基于VB的圆锥齿轮传动设计.doc

上海电力学院毕业（设计）论文上海电力学院本科毕业设计（论文） 题目：基于VB的圆锥齿轮传动设计 院系：能源与环境工程学院 专业年级：机械设计制造及其自动化2008级学生姓名：杨登科学号：20082974 指导教师：石钢生 2012年06月15日目 录摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1 计算机辅助设计概况11.1.1 计算机辅助设计的概念11.1.2 计算机辅助设计对设计工作的意义11.2 圆锥齿轮的传动设计21.3 本课题任务和研究方法31.4 程序语言的选用31.4.1 各种编程语言的比较31.4.2 VB的功能特点4第二章 数表和线图的程序化处理62.1 线图的处理方法62.2 数表的处理方法7第三章 标准圆锥齿轮传动设计83.1 圆锥齿轮的设计过程83.2 圆锥齿轮线图数表处理14第四章 主程序的设计174.1 主程序的设计174.1.1 系统设计过程174.1.2 程序设计流程图184.2 主程序的设计184.3 本程序的主要特点20第五章 结论24参考文献25致谢26附录27基于VB的圆锥齿轮传动设计摘 要在各类机械产品的零件中,齿轮占有相当大的比重。提高齿轮的产品设计质量和效率已成为提高机械产品质量和效率的关键。本文主要研究圆锥齿轮传动设计系统开发的问题，以Windows操作系统为平台，以VB语言为开发工具，开发出了圆锥齿轮的传动设计系统。本文利用了数表和线图的程序化方法，消除了人工取值的误差问题,做到了设计计算值规范化和标准化，利用数学模型将工程问题转化为数学问题，便于修改和计算。开发出的窗体界面友好，需输入少数原始参数，通过点击按钮便可实现齿轮的全程自动设计，大大减轻了设计人员的工作强度。关键词： 齿轮传动； 参数化设计；VBTapered Gear Design System Based On VBABSTRACTIn all kinds of mechanical components, gears are more and more important. The improving of the quality and efficiency of gear design has become the key to improve mechanical product quality and efficiency. The tapered gear transmission design system development problems are studied. The gear parameter design system is developed with Windows operating system as a platform and VB language as a development tool.The decimal and the chart which are programmed are used to eliminate the error of the value caused by artificial and to make the design calculation specification and standardization. Making the mathematical model of engineering problems into mathematical problems, make it easy to modify and calculation. Developed a very friendly Windows interface, only need to input a few primitive parameter by clicking on the button it can realize full automatic gear design, which greatly reduces the work intensity of designer.Keyword: Gear transmission； parameterization design； VB33第一章 绪论1.1 计算机辅助设计概况1.1.1 计算机辅助设计的概念计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称CAD。