基于SolidWorks 2006 的漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

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1、摘 要 齒輪作為最重要的基礎(chǔ)傳動(dòng)部件被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石化、煤炭、水電等行業(yè)。在齒輪設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中,需要大量的分析、計(jì)算和繪圖工作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使齒輪設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件可迅速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定、比較、分析和繪圖，為生產(chǎn)企業(yè)以高技術(shù)、高質(zhì)量、低成本占領(lǐng)市場(chǎng)提供技術(shù)保障。 本文論述了利用VB6.0作為開(kāi)發(fā)工具，調(diào)用Solidworks API函數(shù)對(duì)Solidworks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)精確漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)，同時(shí)以插件的形式實(shí)現(xiàn)了與Solidworks軟件的無(wú)縫集成，從而提高了齒輪三維造型的速度和效率。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)生成的齒輪實(shí)體，另

2、存為IGS格式文件導(dǎo)入ANSYS軟件，根據(jù)齒輪的工作情況及失效形式,建立有限元分析模型,對(duì)齒根最大彎曲應(yīng)力有限元分析。最后利用IGS格式文件生成的MCX格式文件，在Mastercam X4軟件中利用數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)對(duì)齒輪齒廓進(jìn)行數(shù)控線切割加工指令程序的編制，并進(jìn)行數(shù)控加工仿真。本論文在solidworks平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)精確漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程，對(duì)同類(lèi)零件的快速設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。 關(guān)鍵詞: 精確漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪 VB Solidwork二次開(kāi)發(fā) 有限元分析 數(shù)控加工仿真

3、 Abstract As the most important foundation of transmission components, gear` are widely used in machinery, metallurgy, petrochemical, coal, electricity, etc. Gear design and production process needs a large number of analysis, calculation and mapping work. With the rapid development of computer t

4、echnology, gear designers by computer and the corresponding software can be quickly and efficiently and accurately to confirm, compare, analyze and draw the design proposal, which provide technical support for production enterprise occupy market with high technology, high quality and low cost. This

5、 paper discusses using the development tools of VB6.0 to call API function of Solidworks for secondary development realize the parametric design of precise involute gear, and meanwhile forming the plug-in to achieve seamless integration with the Solidworks software, so it will improve designing the

6、three-dimensional model of gear speedy and efficiently. By using the parametric design of gear entity saved as IGS format file import ANSYS software. According to the working conditions and gear failure form build analysis model of finite element to analyze the maximum bending stress of gear root. F

7、inally, using the MCX format file which generated by the IGS format file program CNC cutting machining instructions of gear tooth profile under the technology of CNC automatic programming, and go on NC machining simulation in the Mastercam X4 software. on the platform of solidworks achieving the met

8、hod and process of the precise involute gear parameter design have the reference of the rapid design of similar parts. Key words: precise involute gear VB Solidwork redevelop ansys finite element analysis NC machining simulation 目 錄 摘 要 I Abstract II

9、 第一章 緒 論 1 1.1 課題背景與來(lái)源 1 1.2 SolidWorks軟件簡(jiǎn)介 1 1.2.1 功能描述 1 1.3 CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及意義 2 1.3.1 目前國(guó)內(nèi)外流行的CAD/CAM 軟件 2 1.3.2 國(guó)內(nèi)齒輪傳動(dòng)制造行業(yè)現(xiàn)狀 5 1.4 本論文研究的主要問(wèn)題與設(shè)計(jì)思路 6 第二章 二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)及語(yǔ)言 7 2.1二次開(kāi)發(fā)的概念 7 2.1.1 二次開(kāi)發(fā)的一般方法 7 2.1.2 SolidWorks二次開(kāi)發(fā)能實(shí)現(xiàn)的功能 7 2.2 二次開(kāi)發(fā)介紹 7 2.2.1 二次開(kāi)發(fā)的特點(diǎn) 7 2.2.2支撐軟件的選擇 8 2.2.3

10、二次開(kāi)發(fā)編程工具的選擇 8 2.2.4 開(kāi)發(fā)的思路 8 第三章 基于SolidWorks的漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì) 10 3.1.2 漸開(kāi)線的性質(zhì) 10 3.1.3 齒輪單齒輪廓線形成 11 3.2 二次開(kāi)發(fā)調(diào)用函數(shù) 11 3.2.1 調(diào)用函數(shù)的關(guān)系 11 3.2.2 定義接口函數(shù) 11 3.3 參數(shù)化數(shù)學(xué)模型 12 3.3.1驅(qū)動(dòng)參數(shù)界面設(shè)計(jì) 13 3.3.2 建模程序 14 3.3.3 插件加載 24 第四章 有限元分析 27 4.1有限單元法簡(jiǎn)介 27 4.1.1 有限單元法分析計(jì)算的基本思路和做法 27 4. 2 ANSYS簡(jiǎn)介 29 4.2

11、.1 ANSYS的發(fā)展 29 4.2.2 ANSYS的功能 29 4.3 單齒輪的有限元分析 30 4.4 小結(jié) 38 第五章 數(shù)控加工仿真 39 5.1 數(shù)控仿真技術(shù) 39 5.1.1 計(jì)算機(jī)仿真的概念及應(yīng)用 39 5.1.2 數(shù)控仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀 39 5.2 數(shù)控編程的基本概念 41 5.2.1 數(shù)控編程及其發(fā)展 41 5.2.2 數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況 41 5.3 NC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀 42 5.3.1 基于點(diǎn)、線、面和體的NC刀軌生成方法 42 5.3.2 基于特征的NC刀軌生成方法 42 5.4 線切割加工的基礎(chǔ)知識(shí) 43 5.4

12、.1 線切割加工的原理 43 5.4.2線切割加工的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 43 5.5 基于Mastercam X4軟件的齒輪數(shù)控加工仿真 44 5.5.1 線切割加工模型采用已在SolidWorks中創(chuàng)建好的漸開(kāi)線齒輪模型 44 5.5.2 定義線切割加工工序 44 5.5.3 設(shè)置齒輪輪廓線為線切割路徑，生成刀位數(shù)據(jù)文件 45 5.5.4 后置處理 47 5.5.5 NC代碼生成 47 5.6 小結(jié) 48 結(jié) 論 49 致 謝 50 參考文獻(xiàn) 51 附 表 52

13、 第一章 緒 論 1.1 課題背景與來(lái)源 齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。齒輪傳動(dòng)一般是一對(duì)齒輪分別安裝在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上，利用兩齒輪輪齒相互嚙合以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，它廣泛地運(yùn)用在傳動(dòng)、變速、聯(lián)接等各類(lèi)現(xiàn)代機(jī)器中。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、圓周速度高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、實(shí)用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點(diǎn)。因此，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。由于齒輪在工業(yè)發(fā)展中的突出地位，致使齒輪

