畢業(yè)設(shè)計(jì)-齒輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　中國·XX</b></p><p><b>　　二○一二年五月</b></p><p>　學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：機(jī)械與車輛學(xué)院</p><p>　機(jī)械電子工程</p><

2、;p>　學(xué) 號(hào)：職 稱：</p><p>　教授</p><p>　　齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)，具有承載能力大，效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但是，齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的過程需

3、查閱大量的圖表并進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，給設(shè)計(jì)工作者帶來了很大的困難。將設(shè)計(jì)過程中的圖表進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和擬合，從而達(dá)到可編程的目的，然后利用VB語言將所需要的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，求解出多種設(shè)計(jì)方案，希望能給設(shè)計(jì)人員提供參考。最后實(shí)現(xiàn)VB 和CATIA 連接, 開發(fā)了用戶選擇齒輪種類和參數(shù)輸入界面, 最終程序控制CATIA 參數(shù)表, 根據(jù)界面輸入?yún)?shù)自動(dòng)進(jìn)行模型再生, 以實(shí)現(xiàn)齒輪類零件便捷化設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　

4、　關(guān)鍵詞：VB；齒輪；設(shè)計(jì)；CATIA；參數(shù)化；齒輪</p><p>　　Parametric design of the gear mechanism</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The gear transmission is most widely used in mechanical tra

5、nsmission with large carrying capacity，high efficiency，precise gear ratio，compact structure，reliable operation and long life．However，the gear transmission design process needs a large number of complex charts and calcula

6、tions，which causes great difficulty for designers．This article fits the charts and statics in the process of design to make them programmed，and then uses VB language to input the data that needed directly into the comput

7、e</p><p>　　Keywords: VB;；gear；design；CATIA；Parameterization ；Gear</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論- 0 -</p><p>　　1.1 參數(shù)化技術(shù)概述- 0 -</p><p&g

8、t;　　1.2 參數(shù)化技術(shù)研究現(xiàn)狀- 0 -</p><p>　　1.3 參數(shù)化技術(shù)研究內(nèi)容、意義、研究背景- 1 -</p><p>　　1.3.1 本論文研究的內(nèi)容- 1 -</p><p>　　1.3.2 本論文研究的背景、意義- 1 -</p><p>　　第2章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論- 2 -</p>&

9、lt;p>　　2.1 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則- 2 -</p><p>　　2.2 齒輪常用材料及熱處理- 3 -</p><p>　　2.3 齒輪傳動(dòng)精度簡介- 5 -</p><p>　　2.4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　2.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)- 12 -</p&g

10、t;<p>　　2.6 圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)- 15 -</p><p>　　2.7 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)- 17 -</p><p>　　第3章 用VB語言開發(fā)齒輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化過程- 18 -</p><p>　　3.1 Visual Basic 6.0軟件簡介- 18 -</p><p>　　3.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)- 1

11、9 -</p><p>　　3.3齒輪參數(shù)化的過程- 19 -</p><p>　　3.3.1 界面設(shè)計(jì)- 20 -</p><p>　　3.3.2 程序設(shè)計(jì)- 22 -</p><p>　　第4章 基于VB與CATIA軟件環(huán)境下齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)與開發(fā)- 26 -</p><p>　　4.1 CATIA軟件功能的介

12、紹- 26 -</p><p>　　4.2 VB與CATIA的接口及開發(fā)流程- 26 -</p><p>　　4.3齒輪參數(shù)化開發(fā)過程[10]- 27 -</p><p>　　4.3.1 漸開線的形成[11]- 27 -</p><p>　　4.3.2 參數(shù)的輸入- 28 -</p><p>　　4.3.3

13、建模過程和具體操作- 28 -</p><p>　　第5章 總結(jié)及展望- 32 -</p><p>　　致 謝- 33 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 34 -</p><p>　　附 錄- 35 -</p><p>　　1. 齒輪參數(shù)化軟件源代碼- 35 -</p><p>

14、;　　2. 外文文獻(xiàn)和翻譯- 59 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 參數(shù)化技術(shù)概述</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design）,也稱為尺寸驅(qū)動(dòng)（Dimension-Driven），是通過改動(dòng)設(shè)置圖形的某一部分或某幾個(gè)部分的尺寸，或者修改編輯已經(jīng)定義好的參數(shù)，自動(dòng)完成

15、對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)[1]。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的活動(dòng)，是一個(gè)反復(fù)修改、不斷完善的過程。同時(shí)，對(duì)很多企業(yè)，設(shè)計(jì)工作往往是變型或系列化設(shè)計(jì)，新的設(shè)計(jì)經(jīng)常用到已有的設(shè)計(jì)成果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，零件的結(jié)構(gòu)要素90%以上是通用或標(biāo)準(zhǔn)化的，零件有7%~80%是相似的。在參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)的CAD使用方法是先繪制精確的圖形，再從

16、中抽象幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)只存儲(chǔ)最后的結(jié)果，而不關(guān)心設(shè)計(jì)的過程。這種設(shè)計(jì)系統(tǒng)不支持初步設(shè)計(jì)過程，缺乏變參數(shù)設(shè)計(jì)功能，不能良好的自動(dòng)處理對(duì)已有圖形的修改，不能有效地支持變型化、系列化設(shè)計(jì)，從而使得設(shè)計(jì)周期長、設(shè)計(jì)費(fèi)用高、設(shè)計(jì)中存在大量重復(fù)勞動(dòng)，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)的效率，無法滿足市場的需求。在這種情況下，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)方法是一種全新的思維方式來進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是以約

17、束造型為核心、以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中采用參數(shù)化模型，設(shè)計(jì)者可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，而不必在設(shè)計(jì)時(shí)專注于產(chǎn)品的具體尺寸。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法儲(chǔ)存了設(shè)計(jì)的全過程，能設(shè)計(jì)出一些列而不是單一的產(chǎn)品模型；對(duì)已有的設(shè)計(jì)的修改，只需變動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)，而無需運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。因此參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合工程設(shè)計(jì)的習(xí)慣，極大的提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了設(shè)計(jì)過程中信息的儲(chǔ)存量，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，從而增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場

18、競爭力。</p><p>　　1.2 參數(shù)化技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　齒輪機(jī)構(gòu)用于傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、機(jī)床、礦山冶金等領(lǐng)域，它幾乎適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。目前齒輪傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。提高齒輪的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率已經(jīng)成為提高機(jī)械產(chǎn)品的效率和