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成。计算机辅助系统的研究与应用使得其在电子、科学研究、机械设计、服装设计、出版行业有着广泛的应用。通过计算机辅助系统的应用极大的缓解了设计人员计算、信息储存、制图以及相关修改造成的重新绘制等工作12。而设计人员仅使用计算机辅助设计系统的相关功能进行编辑、修改即可。在设计过程中，通过计算机辅助设计系统还能够实现图形图像编辑、放大、缩小、平移、旋转等有关的图形数据加工工作，极大的方便了设计人员，为提高设计人员的设计效率提供了坚实的技术支持。随着现代社会分工的细化，各行业所应用的计算机辅助设计系统不断发展，如：机械制造与工程建设常用CAD辅助设计软件进行设计工作，其所采用的辅助设计系统能够最大化的适应行业设计特点以及设计需求，为实现快捷的设计工作提供帮助。1.1.2 计算机辅助设计对设计工作的意义（a）计算机辅助设计的行业应用现状计算机辅助设计是运用计算机软件制作并模拟实物设计，展现新开发商品的外型，结构，色彩，质感等特色。随着计算机辅助设计技术的不断发展计算机辅助设计已经广泛应用于工业、平面印刷出版、城市规划、工程建设等诸多领域16。其在各个行业的应用与推广促进了各行业设计人员对计算机应用的认识与专业技能的提高，在行业领域内取得了良好的效果，对行业设计工作起到积极的促进作用。（b）计算机辅助设计对设计行业改革的推动作用计算机辅助设计对设计行业的改革起到的极大的推动作用，其通过自身技术的发展使得传统设计工作发生了极大的变革，推动了设计行业的发展。在现代社会高效率的需求下，设计工作原有的工作方式已经不能使用现代经济社会发展的需求，其要求设计工作能够更加快捷、准确的反映出设计者的思想与意图，同时能够直观的进行展现，并便于设计者对各个方面进行修改，以满足设计需求16。计算机辅助设计系统正式为了满足这一要求而应运而生的技术。通过计算机辅助设计中的互交技术、图形变换技术、曲面造型与实体造型技术等实现了设计者边构思、边打样、边修改，并能够直观的、随时从图形显示屏幕上看待每一部操作的显示结果。如果显示结果与设计思路出现偏差还能够通过撤销等命令返回修改前，以便于修改工作的重新开始。这一功能在很大程度上推动了设计行业的发展，其减少了传统设计工作整体打样、制图、核对、修改的流程，利用计算机辅助设计系统将这一流程进行了优化，利用辅助设计系统对相关数据进行自动化计算与验算，有效的提高了设计工作效率的公式也提高了设计工作质量。利用计算机辅助设计系统进行产品设计与开发能够使设计人员更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力。同时还能够将传统设计工作的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。（c）计算机辅助设计应用促进了设计工作功能的完善计算机应用的日益广泛使得计算机对各种行业的渗透逐渐深入，计算机辅助设计就是计算机对设计行业渗透的产物，其应用不经能够使设计人员的设计工作更加轻松，同时还能够实现传统设计工作无法实现的功能，促进设计工作功能的完善。例如：自动化数据计算与复核、效果图等。通过计算机辅助设计应用的不断深入，现代计算机辅助设计在设计行业的各个领域也更加细化，针对不同行业设计需求进行了功能完善与二次开发等工作。设计功能的完善为设计工作带来的便捷的同时也极大的提高了设计工作效率，同时其效果图等功能能够直观的将设计作品展现，为设计者对自身设计作品的实际效果进行核对，查看设计是否符合设计意图。计算机辅助设计中的模拟功能与效果图的整合优化还能够保障设计结果符合设计要求，避免了设计工作误差造成产品损失等情况的出现。如：机械设备上某个部件的设计后可以通过设计效果图与其余部件的契合状态进行模拟，以避免部件尺寸或角度偏差造成产品生产后不能实现稳定运转，这些在传统的设计工作中是不能够实现。计算机辅助设计的应用极大的丰富和完善了设计工作的功能，同时也为设计工作职能的拓展奠定了坚实的技术基础。