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1設(shè)計(jì)平臺(tái)的選擇及參數(shù)化建模方法
本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是利用SolidW orks所支持的二次開發(fā)語言V isual Basic 610語言來完成開發(fā)的。VB與SolidW orks有機(jī)地結(jié)合成一體，可以直接調(diào)動(dòng)SolidW orks A P I （用戶的二次開發(fā)接口）。VB語言規(guī)則簡單、功能齊全、使用簡捷，用戶只需掌握幾個(gè)關(guān)鍵詞就可以建立應(yīng)用程序。而SolidW orks是一套基于W indow s的CAD CA E CAM PDM桌面集成系統(tǒng)，它具有豐富的零件實(shí)體建模功能，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化CAD軟件的設(shè)計(jì)流程，而且為方便用戶進(jìn)行開發(fā)，SolidW orks通過COM技術(shù)提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)接口（A P I） ，為程序員提供了直接訪問SolidW orks的能力。本系統(tǒng)運(yùn)用了SolidW orks所支持的VB語言，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的參數(shù)輸入對(duì)話框、計(jì)算結(jié)果對(duì)話框等程序界面，成功完成了用對(duì)話框進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)作直觀、清晰、科學(xué)、準(zhǔn)確。
在漸開線圓柱齒輪三維模型的建立過程中采用了參數(shù)化方法。在SolidW orks中，參數(shù)化建模主要通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：①利用已有的模型，通過修改模型參數(shù)的方法得到需要的模型，稱為參數(shù)修改法建模（或尺寸驅(qū)動(dòng)建模法）；②用編程實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，即用戶根據(jù)需要直接用程序生成需要的模型，稱為完全程序化參數(shù)建模（或程序驅(qū)動(dòng)建模法） ，這一方法的主要特點(diǎn)是，如果要修改圖形，一般要重新運(yùn)行一遍應(yīng)用程序，當(dāng)應(yīng)用程序輸入不同值，便生成不同的圖形。前者比較適用于具有簡單幾何約束的零件設(shè)計(jì)，對(duì)于有多驅(qū)動(dòng)尺寸的復(fù)雜零部件，其操作復(fù)雜度也明顯提高，從而降低了設(shè)計(jì)效率。后者則比較靈活，一般要經(jīng)過尺寸參數(shù)化處理、程序編制等過程。本系統(tǒng)采用了第二種方法，即完全程序化參數(shù)建模方法。
2漸開線圓柱齒輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成及功能
本文所開發(fā)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以功率較大的閉式齒輪傳動(dòng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行，再以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)系統(tǒng)共分三個(gè)模塊。
第一個(gè)模塊是齒輪的幾何尺寸與特性參數(shù)計(jì)算部分。本系統(tǒng)把幾何計(jì)算作為一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算模塊，可以為一些非設(shè)計(jì)用戶提供計(jì)算條件，只要給定一些齒輪的主要尺寸便可以計(jì)算出齒輪的其它相關(guān)幾何參數(shù)；第二個(gè)模塊是設(shè)計(jì)計(jì)算和校核部分，即經(jīng)過初步的賦值與選項(xiàng)，系統(tǒng)計(jì)算出初始的數(shù)據(jù)，在計(jì)算出初步參數(shù)的基礎(chǔ)上，選定符合要求的設(shè)計(jì)模數(shù)后重新進(jìn)行計(jì)算，確定設(shè)計(jì)尺寸后做校核計(jì)算，以確定最終的齒輪各項(xiàng)參數(shù)；第三個(gè)模塊是繪圖部分，在設(shè)計(jì)校核完成后，選擇進(jìn)入繪圖部分，輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)后，自動(dòng)完成所設(shè)計(jì)的齒輪副的零件圖。
設(shè)計(jì)程序包括齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算、校核計(jì)算和繪圖程序，以及對(duì)話框的驅(qū)動(dòng)程序。整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖部分均用對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)輸入，在設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)問題或者計(jì)算校核后，均由對(duì)話框提示各種結(jié)果。漸開線圓柱齒輪快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計(jì)和校該子系統(tǒng)中，程序用VB語言編寫，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。如果校核結(jié)果滿足強(qiáng)度要求，則程序結(jié)束，并輸出設(shè)計(jì)的主要參數(shù)供建模系統(tǒng)調(diào)用，否則，返回初步設(shè)計(jì)系統(tǒng)，重新確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。
