轮三维造型。基于 VB6.0 开发的渐开线 斜齿轮参数化设计界面如图 2 所示。 参数化设计核心程序代码如下： Dim swApp As SldWorks.SldWorks Dim swModel As SldWorks.ModelDoc2 Dim boolstatus As Boolean Set swApp = CreateObject（"Sldworks.Application"） ‘创建或获取 SldWorks 对象 基于 SolidWorks的渐开线斜齿轮、锥齿轮 参数化设计 魏 勇 1 沈占彬 1 邬向伟 2 （1.平顶山工业职业技术学院，平顶山 467001;2.中州大学 ,郑州 450000） 摘 要：利用 VB6.0 程序设计语言和 SolidWorks API 编程接口，实现了 SolidWorks平台上渐开线斜齿轮、锥 齿轮参数化设计，提高了齿轮设计的效率和精度。 关键词：SolidWorks 二次开发 VB 齿轮 参数化设计 图 1 渐开线齿形坐标 X M（X，Y） ωx ωo rb rx ra θx αx Y 基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（2010C460006）。 24 图 7 渐开线直齿圆锥齿轮参数化设计界面 …… ‘求斜齿轮螺距 Pz，创建螺旋线并扫描 Pz = Pi * D / Ta（beta） swModel.CreateCircleVB 0, 0, 0, D/ 2 swModel.InsertHelix False, True, False, True, 2, Hd, Pz, Hd, 0, 1.570796326795 boolstatus = swModel.Extension.SelectByID （" 草图 2", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 1, Nothing） boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 螺旋线 / 涡 状线1", "REFERENCECURVES", 0, 0, 0, True, 4, Nothing） Set SweepFeature = swModel.FeatureManager.Insert- CutSwept2（False, True, 0, False, False, 0, 0, False, 0, 0, 0, 0, 1, 1） …… ‘轮齿特征圆周阵列 boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 切除 - 拉 伸 1", "BODYFEATURE", -0, 0, 0, False, 4, Nothing） boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 基准轴 1", "AXIS", 0, 0, 0, True, 1, Nothing） swModel.FeatureCirPattern CZ, 2 * Pi / CZ, False, "NULL" boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 阵列(圆周) 1", "BODYFEATURE", 0, 0, 0, False, 0, Nothing） …… 图 3 为参数化设计程序自动生成的法面模数 M=12mm，齿数 Z1=21，螺旋角 beta=8°，厚度 Hd=30mm 的 左旋斜齿轮。 2 渐开线直齿圆锥齿轮参数化设计 2.1 圆锥齿轮齿体的生成 锥齿轮的基本齿体如图 4 所示，可以通过图中数据， 求出 1-6 点的二维坐标，然后在 SolidWorks 系统中建立多 边形 1-2-3-4-5-6 草图，通过绕 x 轴旋转得到圆锥齿轮齿 体。图中 R 为锥距，B 为齿宽，thd 为齿根角，roth 为分锥角。 2.2 锥齿轮齿形的绘制 渐开线直齿锥齿轮的齿廓曲线绘制方法和斜齿轮的 道理相同，但只有在背锥上的齿廓曲线为渐开线，因而锥 齿轮的渐开线应建立在和锥齿轮曲面相切的基准面上且 应采用当量齿数进行计算。 过原点在右视基准面中作直线，以右视基准面和该 直线为参考建立基准面 1，和右视基准面夹角等于分锥 角。建立基准面 2 平行基准面 1 且距离等于锥距。在基准 面 2 上利用当量齿数参照图 1 进行计算并利用 VB6.0 编 程绘制齿形曲线，建好的轮齿齿形如图 5 所示。 2.3 锥齿轮锥齿造型 在基准面 1 上过圆点作一个直径为 0.001mm 的圆， 利用该圆和基准面 2 的齿形曲线进行切除放样，建立一个 锥齿，如图 6 所示。然后进行圆周阵列得到完整的锥齿轮。 2.4 直齿锥齿轮参数化设计模块 基于 VB6.0 开发的渐开线直齿锥齿轮参数化设计界 面如图 7 所示。 参数化设计核心代码如下： …… ‘根据绘制的草图，旋转生成锥齿轮实体 boolstatus = swModel.Extension.SelectByID （" 草图 1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing) boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 直线 1@ 草 图 1", "EXTSKETCHSEGMENT", 0, 0, 0, True, 4, Nothing) 图 2 渐开线斜齿轮参数化设计界面 图 3 程序自动生成的 斜齿轮三维图 图 4 锥齿轮齿体坐标 Y R B 2 1 thdthd 6 roth 5 4 3 0 X 图 5 基准面 2 上建立齿形曲线 图 6 切除放样建立锥齿 设 计 与 研 究 25 2010第 4期 总第 197期现代制造技术与装备 （上接第 23 页） [4] 机械优化设计遗传算法 [M]. 陈伦军等编著 . 北京 : 机械工业 出版社 , 2006, 173- 176. [5] 郭仁生．机械优化设计 [M].北京：机械工业出版社，2004. [6] 梁尚明，殷国富．现代机械优化设计方法 [M].