1.2 圆锥齿轮的传动设计各类机械产品的零件中，圆锥齿轮占有相当大的比重，提高圆锥齿轮的设计质量和效率已成为提高机械产品质量和效率的关键。快速设计与制造技术为制造业提高市场响应速度，广泛应用于航空、汽车、机床和自动化生产线等各种机械中。本次毕业设计主要是关于圆锥齿轮的设计计算。通过Visual Basic的界面设计方法对圆锥齿轮的设计。在此基础上，以VB语言为开发工具，开发出圆锥齿轮设计系统。圆锥齿轮传动是机械传动中应用较为广泛的一种传动装置，传统的圆锥齿轮传动的设计计算，过程复杂，需要查取很多图、表，设计费时、效率低，且手工计算容易出错。随着计算机技术的发展，出现了新的设计模式，圆锥齿轮传动的参数设计计算已由手工转向计算机自动完成。这样不但提高了设计速度和质量，减少设计工件量，同时为现代高速、多变、中少批量的设计提供了必要的保障手段22。用Visual Basic进行圆锥齿轮的设计计算是圆锥齿轮快速设计技术的需要，亦是我国圆锥齿轮产业升级的需要，具有重大的现实意义。在圆锥齿轮设计计算模块中，采用Visual Basic语言进行编程设计。选择VB语言作为开发工具，是因为Visual Basic是一种在Windows环境下的、可视的面向对象的程序设计语言，它将Windows编程的复杂性封装起来，使用设计应用程序，提高了应用程序的开发效率，并且具有功能强大，易学易用，编程简洁等特点10。可满足圆锥齿轮类产品的系列化、标准化、通用化的要求，实现在不同的参数和要求的情况下能够快速的、较为精确的得出圆锥齿轮所需的各种参数，从而以减少零件的种数，缩短设计时间，提高加工效率，便于生产管理，有利于产品的更新改型和获得较高的经济效益。其意义主要体现在以下几个方面：（1）可使现有机械工业得到振兴，并向高科技产业发展。（2）有利于企业根据市场变化，采用先进技术提高产品的质量和新产品的开发，增加企业对市场快速应变能力；（3）有利于降低成本，增强机械产品的竞争能力：（4）减轻机械产品设计、制造及装配专业技术人员的劳动强度：（5）缩短机械产品的设计、制造和供货时间，以赢得用户。在我国，大多数国有圆锥齿轮装备制造企业的装备可靠性指标进步较慢，致使圆锥齿轮行业的大部分主导精加工装备仍是以进口为主。但在用VB设计机械零件方面的技术已发展的日趋成熟，在现代工业中越来越能得到广泛的应用。用VB设计机械零件已越来越受到我国设计人员的重视，还有很大的发展空间。世界上一些工业发达国家，对用计算机语言设计开发机械零件做了大量的研究。用VB设计机械零件方面的技术早已发展成熟。但其他计算机语言能处理的问题还不能太复杂，对于复杂形状的机械零件设计计算还有待于进一步研究。虽然如此，但用VB设计机械零件比传统的设计方法有着明显的优势，现在已经越来越广泛的得到设计人员的接受。1.3 本课题任务和研究方法（一）本课题的任务（1）基于VB进行圆锥齿轮计算机辅助设计的系统软件的开发。此次毕业设计基于VB的圆锥齿轮计算机辅助设计展开，熟悉VB编程语言和开发环境，利用VB语言开发出圆锥齿轮计算机辅助设计系统，得到所需要的设计参数。（2）有关线图的处理。圆锥齿轮设计中的线图有：圆锥齿轮的选材、硬度处理等。（二）本课题的研究方法（1）查阅资料，收集准备各种即将应用到的资料和材料，掌握常用的圆锥齿轮设计的过程和方法。（2）熟悉VB开发环境、编程语言、窗体制作等技术和使用方法。（3）利用VB开发出圆锥齿轮的计算机辅助设计系统。在设计过程中,将圆锥齿轮设计中的所有图线、区域、和数据表进行公式化处理，并编制成程序,利用VB进行编程，按照圆锥齿轮设计的基本流程，开发出圆锥齿轮的CAD系统。用户只需在窗体中输入相应的设计条件,即可得到圆锥齿轮所需的各种设计参数。1.4 程序语言的选用1.4.1 各种编程语言的比较除了VB之外,当前能够编制Windows应用程序的工具还有很多,所针对的编程领域也各有侧重,就微软系列的开发工具而言,就有VB,VisualC+,VisualJ+,Visual Foxpro等,其中Visual Foxpro是针对数据库编程的开发工具； Visual J+能结合微软的一贯编程风格，很方便进行Java的应用开发，但它的移植性较差；Visual C+是为专业程序设计员提供的开发工具,变量声明和定义严密,功能强大灵活,必须经过相当的努力才能掌握。