基于Solidworks的圆锥齿轮参数化设计

姚兴岭

摘 要：本文以三维CAD软件SolidWorks为开发平台，以VisualBasic为编程语言，开发圆锥齿轮三维实体参数化造型系统的方法。具体以SolidWorks 为平台，使用面向对象的语言VB 开发了三维圆锥齿轮零件，通过尺寸驱动，可生成新的零件造型，实现了模架的参数化设计，提高模具的设计效率，使设计者能够运用该方法对复杂的三维圆锥齿轮实体进行参数化设计，以提高Slidworks二次开发和模具设计开发应用的能力。

关键词：SolidWorks；VisualBasic；圆锥齿轮；实体造型

一、设计的主要内容及技术指标和技术路线

一）主要内容

基于Solidworks软件使用VB高级语言程序，对常用件齿轮进行参数化设计，实现给定参数的圆锥齿轮的自动化生成系统。

二）技术指标

1、设计参数要符合实际生产要求；

2、生成图形要符合国家标准规定；

3、技术路线

对基于Solidworks圆锥齿轮参数化设计的研究，准备从以下几个方面着手：

（1）系统界面模块

该模块的作用是采集直齿圆锥齿轮实体造型所需的具体参数。

（2）三维CAD软件接口模块

该模块提供在OLE Automation层上所有与三维CAD软件SolidWorks通讯的函数。CAD软件的API函数以类的形式封装起来，在直齿圆锥齿轮造型时，通过这些函数驱动CAD软件生成直齿圆锥实体。

（3）结构计算模块

根据界面模块的用户输入的参数，计算直齿圆锥齿轮的结构参数。

（4）齿形计算模块

该模块是整个系统的核心，可以完成直齿圆锥齿轮齿形计算。通过计算得到特定截面的齿廓参数，为齿形生成模块准备所需的数据。

（5）结构实体生成模块

该模块应用三维CAD软件Solidworks的基本特征，如拉伸（Extrude）、旋转（Revolve）和圆周阵列（Circular Pattern）等操作，按照结构类型计算模块输出的参数，生成圆锥齿轮的结构实体部分。该操作的结果类似生成直齿圆锥齿轮的毛坯。

（6）齿形生成模块

该模块应用三维CAD软件Solidworks的基本特征，如放样切割（Template Knifing）、圆周阵列（Circular Pattern） 、拉伸（Extrude）和旋转（Revolve）等操作，按照结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿轮的结构实体部分。然后利用圆周阵列可画出全部齿形。

2 圆锥齿轮实体造型系统

参数化三维实体造型设计是以变量几何和生成历程树为基础，以尺寸驱动为特征的一种三维建模方法。其基本过程是：首先利用草图功能勾画零件基本形状，然后根据设计要求标注必要的尺寸，最后修改尺寸值，驱动模型变化以生成需要的零件模型。参数化三維实体建模的目的是，通过修改尺寸而快速生成新的三维实体模型。

圆锥齿轮的轮齿有直齿和曲齿两种类型。直齿圆锥齿轮易于制造，适用于低速、轻载传动的场合，而曲齿圆锥齿轮传动平稳，承载能力强，常用于高速、重载的场合，但其设计和制造较为复杂。本论文只讨论直齿圆锥齿轮。

（3）齿形计算模块

渐开线齿廓的数学模型。我们在直角坐标系下，用渐开线的直角坐标方程式，计算渐开线轮廓上各点坐标值，然后在用样条曲线绘出齿轮的一个齿廓。

（4）结构实体生成模块

该模块应用Solidworks的拉伸、旋转和圆周阵列等操作命令，按照结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿轮的结构实体部分。该操作的结果类似生成直齿圆锥齿轮的毛坯。

1）齿轮各基本尺寸计算

如图4所示，以点1为坐标原点，轴线为一坐标轴建立直角坐标系，依次求出2、3、4、5、6、7的坐标，由1—2—3—4—5—1的连线构成直齿圆锥齿轮的二维结构，再用旋转轮廓线的方法既可生成圆锥齿轮的实体。

2）圆锥齿轮的实体建模

再用旋转轮廓线的方法生成圆锥齿轮的实体

3）结构实体生成模块

2.2 系统运行窗体的创建和应用

1） 窗体的建立

2）程序的连接

用VB编程进行的二次开发，要将VB和SolidWorks连接来，编写VB代码前，创建SolidWorks和VB对象，启动运行SolidWorks。这样就可以在VB的环境下利用SolidWorks对象及其下级对象的属性和方法，完成用VB语言在环境中草图和三维模型图的绘制。下面给出VB语言在SolidWorks环境中绘制圆锥齿轮三维图的部分子程序代码：

2.3 程序的调试及运行

1）运行程序过程

在SolidWorks中，单击[工具]/[宏]/[运行]，选择*.swp出现程序运行界面。通过在VB窗口中填写圆锥齿轮参数后，单击‘生成按钮，发现错误代码91（对象变量或with块变量未设置）。

经过调试发现系统默认的part语句类型出现错误，原因是程序中的part为完全定义造成运行错误，经过重新定义Part As object ‘对象型变量，重新逐句调试，更改变量类型，最终解决了问题。

2）运行结果

3 结束语

（1）系统完成了圆锥齿轮实体的变量化自动生成。

（2）建立了VB界面窗口连接Solidworks应用程序，进入Solidworks设计环境；从设计窗口中直接输入参数，可直接运行参数化造型设计程序，得到所需的三维圆锥齿轮实体。

参考文献

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