基于Solidworks椭圆齿轮的参数化设计
作者：梅颂 黄豪
来源：《智富时代》2017年第12期
        【摘 要】在当今的结构设计领域，Solidworks为广大设计师使用。但在一些特殊设计当中，其功能并没有满足国内需求，因此为充分发挥Solidworks软件在设计当中的重要作用并提高设计师的工作效率，就必须对Solidworks进行二次开发。非圆齿轮其优良的传动优势使之成为传动部分的重要部件。但因其设计复杂和制造困难的缺陷确阻碍了其进一步的发展。
        本文主要对非圆齿轮进行了相关介绍及考察，并进行了总结及概括，讨论叙述了有关非圆齿轮的相关基本理论，并根据基本理论运用共轭齿轮齿条加工齿廓曲线数学模型建立了椭圆齿轮的节曲线和齿轮齿廓曲线的数学模型，对Solidworks进行了二次开发。
        【关键词】Solidworks；API；非圆齿轮；参数化设计
        一、背景
        （一）Solidworks背景
        随着近现代快速发展的数字信息化进程，现如今，越来越多的企业当中运用三维CAD技术。为了降低在企业在设计生产中的成本，缩短设计周期，增强企业竞争力，三维参数化设计技术随之广泛壮大，凭借其更现代化的概念设计和并行设计的思想获得了越来越多使用者的喜爱，在早期的设计开发阶段，通过使用三维参数化技术完成快速模拟零件的三维草图，紧接着数值输入可以对其形状及大小进行约束，从而绘制精确的零件图，并将之放入零件库中，极大的方便了以后的使用以及修改工作。从而大大的减少了重复性绘图的时间，提高了工作效率。
        二、参数化
        （一）参数化思路
        椭圆齿轮参数化的设计思想就是对于模型中存在的一些确定的信息进行变量参数化处理，使其参数可以通过人工输入进行任意的调整。通过对参数变量化处理过程中设置不同的值，就可以得到不同的运动规律，以及不同的功能要求的非圆形齿轮的设计。通过进行各种参数化的设计，可以对椭圆齿轮的设计进程和加工的效率有显著的提高，并且可以减少新产品研发周期，有助于模型生成的速度，对于产品系列化、标注化，以及类似的设计和特殊的
建模系统开发有重要的应用价值。
        对于非圆形齿轮的设计，最主要问题是如何设计节曲线，而非圆形齿轮节曲线的整体形状确定了常用类型的非圆形齿轮形状的规律性，并且符合常规的设计原则。设计和加工时，通过设置不同的变量便可以进行不同的变换，进而满足不同的设计需求，因此在设计过程中可以对圆形齿轮各种变量进行参数化处理来设计。非圆形齿轮的各种基本参数是确定不变的，在设计过程中变量参数化处理则成为设计曲线和齿形的重点和难点。
        三、Solidworks API
        （一）Solidworks API 简介
        Solidworks API接口函数是Solidworks公司提供的数以百计的为二次开发专门开发的封装类库。这可以让Solidworks具有更强大的应用拓展功能，并能发挥更大的软件优势。开发者可以通过这些API接口函数的特点，对Solidworks进行二次的增值开发，这需要根据相应的项目选择一些高级程序开发语言作为开发的工具，建立专门的Solidworks功能模块插件。
        基于Solidworks平台的参数化系统设计途径主要是利用SolidoWorks提供的数以百计的A
PI（Appliation Programming Interface）函数。
        本课题是以非圆齿轮设计专业知识与计算机辅助设计技术相结合的综合课题。主要以非圆齿轮设计理论为基础，以Windows为开发平台、VBA及Matlab为编程工具，对三维造型软件Solidworks进行了二次开发。实现了椭圆齿轮设计参数的自动化设计、齿轮造型等。
        （二）Solidworks API接口对象关系
        Solidworks的API接口对象关系为一个树型的网络结构，具有自上而下、多层次的特点。它的部分组织结构的关系是：SldWorks位于树的底层，是接口的最高对象，它可以根据自身需要去访问Solidworks API 中的其他低层对象，其程序访问的顺序是依上而下的遍历顺序，也就是说要想访问低层的对象，就必须要先访问位于高层的对象。利用SldWorks还可以对Solidworks的系统环境进行一系列的设置，Solidworks API中的每一个对象都有自己的属性、方法和事件，它们已经包括了Solidworks的所有的数据模型，用户可以根据自己的需求对对象属性进行设置以及对对象方法进行调用，使得自己开发的系统满足自己所需的特定功能。
        四、Solidworks二次开发方法
        （一）Solidworks二次开发方法
        基于Solidworks平台进行二次开发共主要有两种基本方法：一种是完全进行编程开发；一种是利用Solidworks中的宏录制命令进行辅助开发。第一种开发方法需要开发者利用API函数对想要表达的所有对象进行编程设计，这样通过编写的程序对Solidworks进行完全的底层驱动三维模型，进而造型复杂尺寸的形体。但这种完全编程开发的方法需要开发者熟练掌握相应的API函数，对初学者而言是具有一定难度的。第二种方法使利用Solidworks内的宏录制命令，通过录制相关操作的命令，再将录制过程中产生的代码作为编程设计时的基础代码，对其进行相应的编辑修改过后，最后添加到程序当中来。
        当采用完全编程的方法开发时，将整个过程录制下来并经过修改调试过后，将相应的常量变成变量。这种方法虽然简单易行，但却存在着不可避免的缺点。当使用宏录制过程当中，并不会把所有的绘制造型过程全部录制下来，对于并没有录制下来的相对应程序依旧需要开发人员使用Solidworks API函数自行进行编码设计。而采用宏命令录制相应尺寸驱动时。不需要宏录制整个造型过程，只需要在零件建模完成以后，将相应需要参数化的地方修改，便可以完成二次开发。这并不会考虑程序是如何运行的，重点在于对造型的修改，涉及到的Solidworks API函数相对来说更少。
        （二）Solidworks二次开发工具
        任何工具只要支持OLE和COM的编程语言，并且具有实现客户端程序和服务器程序之间进行自动切换的功能，最终可以成功的开发出一个DLL（动态链接库），且该DLL（动态链接库）能满足项目的特定功能，例如Visual C ++ 6.0、Visual Basic 6.0和Delphi等软件都可以作为api设计Solidworks的二次开发工具，开发人员可以根据工具的特点，基于所从事的项目，选择一种比较合适的开发工具。这些开发语言各有千秋，其中VB语言由于其语言规则简单、可视化程度高、支持动态链接DLL，且宏命令所生成的代码完全符合VBA的语言格式，这使得VB在二次开发优势突出，成为选用较多的编程语言。
        五、结语
        本课题是以非圆齿轮设计专业知识与计算机辅助设计技术相结合的综合课题。主要以非圆齿轮设计理论为基础，以Windows为开发平台、VBA及Matlab为编程工具，对三维造型软件Solidworks进行了二次开发。实现了椭圆齿轮设计参数的自动化设计、齿轮造型等。
        在软件界面模块中，用户可通过输入框输入初始参数，用软件实现自动计算设计及三维
造型。该插件实现了参数化设计的功能，提高了齿轮传动参数化设计与造型的效率和准确性，大大的减轻了设计师手算的工作量。
        独立设计一个完善并且功能强大的软件系统是一个相对较大的项目，这需要一个开发团队共同的努力才能完成的。由于本次设计的时间和本人的编码水平有限，所完成的软件系统还有许多不足之处。接下来需要在以下方面进一步的调试及改善，以便在今后的实际工作中，发挥计算机辅助设计的强大优势及实用价值。

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