基于SolidWorks的漸開線斜齒輪錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)精

1、2010第 4期 總第 197期現(xiàn) 代 制 造 技 術(shù) 與 裝 備SolidWorks 提供了幾百個 API 函數(shù), 這些 API 函數(shù)是 SolidWorks 的 OLE 或 COM 接 口 , 用 戶 可 以 使 用 VBC+Delphi 等 高 級 語 言 對 SolidWorks 進(jìn) 行 二 次 開 發(fā), 建立適合用戶需要的 、 專用的 SolidWorks 功能模塊 。 漸 開 線 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 是 機(jī) 械 產(chǎn) 品 中 應(yīng) 用 最 廣 泛 的 一 種 傳 動 機(jī) 構(gòu),本文在 SolidWorks 平臺上利用 VB6.0進(jìn)行二次開發(fā), 實(shí)現(xiàn)了漸開線斜齒輪 、 直齒圓錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)

2、, 使齒 輪三維實(shí)體建模的過程變得方便 、 快捷 。 1漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì) 1.1斜齒輪齒形的繪制漸開線斜齒輪齒形由兩部分組成:工作部分和非工 作部分 。 工作部分的齒形為漸開線,而非工部分采用過渡 圓弧 。 齒形的繪制一般采用描點(diǎn)法, 根據(jù)漸開線齒廓公式 計(jì)算求得多個齒形坐標(biāo)點(diǎn)的值后, 利用 SolidWorks 樣條曲 線 API 函數(shù) CreateSpline, 來繪制光滑漸開線曲線 。漸開線部分的齒形建立坐標(biāo)系如圖 1所示 。漸開線齒廓上任意 M 點(diǎn)的坐標(biāo):x=rx sin w xy=rxcos wx! 式中:w x 為漸開線任意 M 點(diǎn)的齒間中心半角, r x 為 M 點(diǎn)的半徑

3、。 w x 按下式計(jì)算:w x =w 0+x =w 0+inv x =P b -S bb+tan x -x =-tan +tan(arccos r b x -arccos r bx式 中 :w 0為 基 圓 齒 間 中 心 半 角 , x 為 漸 開 線 任 意 M 點(diǎn)的展角, x 為漸開線任意 M 點(diǎn)的壓力角, P b 為基圓齒 距 , S b 為 基 圓 齒 厚 , 為 分 度 圓 上 的 壓 力 角 , z 為 齒 輪 齒 數(shù), r b 為基圓半徑 。 1.2斜齒輪斜齒造型斜齒輪齒面為漸開線螺旋面, 不同截面上齒形不同, 斜齒輪的端面漸開線齒廓可參照上述方法建立 。 漸開線 斜齒輪三維造

4、型中齒廓是按照螺旋線方向掃描的,螺旋 線的螺距是需要求出的 。 本文中采用求分度圓的螺距在 SolidWorks 構(gòu)建螺旋線 。 螺距 P z 按下式計(jì)算:P z =d 式中:為斜齒輪分度圓柱面上的螺旋角, d 為分度 圓直徑 。1.3斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊在 SolidWorks 中, 齒輪參數(shù)化建模主要通過程序驅(qū)動 建 模 法 , 即 用 編 程 實(shí) 現(xiàn) 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) , 生 成 需 要 的 模 型 。Solidworks 提供了 API 編程接口,我們通過在 VB6.0程序 中 調(diào) 用 SolidWorks 的 接 口 指 針 獲 得 它 各 個 對 象 層 次 的 屬 性和方法完成

5、齒輪三維造型 。 基于 VB6.0開發(fā)的漸開線 斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)界面如圖 2所示 。參數(shù)化設(shè)計(jì)核心程序代碼如下:Dim swApp As SldWorks.SldWorksDim swModel As SldWorks.ModelDoc2Dim boolstatus As BooleanSet swApp =CreateObject ("Sldworks.Application" 創(chuàng)建或獲取 SldWorks 對象基于 SolidWorks 的漸開線斜齒輪 、 錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)魏勇1沈占彬1鄔向偉2(1. 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 平頂山 467001;2. 中州大學(xué) ,

