基于solidworks平台的斜齿轮的三维造型.pdf

2004年 第25卷 第3期华 北 工 学 院 学 报V ol 25 N o 3 2004 总第95期 JOURNAL OF NORTH CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY Sum No 95 文章编号 100625431 2004 0320177204 基于SolidW orks平台的斜齿轮的三维造型 苗鸿宾 乔峰丽 华北工学院 机械工程系 山西 太原030051 摘 要 基于SolidWorks平台提出一种斜齿轮三维造型化通用设计方法 该方法利用SolidWorks软件的 相关功能 生成斜齿轮的端面和法面轮廓线 并沿螺旋线扫描获得斜齿轮廓面 最终使用VC 6 0和 SolidWorks软件A P I实现对斜齿轮的三维精确建模 此方法具有造型速度快 精度高的优点 为机械产品 的快速设计奠定了基础 关键词 斜齿轮 SolidWorks 三维造型 中图分类号 TH132 4 TP39 文献标识码 A 3D M odeling of the Helical Gears Based on SolidW orks M I AO Hong2bin Q I AO Feng2li Dept ofM echanical Engineering North China Institute of Technology Taiyuan 030051 China Abstract A universal 3D design method of the helical gears based on solidworks is introduced By using the related functions of solidworks the transverse and normal profiles of helical gears are generated The paper also describes how to useA P Iof SolidW orks andVC 6 0 to carry out precise 3D modeling of helical gears Thismodeling method is fast and accurate w hich is beneficial to the fast design of me2 chanical products Key words helical gear SolidW orks 3D modeling 0 引 言 SolidW orks是基于W indow s的三维实体造型软件 作为一种工程绘图软件 以其强大的三维绘图 功能 实现了工程设计人员一直梦寐以求的从三维实现到二维图纸绘制的具有革命性的设计方法 使设 计人员能够更清晰方便地表达自己的设计思想 作为一种主流的三维设计软件 SolidW orks被广泛地使 用 它具有参数化特征造型 曲面造型和大型装配处理功能 与此同时 SolidW orks的二次开发平台也 以其开发方法容易 强大的功能以及开发和维护成本低等一系列优点而被广大的技术人员所采用 任何 支持OL E Object L inking and Emdedding 对象的链接与嵌入 和COM Component ObjectM odel 组 件对象模型 的编程语言都可以作为SolidW orks的开发工具 SolidW orksA P I是SolidW orks的应用程 序编程接口 应用程序编程接口是将软件开发过程中的部分内部资源按照一定的规则和形式进行封装 然后提供给用户的开发资源 计算机辅助造型技术已在产品设计 工程分析 快速成型等技术领域获得了广泛地应用 在应用 CAD CAM技术设计制造齿轮产品时 齿轮的三维实体造型是一个亟需解决的技术难题 如齿轮造型精 度不高 将直接影响有限元分析 虚拟样机设计的仿真结果 并影响到齿轮产品的CAM制造精度 目 收稿日期 2004204212 作者简介 苗鸿宾 1970 男 讲师 博士生 主要从事机械设计理论研究 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 前 对工程中最常用的渐开线圆柱直齿轮的三维造型理论与方法已进行了大量的研究 并取得了较为成 熟的研究成果 对于结构更为复杂的斜齿轮 因为齿轮轮廓线不是标准曲线 而且其齿面为螺旋渐开线 齿廓曲面 因此三维造型难度更大 在SolidW orks中绘制斜齿轮传动机构 其绘制过程有一定的难度 本文利用VC 6 0通过A P I对SolidW orks进行二次开发 完成了斜齿轮的三维造型 本文使用的方 法是首先生成齿轮求得斜齿轮的端面轮廓线 然后通过投影关系获得其法面轮廓线 将法面轮廓线沿螺 旋线扫描获得斜齿轮廓面 最后完成整个齿轮的造型 1 三维模型的建立 1 1 端面轮廓曲线的方程 齿轮上的所有轮齿都具有相同的结构特征 进行斜齿轮造型设计时 首先需求取斜齿轮的端面齿 形 斜齿轮端面齿形为渐开线 图1 斜齿轮端面渐开线 Fig 1 Involute of helical gear 如图1所示 1 点A为渐开线在基圆上的起始点 点K为渐开 线上任意点 它的向径用rk表示 展角用 k表示 渐开线的极坐标方程为 rk rb cos k k tan k k 则圆的渐开线参数坐标方程是 x rkcos k y rksin k 式中 k是对应向径rk的渐开线的压力角 rb为基圆半径 rb rcos m z 2 cos 为分度圆压力角 一般情况下 20 对于斜齿轮端面齿廓 A B和CD为渐开线 关于OG轴对称 A D和B C是圆弧 渐开线齿轮的齿廓一般都比较复杂 有其严格的数学方程轨迹 一般的CAD软件均不提供渐开线 绘制的功能 但是一般的CAD软件具有三次B样条曲线的功能 