基于SolidWorks的变位齿轮参数化设计
2016-10-12时小惠
时小惠
（无锡开放大学 机电工程系，江苏 无锡 214000）
基于SolidWorks的变位齿轮参数化设计
时小惠
（无锡开放大学 机电工程系，江苏 无锡214000）
变位齿轮是机械传动中的典型零件.在SolidWorks软件平台开展变位齿轮的参数化建模设计，明确变位齿轮各参数的关系，编写渐开线直齿变位齿轮的程序代码，设计建模参数用户界面，实现变位齿轮的高效快速建模.
变位齿轮；参数化设计；SolidWorks；建模
齿轮是机械传动系统中能提供连续平稳传动的常见零件.为了改善高速小齿轮强度、调整齿轮啮合传动中心距或避免小齿数齿轮加工时的根切现象，通常会将齿轮做变位处理，即加工齿轮时改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出齿形，形成变位齿轮.由于变位齿轮不是标准齿轮，其变位系数等参数通常因设计或加工要求的不同而不同，这就使得其相应的三维建模较标准齿轮更复杂.为简化设计过程，缩短建模时间，参数化设计是一个有效途径.也正因如此，近年来基于Pro/E［1］、CATIA［2］，以及SolidWorks［3-4］等三维建模软件二次开发技术的参数化建模和设计获得了较快的发展.本文基于参数化设计的理念，利用SolidWorks三维建模软件平台，以变位直齿齿轮为建模对象，利用软件VBA功能编写二次开发程序，制作参数化建模界面，完成三维模型快速构建，可有效缩短设计周期，提高设计效率.
1 变位齿轮参数确定
由加工齿轮的不根切条件可得最小变位系数为
式中:ha*为齿顶高系数；zmin为用标准齿条形刀具切削标准齿轮的最少齿数；z为齿轮的当前齿数.当齿轮的齿数z
由于变位齿轮模数m、齿数z、压力角α（本文取20°）和变位系数x预先确定，因此变位齿轮特征参数可以采用以上4个参数确定，并有以下公式:
式中:D为齿轮分度圆直径；Db为基圆直径；Da为齿顶圆直径；Df为齿根圆直径；s为变位齿轮分度圆上的齿厚；e为分度圆上的齿槽宽；m为变位齿轮模数；z为齿数；α为压力角.
2 变位齿轮模型生成
在二次开发变位齿轮的时候，确定齿轮齿廓渐开线和齿轮的齿根圆之间的过渡关系是关键［5-7］.齿轮轮齿截面图见图1.当齿根圆直径大于基圆直径时，需要采用过渡曲线连接齿廓渐开线与齿根圆，使齿轮轮廓线平滑.本文采用圆弧方式过渡，圆弧半径r0取值0.38 m.
图1 齿轮轮齿截面图
根圆直径Df是否大于基圆直径Db.当时，Df>Db；反之，
Df Dim skSegment As Object Set skSegment = Part.SketchManager.CreateArc（x2 / 1000，0.001 * （y2 - 5），0，0.001 * x3，0.001 * （y3 - 5），0，0.001 * x0，0.001 * （y0 - 5），0，1） Part.SetPickMode Part.ClearSelection2 True boolstatus = Part.Extension.SelectByID2（"Arc1"，"SKETCHSEGMENT"，0，0，0，True，0，Nothing，0） Part.Extension.MoveOrCopy False，1，False，0，0，0，0，0.001 * 5，0 Part.ClearSelection2 True 渐开线部分利用渐开线上的各个控制点经点描后生成的近齿廓渐开线，采用以下程序代码实现: Part.SetPickMode Dim pointArray As Variant Dim points（） As Double ReDim points（0 To n） As Double ... pointArray = points Set skSegment = Part.SketchManager.CreateSpline（（pointArray）） Part.ClearSelection2 True 中间部分插入的是点的坐标，将点的三维坐标（编号从0到n）赋值给point（ ），完成近齿廓渐开线各个控制点的绘制.齿轮外轮廓采用插入圆弧的方式绘制，其程序代码如下: Set skSegment = Part.SketchManager.CreateArc（0#，0#，0#，0.001 * 0.5 * Db * （Cos（u） + u * Sin（u）），0.001 * 0.5 * Db * （Sin（u） - u * Cos（u）），0#，0.001 * x11，0.001 * y11，0#，1） Part.SetPickMode Part.ClearSelection2 True 其余圆弧插入的方式类似，再经过拉伸、阵列等操作完成齿轮的三维建模. 在SolidWorks自带的VBA中插入用户界面，提供模数m、齿数z、压力角α和变位系数x四个关键参数的输入功能，其界面设计如图2所示［8-9］. 将齿轮的参数在窗体的指定位置输入，点击生成模型即可完成变位齿轮的建模.图3是输入一组参数后的模型效果图. 图2 变位齿轮建模参数界面设计图 图3 变位齿轮的模型 以变位齿轮为对象，在SolidWorks平台上进行了参数化三维建模，完成了包括齿根过渡圆弧、齿廓关键部位的程序编写和建模界面设计，实现了变位齿轮的高效快速建模，为齿轮及其他典型机械零件的参数化设计提供了思路. ［1］ 毕舟，吴成智. 基于Pro/E二次开发的渐开线变位齿轮精确建模［J］. 新技术新工艺，2014（6）:57-61. ［2］ 顾勇，高一知. 基于CATIA 的渐开线变位齿轮参数化建模与二次开发［J］. 机械，2009，36（S1）:60-62. ［3］ 孙付春，蒋家旺，魏勇，等. 基于SolidWorks API的全摆线齿轮参数化设计［J］. 成都大学学报（自然科学版），2012，31（4）:382-384. ［4］ 高红英. 基于SolidWorks 的变位齿轮的分析与设计［J］. 工程图学学报，2007，28（4）:141-144. ［5］ 施雄泉. 园柱齿轮传动最少齿数的分析［J］. 苏州市职业大学学报，2014，25（1）:38-40. ［6］ 喻久港. 基于SolidWorks利用VB编程绘制渐开线齿轮［J］. 机械工程与自动化，2012（1）:63-64. ［7］ 鲁春艳. 基于UG 的齿轮齿条式转向器的虚拟设计与分析［J］. 苏州市职业大学学报，2009，20（1）:20-23. ［8］ 杨晓蕾，吴淑芳. 基于Archard磨损理论的螺旋伞齿轮精锻成形模具磨损分析［J］. 长春大学学报（自然科学版），2014，24（4）:451-454. ［9］ 侯红玲. 斜齿轮及斜齿变位齿轮的参数化建模［J］. 机械设计与制造，2015（8）:214-217. （责任编辑:李华） A Parameterized Design of Gear with Addendum Modification Based on SolidWorks SHI Xiao-hui Gear with addendum modification is a typical part in mechanical transmission systems. In this paper，a Parameterized design for the gear with addendum modification is carried out using SolidWorks software. The relations between its parameters are illustrated. The program for modeling of involute spur gear with addendum modification is completed. User interface for parameters of modeling is designed. Efficiency and rapid modeling of gear with addendum modification is realized. gear with addendum modification；parametriczed design；SolidWorks；modeling TH132.413 A 1008-5475（2016）03-0043-03 10.16219/j.cnki.szxbzk.2016.03.008 2016-02-05； 2016-03-03 时小惠（1983-），女，江苏仪征人，讲师，硕士，主要从事机械制造研究. 时小惠.基于SolidWorks的变位齿轮参数化设计［J］.苏州市职业大学学报，2016，27（3）：43-45.3 建模参数输入界面设计
4 结论
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Open University Wuxi，Wuxi 214000，China）