6、鄭州 450000摘 要:利用 VB6.0程序設(shè)計(jì)語言和 SolidWorks API 編程接口, 實(shí)現(xiàn)了 SolidWorks 平臺上漸開線斜齒輪 、 錐 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì), 提高了齒輪設(shè)計(jì)的效率和精度 。關(guān)鍵詞:SolidWorks二次開發(fā)VB 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)圖 1漸開線齒形坐標(biāo) XM (X , Yxorb rx raxxY基金項(xiàng)目:河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目 (2010C460006 。 圖 7漸開線直齒圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)界面 求斜齒輪螺距 Pz, 創(chuàng)建螺旋線并掃描 Pz =Pi *D /Ta (beta swModel.CreateCircleVB 0, 0, 0, D/2swMo

7、del.InsertHelix False, True, False, True, 2, Hd, Pz, Hd, 0, 1.570796326795boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 草 圖 2", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 1, Nothing boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 螺旋線 /渦 狀線1", "REFERENCECURVES", 0, 0, 0, True, 4, Not

8、hing CutSwept2(False, True, 0, False, False, 0, 0, False, 0, 0, 0,0, 1, 1 輪齒特征圓周陣列boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 切 除 -拉 伸 1", "BODYFEATURE", -0, 0, 0, False, 4, Nothing boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 基準(zhǔn)軸 1", "AXIS", 0, 0, 0, True, 1,

9、Nothing swModel.FeatureCirPattern CZ, 2*Pi /CZ, False, "NULL"boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 陣列(圓周 1", "BODYFEATURE", 0, 0, 0, False, 0, Nothing 圖 3為 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) 程 序 自 動 生 成 的 法 面 模 數(shù) M=12mm, 齒 數(shù) Z1=21, 螺 旋 角 beta=8°, 厚 度 Hd=30mm 的 左旋斜齒輪 。2漸開線直齒圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

10、2.1圓錐齒輪齒體的生成錐齒輪的基本齒體如圖 4所示,可以通過圖中數(shù)據(jù), 求出 1-6點(diǎn)的二維坐標(biāo),然后在 SolidWorks 系統(tǒng)中建立多 邊形 1-2-3-4-5-6草圖,通過繞 x 軸旋轉(zhuǎn)得到圓錐齒輪齒 體 。 圖中 R 為錐距, B 為齒寬, thd 為齒根角, roth 為分錐角 。 2.2錐齒輪齒形的繪制漸開線直齒錐齒輪的齒廓曲線繪制方法和斜齒輪的 道理相同, 但只有在背錐上的齒廓曲線為漸開線, 因而錐 齒輪的漸開線應(yīng)建立在和錐齒輪曲面相切的基準(zhǔn)面上且 應(yīng)采用當(dāng)量齒數(shù)進(jìn)行計(jì)算 。過原點(diǎn)在右視基準(zhǔn)面中作直線,以右視基準(zhǔn)面和該 直線為參考建立基準(zhǔn)面 1,和右視基 準(zhǔn)面夾 角 等 于

11、分 錐 角 。 建立基準(zhǔn)面 2平行基準(zhǔn)面 1且距離等于錐距 。 在基準(zhǔn) 面 2上利用當(dāng)量齒數(shù)參照圖 1進(jìn)行計(jì)算并利用 VB6.0編 程繪制齒形曲線, 建好的輪齒齒形如圖 5所示 。2.3錐齒輪錐齒造型在 基 準(zhǔn) 面 1上 過 圓 點(diǎn) 作 一 個 直 徑 為 0.001mm 的 圓 , 利用該圓和基準(zhǔn)面 2的齒形曲線進(jìn)行切除放樣, 建立一個 錐齒, 如圖 6所示 。 然后進(jìn)行圓周陣列得到完整的錐齒輪 。 2.4直齒錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊基于 VB6.0開發(fā)的漸開線直齒錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)界 面如圖 7所示 。參數(shù)化設(shè)計(jì)核心代碼如下: 根據(jù)繪制的草圖, 旋轉(zhuǎn)生成錐齒輪實(shí)體boolstatus =swMo

