基于Auto Lisp 的蜗轮蜗杆传动的软件设计

 摘要：为了实现普通圆柱蜗轮蜗杆的参数化设计，以AutoCAD 为开发平台，SQL Server 为数据库支撑，在Auto Lisp 自动绘图技术和数表的插值法查询技术的基础上建立了蜗轮蜗杆传动的软件模块，实现了结构及功能分析，设计蜗轮蜗杆时只需输入圆柱蜗杆的相关敏感参数，由计算机计算出全部特征值并储存于数据库中，即可自动生成产品零件图和三维模型。
      
        蜗轮蜗杆传动的设计程序复杂计算量大，近年来，由于计算机技术的应用推广，机械设计的自动化程度日益提高。AutoCAD 为设计人员熟知的设计工具，但是在蜗轮蜗杆传动的设计中，尚需建立其必要的数据库模块，完善其功能的管理。
        AutoCAD 为具有开放的体系结构，可以运用集成开发工具Visual LISP 实现具有蜗轮蜗杆传动的专业化特征的计算机辅助设计系统的二次开发。根据蜗轮蜗杆的设计原理，建立其软件模块，以AutoCAD为开发平台，SQL Server 为数据库支撑，在Auto Lisp自动绘图技术和数表的插值法查询技术的基础上可建立蜗轮蜗杆传动的软件模块，以实现普通圆柱蜗杆传动的参数化设计。运用参数化技术，设计者只需输入相关敏感参数，由计算机计算出全部特征值并储存于数据库中，再由Auto Lisp 调相关的几何尺寸参数生成产品零件图或三维模型。
       
1    蜗轮蜗杆软件模块的构建
   1.1 AutoCAD 内嵌的Auto Lisp 技术
     利用Auto Lisp 可进行蜗轮蜗杆传动的工程的分析计算，并绘制出几何图形。在AutoCAD 软件中的三维基本几何体，如锥、柱、球、环等，都可用Auto Lisp语言编程实现。应用Visual LISP 面向设计对象编程，通过VisualLISP ActiveX 接口，同其他ActiveX-Compliant 应用程序一样通过联合库可以方便地引用，具有应用程序的智能化、集成化的特点。 
                                      
                               
1.2 数表的插值拟合技术
     有些自变量和函数值均为离散值的数表函数，可以使用SQL Server 等建立数据库，而有的数表函数的自变量和函数值皆为连续值，若不是列表节点上的值，则需要用插值法确定。模块的设计当中使用了逼近、线性插值拟合技术和三次样条插值拟合技术。
             

2     蜗轮蜗杆体系结构
       圆柱蜗杆传动CAD 系统严格按照软件工程学的面向对象的方法进行开发。根据信息活动的规律，CAD 系统软件的开发可划分为四个阶段：总体规划、系统设计、编程测试和运行维护。前两个阶段是以系统工程方法论为指导的总体设计，后两个阶段是以软件工程方法论为指导的软件开发。图2 为面向对象开发过程框图。
                     
         圆柱蜗杆传动CAD 系统包括表格线图处理模块、蜗轮蜗杆几何参数设计模块、热平衡计算模块、自动绘图模块。
        蜗轮蜗杆传动用来传递空间交错的两轴间的运动和转矩，它的类型较多，本系统以普通圆柱蜗杆传动为对象进行几何参数及尺寸计算、作用力分析及蜗轮蜗杆传动的热平衡的设计，编制了包含蜗杆传动的理论计算及计算机自动绘图两部分的软件系统。因各类蜗轮蜗杆传动的设计过程基本类似，总的来说，可以归纳为以下几方面的工作：已知参数的输入；数据库的建立；蜗轮蜗杆传动设计计算；输出设计结果；输出相应的蜗杆及蜗轮的工作图。其软件系统的结构示意图如图3 所示。
                      
2.1 蜗轮蜗杆几何参数设计
       蜗轮蜗杆的几何参数设计[1]考虑了传动比i、蜗杆模数m 和压力角α、蜗杆分度圆直径d1 和直径系数q、蜗杆头数Z 1 和蜗轮齿数Z 2 和蜗杆分度圆柱导程角β。同时这些参数也在用户与系统交互的接口处显示。用户可以直观地输入自己所需类型的蜗轮蜗杆数据[2]。图4 为蜗轮蜗杆几何参数的输入界面。
                         
2.2 蜗轮蜗杆的热平衡计算
      由于蜗杆传动的效率低，工作时会产生大量热量。在闭式蜗杆传动中，若散热不良，大量的热量使润滑失效而导致齿面胶合，所以，对闭式蜗杆传动要进行热平衡计算，保证油温能稳定在规定的范围内。图5 为转矩、导程角、热平衡计算后的反馈界面。
                    
2.3 蜗轮蜗杆的参数化设计
      调用蜗轮蜗杆的参数化设计模块，比照图形几何参数输入特征值，生成*.dwg 图。图6 为蜗轮蜗杆的参数化设计界面。
                           
 2.4 自动绘图
       自动绘图模块中，提供了2 种工作模式：一是直接由蜗轮蜗杆设计模块的计算结果自动生成*.dwg图；二是对照图形界面和命令行提示由键盘输入尺寸参数生成*.dwg 图。如图7、图8 所示。
                  
 

3     结束语
         本文根据蜗轮蜗杆的设计原理，软件工程学理论，对建立其软件模块系统进行了结构及功能分析。以AutoCAD 为开发平台，SQL Server 为数据库支撑，在Auto Lisp 自动绘图技术和数表的插值法查询技术的基础上建立了蜗轮蜗杆传动的软件模块，实现了普通圆柱蜗杆传动的参数化设计。运用参数化技术，设计者只需输入相关敏感参数，由计算机根据方程式计算出全部特征值并储存于数据库中，再由Auto Lisp 调出相关的几何尺寸参数生成产品零件图或三维模型。