相对而言，VB简单易学,变量定义不太严密,对于非专业程序员而言功能足够强大。除了微软之外,其他公司也在为Windows操作系统平台制作应用程序开发工具,例如前Borland的公司出品的Delphi,C+Bulider, J+Bulider等,其他一些公司出品的针对数据库编程的PowerBulider, PowerDesigner等,不可否认,这些产品相当出色,如果能够熟练掌握将是编程者能力的体现10。VB是一种新型的语言。与传统的语言相比，它在许多方面有重要的改革和突破。而最基本就是，在参数化设计模块中，采用VB6.0语言进行编程设计。之所以选择VB语言作为开发工具，是因为Visual Basic(简称VB)是一种在Windows环境下的、可视的面向对象的程序设计语言，它将Windows编程的复杂性封装起来，使用设计应用程序，提高了应用程序的开发效率，并且具有功能强大，易学易用，编程简洁等特点。在选择所需要的应用程序开发工具时,不但要考虑开发工具的功能是否强大,还要考虑所花费的时间和效果。综合考虑，在确定开发工具时选择VB6.0语言编程。1.4.2 VB的功能特点 VB6.0是微软公司提供的一种应用程序开发工具，它的功能就是用来编写程序。有与事件驱动加结构化的编程机制，使其成为一种非常有趣且功能十分强大的计算机语言。Visual Basic 是当今十分流行的编程工具之一，学习Visual Basic的目的在于应用，利用其编写应用程序解决工程实际问题20。本次设计自始至终贯穿了用Visual Basic解决常见初等数学问题、日常工作中的具体问题，及结合具体专业课程机械设计、AutoCAD等课程的程序设计。它具有以下功能特点：（a）可视化编程用传统的程序设计程序时，都是通过编写代码来设计用户界面，而在VB下，可以画界面，并且有所见即所得（程序运行效果几乎完全相同）的动人效果，界面设计效率与设计质量大大提高。同其他的一些程序开发工具一样, VB在设计应用程序界面时可以说是“所见即所得”，在设计时,头脑中所想象的应用程序界面,完全可以通过键盘鼠标以及徒手画出来,而不是编制大量的代码然后再编译生成,如果需要修改,也是利用键盘鼠标和手画,而底层的一些程序代码由VB自动生成或修改。VB为用户提供大量的界面元素(在VB中称为控件对象),这些控件对象对于熟悉Windows应用程序的用户而言是一点也不陌生,如“窗体”、“菜单”、“命令按钮”、“工具按钮”、“检查框”等等,用户只需要利用鼠标、键盘把这些控件对象拖动到适当的位置,设置它们的大小、形状、属性等,就可以设计出所需的应用程序界面。（b）事件驱动的编程机制 传统的编程方式是面向过程，按程序代码事先设计的流程运行。但在图形用户界面的程序设计中，通过事件来执行对象的动作，事件（即用户的动作）掌握着程序的运行流向，每个事件都能驱动一段程序的运行。 Windows操作系统出现以来,图形化的用户界面和多任务多进程的应用程序要求程序设计不能是单一性的,在使用VB设计应用程序时,必须首先确定应用程序如何同用户进行交互。例如发生鼠标单击、键盘输入等事件时,由用户编写的代码控制这些事件的响应,这就是所谓的事件驱动编程。前面已经谈到,在VB中把窗体以及“菜单”、“命令按钮”等控件称为对象,如果设计出了应用程序,那么与应用程序的用户直接进行交互的就是这些对象组成的图形界面,也称为用户接口或用户界面,在设计应用程序时就必须考虑到用户如何与程序进行交户22。更进一步,甚至程序和程序之间也会有通讯和交户,基本上用户是通过鼠标、键盘与应用程序进行交互的,这时那些对象就必须对鼠标和键盘操作所引发的事件做出响应。响应就是指执行一段应用程序,它不沿预定的路径执行,而是在响应不同事件时执行不同的代码。因此,应用程序代码的路径在每次响应而执行时可能都是不形同的。（c）面向对象的程序设计面向对象的程序设计是20世纪80年代初提出的，起源于Smalltalk语言。这种方法引入了新的概念和思维方式，使软件在程序设计中建立能够模仿真实世界模型的方法通过对系统的复杂性进行概括，抽象和分类，使软件的设计与实现形成一个由抽象到具体，有简单到复杂这样一个循序渐进的过程，从而解决大型软件研制中存在效率低，质量难以保证，调试复杂，维护困难等一系列问题。第二章 数表和线图的程序化处理在机械设计中，我们经常会遇到需要查取图表的情况，常用的处理方法是插值法。