基于SolidWorks的渐开线斜齿轮锥齿轮参数化设计精.docx

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基于SolidWorks的渐开线斜齿轮锥齿轮参数化设计精

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=rx

cosw

x

!

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-Sb

b

+tanαx-αx=π-tanα+α+tan（arccosrbx-arccosrb

x

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:

DimswAppAsSldWorks.SldWorks

DimswModelAsSldWorks.ModelDoc2DimboolstatusAsBoolean

SetswApp=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SolidWorksAPI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

rbrxra

x

αx

Y

基金项目:

河南省教育厅自然科学研究计划项目（2010C460006。

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.CreateCircleVB0,0,0,D/2

swModel.InsertHelixFalse,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

SetSweepFeature=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.FeatureCirPatternCZ,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

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

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.

OptimalDesignofBevelGearReducerBasedonGe-neticAlgorithm

DUHaixia

（SchoolofMechanicalEngineering,ShaanxiUniversityofTechnol-ogy,Hanzhong,Shaanxi723003,China

Abstract:

Thispaperestablishesthetargetfunctionanddesignvariablewhichareusedtodesignthegearreduceroptimally.Restric-tionequationisobtainedbyestablishingrestrictionfunction.Theopti-maldesignusesthemethodofgenericalgorithms.Finally,theopti-mizationdesignispresentedwiththehelpofMatlabOptimizationTool-box,Theresultmanifeststhattheeffectoftheoptimaldesignisnota-bility.

Keywords:

reducer,optimaldesign,genericalgorithms,bevelgear

swModel.FeatureManager.FeatureRevolve2*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.CreatePlaneAtAngle3roth,False,True

boolstatus=swModel.Extension.SelectByID（"基准面1","PLANE",0,0,0,False,0,Nothing

swModel.CreatePlaneAtOffset3R,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.InsertCutBlend0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,1

……

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.

InvoluteHelicalGearandStraightBevelGearParam-eterizationDesignBasedonSolidWorks

WEIYong1,SHENZhanbin1,WUXiangwei2

（1.MechanicalEngineeringdepartment,PingdingshanIndustrialCollegeofTechnology,Pingdingshan467001,Henan,CHN;2.ZhongzhouUniversity,Zhengzhou450000

Abstract:

ByusingVB6.0programminglanguageandSolidWorksAPI,accomplishedparameterizationdesignininvoluteHelicalGearandStraightBevelGearbasedonSolidWorksplatform.Itgreatlyimprovedtheefficiencyandprecisionofgeardesigning.

Keywords:

SolidWorks,furtherdevelopment,VB,Gear,parame-terization

design

图8程序自动生成的直齿锥齿轮

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