19、關(guān)鍵。</p><p>　　齒輪類零件參數(shù)化設(shè)計(jì)，國內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了研究。張文麗用VB二次開發(fā)Pro/ENGINEER建立齒輪參數(shù)化模型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]。張繼春采用Pro/ENGINEER實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)形狀基本相同而尺寸大小不同的一系列機(jī)械零件的參數(shù)化的二次開發(fā)實(shí)用[3]。姜美榮、黃愷、韓玉等人以PRO／E為環(huán)境實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)線嚙合齒輪參數(shù)化的建模[4]。李叢德、王得勝實(shí)現(xiàn)了基于VB的SolidWorks漸開線齒輪二次

20、開發(fā)方法研究[5]等。但實(shí)現(xiàn)一系列化的從改變初始條件到自動(dòng)生成齒輪模型及最終選擇齒輪類型的參數(shù)化設(shè)計(jì)還很少，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系列化，模型化有實(shí)際應(yīng)用意義。</p><p>　　1.3 參數(shù)化技術(shù)研究內(nèi)容、意義、研究背景</p><p>　　1.3.1 本論文研究的內(nèi)容</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)一系列化的從改變初始條件到自動(dòng)生成齒

21、輪模型及最終選擇齒輪類型的參數(shù)化設(shè)計(jì)，本文選擇VB語言作為開發(fā)工具。在齒輪的設(shè)計(jì)中，計(jì)算一個(gè)齒輪的各幾何尺寸時(shí)，直接用公式就可以計(jì)算出結(jié)果，但是當(dāng)我們要計(jì)算多個(gè)甚至更多個(gè)齒輪的幾何尺寸時(shí)，就變得十分繁瑣，這里使用VB編寫了一個(gè)程序，解決了這一問題。所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)圖形的拓?fù)潢P(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進(jìn)行約束，參數(shù)與圖形的控制尺寸有顯式的對(duì)應(yīng)。參數(shù)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，最大的特點(diǎn)是它儲(chǔ)存了整個(gè)設(shè)計(jì)過程，使工程技術(shù)人員可以通過更改某

22、些約束參數(shù)的數(shù)值即可快速獲得不同的零件。本設(shè)計(jì)用VB編程使計(jì)算過程簡單化，提高了計(jì)算精度，且能夠方便的看到計(jì)算結(jié)果，大大提高了工作效率。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，直齒斜齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等。在VB界面下選擇閉式齒輪還是開式齒輪傳動(dòng)，選擇齒輪材料和熱處理方法得出材料的應(yīng)力極限值，小齒輪或大齒輪的額定功率，轉(zhuǎn)速，齒數(shù)或傳動(dòng)比等，傳動(dòng)的類型（單向還是雙向）傳動(dòng)比誤差范圍等最后計(jì)算得出各齒輪的參數(shù)。</p>

23、;<p>　　1.3.2 本論文研究的背景、意義</p><p>　　1.齒輪在現(xiàn)代工業(yè)中有著重要的地位及廣泛的應(yīng)用，隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，齒輪的各個(gè)方面的性能都要求能滿足個(gè)方面生產(chǎn)的需求。這就需要我們對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，使齒輪的性能更加好，精度更加高，這將使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量更好！</p><p>　　2.對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)進(jìn)行一次全面深入的研究，可以檢驗(yàn)并整合我大學(xué)

24、四年來對(duì)所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，并促使我將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中， 最終提高自身把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為市場所需的產(chǎn)品的能力。</p><p>　　3.提高進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，包括計(jì)算、繪圖和使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等能力。</p><p>　　4.通過對(duì)VB的使用讓我掌握了一種新的編程語言，拓寬了我對(duì)編程的認(rèn)識(shí)。鞏固了我的編程思路，通過對(duì)軟件的開發(fā)，使我更好的了解參數(shù)化的過程。</p&g

25、t;<p>　　5.通過CATIA系統(tǒng)的圖形功能，對(duì)所研究零件進(jìn)行參數(shù)化定義及三維可視化顯示，使設(shè)計(jì)結(jié)果直觀明了，易于修改和完善，進(jìn)而縮短總體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期。</p><p>　　第2章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論</p><p>　　2.1 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則</p><p>　　一、齒輪傳動(dòng)的失效形式[6]</p><p&

26、gt;　　齒輪傳動(dòng)是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。</p><p><b>　　1.輪齒折斷 </b></p><p>　　輪齒折斷通常有兩種情況：一種是由于多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是由于突然產(chǎn)生嚴(yán)重過載或沖擊載

27、荷作用引起的過載折斷。尤其是脆性材料（鑄鐵、淬火鋼等）制成的齒輪更容易發(fā)生輪齒折斷。兩種折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力的一側(cè)，如圖2-1所示。</p><p>　　增大齒根過渡圓角半徑、改善材料的力學(xué)性能、降低表面粗糙度以減小應(yīng)力集中，以及對(duì)齒根處進(jìn)行強(qiáng)化處理（如噴丸、滾擠壓）等，均可提高輪齒的抗折斷能力。</p><p>　　2.齒面點(diǎn)蝕 </p><p>　　輪

28、齒工作時(shí)，齒面嚙合處在交變接觸應(yīng)力的多次反復(fù)作用下，在靠近節(jié)線的齒面上會(huì)產(chǎn)生若干小裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展，將導(dǎo)致小塊金屬剝落，這種現(xiàn)象稱為齒面點(diǎn)蝕，如圖2-2所示。齒面點(diǎn)蝕的繼續(xù)擴(kuò)展會(huì)影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致齒輪不能正常工作。</p><p>　　點(diǎn)蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)常見的失效形式。開式齒輪傳動(dòng)，由于齒面磨損較快，很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。</p><p>　　提高齒面硬度和降低

29、表面粗糙度值，均可提高齒面的抗點(diǎn)蝕能力。</p><p>　　3.齒面磨損 </p><p>　　輪齒嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑動(dòng)，特別是外界硬質(zhì)微粒進(jìn)入嚙合工作面之間時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輪齒表面磨損。齒面逐漸磨損后，齒面將失去正確的齒形（圖2-3），嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輪齒過薄而折斷，齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。</p><p>　　為了減少磨損，重要的齒輪傳動(dòng)應(yīng)采用閉式傳動(dòng)

30、，并注意潤滑。</p><p>　　4.齒面膠合 </p><p>　　在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，齒面間的壓力大，溫升高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過鋯石，將使兩齒面局部熔融、金屬相互粘連，當(dāng)兩齒面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘住的地方被撕破，從而在齒面上沿著滑動(dòng)方向形成帶狀或大面積的傷痕（圖2-4），低速重載的傳動(dòng)不易形成油膜，摩擦發(fā)熱雖不大，但也可能因重載而出現(xiàn)冷膠合。</p><