插值法是利用函数f(x)在某区间中若干点的函数值，做出适当的特定函数，在这些点上取已知值，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f(x)的近似值。2.1 线图的处理方法在机械设计中，有时需要从设计资料提供的图形中查询数据。图2-1为蜗杆传动的相对滑动速度概略值查询图。由于图中曲线的形状类型未知，不易建立精确的数学模型，因此，可以从曲线上均匀地采集一些结点，用这些结点建立一个数表，然后对这个数表进行二次插值处理，也可得到所需的近似数据。这种方法称为曲线的数表化处理14。对于图2-1， 从各条曲线上分别采集若干结点，将其坐标值填于表2-1。图2-1 滑动速度概略值表2-1 相对滑动速度v由输入的参数（功率p和蜗杆转速n1）所确定的坐标点有可能不在曲线上，因此，需要采用二次插值法求出输出参数（相对滑动速度v）。2.2 数表的处理方法从渐开线圆柱齿轮标准模数系列表中选用模数时，一般应优先选用第一系列（如设计标准减速器时，模数作为输入参数，由用户从表中选择）。有时根据具体情况也可以选第二系列，例如，设计非标准减速器时，模数是输出参数，由强度条件确定，为了减少减速器尺寸与重量，模数应选择最接近的较大值。于是，可能出现这种情况：齿轮强度条件确定的最小模数为m=3.6，按优先原则，应选第一系列的m=4；若按“满足强度条件的前提下用料要少”的原则考虑，应选第二系列的m=3.75。因此，为了满足不同的需求，提高程序的通用性，模数的查询程序应满足各种用户需求。 根据上述设计要求，作出如下处理方案： 将该表拆分为两个规则的非函数表：模数第一系列表（见表2-2）、第一系列与第二系列按大小混合后的系列表（见表2-3）。为满足用户使用要求，程序需要询问用户是否总采用第一系列。如果总采用第一系列，就从第一系列表中查询，否则则从混合系列表中查询。 从混合系列表中查询时，往值增大的方向查到与m=3.6最接近的值（模数为3.75），还要判断该值是属于第一系列，还是第二系列。 程序的参数表见表2-4。表2-2 第一系列标准模数表表2-3 将第一、第二系列按大小混合后的标准模数系列表表2-4 处理模数的程序参数表第三章 标准圆锥齿轮传动设计齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛 ，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速度可达200m/s。齿轮传动有（1）效率高，圆锥齿轮传动的效率可达99%实用意义很大。（2）齿轮结构紧凑，工作可靠，寿命长，一般可以工作一、二十年对车辆及在矿井工作的机器尤为重要。（3）传动比稳定。在各类机械产品的零件中,齿轮占有相当大的比重,提高齿轮的设计质量和效率已成为提高机械产品质量和效率的关键。快速设计与制造技术的出现为制造业提高市场响应速度奠定了坚实的基础，国外应用此技术与方法已有大量成功的先例，如美国莱斯勒公司开发Neno小型汽车，减少了63%的工程技术人员，缩短28%的开发时间；DEC公司使产品开发时间缩短了60%；通用发动机厂使设计修改量减少了75%等等。 3.1 圆锥齿轮的设计过程参数设计：(a) 背锥和当量齿轮下图为一对锥齿轮的轴向剖面图。该对锥齿轮的轴角等于两分度锥角之和，即 （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5）由于直齿锥齿轮传动强度计算及重合度计算的需要引进一对当量齿轮，它们是用该对锥齿轮齿宽中点处的背锥展开所得到的3。当量齿轮的分度圆半径和分别为这对锥齿轮齿宽b中点处背锥的母线长；模数即为齿宽中点的模数，为平均模数mm。 图3-1 直齿锥齿轮传动的几何参数(b) 基本参数由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数m的值为标准值，按下表选取。在GB12369-90中规定了大端的压力角a=20。，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.27。 表3-1 锥齿轮模数锥齿轮模数11.1251.251.3751.