基于SolidWorks的齿轮泵虚拟设计系统

chv · 发表于 2014-7-15 15:33:51

作者：马军邓海顺许贤良
摘要：为了改进传统齿轮泵设计方法的不足，利用三维设计软件SolidWorks和可视化编程软件VB来开发齿轮泵的虚拟设计系统，指出齿轮泵虚拟设计系统中的一些关键技术，实现了齿轮泵的设计和装配的程序化，具有较高的实用价值。
关键字：齿轮泵 SolidWorks 参数化虚拟设计
引言
目前，齿轮泵的工作压力已接近柱塞泵，组合负载传感方案为齿轮泵提供了变量的可能性，这意味着齿轮泵与柱塞泵之间原有清楚的界限变得愈来愈模糊了。齿轮泵与柱塞泵相比，具有结构简单、低成本、抗污染能力强及维护要求低的优点，且齿轮泵应用广泛，型号较多，开发齿轮泵的参数化虚拟设计系统，有着重要的实际应用意义和现场应用价值。SolidWorks是一套基于Windows的CAD／CAE／／PDM桌面集成系统，可以实现全参数化的三维实体造型设计。SolidWorks通过OLE技术为用户提供了强大的二次开发接口，凡是支持OLE编程和COM组件对象模型的开发工具，都是可以用于SolidWorks的二次开发，创建出用户定制的、专用的SolidWorks功能模块，这些都为实现齿轮泵的虚拟设计奠定了基础。
1 齿轮泵的参数化造型设计
参数化造型设计是SolidWorks软件核心功能之一，包括集成化线框、曲面和实体造型、二维草图设计以及基于特征的造型等。它提供尺寸驱动的几何变量，用交互式方法检查模型变化的结果，其模型可智能化。参数化造型虚拟技术通过记录几何体间的所有依存关系，自动捕捉设计者的意图。
(1)齿轮泵零部件尺寸计算
齿轮泵的零部件尺寸计算是整个齿轮泵虚拟设计系统的基础部分，主要是主、从动齿轮的参数计算和传动轴的参数计算以及卸荷槽的参数计算等，要分别编制齿轮参数计算模块、传动轴计算模块和卸荷槽计算模块等。其中最重要的是齿轮的参数计算，为制造方便，齿轮泵的齿轮通常采用增一齿修正法，其参数计算不同于通常的齿轮设计，如图1所示。设计计算模块根据已知的齿轮泵工作压力、负载、转速等设计参数，设计计算齿轮泵各零件的结构尺寸，并根据计算公式及设计经验进行优化选型。

图1 齿轮泵齿轮参数设计模块

(2)关键部件的结构设计
SolidWorks不仅支持传统的自下而上的传统设计，而且可以自上而下进行设计。在自下而上设计方法中，先设计单个零件，然后再装配成装配体；在自上而下设计方法中，使用装配体内部的布局来驱动零件和装配体的设计。在构思、开发与改进模型设计的重复过程中，用约束管理来保持特定部件间的约束关系，相互关联的配合不变。一个约束关系能使许多零部件结构设计自动进行，并可保证设计对零部件问所要求关系的一致。
2 利用VB调用SolidWorks
利用下面一段程序就可以通过可视化编程软件VB调用SolidWorks软件，图2为利用VB开发出的齿轮泵虚拟设计系统的主界面。
Private Sub Command1_Click()
Dim swApp As SldWorks.Sldworks
Dim Part As SldWorks.ModelDoc2
Set swApp = CreateObject("sldworks.application")

图2 齿轮泵的虚拟设计系统主界面

3 齿轮泵的虚拟装配模块
齿轮泵由主动齿轮、从动齿轮、主动轴、从动轴等多个零件共同组成，这些零件被赋予了一定的约束关系，这样的约束关系在SolidWorks中被称之为配合关系。使用配合关系，可以相对于其他零部件来精确地定位零部件，同时也可定义零部件如何相对于其他零部件移动和旋转，在这里主要研究的是零件配合时相互的定位关系。
在SolidWorks API中可以使用的配合类型也有8种。SolidWorks API在swconst．h and swconst．bas中定义的swMateType-e列表中定义了以下8种装配关系，分别是swMateCOINCIDENT(重合)、swMateCONCENTRIC(同心)、swMatePERPENDICULAR(垂直)、swMatePARALLEL(平行)、swMateTANGENT(相切)、swMateDISTANCE(距离)、swMateANGLE(角度)、swMateUNKNOWN。零件配合时还有3种相应的对齐类型，这3种对齐类型定义在swconst．h and 8Wcoast．bas中的swMateAlign．e列表中，分别是swMateAlignALIGNED(同向对齐)、swMateAlignANTI．ALIGNED(反向对齐)、swMateAlignCLOSEST(最近处对齐)。
本系统通过调用SolidWorks软件具有装配功能的API函数，能够自动实现齿轮泵的装配，并且可以对其进行质量检测、体积检测和干涉检查等操作，从而实现齿轮泵的虚拟装配，制作出齿轮泵的虚拟样机。
4 结语
以三维设计软件SolidWorks为基础，结合可视化编程软件VB开发的齿轮泵虚拟设计系统具有二大功能：①可以完成齿轮泵主体的设计任务，只需改变齿轮泵的相关参数，就可以设计出新产品；②可以通过该系统实现齿轮的虚拟装配，为齿轮泵的虚拟制造提供了基础，从而提高设计质量，缩短设计试制周期，降低试制费用，增强产品的市场竞争能力。(end)