31、;p>　　采用粘度較大或抗膠合性能好的潤滑油，降低表面粗糙度以形成良好的潤滑條件；提高齒面硬度等均可增強(qiáng)齒面的抗膠合能力。</p><p>　　5.齒面塑性變形 </p><p>　　硬度較低的軟齒面齒輪，在低速重載時(shí)，由于齒面壓力過大，在摩擦力作用下，齒面金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)而失去原來的齒形（圖2-5）</p><p>　　提高齒面硬度和采用粘度較高的潤滑

32、油，均有助于防止或減輕齒面塑性變形。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則</b></p><p>　　齒輪傳動(dòng)的失效形式不大可能同時(shí)發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點(diǎn)蝕會(huì)加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第1、2種失效形式是主要的。因此，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。&l

33、t;/p><p>　　對(duì)于軟齒面（硬度≤350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)，潤滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計(jì)時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。</p><p>　　對(duì)于硬齒面（硬度＞350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。</p><p>　　

34、開式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機(jī)理比較復(fù)雜，目前尚無成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。故只能按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，用增大模數(shù)10%~20%的辦法來考慮磨損的影響。</p><p>　　2.2 齒輪常用材料及熱處理</p><p>　　由輪齒失效形式可知，選擇齒輪材料時(shí)，應(yīng)考慮以下要求：輪齒的表面應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性，在循環(huán)載荷和沖擊載荷作用下，應(yīng)有足夠的彎曲強(qiáng)度。即齒面要硬，齒

35、芯要韌，并具有良好的加工性和熱處理性。</p><p>　　制造齒輪的材料主要是各種鋼材，其次是鑄鐵，還有其它非金屬材料。</p><p><b>　　一、鋼</b></p><p>　　鋼材可分為鍛鋼和鑄鋼兩類，只有尺寸較大（d ＞400~600mm）, 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的齒輪宜用鑄鋼外，一般都用鍛鋼制造齒輪。</p><p&

36、gt;　　軟齒面齒輪多經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后切齒，常用45、40Cr等。因齒面硬度不高，易制造，成本低，故應(yīng)用廣，常用于對(duì)尺寸和重量無嚴(yán)格限制的場合。</p><p>　　由于在嚙合過程中，小齒輪的輪齒接觸次數(shù)比大齒輪多。因此，若兩齒輪的材料和齒面硬度都相同時(shí)，則一般小齒輪的壽命較短。為了使大、小齒輪的壽命接近，應(yīng)使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的高出30~50HBS。對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，

37、齒面硬度可大致相同。</p><p><b>　　二、鑄鐵</b></p><p>　　由于鑄鐵的抗彎和耐沖擊性能都比較差，因此主要用于制造低速、不重要的開式傳動(dòng)、功率不大的齒輪。常用材料有HT250、HT300等。</p><p><b>　　非金屬材料</b></p><p>　　對(duì)高速、輕載

38、而又要求低噪音的齒輪傳動(dòng)，也可采用非金屬材料，加夾布膠木、尼龍等。常用的齒輪材料，熱處理方法、硬度、應(yīng)用舉例見表2-1。</p><p>　　表2-1常用的齒輪材料、熱處理硬度和應(yīng)用舉例</p><p>　　2.3 齒輪傳動(dòng)精度簡介</p><p><b>　　一、精度等級(jí)</b></p><p>　　漸開線圓柱齒輪標(biāo)

39、準(zhǔn)（GB/T10095—88）中，規(guī)定了12個(gè)精度等級(jí)，第1級(jí)精度最高，第12級(jí)最低。一般機(jī)械中常用7~8級(jí)。高速、分度等要求高的齒輪傳動(dòng)用6級(jí)，對(duì)精度要求不高的低速齒輪可用9級(jí)。根據(jù)誤差特性及它們對(duì)傳動(dòng)性能的影響，齒輪每個(gè)精度等級(jí)的公差劃分為三個(gè)公差組，即第 I公差組（影響運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性），第II公差組（影響傳動(dòng)平穩(wěn)性），第III公差組（影響載荷分布均勻性）。一般情況下，可選三個(gè)公差組為同一精度等級(jí)，也可以根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度

40、等級(jí)的公差組組合。</p><p>　　常用的齒輪精度等級(jí)與圓周速度的關(guān)系及使用范圍見表2-2。</p><p>　　表2-2齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)（第II公差組及其應(yīng)用）</p><p>　　注：第I、III公差組的精度等級(jí)參閱有關(guān)手冊，一般第III公差級(jí)不低于第II公差組的精度等級(jí)。</p><p><b>　　二、齒側(cè)間隙</

41、b></p><p>　　考慮到齒輪制造以及工作時(shí)輪齒變形和受熱膨脹，同時(shí)為了便于潤滑，需要有一定的齒側(cè)間隙。合適的側(cè)隙可通過適當(dāng)?shù)凝X厚極限偏差和中心距極根偏差來保證，齒輪副的實(shí)際中心距越大、齒厚越小，則側(cè)隙越大。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定漸開線圓柱齒輪的齒厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S等14種，每種代號(hào)所規(guī)定的齒厚偏差值可查有關(guān)手冊。在齒輪工作

42、圖上用代號(hào)表示精度等級(jí)和齒厚極限偏差。例：8—7—7GM GB/T10095—88代號(hào)，從左至右表示第I、II、III公差組精度等級(jí)分別為8級(jí)、7級(jí)、7級(jí)，齒厚上偏差代號(hào)為G、下偏差代號(hào)為M。</p><p>　　2.4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、輪齒的受力分析</b></p><p>　　圖2-6所示為齒輪嚙

43、合傳動(dòng)時(shí)主動(dòng)齒輪的受力情況，不考慮摩擦力時(shí)，輪齒所受總作用力Fn將沿著嚙合線方向，F(xiàn)n稱為法向力。Fn在分度圓上可分解為切于分度圓的切向力Ft和沿半徑方向并指向輪心的徑向力Fr 。 </p><p>　　圓周力 Ft= N</p><p>　　徑向力 Fr= Ft tg N (2-1)</p><p>

44、　　法向力 Fn= N</p><p>　　式中:d1為主動(dòng)輪分度圓直徑,mm；為分度圓壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪=20°。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)主動(dòng)輪傳遞的功率P1（KW）及轉(zhuǎn)速n1(r/min)，由下式求主動(dòng)輪力矩</p><p>　　T1=9.55×106× （N mm）

45、 (2-2)</p><p>　　根據(jù)作用力與反作用力原理，F(xiàn)t1=-Ft2，F(xiàn)t1是主動(dòng)輪上的工作阻力，故其方向與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相反，F(xiàn)t2是從動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力，其方向與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相同。</p><p>　　同理，F(xiàn)r1=-Fr2，其方向指向各自的輪心。</p><p><b>　　二、載荷與載荷系數(shù)</b></p><p&

