蜗轮蜗杆传动CAD系统的研究与开发

摘　要:介绍了应用AutoCAD 2000集成环境中的VBA开发的蜗轮蜗杆传动CAD系统.它运用模块化和参数化设计方法,完成蜗轮蜗杆传动设计计算及零件图绘制工作,使设计者可以在几分钟
内完成蜗轮蜗杆传动设计工作,从而缩短了设计周期,提高了设计质量.

         蜗轮蜗杆传动以往都是通过人工计算,需要查阅大量的图表和曲线,反复计算和校核,计算量大,浪费时间.本文提及的蜗轮蜗杆传动CAD是在AutoCAD2000平台上进行的二次开发,系统功能齐全,使用方便,尤其是自动查阅大量的图表和曲线计算功能及零件的参数化绘图模块,使用户在设计蜗轮蜗杆传动时即直观又快捷,大大的提高了设计效率,加快了制图过程,提高了图形质量.
        VBA是一个AutoCAD2000应用程序集成开发环境,它提供了高质量的用户编程能力,继承了AUTOLISP语言、ADS应用程序的优点,同时具有高级语言的设计计算能力和便捷的程序调试能力,是一个优秀的二次开发工具.本系统采AutoCAD2000中的VBA与Microsoft公司的Ac-cess数据库处理系统,将AutoCAD2000强大的绘图功能、VBA优秀的编程能力和Access数据库方便灵活的数据查询技术有机的结合起来,编制了的从界面到绘图的结构精简、运行高效、结果准的源程序.主要包括理论计算部分与绘图两大部分,其中理论计算部分能够根据已知输入参数设计各种蜗轮蜗杆传动并提供设计计算结果;绘图部分可根据理论计算部分的设计结果自动绘制出相应的蜗杆及蜗轮的零件图
           
1　蜗轮蜗杆传动软件系统总体设计
       蜗轮蜗杆传动用来传递空间交错的两轴间的运动和转矩,它的类型较多,本系统以普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动和直线环面蜗杆传动为对象进行几何参数及尺寸计算、作用力分析及蜗轮蜗杆传动的强度校核的设计,编制了包含蜗杆传动的理论计算及计算机自动绘图两部分的软件系统.
       因各类蜗轮蜗杆传动的设计过程基本类似,总的来说,可以归纳为以下几方面的工作:
       已知参数的输入、Access数据库的建立、蜗轮蜗杆传动设计计算、输出设计结果、输出相应的蜗杆及蜗轮的零件图,其软件系统的结构示意图如图1.
                                   
2　蜗轮蜗杆传动设计计算
2.1   初始参数的设计
         先将本系统抽象化为一个黑箱,使其在一定条件下,实现一定功能.具体的说,本系统是蜗轮蜗杆的设计,因此需要输入一些初始参数,如:功率p1、输入转数n1、传动比i(输出转数n2)、寿命,并根据需要选择传动类型和材料等,系统应能根据输入条件的改变而实现条件判断,并进行相应的处理,从而实现图形显示,并可对生成图形进行编辑和修改.
2.2　Access数据库的创建
         Access数据库管理系统是Microsoft公司开发的附于Office工具软件包中的数据库管理软件.它具有丰富灵活的数据管理能力,对数据库内记录的创建、增删、查询都十分方便.可以经过查、归纳、整理,将设计过程中用到的大量数据、国家标准、图表等直接建成一个大型的Access数据库,生成.mdb文件,在参数化设计过程中按照需要调用数据库中数据.
2.3　蜗轮蜗杆传动计算的模块划分
         蜗轮蜗杆传动的类型较多,但是其设计过程基本类似,为了增加程序的可重用性、扩充性、维
护性,本文采用面向对象的理念将设计和绘图功能封装成可执行程序.用面向对象的方法分析蜗杆传动,其核心和基本内容是抽象对象类,并建立对象类之间的关联.
         就蜗杆传动而言,具体的蜗杆传动计算和绘图表达为一个对象,可以看作由结构和功能都相对独立,数量较为固定的模块组成,其模块划分为选择传动及精度模块、公差检验模块、选择齿数模块、主要参数模块、强度校核模块等(如图2).经过对蜗杆传动分析和模块的划分后,就可以按照模块编制程序代码,并在设计蜗杆传动的各种类型的程序中调用相对独立的公用模块,增加了程序的可重用性、扩充性、维护性,并简化了程序代码.
                                           
          
3　蜗轮蜗杆传动参数化绘图
3.1　图形初始化
         初始化绘图环境,指定绘图的比例、线型、线型所在层、尺寸标注样式、图纸幅面、文字式样、文字大小等.这些内容在每次绘图之前都应该初始化,即在绘图之前都应该按照用户要求和国家标准设定好,编制成程序模块,按照用户输入和选择进行定制.
3.2　蜗轮参数化绘图
         要绘制蜗轮的零件图,仅有齿形参数是不够的,还要有蜗轮轮体的结构参数.而对于不同类型的蜗轮,绘图时要求输入的轮体结构参数的大小和多少也各不相同.所以应按照其外部结构、内孔形状等的不同进行分类,将蜗轮设计中常用的、相近的、或相似的轮体结构绘制出来,用字母标上由用户输入参数的尺寸位置,然后存在图形数据库中以便于设计时调用.
3.3　蜗杆参数化绘图
         要绘制蜗杆的零件图,与蜗轮一样,仅有蜗杆的设计结果参数是不够的,要输入蜗杆轴的结构参数.蜗杆轴参数化采用图素组合的方法生成任意轴段的蜗杆轴,并划分各种图形元素模块,如划分为蜗杆轴段、左倒角、右倒角、左轴段、右轴段、键槽、退刀槽等图形元素模块;然后根据蜗杆轴段数不同、蜗杆轴结构不同、传动类型的不同,分别作不同的处理,调用不同的图形元素模块,最后进行图形组装并标注尺寸.即除了调用共有部分的模块还要据类型调用其特有的模块.
3.4　AutoCAD的内嵌程序
         VBA提供的图元命令对象与另一个内嵌程序AutoLisp相比不是很灵活,如在绘制圆弧时,因为它提供了一种参数输入方式来绘制圆弧,即输入:圆心坐标、半径、起始角、终止角这四个参数.所以,在编写程序之前要经过精密的计算,来确定起始角和终止角与其他参数的关系.具体代码如下:
                   
                         j5就是一个中间变量.Pto1为圆心坐标,r2为半径


4　 结　论
        本文介绍了利用面向对象的理念进行蜗轮蜗杆传动软件系统设计的方法,加快了设计速度、优化了制图过程,提高了图形质量,具有较好的软件可重用性和可维护性.利用该软件,设计者可以在几分钟内设计和绘制完成蜗轮、蜗杆,而且设计计算数据与图形正确可靠,所需的人为改动量很少.该软件经过使用验证,表明具有操作简单、稳定可靠、易于维护和扩充的优点。