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摘要：漸開線齒輪是工業機器或裝備上不可或缺的基礎裝置或關鍵部件，漸開線齒輪是齒輪中的一種，因其具有加工制作簡易且對裝配誤差不敏感的特點，在機械領域得到了廣泛的應用。但由于齒輪的輪廓復雜、設計參數多，三維建模十分困難，隨著計算機的發展，網絡技術為齒輪設計帶來了便利。本文在web服務環境下對機械齒輪進行參數化設計，便于實現對齒輪參數的便捷修改和維護，有利于提高漸開線齒輪的設計效率和準確率。
1背景
齒輪是工業機械的重要基礎裝置，也是我國工業發展的基礎，齒輪的設計與發展水平可以在一定程度上體現國家的工業化水平。齒輪傳動在國防軍工、工程機械、風力發電、礦山機械、汽車、農機、航空等機械裝備制造領域中的應用十分廣泛。漸開線齒輪作為齒輪中的一種，是機械中常用的部件，是由漸開線和過渡線組成，因其具有工作可靠、結構緊湊、傳動比高、使用壽命長等優點，得到了廣泛應用。齒輪的設計與建模是齒輪制造的基礎，但由于在齒輪的圖紙繪制過程中不可避免需要進行多次反復的修改與訂正，以促進對零件形狀加工的優化。但由于齒輪的設計比較復雜，且齒輪各個參數之間相互約束，使得齒輪的三維建模過程十分的繁瑣。伴隨著數字化時代的到來，基于Web的計算機輔助設計成為機械領域發展的重要趨勢。
2基于Web服務的機械傳動齒輪參數化設計思路
齒輪是機械傳動裝置中的重要組成部分，所以齒輪設計的好壞直接關系機械傳動裝置的工作效率和使用壽命，同時也關系著齒輪制造企業能否在激烈的市場競爭中以最低的成本和最短的時間獲得最大化的經濟利潤。齒輪的設計是一項相當繁瑣的工作，而齒輪的再設計就是一件風險較高的事情，在設計過程中的一點誤差或錯誤都可能會影響齒輪的性能，甚至可能會造成不可估量的損失。通過調研發現，在機械設計領域中，對于零部件的設計與加工，有40%是直接重用現有的零部件，還有40%的零部件是對現有程序進行參數修改后而得到。因此，重用設計不失為提高再設計效率和質量的一條有效途徑。計算機技術和數據庫技術為重用設計提供了平臺與技術支持，現階段基于計算機技術的重用設計主要包括實例和參數重用設計2種類型，在實例的重用設計中可以同時實現對加工工藝、特征及參數的重用；而參數重用設計則只能對參數進行修改。由于在機械領域中，往往客戶所需的產品與實例之間有著較大的差距，此時就需要對實例進行參數的修改，因此，在本文的設計中是將2種類型的重用設計融合在一起進行運用。對于齒輪的重用設計可以表示一個發現問題、獲取知識和解決問題的過程。近年來，為了將更多精力投放到核心技術的研發中，部分企業的零部件生產與加工往往會選擇直接由齒輪供貨商來提供，為了確定供貨商所提供零部件是否滿足其要求，企業需要全面、詳細且便捷地了解零部件的相關資料與信息。而基于Web服務的零部件數據庫，則為企業和供貨商提供了一個良好的產品資源分享和信息交流的平臺，這樣有利于加快零部件的開發速度、縮短開發周期。此外，由于企業不同用戶對于齒輪產品的需求也存在顯著差異，為了能夠帶給客戶個性化的體驗和專業的服務，可以讓客戶提前通過基于Web服務的數據庫根據自身需求，尋找是否有符合要求的齒輪種類，若有，則可以直接定制；若沒有，可以查找到比較相似或相近的齒輪種類，通過改變齒輪的參數來達到所需產品的要求。由此可見，基于Web服務的零部件數據庫設計，無論是對于企業，還是對于客戶而言，可以促進他們之間的友好合作，而且也減少了因各種因素導致的誤差，極大程度地縮短了產品開發的時間。因此，基于這一優勢，筆者提出了一種基于Web服務的機械傳動齒輪參數化設計重用的方案（如圖1）。其中，該框架主要包括以下3個部分：
（1）數據層：數據庫主要用于存儲齒輪的參數、螺旋角、壓力角、模數和材料等相關信息；三維CAD模型庫中以齒輪族的形式存放多個相似的齒輪模型；二維CAD模型庫用于存儲三維CAD模型庫中齒輪模型對應的三向視圖。