46、gt;　　由上述求得的法向力Fn為理想狀況下的名義載荷。由于各種因素的影響，齒輪工作時(shí)實(shí)際所承受的載荷通常大于名義載荷，因此，在強(qiáng)度計(jì)算中，用載荷系數(shù)K考慮各種影響載荷的因素，以計(jì)算載荷Fnc代替名義載荷Fn。其計(jì)算公式為</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中：K為載荷系數(shù)，見表2-3。</p><p>　　

47、表2-3 載荷系數(shù)k</p><p>　　三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　齒根處的彎曲強(qiáng)度最弱。計(jì)算時(shí)設(shè)全部載荷由一對(duì)齒承擔(dān)，且載荷作用于齒頂，將輪齒看作懸臂梁，其危險(xiǎn)截面可用30o切線法確定，即作與輪齒對(duì)稱中心線成30o夾角并與齒根過渡曲線相切的兩條直線，連接兩切點(diǎn)的截面即為齒根的危險(xiǎn)截面，如圖2-7所示。運(yùn)用材料力學(xué)的方法，可得輪齒彎曲強(qiáng)度校核的公式為 </p&

48、gt;<p><b>　　= ≤</b></p><p>　　或 σF = ≤ (2-4)</p><p>　　或由上式得計(jì)算模數(shù)m的設(shè)計(jì)公式</p><p>　　m ≥ (2-5)</p>

49、<p>　　式中:=b/d1稱齒寬系數(shù)（b為大齒輪寬度），由表2-4查?。环Q為齒形系數(shù)，由圖2-8查?。籟]為彎曲許用應(yīng)力，由式2-8計(jì)算。</p><p>　　表2-4齒寬系數(shù)=b/d1</p><p>　　四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是為了防止齒間發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕的一種計(jì)算方法，它的實(shí)質(zhì)是使齒面節(jié)線處所產(chǎn)生的最大接

50、觸應(yīng)力小于齒輪的許用接觸應(yīng)力，齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算公式是以彈性力學(xué)中的赫茲公式為依據(jù)的，對(duì)于漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為</p><p><b>　　≤ </b></p><p>　　或 ≤ (2-6)</p><p>　　將上式變換得齒面接觸疲勞

51、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式</p><p>　　d1≥ (2-7)</p><p>　　式中：“±”分別用于外嚙合、內(nèi)嚙合齒輪；ZE為齒輪材料彈性系數(shù)，見表2-5；ZH為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪正確安裝時(shí)ZH =2.5；[σH]為兩齒輪中較小的許用接觸應(yīng)力，由式2-9計(jì)算；u為齒數(shù)比，即大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比。</p>

52、<p>　　表2-5齒輪材料彈性系數(shù)ZE （）</p><p>　　五、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及許用應(yīng)力</p><p><b>　　1.主要參數(shù)的選擇</b></p><p>　　(1)齒數(shù)z。對(duì)于軟齒面的閉式傳動(dòng)，在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取z1=20~40。因

53、為當(dāng)中心距確定后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。對(duì)于硬齒面的閉式傳動(dòng)，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)以保證齒根彎曲強(qiáng)度，為減小傳動(dòng)尺寸，宜取較少齒數(shù)，但要避免發(fā)生根切，一般取z1=17~20。</p><p>　　(2)模數(shù)m。模數(shù)影響輪齒的抗彎強(qiáng)度，一般在滿足輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度條件下，宜取較小模數(shù)，以增大齒數(shù)，減少切齒量。</p><p>　　(3)齒寬系數(shù)Ψd。齒寬系數(shù)是大齒輪齒寬b和

54、小齒輪分度圓直徑d1之比，增大齒寬系數(shù)，可減小齒輪傳動(dòng)裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。但是齒寬越大，載荷分布越不均勻。為便于裝配和調(diào)整，常將小齒輪齒寬加大5~10mm，但設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)按大齒輪齒寬計(jì)算。</p><p><b>　　2.許用應(yīng)力</b></p><p>　　一般的齒輪傳動(dòng)，其彎曲疲勞許用應(yīng)力為</p><p>　　[σF]=YN

55、 (2-8)</p><p><b>　　接觸疲勞許用應(yīng)力為</b></p><p>　　[σH]= ZN (2-9)</p><p>　　式中：σFlim為齒輪單向受載時(shí)的彎曲疲勞極限，查圖2-9；σHl

56、im為接觸疲勞極限，查圖2-10，由于實(shí)驗(yàn)齒輪的材質(zhì)、熱處理等性能的差異，實(shí)驗(yàn)值有一定的離散性，故圖示數(shù)據(jù)為中間值；受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的齒輪（如惰輪，行星輪），應(yīng)將圖中查得數(shù)值乘以0.7；SF、SH為疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，通常SF=1、SH =1，對(duì)于損壞后會(huì)引起嚴(yán)重后果的，可取SF=1.5、SH=1.25~1.35；YN、ZN為壽命系數(shù)，用以考慮當(dāng)齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N<N0時(shí)，許用應(yīng)力的提高系數(shù)，其值分別查圖2-11、2-12，圖

57、中橫坐標(biāo)為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：n為齒輪轉(zhuǎn)速（r/min）； j為齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；為齒輪在設(shè)計(jì)期限內(nèi)的總工作時(shí)數(shù)，h。</p><p>　　圖2-9齒輪材料的σFlim</p><p>　　圖2-10 齒輪材料的σHlim</p><p>　　圖2-11彎曲疲勞壽命系數(shù)YN</p&g

58、t;<p>　　圖2-12接觸疲勞壽命系數(shù)ZN</p><p>　　要完成參數(shù)化首先要拿一個(gè)實(shí)例設(shè)計(jì)出一套直齒圓柱齒輪的數(shù)據(jù)，并將這個(gè)過程編輯到程序中，將初始條件改變之后，通過已經(jīng)編輯好的程序就能重新計(jì)算出另外的齒輪數(shù)據(jù)，這樣就能完成齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化。</p><p>　　下面用機(jī)械設(shè)計(jì)書中的例題來設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的數(shù)據(jù)。</p><p>　　

59、例2-1設(shè)計(jì)一帶式運(yùn)輸機(jī)減速器的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知i=4, n1=750r/min,傳遞功率P=5KW，工作平穩(wěn)，單向傳動(dòng)，單班工作制，每班8h，工作期限10年。</p><p>　　解：設(shè)計(jì)算過程和結(jié)果如下表所示：</p><p>　　最終只要強(qiáng)度滿足要求，程序就能輸出計(jì)算好的齒輪的參數(shù)了。</p><p>　　2.5 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p&g

