蝸輪蝸桿傳動CAD系統的研究與開發

摘　要:介紹了應用AutoCAD 2000集成環境中的VBA開發的蝸輪蝸桿傳動CAD系統.它運用模塊化和參數化設計方法,完成蝸輪蝸桿傳動設計計算及零件圖繪制工作,使設計者可以在幾分鐘
內完成蝸輪蝸桿傳動設計工作,從而縮短了設計周期,提高了設計質量.

         蝸輪蝸桿傳動以往都是通過人工計算,需要查閱大量的圖表和曲線,反復計算和校核,計算量大,浪費時間.本文提及的蝸輪蝸桿傳動CAD是在AutoCAD2000平臺上進行的二次開發,系統功能齊全,使用方便,尤其是自動查閱大量的圖表和曲線計算功能及零件的參數化繪圖模塊,使用戶在設計蝸輪蝸桿傳動時即直觀又快捷,大大的提高了設計效率,加快了制圖過程,提高了圖形質量.
        VBA是一個AutoCAD2000應用程序集成開發環境,它提供了高質量的用戶編程能力,繼承了AUTOLISP語言、ADS應用程序的優點,同時具有高級語言的設計計算能力和便捷的程序調試能力,是一個優秀的二次開發工具.本系統采AutoCAD2000中的VBA與Microsoft公司的Ac-cess數據庫處理系統,將AutoCAD2000強大的繪圖功能、VBA優秀的編程能力和Access數據庫方便靈活的數據查詢技術有機的結合起來,編制了的從界面到繪圖的結構精簡、運行高效、結果準的源程序.主要包括理論計算部分與繪圖兩大部分,其中理論計算部分能夠根據已知輸入參數設計各種蝸輪蝸桿傳動并提供設計計算結果;繪圖部分可根據理論計算部分的設計結果自動繪制出相應的蝸桿及蝸輪的零件圖
           
1　蝸輪蝸桿傳動軟件系統總體設計
       蝸輪蝸桿傳動用來傳遞空間交錯的兩軸間的運動和轉矩,它的類型較多,本系統以普通圓柱蝸桿傳動、圓弧圓柱蝸桿傳動和直線環面蝸桿傳動為對象進行幾何參數及尺寸計算、作用力分析及蝸輪蝸桿傳動的強度校核的設計,編制了包含蝸桿傳動的理論計算及計算機自動繪圖兩部分的軟件系統.
       因各類蝸輪蝸桿傳動的設計過程基本類似,總的來說,可以歸納為以下幾方面的工作:
       已知參數的輸入、Access數據庫的建立、蝸輪蝸桿傳動設計計算、輸出設計結果、輸出相應的蝸桿及蝸輪的零件圖,其軟件系統的結構示意圖如圖1.
                                   
2　蝸輪蝸桿傳動設計計算
2.1   初始參數的設計
         先將本系統抽象化為一個黑箱,使其在一定條件下,實現一定功能.具體的說,本系統是蝸輪蝸桿的設計,因此需要輸入一些初始參數,如:功率p1、輸入轉數n1、傳動比i(輸出轉數n2)、壽命,并根據需要選擇傳動類型和材料等,系統應能根據輸入條件的改變而實現條件判斷,并進行相應的處理,從而實現圖形顯示,并可對生成圖形進行編輯和修改.
2.2　Access數據庫的創建
         Access數據庫管理系統是Microsoft公司開發的附于Office工具軟件包中的數據庫管理軟件.它具有豐富靈活的數據管理能力,對數據庫內記錄的創建、增刪、查詢都十分方便.可以經過查、歸納、整理,將設計過程中用到的大量數據、國家標準、圖表等直接建成一個大型的Access數據庫,生成.mdb文件,在參數化設計過程中按照需要調用數據庫中數據.
2.3　蝸輪蝸桿傳動計算的模塊劃分
         蝸輪蝸桿傳動的類型較多,但是其設計過程基本類似,為了增加程序的可重用性、擴充性、維
護性,本文采用面向對象的理念將設計和繪圖功能封裝成可執行程序.用面向對象的方法分析蝸桿傳動,其核心和基本內容是抽象對象類,并建立對象類之間的關聯.
         就蝸桿傳動而言,具體的蝸桿傳動計算和繪圖表達為一個對象,可以看作由結構和功能都相對獨立,數量較為固定的模塊組成,其模塊劃分為選擇傳動及精度模塊、公差檢驗模塊、選擇齒數模塊、主要參數模塊、強度校核模塊等(如圖2).經過對蝸桿傳動分析和模塊的劃分后,就可以按照模塊編制程序代碼,并在設計蝸桿傳動的各種類型的程序中調用相對獨立的公用模塊,增加了程序的可重用性、擴充性、維護性,并簡化了程序代碼.
                                           
          
3　蝸輪蝸桿傳動參數化繪圖
3.1　圖形初始化
         初始化繪圖環境,指定繪圖的比例、線型、線型所在層、尺寸標注樣式、圖紙幅面、文字式樣、文字大小等.這些內容在每次繪圖之前都應該初始化,即在繪圖之前都應該按照用戶要求和國家標準設定好,編制成程序模塊,按照用戶輸入和選擇進行定制.
3.2　蝸輪參數化繪圖
         要繪制蝸輪的零件圖,僅有齒形參數是不夠的,還要有蝸輪輪體的結構參數.而對于不同類型的蝸輪,繪圖時要求輸入的輪體結構參數的大小和多少也各不相同.所以應按照其外部結構、內孔形狀等的不同進行分類,將蝸輪設計中常用的、相近的、或相似的輪體結構繪制出來,用字母標上由用戶輸入參數的尺寸位置,然后存在圖形數據庫中以便于設計時調用.
3.3　蝸桿參數化繪圖
         要繪制蝸桿的零件圖,與蝸輪一樣,僅有蝸桿的設計結果參數是不夠的,要輸入蝸桿軸的結構參數.蝸桿軸參數化采用圖素組合的方法生成任意軸段的蝸桿軸,并劃分各種圖形元素模塊,如劃分為蝸桿軸段、左倒角、右倒角、左軸段、右軸段、鍵槽、退刀槽等圖形元素模塊;然后根據蝸桿軸段數不同、蝸桿軸結構不同、傳動類型的不同,分別作不同的處理,調用不同的圖形元素模塊,最后進行圖形組裝并標注尺寸.即除了調用共有部分的模塊還要據類型調用其特有的模塊.
3.4　AutoCAD的內嵌程序
         VBA提供的圖元命令對象與另一個內嵌程序AutoLisp相比不是很靈活,如在繪制圓弧時,因為它提供了一種參數輸入方式來繪制圓弧,即輸入:圓心坐標、半徑、起始角、終止角這四個參數.所以,在編寫程序之前要經過精密的計算,來確定起始角和終止角與其他參數的關系.具體代碼如下:
                   
                         j5就是一個中間變量.Pto1為圓心坐標,r2為半徑


4　 結　論
        本文介紹了利用面向對象的理念進行蝸輪蝸桿傳動軟件系統設計的方法,加快了設計速度、優化了制圖過程,提高了圖形質量,具有較好的軟件可重用性和可維護性.利用該軟件,設計者可以在幾分鐘內設計和繪制完成蝸輪、蝸桿,而且設計計算數據與圖形正確可靠,所需的人為改動量很少.該軟件經過使用驗證,表明具有操作簡單、穩定可靠、易于維護和擴充的優點。