基于 SolidWorks 的曲线绘制

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1、前言

SolidWorks是现代工程设计中最常用的三维设计软件,目前在国内外得到广泛应用。但是在计算机上直接实现曲线的精确绘制和精确的造型往往比较困难,因为它不提供精确绘制曲线的命令。以机械工程中最常用的渐开线齿轮为例,因为SolidWorks中没有绘制渐开线的命令,对于渐开线如果采用简化画法近似,然后再进行圆周阵列,这样作出的渐开线齿轮的轮廓曲线不仅不精确,而且要作出不同模数m、不同齿数z、不同变位系数X的各种齿轮的三维实体模型就变得更加困难,同时也浪费了设计者大量的时间和精力。

本文提供了一种用SolidWorks强大的绘图功能、二次开发功能,在SolidWorks中自动生成渐开线齿轮的精确轮廓曲线并将其引用到SolidWorks草图中,就可以实现SolidWorks草图上精确轮廓曲线的绘制。这一方法使建立各种渐开线齿轮的三维实体模型的过程变得方便、快捷,同时也提高了绘图精确度。
3 `; O2 E7 j) u% D. B4 I
3 @  X1 O5 q2 Y8 H9 f  p3 o5 l2、齿轮渐开线齿廓的生成

( d9 F' T& P9 }' B$ a% C+ W( u2 g齿轮渐开线齿廓的生成是根据范成法切削齿轮的原理,用VC 语言编制程序,并作为SolidWorks的插件加载并在SolidWorks中运行,即可在计算机上画出齿轮的精确齿廓曲线,和生成不同模数m、不同齿数z、不同变位系数X的各种齿轮的三维实体模型。
( V! V9 X" A0 C0 |1 J: z
2.1　齿轮轮廓程序的生成
, J3 [  ^9 W* F0 ^1 t- ]7 A2 x
' g+ p& t/ h2 t: _  n0 Q3 z3 L! M2.1.1渐开线齿轮轮廓程序的生成过程

齿轮的渐开线的直角坐标方程:


, R& O2 ]# B$ E' ]3 _! R

2.1.2　SolidWorks提供了绘制曲线的命令
- g  e3 T+ n7 y% h$ l8 I
通过自由点的样条曲线:
0 T# R8 a& X: g+ d


2.1.3用VC MFC建立对话框选择齿轮的各个参数值
6 g0 }' d' Q' M
) `  Z& v6 ?3 z- a4 ?0 ^* I1 y其对话框如图1所示
$ n$ b4 Q5 y. V4 \5 P
, Q9 I3 T9 c/ b( l* n0 Z

2.1.4　计算出齿轮的一些相关的尺寸,分度圆直径、齿顶圆和齿根圆直径等;

2.1.5　根据渐开线的展成角求出了确定齿顶圆弧段、齿根圆弧段位置的角度;再根据前面计算的齿顶圆、齿根圆的基本尺寸,确定出两段圆弧中的关键点,就可利用SolidWorks中的圆弧命令画出位于齿顶圆和齿根圆部位的齿轮廓线。

8 ~9 X8 Z/ f# B' M% X! o& j! c2.1.6　根据渐开线方程选择不同的参数可求出渐开线部分的齿轮廓线,如图2所示。
+ N+ @) H/ z7 H9 u& w. ]  f
* c1 E' p. u6 n5 n
+ W) X  h$ C4 `
2.2　渐开线源程序
, X$ x& A( t: O6 K5 w
渐开线齿轮轮廓生成的部分程序如下:

# z9 J7 Q  V- [& t# M

3 K' ^# e  u2 E. O. D* g( {2 P3　在SolidWorks中建造模型

8 U7 }( O5 g8 d3.1　在SolidWorks中通过插件装载齿轮轮廓曲线程序。按照选择的齿轮类型、齿轮模数m、齿数z、变位系数X、压力角α,即可自动生成需要的渐开线齿轮的轮廓曲线(单个齿图3所示)。
, U9 P* e, c2 k2 |& ?; ]3 |' i
$ d9 A( x+ o) b* b. [" {- Z
8 F# G8 {/ |( e# d# ~
1 T4 u0 |, K: _! i* N3.2　在基体特征上,通过拉伸切除操作切制单个轮齿,图3所示。
4 g) E' o/ I( Q( Y% P& m2 ~" X  K( q
3.3　将拉伸-切除的特征做圆周阵列,生成完整的齿轮,并根据设计要求添加其他特征和圆角特征等等。

2 i3 s, L/ o" ^, ]1 K4 F$ t' g图4给出了m=3z=60的铸造腹板结构的标准齿轮。
, D9 ~5 R. p3 a

, p  n& c+ V, U* U2 z3.4　按需要可进行系统装配、动画制作。
" m# V: ]/ J8 q3 |7 l! o
4结论
$ G6 q1 J+ \/ J5 d1 T: p& @; v4 c
2 T% S9 P( \8 r. q9 C5 Y9 ~  b) Y  }借助SolidWorks强大的绘图功能、二次开发功能能很好地在计算机上实现方程曲线的精确绘制和精确造型。齿轮渐开线曲线的精确绘制,一直是人们关注的三维CAD设计的难点问题。该方法利用VC 实现了变量化自动生成渐开线齿轮轮廓的二维曲线的精确绘制。也可用于其它任意方程曲线的精确绘制。该方法不但保证了造型的精确性,也是模型的建立和装配、有限元分析和运动学分析、加工仿真的基础。
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本拉宫

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