基于SolidWorks的渐开线斜齿轮-锥齿轮参数化设计.doc

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 VBC+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=rx sin w xy=rxcos wx! 式中:w x 为渐开线任意 M 点的齿间中心半角, r x 为 M 点的半径 。 w x 按下式计算: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为 基 圆 齿 间 中 心 半 角 , x 为 渐 开 线 任 意 M 点的展角, x 为渐开线任意 M 点的压力角, P b 为基圆齿 距 , S b 为 基 圆 齿 厚 , 为 分 度 圆 上 的 压 力 角 , z 为 齿 轮 齿 数, r b 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 P z 按下式计算:P z =d 式中: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:Dim swApp As SldWorks.SldWorksDim swModel As SldWorks.ModelDoc2Dim boolstatus As BooleanSet swApp =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 SolidWorks API 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 XM (X , Yxorb rx raxxY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.CreateCircleVB 0, 0, 0, D/2swModel.InsertHelix False, True, False, True, 2, Hd, Pz, Hd, 0, 1.570796326795boolstatus =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 Set SweepFeature =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.FeatureCirPattern CZ, 2*Pi /CZ, False, NULLboolstatus =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, Nothingboolstatus =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.Optimal Design of Bevel Gear Reducer Based on Ge-netic AlgorithmDU Haixia(School of Mechanical Engineering , Shaanxi 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 generic 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, False, 0, 0, 0, 1, 1, 1swModel.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, Nothingboolstatus =swModel.Extension.SelectByID( 右视基准面 , PLANE, 0, 0, 0, True, 0, NothingswModel.CreatePlaneAtAngle3roth, False, Trueboolstatus =swModel.Extension.SelectByID ( 基 准 面 1, PLANE, 0, 0, 0, False, 0, NothingswModel.CreatePlaneAtOffset3R, False, True 切除放样, 生成锥齿boolstatus =swModel.Extension.SelectByID ( 草 图 3, SKETCH, 0, 0, 0, True, 0, Nothingboolstatus =swModel.Extension.SelectByID ( 草 图 4, SKETCH, 0, 0, 0, True, 0, NothingswModel.FeatureManager.InsertCutBlend 0, 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, z 1=21(配对的锥齿轮 z 2=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.Involute Helical