14、被公認(rèn)為工業(yè)化的一種象征。漸開(kāi)線齒輪由于傳動(dòng)比準(zhǔn)確,傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛。由于漸開(kāi)線齒廓的復(fù)雜性，一般的CAD軟件只能利用直線或圓弧擬合漸開(kāi)線，很難造出精確的漸開(kāi)線齒廓，Solidworks可方便地解決此問(wèn)題。 齒輪在機(jī)械行業(yè)中的廣泛應(yīng)用,使得齒輪的設(shè)計(jì)和加工顯得尤為重要.隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展,齒輪的數(shù)控加工技術(shù)也在迅速提高,但在系統(tǒng)操作的人性化和易用性方面并非完全盡人意.例如具有三維設(shè)計(jì)和制造功能的優(yōu)秀軟件之一的Pro/Engineer(以下簡(jiǎn)稱(chēng)Pro/E)系統(tǒng),仍需要人機(jī)交互地建立制造模型,選擇加工方法,指定各種特征幾何參數(shù),填寫(xiě)刀具參數(shù)表等,才能生成刀位軌跡

15、和NC代碼,且缺乏與CAPP的信息集成,使CAD/CAPP/CAM的信息集成出現(xiàn)斷流.CAPP產(chǎn)生的工藝信息無(wú)法直接、自動(dòng)地為CAM模塊所使用.這些都對(duì)操作人員的水平要求高,交互復(fù)雜。 1.2 SolidWorks軟件簡(jiǎn)介 Solidworks公司是專(zhuān)業(yè)從事三維機(jī)械設(shè)計(jì)、工程分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件開(kāi)發(fā)和營(yíng)銷(xiāo)的跨國(guó)公司，其軟件產(chǎn)品Solidworks提供一系列的三維（3D）設(shè)計(jì)產(chǎn)品，幫助設(shè)計(jì)師減少設(shè)計(jì)時(shí)間，增加精確性，提高設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，并將產(chǎn)品更快推向市場(chǎng)。 1.2.1 功能描述 1.2D到3D轉(zhuǎn)換工具 將2D工程圖拖到SolidWorks工程圖中的功能；支持包括外部參考的可重復(fù)使

16、用2D幾何；視圖折疊工具，可以從DWG資料產(chǎn)生3D模型。 ? 2.內(nèi)置零件分析 測(cè)試零件設(shè)計(jì)，分析設(shè)計(jì)的完整性。 ? 3.機(jī)器設(shè)計(jì)工具 具有整套熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和文件工具，以及完全關(guān)聯(lián)的鈑金功能。 ? 4.模具設(shè)計(jì)工具 測(cè)試塑料射出制模零件的可制造性。 ? 5.消費(fèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具 保持設(shè)計(jì)中曲率的連續(xù)性，以及產(chǎn)品薄壁的內(nèi)凹零件，可加速消費(fèi)性產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 ? 6.對(duì)現(xiàn)成零組件的線上存取 讓3D CAD系統(tǒng)使用者透過(guò)市場(chǎng)上領(lǐng)先的線上目錄使用現(xiàn)在的零組件。 ? 7.模型組態(tài)管理 在一個(gè)文件中產(chǎn)生零件或零組件模型的多個(gè)設(shè)計(jì)變化，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的重復(fù)使用。 ? 8.零件模型建構(gòu) 利用伸長(zhǎng)

17、、旋轉(zhuǎn)、薄件特征、進(jìn)階薄殼、特征復(fù)制排列和鉆孔來(lái)產(chǎn)生設(shè)計(jì)。 ? 9.曲面設(shè)計(jì) 使用有導(dǎo)引曲線的疊層拉伸和掃出產(chǎn)生復(fù)雜曲面、填空鉆孔，拖曳控制點(diǎn)以進(jìn)行簡(jiǎn)單的相切控制。直觀地修剪、延伸、圖化、縫織曲面、縮放和復(fù)制排列曲面。 1.3 CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及意義 1.3.1 目前國(guó)內(nèi)外流行的CAD/CAM 軟件 CAD/CAM技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，先后走過(guò)大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微機(jī)時(shí)代，每個(gè)時(shí)代都有當(dāng)時(shí)流行的CAD/CAM軟件。現(xiàn)在，工作站和微機(jī)平臺(tái)CAD/CAM軟件己經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，并且出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀、比較流行的商品化軟件，下面分別介紹國(guó)內(nèi)外一些流行的軟件。 (1) 國(guó)外

18、軟件有: ① Unigraphics( UG) UG是Unigraphics Solutions公司的產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，使得UG被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。 UG最早應(yīng)用于美國(guó)麥道飛機(jī)公司。它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來(lái)的軟件。90年代初，美國(guó)通用汽車(chē)公司選中UG作為全公司的CAD/CAE/CAM/CIM 主導(dǎo)系統(tǒng)，這進(jìn)一步推動(dòng)了UG 的發(fā)展。1997年10月Unigraphics Solutions公司與Intergrap

19、h公司簽約，合并了后者的機(jī)械CAD產(chǎn)品，將微機(jī)版的SOLIDEDGE軟件統(tǒng)一到Parasolid平臺(tái)上。由此形成了一個(gè)從低端到高端，兼有Unix工作站版和 Windows NT微機(jī)版的較完善的企業(yè)級(jí)CAD/CAE/CAM/PDM集成系統(tǒng)。 ② SOLIDEDGE SOLIDEDGE是真正的Windows軟件。它不是將工作站軟件生硬地搬到Windows平臺(tái)上，而是充分利用Windows基于組件對(duì)象模型(COM)的先進(jìn)技術(shù)重寫(xiě)代碼。SOLIDEDGE與Microsoft Office兼容，與Windows的OLE技術(shù)兼容，這使得設(shè)計(jì)師們?cè)谑褂肅AD系統(tǒng)時(shí)，能夠進(jìn)行Windows下字處理、電子報(bào)

20、表、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等。 SOLIDEDGE具有友好的用戶界面，它采用一種稱(chēng)為Smart Ribbon的界面技術(shù)，用戶只要按下一個(gè)命令按鈕，既可以在Smart Ribbon上看到該命令的具體的內(nèi)容和詳細(xì)的步驟，同時(shí)在狀態(tài)條上提示用戶下一步操作。 SOLIDEDGE是基于參數(shù)和特征實(shí)體造型的新一代機(jī)械設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，它是為設(shè)計(jì)人員專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，易于理解和操作的實(shí)體造型系統(tǒng)。 ③ AutoCAD AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品。Autodesk公司是世界第四大PC軟件公司.目前在CAD/CAE/CAM工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，該公司是擁有全球用戶量最多的軟件供應(yīng)商，也是全球規(guī)模最大的基于PC平臺(tái)