設(shè)計(jì)繪圖子系統(tǒng)的程序包括漸開線直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩個(gè)繪圖模塊，通過調(diào)用文檔或者輸入上一步確定的齒輪主要參數(shù)直接進(jìn)行三維建模。
3程序運(yùn)行及結(jié)果分析
在VB環(huán)境下對(duì)程序進(jìn)行加載，首先激活的是“圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算初始環(huán)境設(shè)定”的對(duì)話框，如圖2所示。按設(shè)計(jì)要求在對(duì)話框中選擇或輸入齒輪材料及熱處理、硬度、額定功率、小齒輪轉(zhuǎn)速、初始小齒輪齒數(shù)、齒輪傳動(dòng)比、精度等級(jí)、動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)的工作特性等基本參數(shù)，所有參數(shù)輸入或者選擇完畢后，點(diǎn)擊“幾何計(jì)算”，開始計(jì)算。在選擇和輸入?yún)?shù)過程中，如果有遺漏，則系統(tǒng)將彈出提示對(duì)話框，要求重新輸入或重新選擇。齒輪的幾何尺寸及特性參數(shù)計(jì)算結(jié)果以窗口形式顯示出來并存入相關(guān)文檔。然后點(diǎn)擊強(qiáng)度校核按鈕，傳入相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行強(qiáng)度校核。在小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度以及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，初步設(shè)計(jì)取得成功，否則設(shè)計(jì)需重新開始。在得到初步計(jì)算結(jié)果后，需要設(shè)計(jì)者按照系列化的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來選定所需要的模數(shù)（當(dāng)然，對(duì)于特殊情況，用戶也可以選擇非標(biāo)準(zhǔn)化的模數(shù)值） ，系統(tǒng)重新進(jìn)行計(jì)算并得出大、小齒輪的各部分尺寸。點(diǎn)擊校核按鈕后，經(jīng)過校核計(jì)算后如果設(shè)計(jì)成功，則系統(tǒng)結(jié)束，返回初始界面，選擇繪圖種類，點(diǎn)擊繪圖按鈕進(jìn)行圖形繪制。
在設(shè)計(jì)校核成功后進(jìn)入齒輪繪圖參數(shù)設(shè)定階段時(shí)，需要根據(jù)界面要求輸入齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)，如所示，用戶可根據(jù)提示輸入齒輪副中的相關(guān)尺寸參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模。進(jìn)入具體的繪圖階段時(shí)，根據(jù)提示，需要確定輪軸的鍵槽寬度和深度，程序會(huì)根據(jù)給定的軸徑和鍵連接標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)確定出鍵槽寬度和深度進(jìn)行繪制。
4漸開線圓柱齒輪的三維造型
411漸開線齒廓的繪制
由于SolidW orks沒有直接用于繪制漸開線的命令，所以必須借助于相應(yīng)的程序生成用于參數(shù)化設(shè)計(jì)的漸開線齒廓。
通過齒輪中心建立直角坐標(biāo)系，以基圓與x軸的交點(diǎn)為漸開線的起點(diǎn)，設(shè)漸開線上任意點(diǎn)
。
根據(jù)漸開線直角坐標(biāo)參數(shù)方程式（1） ，經(jīng)過計(jì)算求得漸開線上一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值，并通過VB編程，就可以繪制出端面齒廓一側(cè)的漸開線。部分程序代碼由于端面兩側(cè)齒廓形狀一致，所以端面另一側(cè)齒廓繪制同上一步。但是如果是斜齒輪，端面兩側(cè)的齒廓對(duì)應(yīng)一定的螺旋角，所以要找到鏡像軸，齒廓相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)一定的角度。
齒廓的其余部分由平行的直線及過渡圓弧組成。
當(dāng)畫出齒廓所有組成部分后，便得到齒廓曲線。
412生成圓柱齒輪
首先建立基準(zhǔn)面，通過輪廓線與基圓柱面上的三交點(diǎn)建立參考基準(zhǔn)面，然后在基準(zhǔn)面上畫出分別與兩輪廓穿透的掃描路徑，然后通過掃描或放樣生成單個(gè)輪齒。最后，通過特征鏡像復(fù)制得到全部輪齒。生成實(shí)例。
5結(jié)語
從運(yùn)行實(shí)例可以看出，基于SolidW orks的漸開線圓柱齒輪快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)以現(xiàn)代快速設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，充分利用了SolidW orks的功能模塊，實(shí)現(xiàn)了漸開線圓柱齒輪副的快速設(shè)計(jì)和參數(shù)化實(shí)體造型，計(jì)算快捷、設(shè)計(jì)方便、繪圖準(zhǔn)確，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。