12、del.Extension.SelectByID (" 草 圖 1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothingboolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 直線 1草 圖 1", "EXTSKETCHSEGMENT", 0, 0, 0, True, 4, Nothing圖 2 漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)界面圖 3程序自動生成的斜齒輪三維圖圖 4 錐齒輪齒體坐標(biāo) 圖 5基準(zhǔn)面 2 上建立齒形曲線圖 6切除放樣建立錐齒設(shè) 計(jì) 與 研 究2010第

13、4期 總第 197期 現(xiàn) 代 制 造 技 術(shù) 與 裝 備(上接第 23頁 4機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)遺傳算法 M.陳倫軍等編著 . 北京 :機(jī)械工業(yè) 出版社 , 2006, 173-176.5郭仁生 . 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004. 6梁 尚 明 , 殷 國 富 . 現(xiàn) 代 機(jī) 械 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 方 法 M.北 京 :化 學(xué) 工 業(yè)出版社, 2005.Optimal Design of Bevel Gear Reducer Based on Ge-netic AlgorithmDU Haixia(School of Mechanical Engineering , Shaanxi

14、 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 ge

15、neric 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 gearswModel.FeatureManager.FeatureRevolve 2*Pi, Fa

16、lse, 0, 0, 0, 1, 1, 1swModel.SelectionManager.EnableContourSelection =0 建立基準(zhǔn)面 1和基準(zhǔn)面boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 直線 1草 圖 2", "EXTSKETCHSEGMENT", 0.06240616382877, 0, 0, True, 0, Nothingboolstatus =swModel.Extension.SelectByID(" 右視基準(zhǔn)面 ", "PLANE",

17、0, 0, 0, True, 0, NothingswModel.CreatePlaneAtAngle3roth, False, Trueboolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 基 準(zhǔn) 面 1", "PLANE", 0, 0, 0, False, 0, NothingswModel.CreatePlaneAtOffset3R, False, True 切除放樣, 生成錐齒boolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 草 圖 3", "S

18、KETCH", 0, 0, 0, True, 0, Nothingboolstatus =swModel.Extension.SelectByID (" 草 圖 4", "SKETCH", 0, 0, 0, True, 0, NothingswModel.FeatureManager.InsertCutBlend 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1圖 8為 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) 程 序 自 動 生 成 的 大 端 模 數(shù) M=12mm, z 1=21(配對的錐齒輪 z 2=30 的漸開線直齒錐齒 輪 。3結(jié)束語本

19、文介 紹 了 在 SolidWorks 中 利 用 二 次 開 發(fā) 技 術(shù) 實(shí) 現(xiàn) 了漸開線斜齒輪 、 直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì), 不但大大縮 短設(shè)計(jì)周期, 而且為進(jìn)一 步 模 擬 裝 配 、 運(yùn) 動 仿 真 、 有 限 元 分析奠定基礎(chǔ) 。參考文獻(xiàn) 1魏 勇 , 鄔 向 偉 . 基 于 SolidWorks 的 標(biāo) 準(zhǔn) 零 件 庫 二 次 開 發(fā) J.現(xiàn) 代制造技術(shù)與裝備 ,2009, (2 .2魏 勇 , 鄔 向 偉 , 周 文 洲 . 基 于 SolidWorks 二 次 開 發(fā) 技 術(shù) 的 漸 開 線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì) J.煤礦機(jī)械 ,2009(6 .3江 洪 , 魏 崢 , 王 濤 威 等 . SolidWorks 二 次 開 發(fā) 實(shí) 例 解 析 M.北 京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2004.4孫桓 , 陳作模 . 機(jī)械原理 M.北京 :高等教育