21、的CAD和動(dòng)畫(huà)及可視化軟件企業(yè)。Autodesk公司的軟件產(chǎn)品已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、影視制作、視頻游戲開(kāi)發(fā)以及Web網(wǎng)的數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)等重大領(lǐng)域。 AutoCAD是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，它具有強(qiáng)大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開(kāi)發(fā)等功能，同時(shí)有部分三維功能。AutoCAD提供Auto LISP、ADS、ARX作為二次開(kāi)發(fā)的工具。在許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中，一些軟件開(kāi)發(fā)商在AutoCAD的基礎(chǔ)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多符合實(shí)際應(yīng)用的軟件。 ④ MDT MDT是 Autodesk公司在PC平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的三維機(jī)械CAD系統(tǒng)。它以三維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，集設(shè)計(jì)、分析、制造以及文檔

22、管理等多種功能為一體，為用戶提供了從設(shè)計(jì)到制造一體化的解決方案。MDT的推出受到廣大用戶的普遍歡迎，由于該軟件與AutoCAD 同時(shí)出自Autodesk公司，因此兩者完全融為一體，用戶可以方便地實(shí)現(xiàn)三維向二維的轉(zhuǎn)換。MDT為AutoCAD用戶向三維升級(jí)提供了一個(gè)較好的選擇。 ⑤ SolidWorks SolidWorks是生信國(guó)際有限公司推出的基于Windows的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。生信公司是一家專(zhuān)業(yè)化的信息高速技術(shù)服務(wù)公司，在信息和技術(shù)方面一直保持與國(guó)際CAD/CAE/CAM/ PDM市場(chǎng)同步。該公司提倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)”是以

23、Windows為平臺(tái)，以SolidWorks為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等。Solid Works是基于Windows平臺(tái)的全參數(shù)化特征造型軟件，該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中，具有更加友好的界面和更為大眾化的運(yùn)行環(huán)境，用戶上手快， 同時(shí)它的價(jià)格僅是其余相應(yīng)軟件價(jià)格的1/4～1/5。 ⑥ Cimatron Cimatron CAD/CAM系統(tǒng)是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型、工程繪圖，全面的

24、數(shù)控加工，各種通用、專(zhuān)用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。 Cimatron CAD/CAM系統(tǒng)自從80年代進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，在國(guó)際上的模具制造業(yè)備受歡迎。1994年北京宇航計(jì)算機(jī)軟件有限公司(SACS)開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣Cimatron軟件，從8版本起進(jìn)行了漢化，以滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)不同層次技術(shù)人員應(yīng)用需求。 ⑦ Pro/Engineer Pro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(PTC)的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念己成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。利用該概念開(kāi)發(fā)出來(lái)的第三代

25、機(jī)械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品—Pro/Engineer軟件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程。 Pro/Engineer系統(tǒng)具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，它的用戶界面簡(jiǎn)潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣，容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上，具有完整而統(tǒng)一的模型。Pro/Engineer建立在工作站上，系統(tǒng)獨(dú)立于硬件，便于移植。 ⑧ I-DEAS I-DEAS 是美國(guó)SDRC公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM軟件。該公司是國(guó)際上著名的機(jī)械 CAD/CAE /CAM公司，許

26、多著名公司，如波音、索尼、三星、現(xiàn)代、福特等公司均是SDRC公司的大客戶和合作伙伴。I-DEAS 是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)，它可以在單一數(shù)字模型中，完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè)試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程。I-DEAS是全世界制造業(yè)用戶廣泛應(yīng)用的大型CAD/CAE/CAM軟件。I-DEAS在CAD/CAE一體化技術(shù)方面一直雄居世界榜首，軟件內(nèi)含諸如結(jié)構(gòu)分析、熱力分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、耐久性分析等真正提高產(chǎn)品性能的高級(jí)分析功能。 SDRC 也是全球最大的專(zhuān)業(yè)CAM軟件生產(chǎn)廠商。I-DEASCAMAND是CAM行業(yè)的頂級(jí)產(chǎn)品。I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)

27、，可以從簡(jiǎn)單的2軸、2.5軸加工到以7軸5聯(lián)動(dòng)方式來(lái)加工極為復(fù)雜的工件表面，并可以對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化。 (2)國(guó)內(nèi)軟件有: ①高華CAD 高華CAD是由北京高華計(jì)算機(jī)有限公司推出的CAD產(chǎn)品。該公司是由清華大學(xué)和廣東科龍(容聲)集團(tuán)聯(lián)合創(chuàng)建的一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事CAD/CAM/PDM/MIS集成系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)、推廣、應(yīng)用、銷(xiāo)售和服務(wù)的專(zhuān)業(yè)化高技術(shù)企業(yè)。 高華CAD系列產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)輔助繪圖支撐系統(tǒng)GH Drafting、機(jī)械設(shè)計(jì)及繪圖系統(tǒng)GHMDS、工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)GHCAPP、三維幾何造型系統(tǒng)GHGEMS、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)GHPDMS及自動(dòng)數(shù)控編程系統(tǒng)GH

28、CAM，其中GHMDS是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng)，它具有全程導(dǎo)航、圖形繪制、明細(xì)表的處理、全約束參數(shù)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化圖素拼裝、尺寸標(biāo)注、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、圖像編輯等功能模塊。 ② CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師 CAXA 電子圖板和CAXA-ME制造工程師軟件的開(kāi)發(fā)與銷(xiāo)售單位是北京北航海爾軟件有限公司(原北京航空航天大學(xué)華正軟件研究所)。該公司是從事CAD/CAE/CAM 軟件與工程服務(wù)的專(zhuān)業(yè)化公司。CAXA電子圖板是一套高效、方便、智能化的通用中文設(shè)計(jì)繪圖軟件，可進(jìn)行零件圖、裝配圖、工藝圖表、平面包裝的設(shè)計(jì)，適合所有需要二維繪圖的場(chǎng)合，使設(shè)計(jì)人員可以把精力集中在

29、設(shè)計(jì)構(gòu)思上，徹底甩掉圖板，滿足現(xiàn)代企業(yè)快速設(shè)計(jì)、繪圖、信息電子化的要求。 CAXA-ME是面向機(jī)械制造業(yè)的自主開(kāi)發(fā)的、中文界面、三維復(fù)雜形面CAD/CAM軟件。CAXA制造工程師1.0版于1996年推出，CAXA-ME2.0版于1998年3月發(fā)布，CAXA-ME2000版業(yè)己發(fā)布。 ③ GS-CAD98 GS-CAD 98是浙江大天電子信息工程有限公司開(kāi)發(fā)的基于特征的參數(shù)化造型系統(tǒng)。該公司是國(guó)家科委高技術(shù)研究發(fā)展中心、浙江大學(xué)和中國(guó)航天總公司CAD/CAM中心在杭州聯(lián)合創(chuàng)建的高新技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用企業(yè)。大天公司集軟件開(kāi)發(fā)、工程應(yīng)用、信息系統(tǒng)集成和計(jì)算機(jī)類(lèi)產(chǎn)品銷(xiāo)售為一體，是從事CAD/C

