2024年4月10日发(作者：)

第45卷第3期RV减速器数字化设计平台

161

DOI：10.16578/.1004.2539.2021.03.026文章编号：1004-2539（2021）03-0161-04

RV减速器数字化设计平台

许明辉李万莉

201804）（同济大学机械与能源工程学院，上海

摘要介绍了利用C#语言及SolidWorks二次开发技术对RV减速器数字化设计的关键技术和方

法，深入研究了RV减速器参数化的过程，实现了从输入整体目标参数到零件具体参数的数字化过

程，开发了RV减速器参数优化设计的CAD系统平台，并结合数据库实现对零件参数的管理。

关键词SolidWorks二次开发RV减速器参数化

DigitalDesignPlatformofRVReducer

XuMinghuiLiWanli

（SchoolofMechanicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai201804，China）

hin-depthstudyoftheparameterizationpro‐

cessoftheRVreducer，thedigitizationprocessfromtheinputoftheoveralltargetparameterstothespecificpa‐

stemplatformforRVreducerparameteroptimizationdesignisdevel‐

oped，andcombinedwiththedatabase，themanagementofpartparametersisrealized.

KeywordsSolidWorkssecondarydevelopmentRVreducerParametric

AbstractThekeytechnologyandmethodofRVReducerdigitaldesignbyusingC#languageandSolid‐

0引言

随着智能制造2025的提出，2019年，科技部在

1.1

1RV减速器数字化平台开发技术

SolidWorks为了方便用户进行二次开发，提供了

SolidWorks二次开发技术

国家重点研发计划“智能机器人”等重点专项项目

申报指南的通知中明确表示：在面向工业机器人核

心零部件批量应用的迫切需求下，尽快突破工业机

器人精密减速机核心零部件规模化生产与应用的核

心技术，研究相应的数字化设计方法。在此背景

下，作为精密减速器的代表、工业机器人最主要的

零部件——RV减速器的智能化设计研究就显得至

关重要。

作为工业机器人的重要零部件，工业机器人的

末端定位精度很大程度上取决于RV减速器的传动

精度，而作为RV减速器的核心零部件，摆线轮的

设计就更显得重要。由于摆线轮的关键参数与设计

产品的目标高度耦合，其结果使得设计过程中计算

量巨大，并需要不断地调整相关参数以达到额定的

传动目标。本文中采用C#语言，SolidWorks二次开

发技术并结合数据库对于RV减速器中核心参数进

行计算，并在设计平台上以人性化的UI展示出参数

的设计结果

[1]

。

几百个API（ApplicationProgramInterface，应用程序

jectLinkingandEmbedding，对象的嵌入和连接）或者

接口）函数，相关API函数是SolidWorks的OLE（Ob‐

COM（ComponentObjectModel，组件对象模型）接口，

用户可以使用VB、VBA、C#、Delphi等高级语言对

SolidWorks进行二次开发。通过对函数对象的属性设

Works的各种操作控制，完成从图纸创建到零件图绘

目前，主流的二次开发主要分为两种：第一种是生

成DLL动态连接库的插件，在SolidWorks程序主体

内添加插件；第二种是生成独立的.exe程序。本文

中采用第二种方式进行开发。

SldWorks的对象模型是一个多层次的对象模

置和方法调用，在自己开发的程序中实现对Solid‐

制，零件特征的建立和修改以及工程图的生成等。

型，它的每一层都包含若干对象，每个对象又有自

己的属性、方法和事件

[2]

。SldWorks对象作为Solid‐

WorksAPI中最顶层的对象，该对象包含的Model‐

162

机械传动2021年

Doc

SolidWorks

对象属于模型层，是所有文档模型的父对象。

sembly

的子对

和

象

Drawing

系统中重要的

PartDoc

，

、

每种

AssemblyDoc

文

3

件

种文件类型即

都对应

和

着

DrawingDoc

ModelDoc

Part、As‐

[3]

中

。

SldWorks对象层次模型如图1所示。

图1SolidWorksAPI主要接口对象

1.2数字化设计相关技术

Fig.1MaininterfaceobjectsofSolidWorksAPI

本软件采用.netFramework4.6框架，采用WPF

技术构建开发平台，WPF相比于传统的WinForm界

面设计更加友好，提供丰富的.NETUI框架；数据

库采用SQLServer，使用技术进行连接，

在系统进行参数计算的过程中保存和调用相关数据，

使得每一个零件都对应一个数据表，其中包括摆线

轮参数和相关标准件的参数

[4]

。SolidWorks宏录制功

能对于参数化驱动三维模型的创建具有指导意义，

在利用宏录制功能后，对于生成的代码进行精简和

改善，形成最终的三维模型生成代码。本文中采用

参数驱动模式进行模型构建。图2所示为数字化设计

平台整体框架。

图2数字化设计平台整体框架

2RV

Fig.

