基于Autolisp的蜗轮蜗杆传动参数化绘图在装配图中的应用

郭术义 白蒙蒙

（华北水利水电大学机械学院，河南郑州 450045）

基于Autolisp的蜗轮蜗杆传动参数化绘图在装配图中的应用

郭术义 白蒙蒙

（华北水利水电大学机械学院，河南郑州 450045）

为介绍在绘制装配图时参数化绘制标准件的一种方法，以蜗轮蜗杆传动为例，在AutoCAD2007平台上，应用Autolisp语言参数化绘制标准零部件，使用者可以快速生成不同类型的蜗轮蜗杆图形。

装配图；参数化绘图；蜗轮蜗杆传动

Autolisp是一种面向对象的人工智能语言，内嵌安装于AutoCAD内部。AutoCAD是在国际上广为流行的绘图工具，其具有完善的图形绘制功能、强大的图形编辑功能。应用lisp语言调用CAD的绘图命令和相关内部函数就可以编写一定功能的应用程序［1］。

传动机构是机械系统中非常重要的一环，在原动件与从动件之间传递运动和动力。在机械结构设计过程中，传动机构的设计占很大一部分比例。针对机械设计2D图中的标准件传动机构，以蜗轮蜗杆传动的主视图和左视图剖视图为例，介绍了基于CAD的传动机构的参数化绘图方法。

标准件的变化量不大，给定一定的参数即可确定其形状结构。手动绘图耗费时间长，且容易出错，浪费了本可以用在结构设计上的时间，拖延了产品开发的节奏，是不必浪费的脑力劳动。参数化绘图会节省设计过程中耗费在标准件上的时间，缩短新产品开发周期，提高研发设计效率。

参数化绘图即是由一定参数为约束条件，完整地反映结构的其他尺寸，从而绘制完整的结构图形的方法。使用者只需要给出绘图需要的参数数值，就可以得到所需要的整个图形，而后可以在给出图形的基础上进行所需的修改，节省时间。

蜗杆轮蜗杆机构常被用于减速机两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。蜗轮蜗杆传动结构常见参数主要有模数、压力角、直径系数、导程角、蜗杆头数、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）［2］。其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即涡轮端面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值。

1 程序结构

采用CAD自带的Vlisp语言来参数化绘制蜗轮蜗杆机构，其可读性和简便性，使该语言对设计者的编程水平要求不高。程序主要包括对话框部分、数学模型部分、标

注部分、绘图环境部分、绘图部分和菜单部分几个部分。具体的参数化绘图设计流程见图1，程序主要针对于绘制装配图时蜗轮蜗杆传动结构的绘制，装配图中绘图环境是已定的，程序不应改变原有的环境设定。程序中应用图层名称在装配图中不一定存在，在切换图层时应先判断图层是否存在，如不存在，则切换使用默认“0”图层，图形生成完毕后由设计者对线型进行后续调整。以“粗实线”图层为例，其程序语句为：

对于绘图环境的其他部分，比如设置捕捉因子，在程序结束时应改回原有设定值。以捕捉因子为例，其程序语句为：

(setq osmode_bak(getvar"osmode"))(Setvar"osmode" 0);设置捕捉因子为0，即关闭对象捕捉

……(Setvar"osmode"osmode_bak);恢复对象捕捉为初始状态。

图1 参数化绘图设计流程

2 对话框部分

对话框的作用是方便用户输入参数，程序读取后通过数学模型计算得到所绘制图形的各个尺寸参数，以便接下来绘制图形。采用与lisp配套的DCL语言编写对话框，结构呈树状结构，以row横向排列和column竖向排列作为分支点，编辑文本框和命令按钮等控件。DCL常见的控件有按钮、编辑框、图像按钮、列表框、下拉列表框、单选按钮、滑动条和切换开关等。以普通蜗轮蜗杆为例，如图2所示。应用了文本编辑框和命令按钮2种控件，需要使用者输入的参数有模数、蜗杆头数、蜗轮齿数、蜗杆直径系数、整体旋转角度和中心定位点。其中，定位点指的是蜗杆的中心点，当然不同的绘图情况下用户可以确定的定位点不同，定位点不同的用户可以在图形生成后将其移动到合适的位置。

图2 对话框执行结果

文本框用于收集参数信息，通过属性设置中的“LA⁃BEL”来进行提示用户参数类别，通过自定义设置的“key”属性与驱动程序链接，驱动程序根据key值不同来区分各个参数，并进行设置初始值和提取参数数值等操作。

3 主程序部分

主程序主要包括对话框的调用及初始化函数、控件动作函数、参数赋值函数、控件状态函数、调用绘图函数的主调函数、各视图的绘图函数和其他一些命令语句［3］。

3.1 数学模型的建立

用户输入的参数有模数m、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2、蜗杆直径系数q、整体旋转角度alf、中心定位点P、蜗轮轴孔直径dm、键槽宽度B1和键槽毂深T1，根据这些参数计算其他一些必要的参数，得到参数后，确定绘图时需要的点（见图3）。

蜗杆尺寸计算的数学模型如下：①分度圆直径d= mq；②齿顶高ha=m；③齿根高hf=1.2m；④齿顶圆直径da= d1+2×ha=m（q+2）；⑤切制螺纹部分长度L=16m，此时z1= 1、2；L=20m,此时z1=3、4。