30、APP/CAM 工程數(shù)據(jù)庫(kù)和MIS/OA的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、銷(xiāo)售和服務(wù)的專(zhuān)業(yè)化高技術(shù)公司。 GS-CAD 98是一個(gè)具有完全自主版權(quán)、基于微機(jī)、中文Windows95/NT平臺(tái)的三維CAD系統(tǒng)。該軟件是在國(guó)家“七五”重大攻關(guān)及863/CIMS主題目標(biāo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成果的基礎(chǔ)上，參照SolidWorks的用戶界面風(fēng)格及主要功能開(kāi)發(fā)完成的。它實(shí)現(xiàn)了三維零件設(shè)計(jì)與裝配設(shè)計(jì)，工程圖生成的全程關(guān)聯(lián)，在任一模塊中所做的變更，在其他模塊中都能自動(dòng)地做出相應(yīng)變更。 ④ 金銀花系統(tǒng) 金銀花(Lonicera)系統(tǒng)是由廣州紅地技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國(guó)家科委863/CIMS主題在

31、“九五”期間科技攻關(guān)的最新研究成果。該軟件主要應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中，它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)/制造一體化和自動(dòng)化。 該軟件以制造業(yè)最高國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-10303 (STEP)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，使用先進(jìn)的實(shí)體建模、參數(shù)化特征造型、二維和三維一體化、SDAI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存取接口的技術(shù),具備機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)和數(shù)控加工程序自動(dòng)生成等功能。同時(shí)還具有多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，如STEP, DXF等，支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)。 目前金銀花系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括:機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)MDA、數(shù)控編程系統(tǒng)NCP、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDS、工藝設(shè)計(jì)工具M(jìn)PP 。 ⑤ 開(kāi)目CAD 開(kāi)目CAD 是華中理工大學(xué)

32、機(jī)械學(xué)院開(kāi)發(fā)的具有自主版權(quán)的基于微機(jī)平臺(tái)的CAD和圖紙管理軟件，它面向工程實(shí)際，模擬人的設(shè)計(jì)繪圖思路，操作簡(jiǎn)便，機(jī)械繪圖效率比AutoCAD高得多。開(kāi)目CAD支持多種幾何約束種類(lèi)及多視圖同時(shí)驅(qū)動(dòng)，具有局部參數(shù)化的功能，能夠處理設(shè)計(jì)中的過(guò)約束和欠約束的情況。開(kāi)目CAD實(shí)現(xiàn)了CAD、 CAPP、CAM的集成，適合我國(guó)設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，是全國(guó)CAD應(yīng)用工程主推產(chǎn)品之一。 1.3.2 國(guó)內(nèi)齒輪傳動(dòng)制造行業(yè)現(xiàn)狀 目前，我國(guó)以上海汽車(chē)齒輪總廠、陜西法士特公司為代表的骨干齒輪制造企業(yè)和研究所，完成汽車(chē)齒輪、摩托車(chē)齒輪、工程機(jī)械齒輪傳動(dòng)、農(nóng)機(jī)齒輪、工業(yè)齒輪變速箱和高速重載齒輪、特殊專(zhuān)用齒輪傳動(dòng)、齒輪專(zhuān)用裝備

33、等各類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)引進(jìn)和消化，使我國(guó)齒輪傳動(dòng)制造業(yè)近十年得到了跨越式的發(fā)展。 首先，汽車(chē)手動(dòng)變速箱(含重、中、輕、微)，轎車(chē)變速箱，摩托車(chē)齒輪、工程機(jī)械換擋變速箱，大、中型農(nóng)機(jī)變速傳動(dòng)的配套，已經(jīng)基本立足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，基本滿足了主機(jī)廠的配套需要，并已經(jīng)有部分齒輪件出口或變速箱出口。在汽車(chē)自動(dòng)變速箱方面，目前仍被進(jìn)口產(chǎn)品控制。 其次，在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)橋、主被動(dòng)螺旋錐齒輪、直齒錐齒輪及輪邊減速機(jī)方面，大部分能滿足國(guó)內(nèi)配套需要。以東風(fēng)車(chē)橋?yàn)榇淼尿?qū)動(dòng)橋與錐齒輪產(chǎn)業(yè)正在整合重組發(fā)展，已經(jīng)看到快速發(fā)展的希望。 第三，在工業(yè)通用變速箱領(lǐng)域，SEW等一批國(guó)外獨(dú)資企業(yè)的進(jìn)入激活了中國(guó)工業(yè)通用變速箱企業(yè)為代表，在產(chǎn)品

34、系列化、模塊化、質(zhì)量與技術(shù)水平方面，最近五年有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，形成了與國(guó)際品牌的激烈競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的部分產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際水平，有部分產(chǎn)品已經(jīng)出口歐美。 第四，在高速重載齒輪傳動(dòng)制造方面，我國(guó)有已南京高精齒輪股份有限公司(南京高速齒輪箱廠)、重慶齒輪箱廠、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)、鄭州機(jī)械研究所、洛陽(yáng)中重減速機(jī)公司、沈陽(yáng)礦山減速機(jī)公司為代表的企業(yè)。這些企業(yè)在引進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中，為我國(guó)大型成套裝備配套與船舶工業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。 第五，特殊、專(zhuān)用車(chē)輪傳動(dòng)方面，如非圓齒輪、塑料齒輪、粉末冶金齒輪、小模數(shù)齒輪等，我國(guó)目前沒(méi)有形成龍頭企業(yè)，企業(yè)的技術(shù)潛力尚待發(fā)揮。 第六，齒輪專(zhuān)用裝備方面，

35、近五年來(lái)民營(yíng)企業(yè)發(fā)展較快，國(guó)有企業(yè)發(fā)展比較慢。大多數(shù)國(guó)有齒輪裝備制造企業(yè)的裝備可靠性指標(biāo)進(jìn)步較慢，致使齒輪行業(yè)的大部分主導(dǎo)精加工裝備仍是以進(jìn)口為主。部分齒輪企業(yè)裝備國(guó)產(chǎn)化的希望主要有：秦川機(jī)床廠的蝸桿砂輪磨齒機(jī)；重慶機(jī)床廠、南京二機(jī)廠的數(shù)控機(jī)床；螺旋錐齒輪磨齒機(jī)床的研制成功；天津元昊公司數(shù)控螺旋錐齒輪切齒機(jī)床的批量供貨；杭州天辰精密齒輪檢具、量具、夾具；長(zhǎng)城潤(rùn)滑油對(duì)齒輪行業(yè)的潤(rùn)滑市場(chǎng)服務(wù)。這些都讓我國(guó)齒輪行業(yè)看到了自立創(chuàng)新、自主發(fā)展的希望。 1.4 本論文研究的主要問(wèn)題與設(shè)計(jì)思路 利用SOLIDWORKS三維造型軟件，對(duì)漸開(kāi)線齒輪進(jìn)行精確的三維造型設(shè)計(jì)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換進(jìn)入有限元分