北京：化学工 业出版社，2005. Optimal Design of Bevel Gear Reducer Based on Ge- netic Algor ithm DU Haixia （School of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technol- ogy , Hanzhong, Shaanxi 723003, China） Abstract : This paper establishes the target function and design variable which are used to design the gear reducer optimally. Restric- tion equation is obtained by establishing restriction function. The opti- mal design uses the method of generic algorithms. Finally, the opti- mization design is presented with the help of Matlab Optimization Tool- box, The result manifests that the effect of the optimal design is nota- bility. Key words: reducer，optimal design，generic algorithms，bevel gear swModel.FeatureManager.FeatureRevolve 2 * Pi, False, 0, 0, 0, 1, 1, 1 swModel.SelectionManager.EnableContourSelection = 0 ‘建立基准面 1 和基准面 boolstatus = swModel.Extension.SelectByID（" 直线 1@ 草 图 2", "EXTSKETCHSEGMENT", 0.06240616382877, 0, 0, True, 0, Nothing) boolstatus = swModel.Extension.SelectByID(" 右视基准面 ", "PLANE", 0, 0, 0, True, 0, Nothing) swModel.CreatePlaneAtAngle3 roth, False, True boolstatus = swModel.Extension.SelectByID(" 基准面 1", "PLANE", 0, 0, 0, False, 0, Nothing) swModel.CreatePlaneAtOffset3 R, False, True …… ‘切除放样，生成锥齿 boolstatus = swModel.Extension.SelectByID (" 草图 3", "SKETCH", 0, 0, 0, True, 0, Nothing) boolstatus = swModel.Extension.SelectByID (" 草图 4", "SKETCH", 0, 0, 0, True, 0, Nothing) swModel.FeatureManager.InsertCutBlend 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1 …… 图 8 为参数化设计程序自动生成的大端模数 M=12mm，z1=21（配对的锥齿轮 z2=30） 的渐开线直齿锥齿 轮。 3 结束语 本文介绍了在 SolidWorks 中利用二次开发技术实现 了渐开线斜齿轮、直齿锥齿轮的参数化设计，不但大大缩 短设计周期，而且为进一步模拟装配、运动仿真、有限元 分析奠定基础。 参考文献 [1] 魏勇 ,邬向伟 . 基于 SolidWorks 的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 零件库二次开发 [J].现 代制造技术与装备 ,2009,（2）. [2] 魏勇 ,邬向伟 ,周文洲 . 基于 SolidWorks 二次开发技术的渐开 线齿轮参数化设计 [J].煤矿机械 ,2009（6）. [3] 江洪 ,魏峥 ,王涛威等 . SolidWorks 二次开发实例解析 [M].北 京 :机械工业出版社 ,2004. [4] 孙桓 ,陈作模 . 机械原理[M].北京 :高等教育业出版社 ,2003. Involute Helical Gear and Straight Bevel Gear Param- eter ization Design Based on SolidWorks WEI Yong1 ,SHEN Zhanbin1 ,WU Xiangwei2 （1.Mechanical Engineering department, Pingdingshan Industrial College of Technology, Pingdingshan 467001,Henan,CHN;2.Zhongzhou University, Zhengzhou 450000） Abstract : By using VB6.0 programming language and SolidWorks API, accomplished parameterization design in involute Helical Gear and Straight Bevel Gear based on SolidWorks platform. It greatly improved the efficiency and precision of gear designing. Key words：SolidWorks，further development，VB，Gear，parame- terization design 图 8 程序自动生成的直齿锥齿轮 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 26