本文利用了SolidW orks中的B2Spline 曲线的功能 在渐开线齿形轮廓上找若干点 通过调用SolidW orks中的A P I函数SketchSpline 把各个 点连接起来 轮廓取的点愈多 连接这些点所得到的曲线越逼近渐开线轮廓 1 2 法面轮廓曲线 由斜齿轮齿面的形成原理可知 斜齿轮在端面上具有渐开线齿形 但由于斜齿轮的轮齿是螺旋形 图2 端面齿形和法面齿形的关系图3 螺旋线图 Fig 2 Relation between ending profile of gearFig 3 Helical line and normal profile of gear 的 故在垂直于轮齿分度圆螺 旋线的截面即法面的齿形 不是渐开线 对法面的齿形一 般都采用近似的方法来计算 但是得到的齿形精度很低 也 可用数值解法求解法面齿形 但是过程和表达较为复杂 本 文可以直接利用SolidW orks 的曲线功能 把在端面上精确 绘制的渐开线投影到法面上 就可直接得到斜齿轮精确的法 面齿形 如图2所示 871华北工学院学报2004年第3期 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 1 3 螺旋线的生成 为了从空间上生成一个轮齿 需确定齿轮齿廓的拉伸路径 对于直齿轮拉伸路径为一条直线 而斜 齿轮拉伸路径为一条空间螺旋线 将斜齿轮沿其分度圆面展开 变成为一个矩形 如图3所示 矩形的 高就是斜齿轮的齿宽B 其长度是分度圆的周长 d 这时分度圆上的轮齿的螺旋线便展开成为一条斜直 线 其与轴线的夹角即为斜齿轮的螺旋角 在SolidW orks中使用绘制螺旋线的功能 控制螺距和圈 数 自动绘制螺旋线 2 程序实现 2 1 程序框图 程序框图如图4所示 2 2 SolidW orks二次开发的关键问题 2 2 1 SolidW orks中的OL E自动化技术 2 SolidW orks支持OL E标准 完全实现了OL E自动化 作为一个OL E服务器 SolidW orks提供了 Fig 4Flowing digram 图4流程图 结束 建立约束方程 绘制剩余部分 如键 槽 轴孔等 齿沿轴线圆周阵列 斜齿轮法面齿廓沿螺旋 线扫描 生成单个齿 分度圆柱上生成 螺旋线 投影齿廓到法面 绘制端面齿廓曲线 绘制齿轮基体 读取参数 开始 大量的OL E对象以及这些对象所拥有的方法和属性 用 户通过在客户应用程序中对这些OL E对象及其方法和属 性的操作 可以在自己开发的应用软件中实现诸如创建直 线 构造实体 检查曲面表面参数等几乎所有的Solid2 W orks软件的功能 SolidW orks提供了大量的OL E对象用于二次开发 这些OL E对象涵盖了全部SolidW orks的数据模型 在 SolidW orks中常用的OL E对象有SldW orks M odelDoc PartDoc A ssemblyDoc D raw ingDoc等 SldW orks对象 位于应用程序的底层 可以实现应用程序的最基本的操 作 如创建 打开 关闭和退出SolidW orks文档 M odel2 Doc对象属于模型层 是SldW orks的子对象 用M odel2 Doc对象可以实现视图设置 轮廓线修改 参数控制等相 关各类操作 M odelDoc对象包括 PartDoc A ssemblyDoc D raw ingDoc等3个常用的对象 PartDoc对 象主要构建新零件 A ssemblyDoc对象主要完成装配体功能 D raw ingDoc对象完成制图操作 2 2 2 用VC 6 0开发SolidW orks应用模块的步骤 1 首先创建SldW orks对象 然后通过创建好的SldW orks对象构建M odelDoc PartDoc等子对象 用这些子对象完成实体的构建 编辑和修改 2 在SolidW orks的软件包Samples目录下找到appComm和comuserdll两个文件夹并复制到同一 文件夹下 打开comuserdll i386 userdll dsw就是一个VC界面的开发环境 能在基础上对SolidW orks 进行二次开发 对U SERDLL CPP文件中的函数的开头都要进行SolidW orks资源的创建 以获得 SolidW orks的开发环境 获取SW的资源 而不使用W indow s的资源 H I N STANCE myInstance NULL H I N STANCE currentResource A fxGetResourceHandle myInstance LoadL ibrary T userdll dll A fxSetResourceHandle myInstance 恢复原始资源 971 总第95期 基于SolidWorks平台的斜齿轮的三维造型 苗鸿宾等 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved A fxSetResourceHandle currentResource FreeL ibrary myInstance 3 菜单的修改 在VC的SolidW orks二次开发环境中找到menus cpp文件 添加所需的菜单 4 对SolidW orks对象进行基本操作 通过创建SldW orks等对象的方法如下 pSolidW orks U serApp getSWApp 获得绘图环境 pSolidW orks get I A ctiveDoc2 获得激活的M odelDoc对象指针 pM odelDoc InsertSketch 插入草图 pM odelDoc ICreateCircle2 0 0 0 xp1 yp1 0 草图中绘制一个圆 pM odelDoc Q ueryInterface II DIPartDoc L PVO I D3 将M odelDoc转化为 PartDoc 3