36、析系統(tǒng)，根據(jù)齒輪的工作情況及失效形式，建立有限元分析模型，對(duì)所設(shè)計(jì)零件進(jìn)行校核。最后對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控線切割加工指令程序的編制，并進(jìn)行數(shù)控加工仿真。 齒輪的實(shí)體造型中對(duì)漸開(kāi)線齒廓曲線進(jìn)行精確繪制，以滿足輪齒造型的準(zhǔn)確性，針對(duì)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪，通過(guò)采用笛卡爾坐標(biāo)方程得到漸開(kāi)線上一系列型值worksk中準(zhǔn)確的繪制出漸開(kāi)線齒廓曲線，從而實(shí)現(xiàn)Solidworks軟件中的齒輪三維實(shí)體造型。 第二章 二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)及語(yǔ)言 2.1二次開(kāi)發(fā)的概念 所謂CAD/CAM軟件的二次開(kāi)發(fā)，是指在現(xiàn)有支撐軟件的基礎(chǔ)上，為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和完善軟件的功能，使之更符合用戶的需求而

37、做的開(kāi)發(fā)工作。其根本目的是提高設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，充分發(fā)揮CAD/CAM軟件的價(jià)值。當(dāng)前主流的三維軟件都提供了二次開(kāi)發(fā)接口（API），是用戶能在軟件本身功能上開(kāi)發(fā)出新的功能模塊，滿足特定的需求。 2.1.1 二次開(kāi)發(fā)的一般方法 在二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的不同，可以分為兩種模式：內(nèi)嵌機(jī)制和外部機(jī)制，內(nèi)嵌機(jī)制是把語(yǔ)法解釋器集成在支撐軟件中，直接在程序中調(diào)用腳本程序段，執(zhí)行后即可支撐軟件中獲得結(jié)果，如ArcView中的腳本、AutoCAD中的AutoLisp就屬于這種形式。外部開(kāi)發(fā)機(jī)制則是由外部集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，如用VC++、VB、Delphi等，調(diào)用支撐軟件程序暴

38、露的接口，在調(diào)用程序中實(shí)現(xiàn)支撐軟件程序中功能模塊提供的功能。內(nèi)嵌機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性較強(qiáng)，與支撐軟件程序的融合性好、易學(xué)易用，它主要是對(duì)支撐軟件程序的功能的擴(kuò)展（如CAD圖形節(jié)點(diǎn)自動(dòng)探測(cè)、自動(dòng)更正）再建模板庫(kù)和界面定制等。然而由于它固定在支撐軟件程序上，因此功能受到限制，靈活性不足，只能與支撐軟件程序一起運(yùn)行。外部機(jī)制方式則功能強(qiáng)大，幾乎可以實(shí)現(xiàn)支撐軟件程序所提供的所有功能，并有較強(qiáng)的獨(dú)立性，還可以生成新的應(yīng)用程序，擁有自己的界面和功能，它的執(zhí)行不影響支撐軟件程序的運(yùn)行。另外，外部開(kāi)發(fā)機(jī)制還可以將開(kāi)發(fā)成果作為插件的形式在支撐軟件程序中調(diào)用，增加支撐軟件的功能。這一開(kāi)發(fā)模式就相當(dāng)于一次軟件創(chuàng)新。它

39、要求開(kāi)發(fā)人員有較高素質(zhì)，應(yīng)對(duì)支撐軟件程序有相當(dāng)?shù)牧私?，而且?duì)支撐軟件的要求也較高。 2.1.2 SolidWorks二次開(kāi)發(fā)能實(shí)現(xiàn)的功能 SolidWorks二次開(kāi)發(fā)能實(shí)現(xiàn)的功能可以分為兩大類(lèi)： 一類(lèi)是實(shí)現(xiàn)與用戶通過(guò)SolidWorks軟件的交互界面調(diào)用相同的功能。另一類(lèi)是只能通過(guò)API接口才能訪問(wèn)的功能，而用戶無(wú)法通過(guò)軟件的交互界面調(diào)用的功能。 具體的可以分為以下幾大部分：零件文檔模式下的二次開(kāi)發(fā)﹑裝配體文檔模式下的二次開(kāi)發(fā)﹑工程圖模式下的二次開(kāi)發(fā)﹑工程圖模式下的二次開(kāi)發(fā)﹑三種文檔模式共有的二次開(kāi)發(fā)﹑用戶界面的二次開(kāi)發(fā)等等。 2.2 二次開(kāi)發(fā)介紹 2.2.1 二次開(kāi)發(fā)的特點(diǎn) 一

40、般的二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都是為減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)，提高工作效率和工作質(zhì)量而進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，更高層次對(duì)軟件的應(yīng)用。由于二次開(kāi)發(fā)一般是針對(duì)特定用戶設(shè)計(jì)的，因此二次開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，必須由一些既懂專(zhuān)業(yè)技術(shù)，又具備軟件設(shè)計(jì)能力的人員來(lái)完成。二次開(kāi)發(fā)不同于一般的軟件開(kāi)發(fā)，主要在于它不是從底層開(kāi)始的軟件設(shè)計(jì)，已有的軟件基礎(chǔ)上的完善和提高，變得適合用戶的需要，所以二次開(kāi)發(fā)有很強(qiáng)承性，二次開(kāi)發(fā)后的軟件的性能很大程度上取決于支撐軟件的性能和開(kāi)放程度。因?yàn)槎伍_(kāi)發(fā)是對(duì)已有的軟件的提高，許多復(fù)雜的內(nèi)核已由支撐軟件來(lái)完成。因此開(kāi)發(fā)工作相對(duì)的簡(jiǎn)單，工作量較小。 2.2.2支撐軟件的選擇 二次開(kāi)發(fā)的支撐軟件應(yīng)該滿足以下的幾個(gè)