60、t;<p>　　a) b)</p><p>　　圖2-13斜齒圓柱齒輪的受力分析</p><p><b>　　一、輪齒的受力分析</b></p><p>　　圖2-13所示為斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力情況，當(dāng)主動(dòng)齒輪上作用轉(zhuǎn)矩T1時(shí)，若忽略接觸面的摩擦力，

61、齒輪上的法向力Fn作用在垂直于齒面的法向平面，將Fn在分度圓上分解為相互垂直的三個(gè)分力，即圓周力Ft、徑向力Fr 和軸向力Fa、各力的大小為：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　式中：為分度圓螺旋角；為法向壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪=20°。</p><p>　　圓周力和徑向力方向的判斷與直齒圓柱齒輪相同。軸

62、向力Fa的方向取決于齒輪的回轉(zhuǎn)方向和輪齒的旋向，可用“主動(dòng)輪左、右手定則”來判斷。即當(dāng)主動(dòng)輪是右旋時(shí)所受軸向力的方向用右手判斷，四指沿齒輪旋轉(zhuǎn)方向握軸，伸直大拇指，大拇指所指即為主動(dòng)輪所受軸向力的方向。從動(dòng)輪所受軸向力與主動(dòng)輪的大小相等、方向相反（圖2-13 b）。</p><p>　　二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　斜齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與直齒輪相似，但斜齒輪齒面上的接觸線是傾斜

63、的，故輪齒往往是局部折斷，其計(jì)算按法平面當(dāng)量直齒輪進(jìn)行、以法向參數(shù)為依據(jù)。另外，斜齒圓柱齒輪接觸線較長、重合度增大，故其計(jì)算公式與直齒輪的公式有所不同。具體如下：</p><p>　　=≤ (2-11)</p><p>　　或 ≥ (2-12)</p><p>　　式中：

64、YFS為齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)zv查圖2-8；其中zv=z / cos3；為斜齒輪螺旋角，一般 =8~ 20°；其他符號(hào)代表的意義、單位及確定方法均與直齒圓柱齒輪相同。</p><p>　　三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，也按齒輪上的法平面當(dāng)量直齒圓柱齒輪計(jì)算。一對(duì)鋼制斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式如下：</p>&l

65、t;p>　　σH = ≤ (2-13)</p><p>　　或 d1 ≥ (2-14)</p><p>　　式中:為螺旋角系數(shù)，考慮螺旋角造成接觸線傾斜而對(duì)接觸強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，；其余各符號(hào)所代表的意義、單位及確定方法均與直齒圓柱齒輪相同。</p><p>　　跟直齒圓柱齒

66、輪同樣的，也給出一個(gè)例子：</p><p>　　例2-2 試設(shè)計(jì)一單級(jí)減速器中的標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知主動(dòng)軸由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，功率P=10KW，轉(zhuǎn)速n1=970 r/min ,傳動(dòng)比i=4.6,工作載荷有中等沖擊。單向工作，單班制工作10年，每年按300天計(jì)算。</p><p>　　解：列表給出設(shè)計(jì)計(jì)算過程</p><p>　　2.6 圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)<

67、;/p><p><b>　　一、 輪齒受力分析</b></p><p>　　一對(duì)直齒圓錐齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，如果不考慮摩擦力的影響，輪齒間的作用力可以近似簡化為作用于齒寬中點(diǎn)節(jié)線的集中載荷Fn，其方向垂直于工作齒面。如圖2-14所示主動(dòng)錐齒輪的受力情況，輪齒間的法向作用力Fn可分解為三個(gè)互相</p><p>　　垂直的分力：圓周力Ft1、徑向力Fr1

68、和軸向力Fa1。各力的大小為：</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　式中：dm1為主動(dòng)錐齒輪分度圓錐上齒寬中點(diǎn)處的直徑，也稱分度圓錐的平均直徑，可根據(jù)錐距R、齒寬b和分度圓直徑d1確定，即：</p><p>　　dm1=（1

69、－0.5）d1 (2-16)</p><p>　　式中:稱齒寬系數(shù)，通常取=0.25~0.35</p><p>　　圓周力的方向在主動(dòng)輪上與回轉(zhuǎn)方向相反,在從動(dòng)輪上與回轉(zhuǎn)方向相同;徑向力的方向分別指向各自的輪心;軸向力的方向分別指向大端。根據(jù)作用力與反作用力的原理得主、從動(dòng)輪上三個(gè)分力之間的關(guān)系：Ft1 =－Ft2、 Fr1=－Fa2

70、、 Fa1= － Fr2 ，負(fù)號(hào)表示方向相反。</p><p>　　二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　直齒圓錐齒輪的失效形式及強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)與直齒圓柱齒輪基本相同，可近似按齒寬中點(diǎn)的一對(duì)當(dāng)量直齒圓柱齒輪來考慮。將當(dāng)量齒輪有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，則得圓錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式分別為 </p><p>　　≤　 　　

71、　 (2-17)</p><p>　　d1 ≥ (2-18)</p><p>　　式中：ZE為齒輪材料彈性系數(shù)，見表2-5；ZH為節(jié)點(diǎn)嚙合系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)ZH =2 .5；為許用應(yīng)力，確定方法與直齒圓柱齒輪相同。</p><p>　　三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　

72、　將當(dāng)量齒輪有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，則得圓錐齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為</p><p>　　≤ (2-19)</p><p>　　m ≥ (2-20)</p><p>　　式中：為齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)zv（zv=z/cosδ）由圖2-8查得；［］為許用彎曲應(yīng)力，確定方法與直齒圓柱

73、齒輪相同。</p><p>　　在這里就不用實(shí)例來展現(xiàn)錐齒輪的設(shè)計(jì)過程了。</p><p>　　2.7 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、 輪齒受力分析</b></p><p>　　法向力可分解為三個(gè)分力：圓周力Ft，軸向力Fa，徑向力Fr，且有如下關(guān)系：</p><p>　　

74、Ft1 = Fa2=2T1 / d1</p><p>　　Fa1 = Ft2=2T2 / d2 (2-21)</p><p>　　Fr1 = Fr2= Ft2 tanα</p><p>　　式中：1、2分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。</p><p>　　二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算<

75、/p><p>　　蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪傳動(dòng)相似。但因蝸桿與蝸輪齒面時(shí)間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，所以發(fā)熱量大。而蝸桿的齒輪強(qiáng)度又總是高于蝸輪的輪齒強(qiáng)度，故蝸輪輪齒首先失效。其失效形式主要是蝸輪齒面膠合、磨損和點(diǎn)蝕等。</p><p>　　由于蝸輪齒輪的形狀復(fù)雜，精確計(jì)算比較困難，通常按斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)做近似計(jì)算[6]。這里只給出導(dǎo)出結(jié)果。</p><p>　　校核公式　 ≤

