渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统IGTPDS的开发

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摘要：本文以《机械设计手册》为依据，利用AutoCAD的二次开发工具Visual LISP和DCL，研究并开发了渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统igtpds，该系统利用对话框控制语言（DCL）创建交互式用户管理界面，运用 Visual LISP设计驱动程序，完成齿轮传动设计过程中数据的实时传递、初步设计算法、强度校核算法和零件的参数化绘图算法的实现。该系统界面友好、设计流程符合工程设计习惯，提高设计效率并减少重复性工作。

Abstract: According to the Machinery Design Handbook, the Involute Gear Transmission Parameterized Design System IGTPDS is developed with Visual LISP and DCL under AutoCAD. The interactive interface is established by DCL program and droved by the Visual LISP program, then the real-time design data transfer and transmission design and checking algorithm and Parametric Drawing algorithm are accomplished. The involute gear transmission parameterized design system IGTPDS is easy to use and accords with engineering personnel's habit and improves the design efficiency and reduces the repetitive time.

关键词：渐开线圆柱齿轮；二次开发；参数化设计；Visual LISP

Key words: involute gear；development；parameterized design；Visual LISP

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0038-02

0 引言

齿轮传动被广泛应用于机械传动机构中，可用于传递任意两轴之间的动力和运动，具有传动比不变、寿命长和传递功率大等特点。对于圆柱齿轮传动系统的设计传统方式主要依靠反复查阅设计手册和大量人工计算，设计过程不但繁琐，且易出错，导致设计周期长。随着计算机技术的发展与应用，为将现代CAD技术应用于齿轮传动的参数化设计提供了必要的技术支持，另一方面，国内关于齿轮类零件CAD设计的研究主要集中在参数化绘图方面[1,2]，且所开发的CAD软件，功能单一，将设计、校核和绘图集成一体的齿轮传动CAD系统更少。因此，本文依据《机械设计手册》[3,4]，采用AutoCAD二次开发技术，研究并开发了外啮合渐开线圆柱齿轮的参数化设计系统，该系统操作便捷，设计流程符合工程习惯，能实现齿轮传动的强度设计与校核，并据此完成齿轮结构图的绘制，因而提高了齿轮传动设计效率，缩短产品开发周期。

1 系统总体框架

为使所开发的齿轮参数化设计系统具有可扩展性以及便于维护，本文采用模块化设计方法进行系统开发，功能模块包括：用户管理界面模块、初步设计计算模块、强度校核模块、参数化绘图模块和设计数据管理模块，每个功能模块又包括多个子模块，其中初步设计计算模块、强度校核模块和参数化绘图模块作为核心算法模块分别单独开发形成各自独立功能，用户管理界面模块采用DCL开发，创建多级交互式用户界面，用于引导用户确定设计数据并进入核心功能模块完成齿轮传动设计流程，设计数据管理模块将中间设计结果和关键参数进行分类管理，便于齿轮传动设计过程的管理和核心模块之间的数据传递，由此，各主要功能模块通过用户管理界面模块和数据管理模块构成整个参数化设计系统的总体框架。

2 渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统的实现

一般齿轮的失效形式主要表现为点蚀、胶合、磨损、塑性和断齿变形等情况，根据本文所开发系统的框架结构，对于渐开线圆柱齿轮传动设计主要解决三方面问题：一是由强度设计计算确定齿轮轮齿的基本几何尺寸，如模数、齿数等；二是由结构设计确定齿轮的轮缘、轮辐和轮毅的结构形状和尺寸等，设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行设计计算[5]；三是根据设计结果确定的齿轮几何尺寸，绘制渐开线齿轮基本结构图，渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统的实现如图1所示。该系统中对于初步设计计算算法和强度校核算法采用Visual LISP[6]程序进行设计分别形成初步设计计算模块和强度校核模块。对于初步设计、强度校核和齿轮几何尺寸的计算结果由专门的设计数据管理模块以文本文件的形式保存，并输入给参数化绘图模块，而参数化绘图模块利用Visual LISP程序能够调用绘图命令，采用基于尺寸驱动的参数化方法实现齿轮基本结构图的绘制。

3 系统开发关键技术

3.1 用户管理界面与系统驱动程序设计 在AutoCAD 2004的开发环境Visual LISP中，本文采用DCL语言创建渐开线圆柱齿轮传动设计系统的用户管理界面又多个界面窗口组成，每个功能模块都有对应的交互界面，每个界面的设计都是根据其所对应的功能模块中设计参数和设计计算的特点来选择相应控件并进行有效布局而构成，根据齿轮传动设计流程和功能模块之间的关系用户界面之间也形成顺序或父子关系。由于所创建的DCL对话框只是用户界面的描述，必须开发Visual LISP程序来驱动它以实现指定设计动作的执行。通过利用Visual LISP提供的各类管理对话框的函数，系统的驱动程序实现包括：加载，显示和终止对话框，初始化控件动作并激活界面，获取用户输入和实现用户交互操作等驱动流程，实现渐开线圆柱齿轮传动设计流程的进行。

3.2 设计计算与强度校核算法 由于一般的齿轮传动只按保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行设计计算，根据《机械设计手册》[3]采用式（1）进行齿面接触疲劳强度设计和校核，采用式（2）进行齿根弯曲疲劳强度校核

参考文献：

[1]倪洪启，赵艳春，罗鹏，张金萍，白金兰.基于AutoCAD的圆柱齿轮参数化设计[J].重型机械科技,2004(3):13-15.

[2]包李平.齿轮传动设计的VB实现与Auto LISP参数化绘制[J].长沙大学学报，1999.13(2)57-59.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京: 机械工业出版社,2004.8.

[4]成大先.机械设计手册（单行本）机械传动[M].北京：化学工业出版社，2004.1.

[5]濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第七版）[M].高等教育出版社，2001.

[6]李学志. Visual LISP程序设计（AutoCAD 2006）[M].北京:清华大学出版社,2006.12.

[7]白r，张小粉，曹岩.利用Autolisp开发弧齿锥齿轮设计校核及参数化绘图系统[J].机械设计与制造，2008，(12):203-205.