41、方面的要求： 1）支撐軟件應(yīng)該是一種通用的軟件。通用軟件應(yīng)不是面向某個(gè)行業(yè)開(kāi)發(fā)的，提供的功能覆蓋面廣，能完成多個(gè)行業(yè)的基本所需功能，系統(tǒng)性能優(yōu)良，功能齊全，穩(wěn)定可靠，具有很強(qiáng)的生命力。 2）支撐軟件必須是開(kāi)放的體系，具有良好的用戶接口。開(kāi)放體系是指能向用戶提供嵌入系統(tǒng)的語(yǔ)言或使用高級(jí)語(yǔ)言，用戶據(jù)此可以編寫(xiě)自己的應(yīng)用程序，在應(yīng)用程序中，可以使用系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)工具來(lái)進(jìn)行自己的應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。 3）對(duì)二次開(kāi)發(fā)支撐系統(tǒng)的基本要求：生成和顯示速度快、圖形的質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、交互方式靈活多樣、簡(jiǎn)單明了。 4）具有菜單、工具條、對(duì)話框、熱鍵等組成友好的界面，并提供相應(yīng)的工具,目前我國(guó)市場(chǎng)上比較流行

42、的有UG、PRO/E、MDT、SolidWorks、SolidEdge等。 由于SolidWorks在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，適合中小企業(yè)使用，加之對(duì)其功能和操作性等方面的考率，決定以SolidWorks為支撐平臺(tái)軟件。 2.2.3 二次開(kāi)發(fā)編程工具的選擇 采用什么樣的二次開(kāi)發(fā)編程工具是由支撐軟件來(lái)決定的。已選SolidWorks作為二次開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，由表2-1可知，能夠?qū)olidWorks二次開(kāi)發(fā)的編程軟件工具有VB、VC++、Delphi﹑VBA等，本課題選用VB作為開(kāi)發(fā)工具。是因?yàn)閂isual BASIC具有以下特點(diǎn)： 1.Visual BASIC的可視化界面設(shè)計(jì)方式能使用戶毫不費(fèi)力地設(shè)計(jì)

43、出所需的 軟件界面。 2.Visual BASIC強(qiáng)大的多媒體功能很容易實(shí)現(xiàn)文本、圖形、圖像的展現(xiàn)。 3.Visual BASIC的事件驅(qū)動(dòng)特性很容易實(shí)現(xiàn)多界面切換。 4.Visual BASIC是開(kāi)發(fā)Windows應(yīng)用程序的強(qiáng)有力的工具，用Visual BASIC能輕而易舉地開(kāi)發(fā)符合Windows規(guī)范和風(fēng)格的應(yīng)用程序，學(xué)習(xí)后能立即付諸使用。 2.2.4 開(kāi)發(fā)的思路 1.在Visual Basic 6.0中編輯宏語(yǔ)句，找到接口語(yǔ)句，用來(lái)調(diào)用SolidWorks2007(或其他版本)的API。 2.運(yùn)用漸開(kāi)線函數(shù)建立計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)值。 3.調(diào)用樣條曲線命令擬合漸開(kāi)線，繪制出標(biāo)準(zhǔn)

44、齒形。 4.調(diào)用拉伸命令，拉出齒輪單齒。 5. 調(diào)用陣列命令，得到完整齒形。 6. 切除拉伸出軸孔和鍵槽。 表 2.1 幾種支撐軟件的比較 序號(hào) 功能比較 Solidworks PRO/E I-DEAS 1 操作性 完全的Windows界面簡(jiǎn)單、易學(xué) 封閉的命令、多層復(fù)雜的指令難學(xué)難用 位圖式多層指令尚可學(xué)不方便 2 輔助繪圖性 智慧導(dǎo)向繪圖模式 無(wú)，完全靠設(shè)計(jì)者 智慧導(dǎo)向繪圖模式 3 軟件的處理模式 參數(shù)式實(shí)體模型計(jì)算核心，可選擇全參數(shù)模式 完全參數(shù)式設(shè)計(jì)、但必須先標(biāo)全部尺寸 變數(shù)式模型計(jì)算核心、參變數(shù)設(shè)計(jì)，技術(shù)未完全成

45、熟 4 繪圖流程 可以由特征管理員記錄并可以進(jìn)行特征變更管理 無(wú)，由設(shè)計(jì)者自己記憶 無(wú)，由設(shè)計(jì)者自己記憶 5 輪廓產(chǎn)生 可以在三維空間中繪制 限制在二維平面 限制在二維平面 6 數(shù)據(jù)文件交換性 具有良好的CAD/CAM數(shù)據(jù)交換性可以插入Cut，Boss，Thicken等功能二維完全支持DXF和DWG 具有良好的CAD/CAM數(shù)據(jù)交換性二維僅支持DXF和DWG 具有良好的CAD/CAM數(shù)據(jù)交換性 7 造型功能 具有良好的產(chǎn)品造型功能 只能做一般的陰影 只能做一般的陰影 8 語(yǔ)言接口 可以用VB，VC++、Delphi輕易開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序 專(zhuān)用語(yǔ)言難學(xué)難

46、用不宜做二次開(kāi)發(fā) 專(zhuān)用語(yǔ)言難學(xué)難用不宜做二次開(kāi)發(fā) 9 硬件需求 低 中 中 10 動(dòng)態(tài)預(yù)覽 有 無(wú) 無(wú) 11 集成性好 可以做到無(wú)縫集成 集成性差 集成性差 12 中文應(yīng)用 完全的中文應(yīng)用 無(wú) 無(wú) 第三章 基于SolidWorks的漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì) 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，大量新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)只是在一個(gè)原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上做一些小的改動(dòng)，并且希望修改后馬上產(chǎn)生新的模型，但傳統(tǒng)的建模方法(線框建模、曲面建模、實(shí)體建模)只能建立固定的設(shè)計(jì)模型，缺乏變參數(shù)設(shè)計(jì)功能，模型一旦建立，修改時(shí)則需重新建模，設(shè)計(jì)效率低，不能滿足現(xiàn)代設(shè)

47、計(jì)系統(tǒng)中對(duì)輔助設(shè)計(jì)變量和已有設(shè)計(jì)的可再使用性以及設(shè)計(jì)自動(dòng)化的要求。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，為了能快速建立產(chǎn)品模型，全面而完整地表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖，提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)化模型的尺寸用對(duì)應(yīng)的關(guān)系表示，而不需確定的數(shù)值，變化一個(gè)參數(shù)值，將自動(dòng)實(shí)現(xiàn)約束聯(lián)動(dòng)(包括圖形特征聯(lián)動(dòng)和相關(guān)參數(shù)聯(lián)動(dòng))。它可以消除傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的一系列缺陷，更強(qiáng)調(diào)面向工程的應(yīng)用，成為進(jìn)行初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品模型修改、多種方案設(shè)計(jì)的有效手段，深受工程設(shè)計(jì)人員的歡迎。本章探討在solidworks平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)精確漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程。 3.1 漸開(kāi)線的形成及數(shù)學(xué)建模 3.1.1形成原理及建模 如