减速器参数数字化设计

2Overallframeworkofdigitaldesignplatform

机构为渐开线行星齿轮减速机构，第二级减速机构

RV减速器由两级减速机构组成，第一级减速

为摆线针轮减速机构。RV减速器传动构件的尺寸

不仅与传动构件的运动相关，还与减速器的传动性

能和传动强度相关，两级传动结构尺寸具有高度的

耦合性，在设计两级传动机构的过程中需要对渐开

线行星齿轮和摆线齿轮统筹考虑

[5]7-9

。

2.1一级传动参数计算

渐开线行星齿轮传动参数除了与一级传动比相

关外，其运动几何参数的约束条件还包括：强度约

束条件、装配约束条件、结构约束条件等。强度约

束条件包括渐开线行星齿轮与中心轮的齿数比，行

星轮与中心轮之间的中心距取值；装配约束条件包

括：一级传动中心轮齿数与行星轮个数之间的关

系；结构约束条件包括：中心轮齿数选择范围，渐

开线行星传动部分距中心距最大值与摆线轮半径之

间的约束，输入轴轴颈与中心轮之间的关系。综合

以上多个约束条件，得到图3所示的一级传动参数

计算流程图

[5]9-15

。

图3一级传动参数计算流程图

2.2

Fig.

二级传动参数计算

3Calculationflowchartofprimarytransmissionparameters

二级传动中，摆线轮和针齿的几何参数会受到

各个传动构件、减速器的总体结构、摆线针轮的啮

合传动、强度、装配关系等因素的影响

[6]

。多种因

素约束下，偏心距

a

、针齿中心圆半径

r

p

、针齿半

径

r

rp

、针径系数k

2

和短幅系数k

1

的计算流程如图4

所示。

2.3摆线针轮修形量参数优化

在标准齿廓下，传动过程中啮合的齿数为针齿

的一半，摆线轮经过修形后，摆线轮和针轮啮合相

比于标准齿廓间隙增大，修形后啮合齿数减小。为

了在保证传动承载能力的前提下，啮合的齿数不应

过少，摆线轮齿廓工作区间在合理的范围内，本软

件实现了由基本参数和修形参数计算修形后的啮合

齿数和啮合工作区间功能，以及每个受力齿所受力

的大小分析，最终寻找出一组在输出转矩一定的情

第45卷第3期RV减速器数字化设计平台

163

况下，啮合力较小的一组修形量

[7]

。图5所示即为修

形量与摆线轮啮合情况计算流程图。

图4二级传动参数计算流程图

Fig.4Calculationflowchartforsecondarytransmissionparameters

图5修形量与摆线轮啮合情况计算流程图

Fig.

and

5Calculation

meshingcondition

flowchart

ofprofile

formodification

cycloidalgear

amount

3设计计算子系统

设计计算系统负责RV减速器的整体结构参数计

算，为RV减速器参数化提供支持，其中，包括参数

的优化过程和性能评价。

3.1RV减速器两级基本参数计算

设计平台致力于在用户给出少量关键参数值，

也可自动地设计出相关参数。但为了保证设计的灵

活性，需要用户与程序进行友好交互，用户有权选

择相关参数组合。图6所示即为本软件的基本参数计

算界面，计算结果包括一级传动基本参数设计和二

级传动基本参数设计。

图6基本参数计算界面

3.2二级传动参数优化

Fig.6Calculationinterfaceofbasicparameters

的承载能力至关重要，在深入分析

RV减速器的摆线齿廓修形对于传动精度和传动

RV减速器的3种

修形方式后，本文中将3种修形方式整合到数字化设

计平台，并将修形带来的齿间间隙以及接触应变以

曲线的方式展示在页面上，如图7（a）所示；并计算

出接触齿的范围以及每一个受力齿的受力大小，如

图7（b）所示，为设计人员的修形提供指导

[8]

。

（a）齿间间隙以及接触应变曲线图

（b）齿廓工作区间及啮合齿受力计算

图7摆线轮修形量优化选择

Fig.7Optimalselectionofmodificationamountofcycloidgear

164

机械传动2021年

4.

