基于SolidWorks的齿轮参数化设计及实现

  1引言
   
    在当今的工业领域，越来越多地把产品的设计、分析、制造、数据管理与信息技术融为一体，以此提高工业生产的自动化水平。以前，三维产品模型的设计都是首先由设计师在图板上画出图样，然后由图形软件使用人员根据图样绘制出产品模型，这样既浪费了人力和物力，设计效率也比较低。随着SolidWorks等三维设计软件的广泛应用，以其开放性体系结构为基础，利用高级编程语言设计程序来实现三维模型的参数化设计，这样无疑提高了设计的自动化水平。本文正是以SolidWorks为基础，通过高级语言程序设计进行图形绘制软件的二次开发，使用户通过友好的参数设定界面输人齿轮参数，根据不同的参数，自动生成一系列齿轮模型，既节省了资源，也缩短了产品设计周期，大大提高了产品设计效率，对工业产品参数化设计的进一步发展有重要意义。
   
    2参数化设计模型
   
    参数化设计是由软设计者根据软件使用者提出的需求，结合实际设计问题，预先设置一些几何图形的约束条件，供软件使用者以此定制自己的产品造型。在实际问题中，主要是几何尺寸方面参数的约定，这些约定之间要符合一定的约束关系。一般情况下要求符合以下三个关系:基于特征的、全尺寸约束、全数据相关，以此保证约定的有效性。
   
    参数化设计模型的形成过程如图1所示:首先，对实际要解决的问题进行分析，根据实际问题确定关键的约束条件，这些约束条件必须能够确定并且唯一确定一个造型;然后输人约束参数，并进行参数有效性判定，即参数间不能有不相容条件存在，并据此判定是否需要修改参数;最后，观察绘制的模型是否符合要求，如果符合则保存设计好的产品造型，否则进行参数的修改重新进行绘制和判定。这样就是参数化设计的整个过程。
   

    3齿轮参数化设计原理
   
    在直齿轮参数化设计的过程中，首先要根据齿轮绘制的特性，分析问题，提取问题的约定参数;然后是分析齿轮模型，设计渐开线齿廓和齿根过渡曲线的关系，分析时，设定好参变量，预留程序设计接口，这是编程实现的基础;最后应用高级编程语言，设计界面，编程实现。
   
    3.1提取约束参数
   
    这里以直齿轮为例，分析约束参数的提取过程，该方法可以扩展到其它产品模型约束参数的提取中。根据用户在设计直齿轮图样时的需求，结合齿轮设计的关键尺寸约定，这里得到直齿轮的主要参数有:齿数z，模数m，分度圆压力角a，齿顶高度h,顶隙系数c，变位系数e，拉伸厚度hou。这些是齿轮绘制时的常用参数，约定了这些变量，一个直齿轮便定制好了且是唯一的。
   
    3.2齿轮绘制算法分析
   
    齿轮绘制算法的设计主要是渐开线齿廓的算法设计，在这个过程中要掌握齿轮的设计原理，灵活应用VB程序设计方法，充分利用SolidWorks的API函数进行设计。有关齿轮绘制算法的分析，这里以直齿轮的算法分析与设计为例，详细论述了齿轮参数化绘制的方法，其主要包括以下几个关键部分:
   
    (1)绘制齿根圆并拉伸:这里调用SolidWorks的AP1函数以正视图为绘制平面，建立草图，用CreateCircle画齿根圆，半径由约束参数计算为:rf=(z一2*h一2*c+2*e)*m，然后拉伸生成圆柱体，即:齿坯;
   
    (2)绘制渐开线齿形草图:齿廓的生成主要有两种方法，一种是用直线段逼近的方法，另一种是先确定齿廓上的部分点，用曲线拟合的方法。直线段逼近法计算量比较大，曲线拟合算法简单同时在精度上也并不比直线段逼近法差，所以这里选择曲线拟合的方法生成渐开线齿廓。