48、圖3.1所示，當(dāng)一直線BK沿著一圓周做純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)K，就是該圓的漸開(kāi)線。這個(gè)圓稱(chēng)為漸開(kāi)線的基圓，它的半徑用rb表示，直線BK叫做漸開(kāi)線的發(fā)生線；角θk叫做漸開(kāi)線AK段的展角。 圖3.1 漸開(kāi)線形成原理 數(shù)學(xué)表達(dá)如下： 又稱(chēng)為壓力角的漸開(kāi)線函數(shù) 漸開(kāi)線的極坐標(biāo)方程： 當(dāng)用直角坐標(biāo)來(lái)表示漸開(kāi)線時(shí)，其方程為： 3.1.2 漸開(kāi)線的性質(zhì) 1.發(fā)生線沿基圓滾過(guò)的線段長(zhǎng)度等于基圓上被滾過(guò)的相應(yīng)弧長(zhǎng)。 2.漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)法線必然與基圓相切。

49、換言之，基圓的切線必為漸開(kāi)線上某點(diǎn)的法線。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生線在基圓上作純滾動(dòng)時(shí)，它與基圓的切點(diǎn)B是發(fā)生線上各點(diǎn)在這一瞬時(shí)的速度瞬心，漸開(kāi)線上K點(diǎn)的軌跡可視為以B點(diǎn)為圓心，BK為半徑所作的極小圓弧，故B點(diǎn)為漸開(kāi)線上K點(diǎn)的曲率中心，BK為其曲率半徑和K點(diǎn)的法線，而發(fā)生線始終相切于基圓，所以漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)法線必然與基圓相切。 3.漸開(kāi)線齒廓上某點(diǎn)的法線與該點(diǎn)的速度方向所夾的銳角稱(chēng)為該點(diǎn)的壓力角。 4.漸開(kāi)線的形狀只取決于基圓大小。 5.基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。 3.1.3 齒輪單齒輪廓線形成 圖3.2 單齒齒廓 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的單齒齒廓形成結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，左右齒廓由齒頂圓連接，齒廓與齒根

50、由過(guò)渡圓弧連接，構(gòu)成了單個(gè)齒的齒廓。 3.2 二次開(kāi)發(fā)調(diào)用函數(shù) 二次開(kāi)發(fā)調(diào)用函數(shù)的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3.3所示 3.2.1 調(diào)用函數(shù)的關(guān)系 在調(diào)用solidworks的過(guò)程中，我們只有對(duì)各個(gè)函數(shù)之間的關(guān)系和層次分的明了清楚，才能保證正確調(diào)用。如上表所示，在編程中可以用作對(duì)象參考。 3.2.2 定義接口函數(shù) 要調(diào)用solidworks的API其他功能，必須先調(diào)用接口對(duì)象。一般的在程序里寫(xiě)為： Dim swApp As Object Set swApp = CreateObject("SldWorks.Application") 圖3.3 函數(shù)調(diào)用結(jié)構(gòu) 3.3 參數(shù)

51、化數(shù)學(xué)模型 程序主界面設(shè)計(jì)如圖3.4： 圖3.4 程序主界面 3.3.1驅(qū)動(dòng)參數(shù)界面設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)需要輸入的參數(shù)有齒數(shù)Z、模數(shù)m、壓力角α、軸徑、鍵槽寬、鍵t1值以及齒寬的相關(guān)尺寸。程序界面如圖3.5所示。 圖3.5 輸入?yún)?shù)界面 3.3.2 建模程序 下面就本次的設(shè)計(jì)程序附圖說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。在創(chuàng)建模型的過(guò)程中，首先經(jīng)過(guò)在VB環(huán)境下的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，得出重要數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備好傳遞給SolidWorks數(shù)據(jù)接口API，等待調(diào)用。 Dim swApp As Object Dim swPart As Object Dim boolstatus As Boolean Dim

52、longstatus As Long Dim u As Double '展角度數(shù)（弧度） Dim Db As Double '基圓直徑 Dim Da As Double '齒頂圓直徑 Dim m As Double '模數(shù) Dim Z As Double '齒數(shù) Dim D As Double '分度圓直徑 Dim Df As Double '齒根圓直徑 Dim zhouj As Double '周節(jié) Dim faj As Double '法節(jié) Dim b As Double '鍵槽寬及計(jì)算所用參數(shù) Dim bb As Double Dim t1 As Double

53、Dim DD As Double Dim α As Double '壓力角 Dim h As Double '齒頂高系數(shù) Dim c As Double '頂隙系數(shù) Dim x00() As Double '坐標(biāo)函數(shù)點(diǎn)值：x，y Dim y00() As Double Dim x0() As Double Dim y0() As Double Dim p00() As Double '坐標(biāo)函數(shù)點(diǎn)值：p，q Dim q00() As Double Dim p0() As Double Dim q0() As Double Dim pi As Double 'pi的近似值

54、 Dim hh As Double '齒輪的厚度 Dim t As Double Dim s As Double Dim invα As Double Dim sb As Double Dim j As Double Dim i As Integer 需要的數(shù)據(jù)定義完成后，下面就是完成漸開(kāi)線及齒輪的其他參數(shù)相應(yīng)計(jì)算。這里程序中分為輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)兩大部分。 前文已經(jīng)論述過(guò)，創(chuàng)建一個(gè)漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪需要三個(gè)最基本的參數(shù)，模數(shù)、齒數(shù)、壓力角。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)已經(jīng)固定，這里不做參數(shù)化考慮。下面就是有關(guān)的幾個(gè)基本計(jì)算的程序： pi = 3.14159265358

55、979 Z = Val(Text1.Text) m = Val(Text2.Text) α = Val(Text3.Text) * pi / 180 DD = Val(Text4.Text) b = Val(Text5.Text) t1 = Val(Text6.Text) hh = Val(Text7.Text) '齒輪的拉伸厚度 h = 1 '齒頂高系數(shù) c = 0.25 '頂隙系數(shù) Da = m * (Z + 2 * h) '齒頂圓直徑 D = m * Z '分度圓直徑 Db = m * Z * Cos(α) '基圓直徑 Df = m * (Z - 2 * h -

56、 2 * c) '齒根圓直徑 zhouj = pi * m '周節(jié) faj = pi * m * Cos(α) '法節(jié) '************************輸出值****************************** Form3.Text1.Text = Str$(D) Form3.Text2.Text = Str$(Df) Form3.Text3.Text = Str$(Da) Form3.Text4.Text = Str$(Db) Form3.Text5.Text = Str$(zhouj) Form3.Text6.Text = Str$(faj)