4

1

C#

驱动程序编写

驱动SolidWorks绘制零件图

在使用C#语言驱动SolidWorks绘制摆线轮的过

程中，若直接采用摆线轮参数方程绘制轮廓，会出

现SolidWorks绘制稳定性不足的问题，则本文中采

用将摆线轮曲线方程化为点集，完成后以阵列的方

式进行绘制轮廓

[9]

。主要过程及代码如下：

的连接

SldWorksswApp=newSldWorks（）；//创建与SolidWorks

plate

获取模板

（

string

（int）

part

swDocumentTypes_e.

DefaultTemplate=swApp.

swDocPART

Get

，

DocumentTem‐

""，0，0，0）；//

0，0，0

var

）；//

newDoc=swApp.

创建文件

NewDocument（partDefaultTemplate，

活文件

ModelDoc2swDoc=（ModelDoc2）Doc；//激

swDoc.

……

InsertCurveFileBegin（）；

0）；//

swDoc.

将摆线方程化为点集绘制摆线曲线

InsertCurveFilePoint（x[i]*0.001，y[i]*0.001，

swDoc.

……

InsertCurveFileEnd（）；

准面"

bool

，"PLANE"

boolstatus=swDoc.

，0，0，0，false

Extension.

，0，null，0

SelectByID2

）；//选择基准面

（"前视基

草图

Sketch（true）；//创建一个

"REFERENCECURVES"

boolstatus=ion.

，x[0]，y[0]，

SelectByID2

0，true，0，null

（"

，0

曲

）；

线1"，

false

boolstatus=swDoc.

，true）；//将曲线转化为实体

UseEdge3

……

4.2平台运行

启动RV减速器数字化设计平台，以RV-320E为

例，输入设计目标参数：输入功率为6.57kW，输出

转矩为3136N

∙

m，额定输出转速为15r/min，整机传

动比为121。计算减速器主要参数如表1所示。

表1RV-320E主要参数

Tab.1MainparameterofRV-320E

参数数值参数数值

中心轮齿数

21

针轮齿数

40

行星轮齿数

63

短幅系数K

1

0.663

中心轮模数

2.5

针径系数K

2

1.5779

摆线轮齿数

39

偏心距

3

获取优化后的摆线轮参数，切换到摆线轮绘制

界面，点击生成摆线轮模型绘制零件图

[10]

；然后，

根据各个零件之间的装配关系和几何结构设计其他

相关零部件。摆线轮模型如图8所示，装配体模型如

图9所示。

Fig.8

图8

Model

摆线轮模型

ofcycloidgearFig.9

图

3D

9

model

RV-320E

ofRV-320E

减速器

reducer

5结论

（1）在充分研究RV减速器的基础上，将复杂的

摆线轮参数计算和优化过程编写成对应程序，减轻

了设计人员的计算工作量，并寻找出较优的参数

结果。

（2）在获取参数的基础上，基于C#语言驱动

SolidWorks

减速器的数字化设计。

，绘制RV减速器的相关零件，实现了RV

通过SolidWorks二次开发技术，实现了RV减速

器的参数化和数字化设计，并可以实现RV减速器参

数数据管理以及后续工程图出图，为设计人员提供

了高效的设计方法，节省设计生产成本。借助Solid‐

Works

真和有限元计算等目标。

二次开发的强大接口，后续还可以实现运动仿

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［14］fault

testdate［DB/OL］.［2020-04-15］.http：///bear‐

ingdatacenter/home．

收稿日期：2020-04-27

基金项目：山西省自然科学基金（201801D121186）

作者简介：刘柯欣（1996—），女，山西运城人，硕士研究生，研究方向

为故障诊断、机电一体化。

通信作者：孙虎儿（1972—），男，山西寿阳人，博士，副教授，研究方

向为机械设备状态监测与故障诊断、摩擦科学与工程。

（上接第164页）

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收稿日期：2020-05-21

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基金项目：智能化混凝土布料系统关键技术（18DZ1205602）

作者简介：许明辉（1995—），男，河南孟津人，硕士研究生，研究方向

为机械数字化设计。

通信作者：李万莉（1965—）女，上海人，博士，教授，博士生导师，研

究方向为机电液一体化、机群远程维护与监控、微波应用理

论与控制。

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