基于VB的多级齿轮传动参数化设计接口技术的研究

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参数化设计是基于设计技术参数及设计零件实体模型特征约束构建参数化模型，利用VB对构建的参数化模型进行程序化处理，根据设计技术条件修改参数化模型中的可变参数，设计出-族同系列零件的设计过程。多级齿轮传动机构是最常见、应用最广泛的机械传动装置，其中大部分零部件 (如齿轮、轴)结构的相似性和设计工作的重复性使其更适合于采用参数化设计。

1 参数化设计过程及数据处理技术1.1参数化设计过程1.1.1参数化建模及参数驱动。参数化设计中将所有零件的实体模型均看作是由-系列几何结构特征按照-定的约束关系组合而成。其中，特征是指几何结构相对简单的几何元素，如线、面、孔、圆柱体等；约束包括尺寸约束、结构约束和工程约束。尺寸约束表示几何结构特征的尺寸标注 (如长度、直径等)，结构约束表示几何结构特征间相互位置的约束关系 (如平行、相交等)，工程约束表示特征间尺寸及位置相互关系的约束关系式。因此，参数化建模，首先需要对设计零件实体模型的几何结构特征及其约束关系进行分析，确定-组独立的特征用可变参数表示；其次，构建其它几何结构特征与可变参数相互关系的约束关系式，即参数化数学模型；最后，利用VB对构建的参数化数学模型进行程序化处理，通过输入或修改可变参数，设计出同系列、不同尺寸的系列产品。因此说，参数化数学模型中的可变参数控制着设计零件的尺寸和形状。

1.1.2多级齿轮传动机构参数化设计过程。需求分析：分析多级齿轮传动机构参数化设计系统的技术条件、功能需求和数据处理流程等；进行系统总体结构设计，子拈功能、拈间调用及数据传送等设计。

构造参数化数学模型：1.根据需求分析 ，确定主参数 (可变参数，或称界面参数)，界面参数通常为设计技术条件设定的传动机构性能参数，其个数应保证参数化模型中的所有参数都可以直接或间接与它建立约束关系；2.构造设计零件参数化数学模型。以齿轮零件设计参数化数学模型为例，数学模型包括两部分，-是根据强度设计计算公式，构建设计计算参数化数学模型，表示界面参数与设计零件主要参数间的约束关系，实现界面参数对参数化模型的控制，即输入不同的界面参数，设计计算出相应的主要设计参数，如齿轮模数 1TI和齿数 z等；二是根据齿轮几何结构特征，构建几何尺寸设计参数化数学模型，表示零件几何结构特征与主要设计参数间的约束关系，如：dmz、dad2mha、drd-2(hac)m，式中：d-分度圆直径、d。～齿顶圆直径、d厂齿根圆直径。

收稿日期：2013～02-05作者简介：蒿丽萍 (1960-)，女，内蒙古呼和浩特人，内蒙古广播电视大学副教授、研究方向为机械CAD/CAE应用技术。

86 系统设计：①界面设计：系统主界面、子拈运行界面等设计；②利用VB对构建的参数化数学模型进行程序化处理，实现强度设计计算、几何尺寸设计计算、程序调用以及数据传送等；③设计结果输出。-是在VB运行界面显示设计结果，二是在AutoCAD平台绘制设计零件工程图。

1.2 数据处理技术本系统使用的数据处理技术包括数据库技术和数据文件技术两种。

1.2.1数据库技术。系统采用SQL Server数据库管理系统对齿轮传动机构设计中的数据进行维护，利用VB的ADO数据访问技术实现系统与数据库的连接。

数据库管理：首先，将设计中的数表、图表等数据进行数据表结构处理 (二维表结构)，由于图表和许多数表不满足数据表结构要求，必须进行手工处理。如：齿形公差 f 数表为三维表，如表 1所示，不符合数据表结构要求，需要手工转换为数据表结构形式，如表2所示；然后，利用数据库管理系统创建齿轮传动数据库 (clcd.mdO，根据需求在数据库中创建若干个数据表文件，如：齿形公差数据表文件cxgc。

表2.齿形公差 ff数据表结构表 1.齿形公差ff分度圆直径 法向模数 精度等gjz0mn) (mm) 5 6 7 8 9 101

使用ADO的Connection对象建立VB系统与clcd.mdf数据库的连接声明并创建对象 ：Dim ADOcn As New Connection建立VB与数据库连接：ADOcn.Open连接字符串连接SQL Server数据库的字符串组成：ProviderSQLOLEDB；Server<服务器名>；User ID-<登录账号>assword<登录口令>；Database<数据库名>。

使用ADO的Recordset、Field对象实现对 cxgc数据表的查询和数据传送声明Recordset对象：Dim ADOrs As New Recordset建立Recordset对象与AD O连接对象的关联：ADOrs.ActiveConnectionADOcn对 cxgc数据表查询：ADOrs.Open”Select From cxgc”1.2.2数据文件技术。Windows系统中运行的大部分应用程序、计算机语言均具有对文本文件进行读写操作的功能，因此本系统各程序间数据传送采取文本文件实现。

2 多级齿轮传动机构参数化设计系统的接口技术2.1多级齿轮传动机构参数化设计接口程序设计多级齿轮传动机构参数化设计系统结构如图1所示，系统在接口程序的控制下自动完成设计计算、子程序调用、程序间数据传送和设计结果的输出。因此，程序代码除包含设计计算代码外，还包含两部分接口程序代码，-是程序调用接口，二是程序间数据传送的数据接口程序。