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.555.566.578(c) 当量齿数当量齿轮的齿数称为锥齿轮的当量齿数。 (3-6)式中： 一般不是整数，无须圆整.计算载荷: (3-7)式中：使用系数，按使用系数表查取 表3-2 使用系数工作机工作特性原动机工作特性均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击电动机、平稳起行的蒸汽或燃气轮机蒸汽或燃气轮机，电动机和液压马达多缸内燃机单缸内燃机均匀平稳发电机、均匀传送的带式输送机或板式输送机、螺旋输送机、轻型升降机、包装机1.01.101.251.50轻微冲击载荷不均匀的带式或板式输送机、机床住传送机构、通风机、多缸活塞泵等1.251.351.501.75中等冲击橡胶挤压机、轻型球磨机、木工机械、钢坯初轧机、提升装置、单缸活塞泵等1.501.601.752.00严重冲击挖掘机、重型球磨机、橡胶糅合机、破碎机、重型给水泵、带材冷轧机、压坯机等1.751.852.002.55或更大动载荷系数，降低一级精度等级，用齿宽中点的圆周速度由动载荷系数图查取3 图3-2 动载荷系数齿向载荷分布系数，可按式，式中由表 齿向载荷分配系数查取。 表3-3 齿向载荷分配系数应用范围锥齿轮副支承情况两轮均用两端支承一轮两端支承一轮悬臂支承两轮均用悬臂支承工业机器、船舶1.101.251.50车辆、飞机1.001.101.25几何尺寸计算:根据锥齿轮传动的特点，其基本几何尺寸按大端计算，但锥齿轮齿宽中点处及其当量齿轮的几何尺寸必须通过大端导出。 (a) 齿宽系数FR 。一般取FR=1/3，且b1=b2=b (b) 齿宽中点的分度圆直径（平均分度圆直径）dm和平均模数mm (3-8)(c)齿宽中点处当量齿轮的分度圆直径、当量齿数及齿数比 (3-9)式中齿数比影响分度锥顶角的大小，一般取u3，最大不超过5。齿根弯曲疲劳强度计算:与接触疲劳强度的计算相同，忽略重合度系数，按齿宽中点的当量直齿圆锥齿轮进行计算，将当量齿轮的参数代入，得锥齿轮的齿根弯曲疲劳强度条件校核式3：(MPa) (3-10)设计式： (mm) (3-11)注意：(a)、按当量齿数分别查图.(b)、与直齿圆锥齿轮的相同.(c)、采用弯曲强度的设计式时，用大的值代入,按当量齿数分别查图.图3-3 齿形系数图3-4 应力修正系数应力修正系数，根据当量齿数，由应力修正系数图查取。齿面接触疲劳强度计算:齿面接触疲劳强度按齿宽中点处的当量直齿圆锥齿轮进行计算。因直齿圆锥齿轮一般制造精度较低，可忽略重合度的影响，并取有效齿宽，将当量齿轮的有关参量代入直齿圆锥齿轮的强度计算公式，得到直齿锥齿轮的接触强度计算的校核式13： (MPa) (3-12)计算式： (mm) (3-13)式中：、与直齿圆锥齿轮相同。3.2 圆锥齿轮线图数表处理线图处理：为建立结构钢正火状态下的齿面接触疲劳极限的数学公式，从直线上选择两点。下面用两个例来说明本次设计中的数据处理过程。例如选择点A（110，320），点B（200，410），见图3-4。按线性关系可得任意点C的纵坐标为上式即为结构钢正火状态下的齿面接触疲劳极限的数学表达式。 式中HBS为自变量，表示布氏硬度。图3-5 结构钢正火状态下的齿面接触疲劳极限为查询任意硬度时的齿面接触疲劳极限，可通过编写程序来实现。如输入齿轮硬度HBS=200，得出结果为=410 MPa。实现查询过程的代码如下：Option Explicit Private Sub Command1 Click() Dim hbs As Single Dim xigamahlim As Single hbs = Val(txthbs Text) If hbs = 0 Then MsgBox Exit Sub End If xigamahlim=320+(410-320)/(200-110)*(hbs-110) txtxigamahlim.Text = xigamahlim End Sub 例如：齿轮的综合变形系数查询图，见图3-5。从图中各曲线上分别采集若干结点，其坐标值填于表3-4。该表也为二维函数表，但由输入参数（齿宽系数和线号）所确定的坐标点总是处于某条曲线上，故需要使用一次插值法求出输出参数（综合变形系数）图3-6 直齿软齿面齿轮综合变形系数表3-4 直齿软齿面齿轮的综合变形系数数表处理:齿轮参数设计时，需要查阅大量的数表，为了实现设计过程的自动化，必须对图表作预处理，使其程序化。