基于Visual Basic的齿轮传动设计软件编程与开发

汪超

摘 要：本文介绍了齿轮传动功能和使用场合，介绍了齿轮设计开发的过程，介绍了Visual Basic软件设计开发过程，跨学科地完成了软件开发和齿轮设计结合的工作，设计开发出了一套可以用于工程师现场使用的齿轮传动设计计算软件。

关键词：Visual Basic;齿轮;软件开发

Visual Basic（VB）软件是美国Microsoft公司推出的Windows环境下的软件开发工具，是国际上广泛使用的一种计算机高级语言，VB提供面向对象的可视化设计平台以及事件驱动的编程机制，程序员不需要为界面的设计编写大量的代码，只需要按照使用需求，排布控件，编写实现功能所需的代码，即用户操作某个事件来触发某种功能的代码即可。这种编程方式大大提高了编程的效率，方便用户使用[1]。

齿轮传动（图1）是一种常见的机械传动结构，齿轮传动具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点，广泛运用于机床、减速器、工程机械、飞机、航天等各种场合。近年来，随着我国齿轮制造产业的迅速发展，齿轮生产规模和质量都得到了巨大的发展。然而，与制造业发达的国家相比，我国齿轮制造产业仍然存在着很多的不足，主要体现在生产设备、加工刀具、齿轮材料、生产协作与管理等方面[2]。就生产设备而言，国外2000年前后就开始研究计算机技术与生产设备的结合，大量采用CAD/CAM技术，开发出大量先进的设计制造类软件，帮助现场工程师完成齿轮的设计制造过程，我国在这一方面仍然处于发展初期，很多技术甚至还处于空白。

本文以直齿圆柱齿轮为例，尝试使用借助Visual Basic软件强大软件开发功能，结合齿轮设计开发的实际需求，开发出一套可以供现场工程师使用的齿轮设计软件。

1 软件开发流程理论

软件开发的流程即为软件设计的一般性过程，包括先对软件先进行市场调研和需求分析，软件需求的功能和实现的算法、软件设计和模块设计、编写代码、调试、交付使用等一系列操作。基于VB的软件开发已经简化，一般主要包括四个步骤：建立用户界面、设置窗体和控件的属性、编写代码、调试运行完善。

对于齿轮传动设计辅助软件来说，首先需要了解齿轮参数化设计的需求，齿轮常见的参数有齿数、模数、压力角、齿宽、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿距、分度圆、齿顶高、齿根高、全齿高。其中，齿数是指整个齿轮圆周上均匀分布的齿的总数，用z表示;模数与轮齿的厚度直接相关，轮齿厚度越大，模数越大，国家已经将模数标准化，可以查看国家标准GB/T1357-2008，模数用m表示;压力角的定义是齿轮运动过程中受力方向和運动方向所夹的锐角，国家标准规定齿轮的压力角为α=20°;齿宽为齿轮轮齿沿轴方向的长度，用b表示;齿顶圆直径是指过齿轮所有轮齿的顶部的圆的直径，用da表示;齿根圆直径是指齿顶圆直径是指过齿轮所有轮齿的顶部的圆的直径，用df表示;分度圆直径是指齿顶圆和齿根圆中间选定的一个圆作为计算基准，用d表示;齿距（周节）是指在分度圆上相邻两齿同向轮廓间弧长的距离，用p表示，齿距等于齿厚（用s表示）与齿槽宽（用e表示）之和;齿顶高等于分度圆到齿顶的径向距离用ha表示;齿根高等于分度圆到齿根的径向距离用hf表示;全齿高等于齿顶高与齿根高之和，用h表示。

直齿圆柱齿轮各部分的名称与代号可参看图2。

2 界面设计

用户界面由窗体和控件组成，VB的窗体是界面的基础，所有的控件都在窗体上布局和显示出来。程序附属在窗体和控件上，同时，程序运算的结果也会在界面上显示出来。所以，根据软件的使用需求，建立窗体、布局控件、设置窗体和控件的属性。

本次界面设计的具体步骤如下：（1）设置窗体caption属性为“直齿圆柱齿轮参数化设计”;（2）插入标签Label1，设置Label1的caption属性为“齿数”，设置Label1的font属性，修改字体及大小，设置Label1的Autosize属性为TRUE，这样，标签大小就可以自动调整。（3）插入文本框Text1，设置Text1的Text属性为空白，设置Label1的font属性，修改字体及大小。（4）框选Label1和Text1，复制粘贴，调整位置，设置标签的caption属性。（5）插入picture1，插入图片，调整图片大小。（6）参考步骤3和步骤4，重复插入label和Text控件，并设置控件的相关属性。（7）插入command1和command2，修改两个按钮的caption属性分布为：“参数计算”和“清除”，修改两个按钮的font属性，使得字体得体。（8）插入齿轮参数图片。完成后的界面如图3所示：

3 编写程序

程序编制过程中，需要了解齿轮各参数的计算公式，齿轮计算公式参看下表。

程序如下：

Private Sub Command1_Click（）

If Text1（0）="" Then

MsgBox "请输入齿轮齿数" '未输入齿数时提示用户输入齿数

ElseIf Text1（1）="" Then

MsgBox "请输入齿轮模数" '未输入模数时提示用户输入模数

Else

z=Val（Text1（0））：m=Val（Text1（1））'将文本框内输入的参数赋值给z和m两个变量中

d=m*z：Text1（3）.Text=d'根据齿轮计算公式计算齿轮各参数，将计算结果赋值给相应文本框

da=d+2*m：Text1（4）=da

df=d-2.5*m：Text1（5）=df

p=3.14*m：Text1（6）=p

s=p/2：Text1（7）=s

e=p/2：Text1（9）=e

h=2.25*m：Text1（10）=h

ha=m：Text1（11）=ha

hf=1.25*m：Text1（12）=hf

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click（）

Command2.SetFocus'設置清除按键为焦点

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'清除按钮按动后，除了压力角默认为20°，其余文本框全部清空

End Sub

Private Sub Form_Load（）

Dim z！，m！，d！，da！，df！，p！，s！，e！，h！，ha！，hf'定义齿轮各参数为单精度常量

Me.Show'加载窗体

Command2.SetFocus'设置清除按键为焦点

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'窗口启动后，除了压力角默认为20°，其余文本框全部清空

End Sub

4 总结与展望

本文分析了简单介绍了VB软件以及齿轮行业发展现状，介绍了直齿圆柱齿轮参数化设计过程，研究了利用Visual Basic软件开发出一套软件设计计算直齿圆柱齿轮参数。这套软件实现了方便机械设计现场工程师快速设计分析齿轮的各参数的功能。

本文及本设计仍然有缺陷，对于斜齿轮、圆锥齿轮、变位齿轮的参数化设计，本次设计尚不能满足，对于直齿圆柱的设计过程，本软件可以配合AutoCAD软件开发出自动生成工程图的功能，期待后续继续研究。

参考文献：

[1]刘瑞新.Visual Basic程序设计教程[M].（第5版）.北京：中国工信出版集团，2017.

[2]李晓菊，王小丹，何泽雨.浅析齿轮行业的发展现状、问题及趋势[J].内燃机与配件，2018（13）：158-159.