76、　 　　　 (2-22)</p><p>　　設(shè)計(jì)公式 (2-23)</p><p>　　式中：1 為蝸輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，K為載荷系數(shù)， 為蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，其余符號(hào)意義同前。</p><p>　　三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p&

77、gt;　　蝸輪輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為</p><p>　　校核公式 (2-24)</p><p>　　設(shè)計(jì)公式 (2-25)</p><p>　　式中：為蝸輪的齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)zv2由圖2-8查得；［

78、］為蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力，其余符號(hào)的含義同前。</p><p>　　第3章 用VB語言開發(fā)齒輪機(jī)構(gòu)參數(shù)化過程</p><p>　　3.1 Visual Basic 6.0軟件簡介</p><p>　　在選擇程序語言時(shí)，要考慮到開發(fā)語言功能是否強(qiáng)大，技術(shù)是否先進(jìn)，使用是否方便，同時(shí)還要考慮開發(fā)所花費(fèi)的時(shí)間及效果。在齒輪傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊中，采用VB語言作為開發(fā)工具，

79、之所以選擇VB語言作為開發(fā)工具，是因?yàn)镸icrosoft Visual Basic(簡稱VB)是一種在Windows環(huán)境下的、可視的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，它將Windows編程的復(fù)雜性封裝起來，使用可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，提高了應(yīng)用程序的開發(fā)效率，并且具有功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，編程簡潔等特點(diǎn)。在其圖形用戶界面上通過操作界面元素，如菜單、按鈕、對(duì)話框、編輯框、單選框、復(fù)選框、列邊框和滾動(dòng)條等，由可視開發(fā)工具自動(dòng)生成應(yīng)用軟件；并且用VB開發(fā)的應(yīng)

80、用軟件具有良好的可移植性和可擴(kuò)充性[7]。</p><p>　　從任何標(biāo)準(zhǔn)來說，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語言——不僅是盛贊VB的開發(fā)者還是抱怨VB的開發(fā)者的數(shù)量。它源自于BASIC編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建ActiveX控件。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序。</p>

81、<p>　　Visual Basic 6.0在數(shù)據(jù)訪問方面有了很大的改進(jìn)，新的ADO組件讓對(duì)大量數(shù)據(jù)快速訪問成為可能。數(shù)據(jù)環(huán)境和新的報(bào)表功能也讓數(shù)據(jù)開發(fā)有了全新的體驗(yàn)。Visual Basic 借助COM/COM+強(qiáng)大的功能，可以開發(fā)具有N層結(jié)構(gòu)的分布式應(yīng)用程序。同時(shí)，Visual Basic還可以在IIS上開發(fā)性能超群的Web應(yīng)用程序。Visual Basic 6.0在語言方面和IDE方面的改進(jìn)都不大，但是許多新增的組件

82、成為Visual Basic開發(fā)人員手中的利器，如File System Object等。新的字符串函數(shù)Split和Replace等也給Visual Basic的程序員帶來很大方便。 </p><p>　　總之Visual Basic 6.0已經(jīng)是非常成熟穩(wěn)定的開發(fā)系統(tǒng)，能讓企業(yè)快速建立多層的系統(tǒng)以及Web應(yīng)用程序，成為當(dāng)前 Windows 上最流行的 Visual Basic 版本。</p>&l

83、t;p><b>　　3.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次所設(shè)計(jì)的軟件是由VB中的幾個(gè)窗體組成，從首界面到最后各類齒輪設(shè)計(jì)界面，由指定的按鈕控制進(jìn)入下一界面或者返回上一個(gè)界面。</p><p>　　軟件總體設(shè)計(jì)總流程圖，見下圖3.1：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖</p><p>　

84、　整個(gè)軟件的界面介紹和按鈕功能在軟件說明書中有詳細(xì)的說明。</p><p>　　3.3齒輪參數(shù)化的過程</p><p>　　這里我們以直齒圓柱齒輪來介紹齒輪參數(shù)化的過程。</p><p>　　齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要查閱大量的圖表，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化，必須對(duì)圖表作預(yù)處理，使其程序化。</p><p>　　對(duì)于數(shù)表，由于數(shù)據(jù)不變化且數(shù)據(jù)量不

85、多，直接將其編入程序中，利用條件判斷語句在計(jì)算程序中自動(dòng)讀取。</p><p>　　對(duì)于線圖，采用直接取值的方法，將所有情況所對(duì)應(yīng)的取值都提前查好，將它們編入程序。</p><p>　　另外，還要使設(shè)計(jì)計(jì)算值規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，如圓整、取標(biāo)準(zhǔn)值等，均采用適當(dāng)計(jì)算機(jī)語言函數(shù)對(duì)其進(jìn)行處理[7]。</p><p>　　3.3.1 界面設(shè)計(jì)</p><p&g

86、t;　　在VB中設(shè)計(jì)應(yīng)用程序界面時(shí)，首先要知道我們要設(shè)置那些參數(shù)在界面上，在本次直齒圓柱齒輪參數(shù)化中要用到的初始參數(shù)有功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比原動(dòng)機(jī)類型，齒輪工作轉(zhuǎn)向，小齒輪支撐方式，工作機(jī)載荷，大小齒輪的材料和熱處理方式。在基本參數(shù)中還加入了自選小齒輪齒數(shù)，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中，編程時(shí)把初始的小齒輪的齒數(shù)定為21，通過一系列計(jì)算和最終的校核發(fā)現(xiàn)21個(gè)齒數(shù)的齒輪總是可以滿足校核強(qiáng)度，為了讓設(shè)計(jì)者有多種選擇就設(shè)置了自選小齒輪齒數(shù)這一項(xiàng)。<

87、;/p><p>　　在直齒圓柱齒輪子菜單中還有外嚙合直齒圓柱齒輪，內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪和齒輪齒條三項(xiàng)。當(dāng)點(diǎn)擊外嚙合直齒圓柱齒輪或者內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪后，再輸入基本參數(shù)和齒輪工作條件，點(diǎn)擊計(jì)算即可在界面下方顯示出所設(shè)計(jì)的齒輪各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，其中有模數(shù)，齒數(shù)，齒寬，分度圓，齒頂圓，齒根圓，中心距。當(dāng)點(diǎn)擊齒輪齒條時(shí)，同樣輸入基本參數(shù)點(diǎn)擊計(jì)算就能算出一個(gè)齒輪和齒條的數(shù)據(jù)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)界面時(shí)

