齿轮参数化绘图设计

摘要：该文以齿轮零件图参数化绘图为例，分析其模块化设计的思想、方法及AUTO LISP开发工具的实现。用此方法，可大大提高绘图质量和效率，具有一定的实际应用价值和推广意义。

关键词：计算机辅助设计；参数化绘图；Auto CAD二次开发

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)25-1579-03

Parametric Drawing Design of Gear

XIN Xue-gang, FU Chun-hua, YANG Chang-niu

(Electromechanical Engineering Dept., Sichun University of Science & Engieering, Zigong 643000, China)

Abstract: Taking a parametric drawing design of Gear for instance, this paper analyzes the principles andthe methods of modularization design, and the practical program with an Auto LISP tool. Adapting this method, the user could enhance quality and efficiency of drawing, which will have practical significance and popularization meaning.

Key words: CAD; parametric drawing design; redevelopment of AutoCAD

1 引言

齿轮在机械传动系统中是一种常见的传动件，在产品开发设计或维修过程中常常需要绘制齿轮零件图。为提高齿轮的设计质量和效率，降低设计成本，其重要途径就是开发齿轮参数化设计与绘图软件。而且它在机械CAD系统中作为一个模块也是十分必要的。AutoCAD软件包是绘图功能强大的通用软件，但其人机交互方式的绘图效率却较低。AutoCAD参数化绘图可弥补这一缺陷，AutoCAD参数化绘图就是根据零、部件的相似形状，编写程序，用程序完成命令的调用。用户只需输入必要的参数，即可完成形状相同，参数不同的图形的绘制。本文就直齿轮零件图参数化绘图进行介绍。

2 总体设计思想

参数化设计就是根据结构确定基本参数，进行计算后绘图。

总体设计思路是从DCL界面输入设计参数，然后从数据文件读入相关的一些数据后进行基本的参数化绘图计算，采用模块化设计方法，最后完成齿轮零件图的绘制。

采用模块化程序设计方法可使软件设计思路清晰，便于程序的设计与调试。开发工具选用简单易学的AutoLISP语言，操作界面采用DCL对话框，使软件操作方便直观方便。

其设计思想如图1所示。

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图1 总体设计思路

3 齿轮参数化绘图程序的实现

3.1 齿轮绘图参数的确定

齿轮的结构参数按GB/ T 10095-1998取得，并根据参数化绘图参数选取的基本原则选取：标准直齿齿轮的结构形式、齿轮的模数（2个系列）、齿轮齿数（Z）、齿宽（b）、齿轮安装轴的直径（dh）、毛胚、材料、精度等级作为基本几何参数。

其余结构尺寸根据工程手册上的规定进行相应的计算机处理。如齿轮轮毂的键槽数据可采用数据文件或数据库技术。

3.2 参数的输入界面设计

齿轮基本参数输入模块界面如图2所示。

在该模块中，某些数据间具有关联性（如齿轮模数系列与其后面的模数值的相关联性），对各种输入数据的容错处理等是比较关键问题。

3.2.1 容错处理的实现

当输入值不符合规定要求时，应有相应提示或能自动地做出相应处理。

如下面的函数用来检查输入值是否小于零;VALUE是指输入值，KEY是指输入值所在控件。

(defun check-0 (value key)

(if (> 0.0 value)

(progn (alert "非法输入!

\n请重新输入：")

(mode_tile key 2)

……

3.2.2 数据间关联性的实现

数据间的关联性是指当某一项数据改变时，与之关联的数据项随着改变。如下面的函数实现齿轮模数系列与其值的关联性，即当选择某一系列模数时，齿轮模数一栏数据的显示，也作相应的改变。同时，锁住另外一组模数的选择，否则选出的模数有可能不符合设计手册的推荐优先选用值。

3.3 绘制齿轮零件图的功能模块

分析标准直齿齿轮的结构，有六种绘图模块，如图2中的幻灯片所示。每一种模块分别完成一种相应样式的直齿齿轮的绘制。同时，每一种样式又基本是由绘制主视图和剖视图完成，而绘制主视图中，又包括基本图形的绘制、标注。一幅完整的齿轮零件图绘制还包括齿轮参数表、图框、标题栏、填写技术要求等。采用模块化设计方法，图框、标题栏、工程标注等可利用已开发的模块，提高开发效率。根据机械零件图的组成要素和模块化程序设计的思想，绘制齿轮零件图的功能模块如图3所示。

