基于AutoLISP的渐开线圆柱齿轮参数化设计及绘图系统

郑州机械研究所 王 永 郭 钢 蒋 晶 黄红涛 潘军远

基于AutoLISP的渐开线圆柱齿轮参数化设计及绘图系统

郑州机械研究所 王 永 郭 钢 蒋 晶 黄红涛 潘军远

圆柱齿轮在机械产品中应用十分广泛，并且品种、规格繁多。长期以来，在齿形上以采用渐开线齿形为主，其传动的速度和功率范围很大且效率较高。对中心距的敏感性小，装配和维修方便。可以进行变位切削及各种修形、修缘，从而提高传动质量。易于进行精密加工，可以取得高精度，是各种齿轮中应用最为广泛的一种齿轮。考虑到传统设计费时费力，且容易出错。本文应用AutoLISP语言二次开发出渐开线圆柱齿轮的设计及绘图系统，实现二维参数化绘制工程图，将设计人员从大量繁琐的计算和绘图中解放出来，实现渐开线圆柱齿轮精确和快速的绘制。

一、AutoLISP简介

LISP（List Processing Language）是一种计算机的表处理语言，是在人工智能学科领域广泛应用的一种程序设计语言。AutoLISP语言是嵌套于AutoCAD内部，将LISP语言和AutoCAD有机结合的产物。美国AutoDESK公司在AutoCAD内部嵌入AutoLISP的目的是使用户充分利用AutoCAD进行二次开发，实现直接增加和修改AutoCAD命令、随意扩大图形编辑功能、建立图形库和数据库并对当前图形进行直接访问和修改、开发CAD软件包等。

AutoLISP语言最典型的应用之一是实现二维三维参数化绘图程序设计，包括尺寸驱动程序，鼠标拖动程序等。另一个AutoLISP的典型应用就是利用AutoCAD提供的PDB模块构成DCL（Dialog Control Language）文件创建自己的对话框。

AutoCAD软件包中包含大多数用于产生图形的命令，但仍有某些命令未被提供。例如，AutoCAD中没有在图形文本对象内绘制矩形及作全局改变的命令。通过AutoLISP，你可以使用AutoLISP程序语言编制能够在图形文本对象内绘制矩形或作全局选择性改变的程序。事实上，可以用AutoLISP编制任何程序，或把它嵌入到菜单中，这样定制的系统会取得更高的效率。

自从AutoLISP嵌入到AutoCAD以后，使仅仅作为交互式图形编辑软件的AutoCAD变成能真正进行计算机辅助设计、绘图的CAD软件，由于LISP语言的灵活多变，又易于学习和使用，因而使得AutoCAD成为功能强大的工具性软件。

除了FOKTRAN和COBOL，大多数在20世纪60年代早期开发出来的语言都过时了，可是LISP却产生了出来，并且已经成为人工智能（AI）的首先程序语言。AutoLISP解释程序位于AutoCAD软件包中，然而AutoCADR2.17及更低版本中并不包含AutoLISP解释程序，这样，只有通过AutoR2.18及更高版本才可以使用AutoLISP语言。

二、渐开线圆柱齿轮的参数化绘图

参数化绘图就是将图形的尺寸与一定的设计条件（或约束条件）相关联，即将图形的尺寸看成是设计条件的函数。当设计条件发生变化时，图形尺寸便会随之进行相应更新。

根据渐开线圆柱齿轮设计参数进行自动化绘图，其步骤如下：

1.对齿轮进行分类。渐开线圆柱齿轮可分为分离式和整体式。

2.利用DCL文件创建自己的对话框，以齿轮轴为例，输入界面如图1所示，程序如下：

3.初始化绘图环境及选择坐标系。绘图环境是对AUTOCAD的系统变量进行保存，并在绘图完成后恢复原来的设定状态，包括绘图比例、图纸幅面、线型、图层、尺寸标注形式和文字样式等。初始化程序代码应放在绘图程序的最前端。

4.基本绘图参数的选择。绘制齿形部分需要7个参数，即齿轮旋向、齿轮模数、一对啮合齿轮的齿数、齿轮啮合中心距、螺旋角以及齿轮宽度。其他尺寸则需要12个参数（如图1所示）。

图1 齿轮轴参数输入界面

5.标记渐开线圆柱齿轮结构的主要型值点并计算。

6.根据以上参数设置，编写绘图程序。部分程序如下：

7.在AUTOCAD平台下运行并生产的二维工程图（如图2所示）。

图2 齿轮轴主视

三、结束语

运用AUTOLISP语言在AUTOCAD软件平台下开发渐开线圆柱齿轮的参数化绘图系统，为渐开线圆柱齿轮结构类型的选择和设计提供了一种准确、快捷的办法。在绘图系统中，设计人员输入的参数不同，生成的图形就随之更改。因此，可以通过改变输入参数，实现各种尺寸的渐开线圆柱齿轮的参数化设计。该系统减轻了设计人员计算和绘图的工作量，使其流程标准化，大大节约了用户的绘图时间，成倍的提高了工作效率。因而本系统对其他类似系统的开发也具有重要的参考价值。