88、先在窗體上設(shè)置框架（Frame）Fame1，F(xiàn)rame2和圖片框Pcture1，在Fame1的標(biāo)題Caption屬性中輸入“直齒圓柱齒輪”，也就是把Fame1命名為“直齒圓柱齒輪”，同樣的將Frame2命名為“設(shè)計(jì)結(jié)果”。然后在Fame1中添加標(biāo)簽框（Label）、文本框（TextBox）、組合框（ComboBox）和命令按鈕（CommandButton）。</p><p>　　標(biāo)簽框（Label）控件是圖形控件

89、，主要作用在于顯示文字信息，在本次設(shè)計(jì)中可以用來顯示功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，原動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)向，小齒輪支撐方式等文字信息。文本框（TextBox）控件是顯示和輸入文本的主要控件，在這里可以作為輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，齒數(shù)的數(shù)據(jù)輸入工具。后臺(tái)運(yùn)行程序時(shí)可以讀取這些數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)齒輪的某個(gè)工作情況有多個(gè)選項(xiàng)時(shí)就要用到組合框（ComboBox），它可以包含多個(gè)用戶可以選擇的項(xiàng)目，但是占用更少的用戶接口界面空間。如原動(dòng)機(jī)中有“電動(dòng)機(jī)、

90、多缸內(nèi)燃機(jī)、單缸內(nèi)燃機(jī)”三個(gè)選項(xiàng)；工作機(jī)載荷有“載荷平穩(wěn)、中等沖擊、嚴(yán)重沖擊”三個(gè)選項(xiàng)；熱處理方式中有“正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火、回火滲碳”五個(gè)選項(xiàng)。在合理的設(shè)置標(biāo)簽框（Label）、文本框（TextBox）、組合框（ComboBox）后設(shè)置兩個(gè)命令按鈕（CommandButton），將一個(gè)命名為計(jì)算，用于控制后臺(tái)計(jì)算程序。另外一個(gè)命名為結(jié)束，用于結(jié)束整個(gè)程序。</p><p>　　同樣的在Frame2中添

91、加標(biāo)簽框，并讓他們顯示小齒輪，大齒輪，齒條，模數(shù)，齒數(shù)，齒寬，分度圓，齒頂圓，齒根圓，中心距，齒條齒高，齒條長這些信息。還要在便簽框后面添加相應(yīng)的文本框用來顯示所計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，最后也要添加五個(gè)命令按鈕，分別命名為“創(chuàng)建二維圖”，“創(chuàng)建小齒輪CATIA圖”，“創(chuàng)建大齒輪CATIA圖”，“創(chuàng)建齒條CATIA三維圖”，“返回”。創(chuàng)建二維圖是在界面右側(cè)用設(shè)計(jì)結(jié)果中的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建齒輪嚙合的二維圖；三個(gè)創(chuàng)建CATIA圖是用VB二次發(fā)CATIA軟件，

92、讓VB連接CATIA通過已經(jīng)編好的程序來自動(dòng)創(chuàng)建CATIA零件三維圖，有關(guān)CATIA二次開發(fā)的內(nèi)容會(huì)在第四章節(jié)具體的討論；最后一個(gè)“返回”按鈕是用來返回上一個(gè)界面，也就是選擇齒輪設(shè)計(jì)類型的界面。</p><p>　　具體界面請(qǐng)看圖3.2直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)界面。</p><p>　　圖3.2 直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)界面</p><p>　　3.3.2 程序設(shè)計(jì)</p&

93、gt;<p>　　在編程時(shí)首先要知道主要路線是什么樣的，在這里根據(jù)第二章介紹的設(shè)計(jì)齒輪的過程的例題2.1來編寫一個(gè)主程序流程圖：</p><p>　　圖3.3 主程序流程圖</p><p>　　有了主程序流程圖就可以編寫主程序了，首先應(yīng)該定義變量，在VB軟件中</p><p>　　的通用區(qū)域來聲明變量如圖3.4所示：</p><p&

94、gt;<b>　　圖3.4 定義變量</b></p><p>　　定義了變量之后就可以編寫主程序，本界面的主程序是在命令按鈕“計(jì)算”下完成的，在界面上雙擊命令按鈕“計(jì)算”即可進(jìn)入Command1的單擊事件中。在單擊事件中輸入以下主程序。</p><p>　　主程序中DXyingdu，DXjiechu，Selψ，Selt，SH(SelXyd, SelDyd)，SF(Se

95、lXyd, SelDyd)，m = SelM(m)，CalΔ等為調(diào)用子程序的語句。主要程序和子程序源代碼請(qǐng)見附錄。</p><p>　　子程序一般在模塊（Module）部分來聲明，如下圖3.5</p><p>　　圖3.5 子程序的編輯</p><p>　　通過設(shè)計(jì)界面，主程序和子程序的編譯后即可運(yùn)行程序。在開發(fā)軟件的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這時(shí)我們通過程序的執(zhí)行，

96、VB軟件會(huì)提示在哪里有錯(cuò)誤，把這些錯(cuò)誤改正后就完成了對(duì)軟件的調(diào)試。軟件執(zhí)行沒有錯(cuò)誤之后還要檢查所算出的齒輪的參數(shù)是否合理，生成圖形是否正確。</p><p>　　3.3.3 發(fā)布應(yīng)用程序</p><p>　　對(duì)應(yīng)用程序的發(fā)布可以用對(duì)一個(gè)工程編譯的方法，即選擇“文件”菜單的“生成齒輪傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng).exe”（齒輪傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是改保存的工程文件名），打開“生成工程”對(duì)話框，輸入可執(zhí)行

97、文件的名字，并指定存盤路徑。</p><p>　　編譯生成可執(zhí)行文件之后，就可以在windows基圓管理器中找到該文件，然后雙擊來運(yùn)行。</p><p>　　第4章 基于VB與CATIA軟件環(huán)境下齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)與開發(fā)</p><p>　　4.1 CATIA軟件功能的介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的平臺(tái)是CATIA V5版本，CATIA

98、V5版本是IBM和達(dá)索系統(tǒng)公司長期以來在為數(shù)字化企業(yè)服務(wù)過程中不斷探索的結(jié)晶。圍繞數(shù)字化產(chǎn)品和電子商務(wù)集成概念進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CATIA V5版本，可為數(shù)字化企業(yè)建立一個(gè)針對(duì)產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)過程的工作環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，可以對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程的各個(gè)方面進(jìn)行仿真，并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)過程包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個(gè)生命周期中的使用和維護(hù)[8]。</p><