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图3 绘制零件图的功能模块图

3.4 零件图的生成

根据作图基点及带轮的基本几何参数，计算相应绘图点的坐标，然后用LISP编程作图。

3.4.1 绘齿轮视图

标准直齿齿轮的六种结构如图2中的幻灯片所示。每一种齿轮结构的视图用一个模块来完成。现以实心齿轮结构的参数化绘图为例说明其视图的绘制与尺寸标注。

工具前面确定的基本参数，按照齿轮设计的有关规定与基本计算，可以计算出图4所示的点坐标。绘制时新齿轮的点位图如图4所示。

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图4 绘制实心样式齿轮视图的点位图

基本尺寸的标注也需要用到图4的点位图。尺寸标注的重点在尺寸公差的标注。

3.4.2 尺寸公差标注与形位公差标注

AutoCAD系统的尺寸公差标注与形位公差标注是以对话框方式进行的，在AutoCAD二次开发中是不允许的出现对话框进行人机交互的，否则会大大降低程序的运行效率与应用推广。

以标注图5所示的尺寸公差为例,具体实现语句如下：

(setq m1 (strcat "%%c" (rtos l) dh (itoa dj) "{\\H0.5x;\\S" fuhao sx "^" fuhao xx ";}"))

(command "dim aligned" pt1pt2 "t" m1 b1)

通过对形位公差实体数据的研究，在二次开发中可以通过重新改造形位公差的实体数据关联表来达到目的。函数如下：

(defun tolerance1 (pt)

(setq stm_data1 (entmake '((0 . "TOLERANCE")

(100 . "AcDbEntity")

(8 . "标注层")

(100 . "AcDbFcf")

(3 . "STANDARD")

(10 100.0 100.0 0.0)

(1 . "{\\Fgdt;h}%%v0.022%%v%%vA%%v%%v")

(210 0.0 0.0 1.0)

(11 1.0 0.0 0.0))

);entmake

) ;setq

(setq stm_data1 (entget (entlast)))

(setq list_point_new (cons 10 pt) ; 构造成为新的组码表

list_point_old (assoc 10 stm_data1) ; 在属性列表中取出旧组码表

stm_data (subst list_point_new list_point_old stm_data1)

);setq

(entmod stm_data) ;更新对象

);defun

3.4.3 参数表的填写

齿轮参数表是齿轮参数的一个重要的表示形式，相关的齿轮参数都在程序中计算；同时，对公差组部分的参数，如公法线长度变动公差，则采用数据库方式录入，这就大大的减短了设计周期，在实际生产应用中有很好的使用意义。因篇幅有限，与数据库的连接及读取数据库在此不作讨论。

3.5 运行示例

运行时出现图2的参数输入界面，因篇幅有限，选择简单的实心式齿轮结构，输入绘制齿轮的基本参数，就得到一个完整的齿轮零件图，如图6所示为只截取了视图部分。

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图6 运行实例（视图部分）

4 结束语

本软件经过多次在AutoCAD2004版以上调试运行，效果十分理想，生成的零件图符合国家机械制图标准，可用于实际生产，有较好的实用性和应用性，有一定的推广价值。该软件有以下几个特点：

1）输入数据方便、可靠。对话框操作界面形象直观、简洁，与Windows界面风格一致操作方便；

2）可维护性和可扩充性都较好。由于采用模块化程序设计思想，程序的设计思路清晰，模块化程度高，软件开发效率高，因而具有较好的可维护性和可扩充性；

3）本程序可作为齿轮设计计算、绘图一体化的一个独立模块，也可作为机械图库的一个模块。

参考文献：

[1] 符纯华.计算机辅助设计[M].成都:西南交通大学出版社,2006.

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[3] 吴勇进,林美樱.AutoLISP&DCL基础篇[M].北京:中国铁道出版社,2003.

[4] 陈铁应.新编机械设计课程设计图册[M].北京:高等教育出版社,2003.

[5] 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.