基于Solidworks的齿轮参数化设计二次开发文献综述

 2022-07-24 14:09:43

文献综述

齿轮一般用于改变传动或转动方向、速度及改变力矩，是机械设备中一种运用最广泛的机械传动装置。具有传动效率高，传动功率范围广，瞬时传动比稳定，结构紧凑，寿命长等优点[1]。齿轮的形式有多种，现代齿轮大多属于渐开线齿廓的齿轮，渐开线齿轮具有传动速度快和功率范围大，传动效率高、互换性好，装配和维修方便、能保证固定传动比传动等特点[2]，在市场上占有非常大的比重，因此如何提高渐开线齿轮的设计质量和效率是现阶段重要任务之一。使用SolidWorks二次开发，对现有的软件进行定制修改，对相应功能进行参数化扩展，可以方便地实现齿轮高质高效设计制造。

传统的同类零件设计过程重复性工作较多，CAD软件SolidWorks拥有强大的参数化特征造型功能，且界面友好、操作简便，拥有开放的体系结构同时又具有优异的性能价格比，可以帮助我们针对设计要求，通过对CAD软件的二次开发，实现专用的齿轮CAD，从而可以实现：（1）与现阶段的CAD软件相结合，具有更好的发展前景。（2）通过专用的齿轮CAD快速地进行新型产品的开发设计。（3）缩短必要的劳动生产时间，降低成本，减少产线相关技术人员的劳动强度，同时可以使产品输出更加稳定精准[3]。

齿轮传动应用非常广泛，分度圆直径范围从50 mm到百米以上，齿数可达千齿，转速达1000，效率可达99.5%。全球齿轮行业产品可分三大类：车辆齿轮传动如汽车、农机；工业齿轮传动如化工、冶金 、航空、铁道等；齿轮专用装备包括齿轮专用机床、刀具量具等，总体规模每年稳定在1000亿美元以上[4]。我国齿轮制造技术发展迅速，但是在高端齿轮产品上在功率密度、可靠性和使用寿命与国际先进水平仍然还有很大差距。我国齿轮产品主要集中在中低端且同质化程度高，在高铁、航空等方向的高端齿轮部分部件还靠进口。我国齿轮与国际先进水平的差距主要表现在：（1）基础研究数据的匮乏。（2）齿轮热处理工艺水平不高。（3）齿轮材料品质较低。（4）高端齿轮产品生产装备靠进口。近些年我国对齿轮参数和性能指标有较多研究，主要表现在弯曲强度、接触强度、疲劳寿命及重合度等方面。对齿形修正以及齿轮传动结构的研究和加工仿真、工艺参数的优化也取得了一定的成绩，在计算机上实现了齿胚刀具的动态建模[5]、加工过程模拟、加工工艺分析和切齿效果分析等可设计新的加工工艺。 目前国内的研究有如新型齿轮传动、小波分析、和分形几何应用、计算机辅助分析和工艺[6]，国际研究有如提高承载能力方向的动力学设计、加工处理、润滑设计，高效传动与节能降耗，振动与噪声方向的振动控制、噪声控制，齿轮绿色制造，齿轮材料，齿轮测量与故障诊断。总的来说未来发展趋势是国内外围绕提高承载能力，降低振动噪声，提高传动效率，节约制造资源，提高加工效率，避免环境污染几个方面主要的研究成果[7]。

我国的齿轮发展应用主要是通过引进国外技术，通过国内的参数开发、创新改变一步一步发展起来的，并且已经取得了丰富的成果。当前尽管在设计优化、强度理论、制造工艺方面取得了相当的成就，然而与国外齿轮发展相比仍然存在一定的差距，例如在齿轮传动装置模块化设计不足，齿轮传动装置性能不够良好，动力分析软件不够强大，产品标准与国际不能很好的同步，制造设备落后等问题。在齿轮CAD方面，国际CAD技术蓬勃发展，国外大公司都非常重视这方面的技术研究且取得了许多新的技术[8]。CAD的技术核心是应用软件，三维参数化设计是提高设计效率最好的方法之一，所谓参数化设计就是将模型中的约束信息变量化，使之变化可调从而得到不同大小、形状的零件模型[9]。SolidWorks界面中的零件设计参数化提供了两种途径，一是直接使用SolidWorks界面中的系列零件设计表参数化(SpecifyingDesign Table Parameters)功能，这种方法毋需编程，简单实用。二是利用软件内嵌的应用程序接口(API)实行二次开发，SolidWorks是美国在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件，全面采用非全约束的特征建模技术，提供自底向上的装配方法，同时还提供自顶向下的装配方法。它将2D绘图与3D造型技术融为一体。但是软件是外国人编写的，不适合中国的国标，也没有适合我国国标的标准库，因此，为了适合特定企业的特殊需求，必须对其进行本地化和专业化的二次开发[10]。为了方便进行二次开发，SolidWorks提供了几百个API函数，是OLE和COM接口的。用户使用高级编程语言调用API对象访问和操作SolidWorks可以实现专用功能模块。与其它开发语言相比，Visual Basic语言规则简单，容易上手，功能强大，同时考虑到SolidWorks提供的宏录制功能为VBA环境，与VisualBasic语法规则完全一致，因而对非计算机专业的工程技术人员来说，VisualBasic更适于作为开发工具。