99、;p>　　CATIA 是基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)，它的草圖設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)的CAD 二維繪圖技術(shù)的關(guān)鍵在于采用了參數(shù)化造型系統(tǒng)。傳統(tǒng)的CAD 繪圖技術(shù)都是用固定的尺寸值定義幾何元素，輸入的每一條線都有確定的位置和長度，要想修改圖面內(nèi)容，只有原有線條刪除后重畫。而新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)需要多次反復(fù)</p><p>　　修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化。對(duì)于定型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要形成產(chǎn)品系列，以便針對(duì)用戶的生

100、產(chǎn)特點(diǎn)提供不同型號(hào)的產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)可使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改而自動(dòng)修改圖形?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)是把特征作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本單元，并將機(jī)械產(chǎn)品描述成特征的有機(jī)結(jié)合。特征模型利用高一層次具有過程意義的實(shí)體如孔、槽、內(nèi)腔等來描述零件[9]。</p><p>　　4.2 VB與CATIA的接口及開發(fā)流程</p><p>　　首先是初始化 COM 庫。具體方法是在 VB 中新建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程，

101、在 VB 編程環(huán)境中選擇 Project/References 打開對(duì)象庫功能，選擇相關(guān)的CATIA 對(duì)象庫，如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 在VB設(shè)置關(guān)聯(lián)CATIA文件</p><p>　　傳統(tǒng)的CAD技術(shù)局限于固定尺寸定義的幾何元素。完成各個(gè)零件的三維建模以后添加相關(guān)配合生成裝配體，然后經(jīng)過干涉分析等處理完成一套產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。但是一旦需要改變尺寸生成不同規(guī)格的產(chǎn)品，則需要

102、大費(fèi)周折。因?yàn)殡m然現(xiàn)在大部分CAD軟件都是尺寸驅(qū)動(dòng)的，即通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，但必須先改子體的尺寸后改基體的尺寸，否則有可能會(huì)因?yàn)檎也坏交诨w的特征而發(fā)生錯(cuò)誤。</p><p>　　基于CATIA的二次開發(fā)是針對(duì)以上薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行的合理化改進(jìn)。具體流程圖如下圖4.2：</p><p>　　圖4.2 CATIA 二次開發(fā)流程圖</p><p>　　4.

103、3齒輪參數(shù)化開發(fā)過程</p><p>　　這里也之以直齒圓柱齒輪在CATIA中的二次開發(fā)為例介紹用VB連接CATIA進(jìn)行齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程[10]。</p><p>　　4.3.1 漸開線的形成[11]</p><p>　　當(dāng)直線（圖4.3）NK 沿一圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)K的軌跡AK就是該圓的漸開線，該圓稱作漸開線的基圓，它的半徑用 表示，直線NK稱作

104、漸開線的發(fā)生線， 稱為漸開線K點(diǎn)的展角， 是K點(diǎn)的壓力角， 稱為漸開線K點(diǎn)向徑。由漸開線的形成過程可知直角坐標(biāo)系下的漸開線的方程為：</p><p>　　X＝ ·sin( )－ ·( )·cos( )</p><p>　　Y＝ ·cos( )＋ ·( )·sin( )</p><p>　　在CATIA 中，

105、漸開線圓柱齒輪的生成關(guān)鍵在于漸開線的生成。漸開線的生成是通過參數(shù)化做出漸開線上的一系列點(diǎn)，通過描點(diǎn)法得到，而漸開線上的點(diǎn)通過上面的方程式求得。</p><p>　　圖4.3 漸開線示意圖</p><p>　　4.3.2 參數(shù)的輸入</p><p>　　漸開線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的6個(gè)重要參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角α、齒頂高系數(shù)h*a、頂隙系數(shù)c*以及齒

106、輪厚度b，圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)按正常齒輪取1 和0.25[12]。</p><p>　　4.3.3 建模過程和具體操作</p><p>　?。?）在CATIA菜單中點(diǎn)擊“工具”，再點(diǎn)擊“宏”中的“啟動(dòng)錄制”。</p><p>　　（2）進(jìn)入CATIA“機(jī)械設(shè)計(jì)”模塊，點(diǎn)擊“Wireframe Surface Design”（線框曲線設(shè)計(jì)），進(jìn)入曲面設(shè)計(jì)。

107、</p><p>　?。?）運(yùn)用“智能”工具欄“f(x)”（formula）命令，定義參數(shù)及表達(dá)式[13]（表4.1），輸入完畢后如圖4.4所示。</p><p>　　表4.1 在f(x)中輸入的齒輪參數(shù)</p><p>　　圖4.4 公式編輯器截圖</p><p>　?。?）在“智能”工具欄中的函數(shù)功能“fog”插入(X、Y)2 個(gè)函數(shù)，其

108、中參數(shù)t 應(yīng)為實(shí)數(shù)，并定義函數(shù)的表達(dá)式。將漸開線改寫為進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的表達(dá)式：</p><p>　　x=rb*sin(t*PI*1rad)-rb*t*PI*cos(t*PI*1rad)y=rb*cos(t*PI*1rad)+rb*t*PI*sin(t*PI*1rad)</p><p>　?。?）用平面“點(diǎn)”（Point）功能，選擇On Plane類型，在輸入欄中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Edi

109、t formula”，在對(duì)話框中出現(xiàn)“Relations/X.Evaluate（）”字樣，在（）中分別輸入值0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.3 等。同理，在對(duì)話框中出現(xiàn)“Relations/Y.Evaluate（）”字樣，在（）中分別輸入對(duì)應(yīng)X 的值0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.3 等。這樣就在平面上出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。在CATIA 中“fox”命令中的參數(shù)t 是按0~1 的參數(shù)計(jì)算的。</p><

110、;p>　　（6）用“樣條線”（Spline）功能依次將各點(diǎn)連成曲線，此曲線即為漸開線如圖4.5所示。</p><p>　?。?）用“圓”（Circle）功能，以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心以XY 平面為支持面，按照定義的尺寸分別畫出3 個(gè)圓，即基圓、齒頂圓和齒根圓，如圖4.6 所示。</p><p>　?。?）用“對(duì)稱”、“修剪”等功能做出一個(gè)輪齒的平面圖如圖4.7 所示。</p>

111、<p>　　圖4.5 漸開線形狀截圖 圖4.6 獲得齒廓</p><p>　　圖4.7 單齒的平面圖 圖4.8 單個(gè)直齒</p><p>　?。?）對(duì)于單齒的平面圖，由于“線框曲面設(shè)計(jì)”模塊中沒有圓陣列，把當(dāng)前界面切換到“零件設(shè)計(jì)”（PartDesign）模塊中，對(duì)其進(jìn)行“拉伸”（Pad），然后再挖出軸孔和鍵