57、Form3.Show Unload Me 輸出值界面如圖3.6所示 圖3.6 輸出參數(shù)界面 '************************************************************** u = Sqr((Val(Da) / Val(Db)) ^ 2 - 1) '展角度數(shù)（弧度） 有了如上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，接下來(lái)就可以進(jìn)行漸開(kāi)線的計(jì)算了。 首先，通過(guò)漸開(kāi)線的直角坐標(biāo)方程，聯(lián)立方程組，可以求出 u 的最大值，也就是齒頂圓上的展角度數(shù)。我們知道，在齒數(shù)小于等于41的時(shí)候，齒廓上的漸開(kāi)線的起點(diǎn)是在基圓上，所以在基圓上的展角度數(shù)等于零。本次設(shè)計(jì)將展角度數(shù)

58、9等分。下面就是正向漸開(kāi)線的的計(jì)算程序。 這里運(yùn)用循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)計(jì)算 For i = 1 To 10 If t <= u Then x0(i) = 0.5 * Db * Sin(t) - 0.5 * Db * t * Cos(t) '漸開(kāi)線方程 y0(i) = 0.5 * Db * Cos(t) + 0.5 * Db * t * Sin(t) t = t + g End If Next i 在計(jì)算出正向漸開(kāi)線的基礎(chǔ)上，利用y軸的對(duì)稱(chēng)關(guān)系，可以計(jì)算出反向漸開(kāi)線的坐標(biāo)點(diǎn)值。如下面的程序： For i = 1 To 10 If t <= u Then p00(i) = -0.5

59、 * Db * Sin(t) + 0.5 * Db * t * Cos(t) q00(i) = 0.5 * Db * Cos(t) + 0.5 * Db * t * Sin(t) p0(i) = p00(i) * Cos(j) + q00(i) * Sin(j) q0(i) = -p00(i) * Sin(j) + q00(i) * Cos(j) t = t + g End If Next i 通過(guò)上面兩段程序的計(jì)算，漸開(kāi)線的點(diǎn)值就計(jì)算出來(lái)了。這里反向漸開(kāi)線僅僅是跟正向漸開(kāi)線關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng)，從理論上還不能形成齒廓，需要將其旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒厚所對(duì)應(yīng)的角度。 程序如下： s = pi

60、 * m / 2 invα = Tan(α) - α sb = Cos(α) * (s + m * Z * invα) j = 2 * sb / Db 有前面敘述可知41齒以下的齒廓曲線由徑向線和漸開(kāi)線組成。徑向線的起點(diǎn)為齒根圓的半徑終點(diǎn)為基圓的半徑。 數(shù)據(jù)如下： xx = 0 yy = 0.5 * Df xx1 = xx * Cos(j) + yy * Sin(j) yy1 = xx * Sin(j) + yy * Cos(j) 可知兩條徑向線已經(jīng)準(zhǔn)備完畢。 接下來(lái)就是VB與SolidWorks之間的數(shù)據(jù)傳遞。 SolidWorks的API是完全對(duì)外開(kāi)放的

61、。外部數(shù)據(jù)想要驅(qū)動(dòng)SolidWorks就必須先打開(kāi)他的數(shù)據(jù)接口，我們運(yùn)用的語(yǔ)句是： Set swApp = CreateObject("SldWorks.Application") Set Part = swApp.NewPart Set Part = swApp.ActiveDoc 數(shù)據(jù)接口打開(kāi)后，程序中的繪圖語(yǔ)句就會(huì)自動(dòng)接收數(shù)據(jù)創(chuàng)建草圖模型。本次設(shè)計(jì)先繪制一個(gè)輪齒的草圖。主要步驟： 1. 連接齒頂圓弧劣弧 2. 連接徑向線與漸開(kāi)線 3. 連接齒根圓優(yōu)弧 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句如下： '***************樣條曲線擬和************************ Pa

62、rt.SketchSpline 10, 0.001 * xx, 0.001 * yy, 0 Part.SketchSpline 9, 0.001 * x0(1), 0.001 * y0(1), 0 Part.SketchSpline 8, 0.001 * x0(2), 0.001 * y0(2), 0 Part.SketchSpline 7, 0.001 * x0(3), 0.001 * y0(3), 0 Part.SketchSpline 6, 0.001 * x0(4), 0.001 * y0(4), 0 Part.SketchSpline 5, 0.001 * x0(5), 0

63、.001 * y0(5), 0 Part.SketchSpline 4, 0.001 * x0(6), 0.001 * y0(6), 0 Part.SketchSpline 3, 0.001 * x0(7), 0.001 * y0(7), 0 Part.SketchSpline 2, 0.001 * x0(8), 0.001 * y0(8), 0 Part.SketchSpline 1, 0.001 * x0(9), 0.001 * y0(9), 0 Part.SketchSpline 0, 0.001 * x0(10), 0.001 * y0(10), 0 Part.Sket

64、chSpline 10, 0.001 * xx1, 0.001 * yy1, 0 Part.SketchSpline 9, 0.001 * p0(1), 0.001 * q0(1), 0 Part.SketchSpline 8, 0.001 * p0(2), 0.001 * q0(2), 0 Part.SketchSpline 7, 0.001 * p0(3), 0.001 * q0(3), 0 Part.SketchSpline 6, 0.001 * p0(4), 0.001 * q0(4), 0 Part.SketchSpline 5, 0.001 * p0(5), 0.001

65、* q0(5), 0 Part.SketchSpline 4, 0.001 * p0(6), 0.001 * q0(6), 0 Part.SketchSpline 3, 0.001 * p0(7), 0.001 * q0(7), 0 Part.SketchSpline 2, 0.001 * p0(8), 0.001 * q0(8), 0 Part.SketchSpline 1, 0.001 * p0(9), 0.001 * q0(9), 0 Part.SketchSpline 0, 0.001 * p0(10), 0.001 * q0(10), 0 加入繪制草圖命令即可實(shí)現(xiàn)目的，程

66、序運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)如圖3.7的效果： 圖3.7 草圖 接下來(lái)，就是要通過(guò)執(zhí)行拉伸命令制作出單個(gè)輪齒齒坯實(shí)體造型。齒寬是通過(guò)輸入得到的參數(shù)，具體的語(yǔ)句如下： hh = Val(Text7.Text) '齒輪的拉伸厚度 下面是拉伸命令及模型圖： '***************************單齒拉伸*************************** Part.ShowNamedView2 "*上下二等角軸測(cè)", 8 boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("草圖1", "SKETCHREGION", -0.006129740340857, -0.006757397417192, 0.008770383608117, True, 4, Nothing, 0) Part.ClearSelection2 True boolstatus = Part.Extension.SelectByID2("草圖1", "SKETCH", -0.006129740340857, -0.006757397417192, 0.00877038