齿轮加工的三维动画仿真汽车电池

齿轮加工的三维动画仿真

齿轮加工的三维动画仿真 2011年12月04日 来源： 本文结合了VB在计算与数据处理方面的优点与AutoCAD在精确绘图方面的优点，采用Visual Basic6.0驱动AutoCAD 2000实现了齿轮加工的三维动画仿真，有较强的实用性。文中介绍三维参数化建模以及三维动画仿真的实现步骤，具有一定的代表性。一、引言齿轮加工动画仿真是齿轮设计中的重要环节，已有数篇关于该课题的文献。郭晓东采用基于AutoCAD环境的ObjectARX软件包，用C++语言在AutoCAD环境下实现了对锥齿轮切齿过程的仿真；罗庆生在3DSMAX环境中开发了齿轮机构工作动画；冯涓在CAD环境下，用AutoLisp语言建立了范成法加工齿轮的仿真演示程序。以上各种方法都有自己的特点，本文用VB对AutoCAD进行二次开发来实现齿轮加工的三维动画仿真，这是因为VB是目前最简捷的Windows软件开发工具兼程序设计语言，能对AutoCAD进行二次开发，可将AutoCAD当成自己程序中的一个图形窗口对其进行打开、绘图等操作，能十分方便地实现齿轮加工的动画仿真。二、仿真程序流程图与窗体设计常见的齿轮加工方法有仿形法和范成法，范成法又包括齿轮插刀加工法、齿条插刀和齿轮滚刀加工法等。加工直齿圆柱齿轮的仿真程序流程，如图1所示。

图1 仿真程序流程图

本程序只用一个窗体，用四个文本框接收输入参数：齿数Z、模数m、压力角α和变位系数x，用4个命令框控制子程序，1个命令框取消运行程序。该窗体运行结果如图2所示。

图2 仿真窗体

三、 仿真方法1. 在VB中连接AutoCAD用VB控制AutoCAD，是通过VB的Object技术来控制AutoCAD的对象及其方法和属性的。VB6.0在调用AutoCAD 2000对象时，首先必须在VB中引用该对象库，方法是在VB的“Projects/Preferences”菜单中选择“AutoCADObjectLibrary”。程序设计伊始，需定义一个AutoCAD对象变量GearCAD，通过该变量可以访问AutoCAD的下级对象，定义方法为：Dim GearCAD As AcadApplication。然后在VB的窗体代码中添加如下代码，即可在程序运行时启动AutoCAD：Private Sub Form-Load()On Error Resume NextSet GearCAD=CreatObject（“AutoCADApplication”）GearCAD.Visible=True（显示AutoCAD窗体）End Sub在运行时要确保硬盘中已安装了AutoCAD 2000。2. 设置视点和着色方式三维动画演示需设置三维视点，用如下语句实现：GearCAD.ActiveDocument. ActiveViewport.Direction=NewDirection GearCAD.ActiveDocument.ActiveViewport = GearCAD.ActiveDocument.Active Viewport其中，NewDirection（0 To 2）为双精度型一维数组变量，存放视点的三维坐标。用SendCommand方法实现图形着色，本程序中使用Gouraud着色方式，可使三维模型表面光滑，富有逼真的质感。其代码如下：GearCAD.ActiveDocument.Send Command“_Shademode”+vbCr+“_G”+vbCr。3. 齿轮毛坯的生成在程序中先根据输入的参数计算出齿轮的齿根圆半径Rf、齿顶圆半径Ra、分度圆半径R、基圆半径Rb、轮坯厚度Height和轴孔半径r等。再利用AddCylinder方法分别生成一个以Ra为半径的一个圆柱体Gear3d和一个以r为半径的圆柱体Hole，再用布尔减（Boolean acSubtraction）方法生成齿轮中间的轴孔。4.刀具的生成以齿条刀具为例，刀具模型形状和刀具实体创建完毕时，分别如图3和图4所示。

图3 齿条刀具模型

图4 仿真轮坯和齿条刀具

具体创建步骤如下：(1)过0~5点，用Addlight weightpolyline方法创建轻便多义线Curve(0)；(2)镜像(Mirror)刀具左部多义线Curve(0)，得到右部线段Curve(1)；(3)用Addregion方法得到刀具截面面域Tool；(4)用Addextrudedsolid方法将刀具面域拉伸得到三维刀具实体Tool3d；(5)将单齿刀具实体Tool3d进行单行阵列(Arrayrectangular)，得到多个齿Tools；再将多个齿Tools进行布尔加运算(Boolean Acunion)得到齿条刀具Tool3d；(6)将齿条刀具Tool3d一端平移至与轮坯刚好相遇，准备切齿。平移尺寸根据变位系数x、模数m等参数算出。

5. 齿轮加工三维动画制作仍以齿条插刀为例，动画制作主要步骤及代码如下：(1)复制刀具Tool3d得到Tool3dcopy，用轮坯Gear3d与复制所得刀具Tool3dcopy的布尔减（Boolean acSubtraction），完成刀具对齿轮毛坯的切削；(2)刀具向前水平移动，每次移动距离（πm/n）mm，n为正整数；刀具沿齿轮毛坯上下移动（用Move方法实现）切制出齿轮厚度方向齿形；(3)轮坯Gear3d绕自身轴线旋转，每次转动[2π/（nz）]弧度。图5和图6分别为齿条插刀和仿形铣齿的动画仿真情形。

图5 齿条插刀动画仿真

图6 仿形铣齿动画仿真

四、应用实例运行本程序时，只要输入齿数Z等参数，就可以模拟各种齿轮加工过程。例如，改变齿数Z或变位系数x可以观察根切过程及变位齿轮的加工。表1是仿真所得的标准齿轮、发生了根切的齿轮及正变位齿轮的对比。五、结论通过VB对AutoCAD进行二次开发，实现了VB界面对AutoCAD中对象的控制，既发挥了VB在科学计算、数据处理及界面友好和事件驱动方面的优势，又利用了AutoCAD的精确绘图功能。我们借此方便地实现了齿轮加工的三维动画仿真，这在科研和教学方面有较大的实用性。(end)

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