蜗轮尺寸计算的数学模型如下：①中心距a=m（q+ z2）；②分度圆直径d1=m×z2；③宽度B=0.75（d+2×ha），此时z1=2、3、4；B=0.67（d+2×ha）。

图3 计算蜗轮蜗杆结构尺寸数学模型

3.2 编写绘图函数

编写参数化绘图程序所用的函数命令不多，大概有以下几种。

3.2.1 定位函数。通过起始已知点坐标和极坐标位置关系点位点的方式。例如：(setq p4(polar p2(*1.5 pi) (+d(*ha 2))))，其中p2为已知点，1.5pi是p4相对于p2的角度，(+d(*ha 2))为两点间距，函数结果为点p4的坐标。

3.2.2 CAD命令函数。调用CAD绘图或修改命令等。例如：(command"clayer""粗实线")，切换当前图层为“粗实线”图层；(command"line"p5 p6"")，调用直线命令，画以点p5、p6为端点的一段直线；(command"circle"pt0 "d"d1)，调用圆命令，以pt0为圆心，d1为直径画圆；(com⁃mand"trim"pt6""pt5 pt4"")，调用剪切命令，以点pt6选中剪切边界，点pt5、pt4框选中要剪切的图形，执行剪切操

作；(command"bhatch""p""ansi31"0.5 0 pm1 pm2"""")，调用图形填充命令，填充ANSI31图形，边界范围由pm1、pm2点确定。

3.3 其他主要函数的编写

对话框程序的加载函数、对话框的启动、对话框中控件的基本属性设置。

(setq id(load_dialog"E∶\蜗轮蜗杆\试验.DCL"))，通过路径加载DCL对话框文件。

(if(＜id 0)(exit))，如果加载失败就退出程序。

(if(not(new_dialog"ptwg"id))(exit))，初始化对话框。

设置一些控件的初始值，应用的函数为set_tile函数，蜗杆齿数z1设置如下：

(setq z1 2)(set_tile"Z1_box"(rtos z1 2 2))，设置其初始值显示为2，其中Z1_box是控件的“key”值。

设置必要的控件动作，应用的函数为action_tile函数，“确认”控件的动作设置如下：

(action_tile"accept""(getdata)(done_dialog 1)")，点击“确认”控件后调用getdata子函数，退出对话框界面。

提取控件的数值并赋给设定的变量，应用的函数为get_tile和setq函数，提取蜗杆齿数并赋值给变量z1如下：

(setq z1(atof(get_tile"Z1_box")))。

3.4 绘图结果

绘图程序模块主要包括主视图和左视图剖视图两大部分，运行程序并输入合适的参数值，得到的结果如图4所示。

图4 蜗轮蜗杆传动示意图

4 编写菜单

要画出不同类型的蜗轮蜗杆图形，需要加载相应的蜗轮蜗杆程序，这个过程需要对使用程序进行挑选，选择需要的程序（见图5）。这个过程，本文通过创建自定义CUI文件进行实现。CUI指冯诺依曼体系机构。在电子技术领域表示为Command User Interface，命令行用户交互。指应用命令行和电脑交互，从而达到控制和利用电脑的目的。通过创建合适的CUI文件，将诸多lisp文件及其主函数名添加到菜单里，就可以方便地调用需要的绘图程序。当然，创建菜单的方法不止这一种，2008版CAD及以上的使用者可以使用objectarx.net来创建CUI，可以省去一些不必要的信息。

图5 菜单效果图

CUI文件编辑完成后，保存为.cui和.mnr文件。需要使用时，在命令行中输入cuiload。在“加载/卸载自定义设置”对话框的“文件名”框中，输入要加载的CUI文件的路径，或单击“浏览”查找该文件。单击“加载”，然后单击“关闭”。

5 结语

本文用Auto lisp语言开发传动结构中蜗轮蜗杆结构的参数化绘图程序，为装配图中传动结构的选择和设计提供了一条更为方便、快捷的途径。参数化绘图程序有以下特点：程序可读性好、操作简单，从汉字提示进行下一步操作，使用者可以按照提示进行操作，不必记忆数量繁多的操作命令；在对话框提示中输入一定的参数，就可以自动绘制需要的图形，图形随参数的变化而变化，可以有效输出各种尺寸的蜗轮蜗杆传动结构，极大地方便设计者使用蜗轮蜗杆结构，提高了工作效率。

［1］吴永进，林美樱.AutoCAD程序设计魔法书［AutoLISP DCL基础篇］［M］.北京：中国铁道出版社，2003.

［2］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［3］汪胜莲，关航健.AutoCAD2008二次开发在螺钉绘制程序中的应用［J］.现代机械，2009（4）：50-52.

Application of Parametric Drawing of Worm Gear and Worm Gear Based on Autolisp in Assembly Drawing

Guo ShuyiBai Mengmeng
（Machinery College of North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

In order to introduce a method of parametric drawing standard parts in drawing assembly drawing,taking the worm gear as an example,on the AutoCAD2007 platform,standard parts and components were parameterized drawing by using Autolisp language,users could quickly generate different types of worm gear and worm graphics.

assembly drawing；parametric drawing；worm drive

TH126.2

A

1003-5168（2016）10-0067-04

2016-09-23

郭术义（1971-），男，博士，副教授，研究方向：现代机械设计理论及技术；白蒙蒙（1992-），女，硕士，研究方向：机械设计及理论方面的研究。