本文以三维CAD软件Solid Edge为软件平台，介绍了参数化的齿轮三维设计方法，并将齿轮的设计计算和三维实体模型设计融为一体，大大地提高了齿轮三维设计的效率。本文还以斜齿圆柱齿轮为例，着重介绍了齿轮三维设计软件系统的程序设计方法。
齿轮传动是机械传动中最主要的一类，型式很多，应用广泛，齿轮设计在机械设计中占据着相当重要的地位，但它的设计步骤多、涉及参数多，需查询的图表总数有二十多个，给设计工作者带来很多的不便，降低了设计效率。随着计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的发展，在产品开发的过程中，有限元分析、装配设计、运动仿真、数控加工等都必须以三维模型为基础。在进行齿轮机构设计时，经常需要利用CAD技术设计并建立齿轮的三维实体模型，从而利用CAD/CAM软件进行装配、检测和分析。目前国内外常用的CAD/CAM软件，如美国EDS公司的UG和 Solid Edge, PTC (Parametric Technology Corporation)公司的Pro/Engineer, CNC Software Inc.的MasterCAM等三维CAD/CAM软件都无法直接进行齿轮的设计[1][2]。为此我们提出了将齿轮的设计计算和三维实体模型设计融为一体的设计方法，并设计了基于三维CAD软件Solid Edge[2]的齿轮三维设计软件系统。该软件系统不仅可以方便地设计并生成齿轮的三维实体模型，还可用于齿轮装配设计、运动仿真及计算机辅助教学中。
1． 齿轮三维设计软件系统的构成
1．1软件系统的设计思想
我们在构建齿轮三维设计软件系统时，主要考虑了以下几个方面的问题：①在三维环境中进行齿轮设计，主要有两种情况：一是根据使用要求，逐步进行设计计算，设计出齿轮的参数后再进行齿轮的三维设计；二是已经知道齿轮的基本参数，如齿数、模数等，利用三维CAD软件直接构建齿轮的三维模型。这两种情况在构建齿轮三维设计软件系统时，必须要都能满足。②在构建齿轮三维设计软件系统时，必须仔细分析齿轮的设计过程，提取其合理的设计流程。只有建立在合理的设计流程基础上的齿轮设计系统，才可能较好地满足用户的要求，只注重理论研究而忽视工程实践的做法是不可取的。为此我们设计的齿轮软件系统是按齿轮的设计流程分模块设计的。③三维CAD软件Solid Edge虽然具有较强的参数化特征造型功能，但不能生成需要经过精确计算的齿轮廓线。为此我们将复杂的齿轮设计计算交给Visual Basic程序完成，将齿轮的结构设计交给Solid Edge来完成，通过Solid Edge的二次开发接口用Visual Basic程序将两者有机地结合在一起，形成一个完整的齿轮三维设计系统。
1．2齿轮的设计计算
该部分主要根据文献[3]的齿轮设计步骤来进行设计。设计中，可以根据齿轮的工作要求、工作环境来选择齿轮的类型、材料、精度等级等，按照保证齿面接触强度和齿根弯曲强度两准则[3]进行计算，设计出齿轮的基本参数如模数m、齿数z等。其具体设计计算方法可参考文献[3]，本文不再赘述。本软件系统采用了向导型设计界面，使用方便、清晰。如图1为几个设计界面。
图1齿轮设计界面
在进行齿轮设计计算时，需查询的图表总数有二十多个，因此在软件设计时需要解决的关键问题是这些图表的查询。为此我们采用了以下几种不同的方法来解决：
（1） 直接创建数据库
该方法主要是针对二维表格，如常用齿轮材料及其机械特性表，齿间载荷分配系数KHα 、KFα表，齿形系数YFα及应力校正系数YSα表，圆柱齿轮的齿宽系数φd表，各类机器所用齿轮传动的精度等级范围表等。我们是通过Acess2000来建立相应的数据库，对于不能直接从数据库中获取数据的情况，我们还在程序中采用了插值法来实现数据的获取。
（2） 创建数据库与程序相结合
该方法主要针对多维表格，如：使用系数K A表，弹性影响系数Z E表等。对于这类表格采用创建数据库与分支程序相结合的方式来获取相应的数据，可简化数据库结构。
（3） 图表的数学处理
对于接触强度计算用的齿向载荷分布系数KHβ表、弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数KFβ图、弯曲疲劳寿命系数KFN图、接触疲劳寿命系数KHN图、标准圆柱齿轮传动的端面重合度εα图、螺旋角影响系数Yβ 图、区域系数ZH 、动载系数K V 图、弯曲疲劳强度极限σFE图、齿轮的接触疲劳强度极限σH lim等图表，通过查询有关资料获得相应公式，或建立相应的数学方程来简化程序设计。