随着CAD软件的发展，国外发达国家早已形成一个研究、开发、应用、制造一条全新的产业链，且呈现一下特点：（1）实用性。许多 CAD 软件是结合生产车间的需要开发而成的；（2）可视性。利用图形技术和先进软件编程技术把齿轮 CAD 设计过程可视化；（3）系统性。软件功能比较齐全，多数配有先进的分析工具；（4）普及性。制造厂基本上都采用以 CAD 技术，CAD 技术的应用普及反过来也促进了齿轮 CAD 技术的发展。

我国在20世纪80年代初期开始开展CAD基础技术的研究，从优化设计到计算机辅助绘图，从二维图形发展到三维实体造型。国内进行二次开发大多是科研院校，对于企业，当一个软件搞不定这个问题时，更多的选择通常是会倾向于需要你换个CAD软件，然而有时候一个简单的二次开发能更好解决问题而且成本更低[11]。对于通用CAD软件的使用正在被推广，被越来越多的技术人员所使用，但就本课题渐开线齿轮建模来说，需要大量的数据支持，费时费力，因此对已有的软件进行二次开发是必要的。尽管我国齿轮CAD技术的开发取得了一定的进展，但仍然存在一些问题，主要表现为：（1）借用国外专用齿轮设计软件成本高。国外一些公司也开发了比较适于生产实际需要的专用齿轮设计软件，如美国 Camnetics 公司的Gear Trax 插件，可以建立光滑的渐开线齿廓，直观、简单、功能强大，自动变位量更新功能，但价格却很高，如果仅为设计齿轮购买价格昂贵的专用软件会大大加重中小企业负担。（2）国内部分齿轮 CAD系统通用性差。目前国内市场上也有一些自主研发的齿轮CAD系统，主要是针对本厂的产品进行设计，通用性较差，且不是商品化软件，共享度不高。（3）国内齿轮CAD系统商品化程度低，功能单一、集成化程度低，可靠性差。现有的国产通用CAD系统软件大部分都是偏重于绘图或计算分析，计算分析和绘图是分离的，需人工分别输入参数进行，较少将两者统一起来，使设计计算与绘图相关联。而且都或多或少地存在着某些不完善的地方，有的软件只具有几何参数设计而缺少三维造型功能；有些系统即使实现了齿轮三维造型，所建模型却非常粗糙，难以精确地表达渐开线齿廓的几何特征，导致齿轮CAD系统很难真正进入市场。

参考文献

  1. 濮良贵, 纪名刚. 机械设计-第8版[M]. 高等教育出版社, 2006.
  2. 王丽娟, 黄清世, 邹雯. 齿轮发展研究综述[J]. 机械研究与应用, 2008, 21(1):17-18.
  3. 董西军. 基于SolidWorks的参数化设计[J]. 机械制造与自动化, 2007, 36(2):26-27.
  4. 江洪. SolidWorks 2003二次开发基础与实例教程[M]. 电子工业出版社, 2003.
  5. 孙付春, 李玉龙. 基于SolidWorksAPI的渐开线齿轮的参数化建模[J]. 中国农机化学报, 2014, 35(1):202-204.
  6. 赵韩, 吴其林, 黄康,等. 国内齿轮研究现状及问题研究[J]. 机械工程学报, 2013, 49(19):11-20.
  7. 李庆华, 刘秀娟, 关英俊,等. CAD技术的应用与发展问题浅析[J]. 长春大学学报, 2004, 14(2):54-56.
  8. Kimura F, Kawabe S, Sata T, et al. A study on product modelling for integration of CAD/CAM[J]. Computers in Industry, 1984, 5(3):239-252.
  9. 王晓毅, 陈晓霞. 基于SolidWorks的渐开线齿轮建模方法研究[J]. 装备制造技术, 2013(1):44-46.
  10. 杨行超, 黄阳, 谷寅. 基于SolidWorks的齿轮CAD系统的开发[J]. 机电产品开发与创新, 2009, 22(5):98-99.
  11. 李雪军. 齿轮CAD技术研究[J]. 机械设计与制造, 2000(1):15-15.

资料编号：[82624]

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