奥利康锥齿轮

Visual LISP 环境下奥利康锥齿轮参数化设计系统的研究

姚 慧 曹 岩 陈江波

（西安工业大学 机电工程学院 西安 710032）

摘要：

关键词：奥利康锥齿轮；参数化设计；Visual LISP

1.引言

摆线齿锥齿轮分为“奥”制和“克”制两种[1][2]，奥利康锥齿轮采用等高齿，齿线是长幅外摆线，加工时机床调整方便，计算简单，且承载能力高，运转平稳，对安装误差和变形不敏感；轴向力大，且随转相变化，广泛用于汽车制造业，如小汽车、小货车及其制造业，因此奥利康锥齿轮传动设计是经常会遇到的工作，如果仅依靠传统设计方式，不仅工作繁琐、效率低而且出错率比较高，因此研究并开发一种符合工程设计习惯的计算机辅助设计系统非常必要。

目前，国内外关于外齿轮类零件参数化CAD设计研究主要集中在参数化绘图方面，并且也多集中在直齿轮和斜齿圆柱、圆锥齿轮方面[8][9]，对于弧齿、摆线齿锥齿轮的研究也大多集中在齿形功能和制造方面[10] [11]，对于其参数设计研究较少[12]，对奥利康锥齿轮的智能参数化设计几乎是空白[13]。

本文针对奥利康锥齿轮的设计流程，在Visual LISP开发环境下采用模块化设计，开发了设计流程控制模块、算法模块、几何参数信息模块和参数化绘图模块，并通过与快捷、友好的用户界面链接，实现从传动设计与校核，输出几何参数报表到绘制齿轮结构图的设计过程，从而大大缩短设计周期、提高设计效率。

2.奥利康锥齿轮传动设计过程分析及其CAD系统实现方式

锥齿轮的失效形式主要表现为点蚀、胶合、磨损、塑性和断齿变形等，由于锥齿轮大小端面参数不同和轴相交的特点，也会出现小端压溃、干涉、大端断轴、小端轮缘裂开等特殊情况。通常对于闭式锥齿轮传动，先进行齿面接触强度设计再进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的校核，对于不重要的传动情况可省略强度校核；对于开式锥齿轮传动，往往只按弯曲强度进行初步设计，必要时进行齿根弯曲强度校核。考虑上述两种情况，本文中奥利康锥齿轮传动设计过程及其CAD系统实现方式如图1所示。为了同时满足开式和闭式两种传动情况，本文系统中初步设计部分包括齿面接触强度设计和齿根弯曲强度设计两种方法选择，并分别进行抽象提取形成特定的算法，采用Visual LISP程序开发实现。另外，初步设计和强度校核过程都分别涉及大量图、表类型的参数，对于这些参数进行数字化处理，形成特定的参数库，且此参数库具有可扩充性。对于设计结果、校核结果和锥齿轮的几何参数则由专门的设计数据库来管理，并最终形成报表输出。参数化绘图部分根据设计数据库中提供的锥齿轮几何参数信息，利用Visual LISP程序能够调用绘图命令的特点，采用基于尺寸驱动的参数化方法实现绘图过程，它是一个相对独立的设计模块可独立使用。整个设计流程由Visual LISP程序开发的设计流程控制程序来实现设计进度的控制和设计信息的反馈。