87 l多级齿轮传动参数化设计系统 ll- lI主程序 l l数据库维护ll设计结果输出。

Il l输入设计参数、选 调用：单级齿轮传动系统择单级传动类型、 圆柱齿轮传动.exe初选传动比、修正 圆锥齿轮传动.exe传动比等，。--·-Jl单级齿轮传动系统 Ill设计计算：接受主程序传送的数据、ll输入辅助参数、强度设计计算 lI 鬯焦壁ll l1Aut。

l 自动绘图：齿轮工程图.Isp l图1.多级齿轮传动参数化设计系统2.1.I程序调用接口。使用调用机制 (Shel函数)，实现主程序对单级齿轮传动系统的调用。为确保系统运行正常，本系统设定主程序只能被用户调用；子程序 (单级齿轮传动系统)只能被主程序调用，接受调用程序传送的数据，如果用户直接调用子程序，将造成系统数据传输不能、导致程序运行中断。因此，在主程序 (调用程序)代码中除使用调用机制实现对子程序的调用，同时还需建立调令文件 (纯文本文件)；在被调用程序的开始处添加调令验证程序段，其功能是查找调令文件，如果找到则删除 (程序调用正常)，程序继续运行；否则提示用户调用有误、终止程序运行。程序调用方式如图2所示。

调用子程序接口语句：Shel(App.Patb”子程序.exe”，vbNormalFocus)建立调令文件语句：Open App.Path”调令.txt”For Output As撑1被调用程序中的调令验证程序：IfDir(App.Path十”调令 戗t”)””Then88调用程序 -[语句块 越 猩压建立数据文件 A 调令验证建立调令文件 从文件 A中读取数据使用 Shell调用子程序 - 语句块图2.程序调用及数据传送MsgBox(”警告：请运行主程序 ”，48)EndElseKill App.Pam”调令.txt”EIIdIf2.1.2数据接口程序。数据接口程序将设计参数 由主程序传送到子程序 (单级齿轮传动系统)，图 2所示的数据接 口语句：调用程序中建立数据文件 A语句：Open App.Path”XA.txt” For Output Asi1向数据文件A中写入数据：Printj1，..。

被调用程序读取数据文件A中数据：Open App.Path”A.txt”For Input As 1[f12.1.3多级齿轮传动机构参数化设计系统的程序调用接口和数据接口程序设计。

For xl tojishuOpen App.Path””danjichuandong(x)”.txt”For Output As撑1建立数据文件Write撑1，”第”str(x)级 ”，gjgl(x)，gizs(x)，gjcdb(x)，nx，ts，SS写入数据 Open App.Patll”tIdanjichuandong(x)”.txt”For Output As撑2 建立调令文件CloseItaskShel(App.Patl”tdanjichuandong(x) ”tdanjichuandong(x)”.exe”，vbNormalFocus)调用单级齿轮传动系统接口Nextx式中：jishu.用户输入的传动级数，gjgl(x)·各级输入功率，gizs(x)-各级转速，gicdb(x)-各级传动比，nx-年限，ts-年工作天数，ss-天工作时数。

2.2单级齿轮传动参数化设计接口程序设计单级齿轮传动系统的主要功能是：接受主程序传送的数据、输入辅助参数 (工作机和原动机工作情况、齿轮材料等)，强度设计计算、调用绘图程序拈或设计结果输出拈。

2.2.1设计计算。(1)强度设计计算数学模型 (以圆柱齿轮传动设计为例)：圆柱齿轮传动强度设计通常按齿面接触疲劳强度进行设计、对齿根弯曲疲劳强度进行校核。齿面接触疲劳强度设计计算数学模型：Mn 3√2 l ±1)(ZnZEZ /[ H 试) / /i)/Zl式中：tl-小齿轮上作用的力矩，h9550000P/nl；P-功率、nr转速、i-传动比由主程序传送；K-载荷系数、zE弹性系数等其它参数根据技术条件从数据库中查询，或进行相应的计算。

(2)数据接口程序：包括两部分- 是，接受主程序传送的数据 (功率、转速、传动比等)。在设计计算拈的主窗体中添加 formLoad事件过程，并在此过程中写入读取主程序数据文件的程序代码。

Open App.Patl”danjichuandong.txt”For Input As群1Input撑1，...读取数据。

二是，将单级齿轮传动设计计算结果传送给绘图拈或设计结果输出拈。通过建立主动轮和从动轮数据接口文件zd1.txt和 cd1.txt，实现数据传送。

OpenApp，Path”zd1.txt”ForOutputAs 1Print l，...向数据接口文件中写入数据。

(3)调用绘 图程序 接 口程序 ：单级齿 轮传动 系统调用绘 图程序 ，首 先需要通过 Shell(App.Path”acad.exe”，vbMaximizedFocus)语句调用外部程序aead.exe，由acad.exe自动加载 齿轮工程图.1sp”绘图程序，完成零件工程图绘制。

2.2.2绘图程序。数据接口设计：绘图程序中使用 open”函数打开数据接口文件，读取单级齿轮传动系统传送的数据，打开主动轮数据接口文件语句：Setqfp(open app.path”zd1.txt””r”1使用read语句读取数据接口文件中的数据，读取分度圆直径d的语句：setq d(read(read·line )。

齿轮几何尺寸计算模型：根据零件实体结构特征建立几何尺寸参数化数学模型，实现零件几何尺寸和形状的设计计算、自动绘制零件工程图。

3 多级齿轮传动机构参数化设计实例：以二级斜齿圆柱齿轮传动设计为例3.1系统界面设计主要包括系统运行主界面 (输入设计技术参数)、传动比修正后的设计计算界面，单级齿轮传动系统设计界面以及设计结果输出界面等。

3.2程序代码设计主程序代码接受用户输入的设计参数、对传动比进行修改或圆整、调用单级齿轮传动系统、向单级齿轮传动系统传送数据等；单级齿轮传动系统程序代码包括齿轮强度设计计算、调用绘图程序、向绘图程序传送数据等。