（2）邏輯層：該模塊主要實現2個功能，一是對用戶的權限進行處理，并顯示不同的Web頁面，以滿足不同權限用戶的需求；二是根據用戶提交的零件參數信息進行三維建模，在建模完成后返回到Web以供用戶使用。
（3）功能層：在該模塊中將用戶分為游客和普通用戶，游客在Web頁面上只具備檢索和瀏覽功能；而普通用戶可以實現對零件信息的檢索、瀏覽以及三維建模、修改、下載等功能。
3基于Web服務的機械傳動齒輪參數化設計功能實現
3.1機械傳動齒輪二次開發方案的選擇
UG作為當前世界上最為先進、面向制造行業的一種CAD/CAE/CAM軟件系統,能夠為產品的設計、分析、仿真及程序生成等一系列過程提供有力支撐和服務。且UG編程以三維模型為基礎，具有強大、可靠的刀具軌跡生成方法，此外，當主模型需要更改設計時，只要根據編程重新計算即可，大大降低了開發成本和周期，在機械加工過程中具有十分廣泛的應用。因此，基于以上優勢，在本文的設計中，選擇在UG軟件中，利用C#創建齒輪參數的對話框，建立參數表達式，構建齒輪的特征參數數據庫，繪制三維模型，這樣操作的簡單、直觀、便捷，最為重要地是可以避免在運行程序過程中因多次調用程序而產生的錯誤。
3.2機械傳動齒輪參數化的設計
（1）齒輪數據庫的設計。齒輪作為機械裝置中的基礎零件，在設計時涉及齒距、齒數、模數、齒頂高、齒根高、中心距、齒厚、螺旋角等諸多參數，然而，在實際加工中，為了提高齒輪的加工精度，對于不同用途，齒輪庫給出了不同的標準，所以事實上很多參數已經標準化，比如模數、螺旋角等。為了便于加工人員和用戶進行操作，在設計時，本文通過建立一個齒輪數據庫，用于齒輪的相關參數信息，這樣在進行三維建模時，就可以直接調用數據庫中的參數信息，從而可以減少人工多次輸入造成的錯誤。（2）齒輪數據庫管理系統的設計。由于齒輪的類型比較多，為了便于管理，在設計過程中建立一個齒輪數據庫管理系統。E-R模型作為數據庫系統設計中的一種常用結構，可以將實體及其屬性很好的對應起來，且操作簡單、容易理解，因此，齒輪數據管理系統是建立在E-R模型結構上，其中包含的實體主要有齒輪、齒輪供應商、齒輪參數、齒輪二維圖、齒輪三維圖、用戶等。當用戶在網頁對話框上輸入齒輪參數時，就能快速地從數據庫中找到滿足用戶需求的相關信息，這也是本文設計的主要目的。
3.3基于Web齒輪參數化界面的設計
在Web界面上，客戶在登錄后可以在線搜索和瀏覽齒輪零件的屬性信息，如果在已搜索到的結果中，未找到適合自己需求的，可以直接調用數據庫中的齒輪參數，如果仍然無法滿足要求，用戶還可以自行修改參數，從而更好地滿足了用戶的個性化需求。在用戶輸入參數后，系統就會自動計算出齒輪其它的相關參數信息，從而以確定齒輪的尺寸大小和加工精度。接著系統調動UG程序，根據參數重新制作齒輪三維CAD模型，并顯示在用戶界面上，便于用戶觀察和確認。同時，用戶在瀏覽三維模型的過程中，還可以調動其相關的二維CAD模型，如果不滿意可以繼續修改參數，直到符合客戶要求就可以保存為新模型。在保存同時，這個新模型也被存儲到齒輪模型數據庫中，在下次使用時直接調動即可。這樣，齒輪模型數據庫中的數據會不斷被更新，模型數量也隨之增多，對于用戶而言，查詢和計算的時間也會縮短，有效提高了齒輪設計和加工的效率。
4結語
本文提出了一種基礎Web服務的機械傳動齒輪參數化設計方法，不僅能夠實現對參數的在線快速輸入與修改，可以避免因多次反復修改帶來的誤差和錯誤，極大程度提高了參數輸入的可靠性與準確度，有利于優化機械零件的設計，而且設計人員利用互聯網可以實現對齒輪的協同開發與設計，這樣能為處于不同地理位置的設計人員提供便捷的合作與交流平臺，有效縮短了齒輪設計的開發周期，有利于降低齒輪設計成本，提高齒輪設計的效率和準確性。
作者：徐春宇 單位：江蘇省泗陽中等專業學校