对于数表，由于数据不变化且数据的量不太多，直接将其编入程序中，利用条件判断语句在计算程序中自动读取。下面用一例来说明本次设计中的数据处理过程。例如：齿轮齿面的接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限与齿轮的材料和硬度有关，要求接触疲劳极限和弯曲疲劳极限必须根据齿轮的材料和硬度分别查取下面的图中的某一图形。人工查阅相当麻烦。为此我们先对各图进行拟合，求出线图的拟合公式(见表3-5)，再用VB语言写出表3-5的程序。以40Cr调质来说明，其接触疲劳极限拟合公式为=331+1.46HBS，查手册可知其硬度范围为241-286HBS，取结点数8个，由表3-6可知，其偏差平方和与最小图值之比为0.0062,误差不到0.01,满足精度要求。表3-5 常用齿轮材料的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限序号材料热处理Hlim /MPaFlim /MPa1碳钢正火220+1.2HBS250+0.7HBS2铸钢正火198+0.875HBS170+0.73HBS3碳钢调质354+0.93HBS349+0.353HBS4铸钢调质289+0.93HBS202+0.765HBS5合金铸钢调质245+1.5HBS293+0.66HBS6合金钢调质331+1.46HBS335 +0. 86HBS7调质钢渗碳550 + 12HRC14HRC一508合金钢渗碳14758309调质钢氮化100069010球墨铸铁正火272+2.52HBS120+0.4HBS11灰口铸铁222+0.93HBS70+0.4HBS表3-6 接触疲劳极限图值与计算值比较硬度值245250255260265270275280计算值688.7696703.3710.6717.9725.2732.5739.8图值690697704711718725732739偏差1.310.70.4-0.1-0.2-0.5-0.8绝对最大差值1.3偏差平方和4.28误差0.0062第四章 主程序的设计4.1 主程序的设计4.1.1 系统设计过程对于齿轮传动参数设计系统，需要输入及选择的数据是:传递的功率P1，小齿轮转速n1，传动比i，使用寿命(总工作时数)，原动机类型，工作机载荷性质，齿轮布置情况，齿轮啮合情况，齿轮材料、热处理方式及硬度，齿轮螺旋角度，变位系数，端面模数等。系统经设计计算得出的输出数据是:齿轮模数m，中心距a，大(小)齿轮齿数Z，大(小)齿轮分度圆直径d，转矩，齿宽b，应力及许用应力，齿轮精度等级，齿轮实际螺旋角度，节圆直径，端面重合度等。与传统的齿轮传动设计相比，本系统具有计算精确，设计速度快、提供的可行方案多等优点，流程图如图4-1所示，具体步骤如下：(a)选择齿轮类型；(b)选择齿轮材料、热处理方法，求出许用应力；(c)确定设计准则；(d)进行设计计算，求出齿轮的各项基本参数；(e)计算齿轮几何尺寸，确定齿轮精度等级；(f)校核齿轮应力；4.1.2 程序设计流程图图4-1 程序设计流程图4.2 主程序的设计菜单设计：在Windows界面设计中，菜单设计是至关重要的一环，菜单的基本作用有两个，一是提供人机对话的界面，让用户使用系统的各种功能；二是管理应用系统，控制各种功能模块的运行。一个好的菜单设计，不仅能使系统美观，而且能使操作者使用方便，还可避免误操作带来的严重后果。本系统在菜单设计中采用了如下技术：(1)菜单项的可用与禁止、可见与隐藏为了表示菜单项的一些特殊功能，以及控制用户的操作流程，要用到菜单选项的可用与禁止、可见与隐藏属性。当因为某种原因使得某个选项所代表的功能不能被实现时，就应该禁止该选项被选中，表现在界面上为灰色，反之为正常黑色23。菜单选项的可用与禁止有两种方法可以实现，一是利用菜单编辑器中的“有效”选项，二是通过代码来改变改选项的enabled属性实现。可见与隐藏也有两种方法，一是菜单编辑器中的“可见”选项，二是用代码改变visible属性实现。本系统均利用菜单编辑器来实现。(2) 常用菜单项快捷操作的设置菜单项快捷操作的设置分为快捷键和访问键两个部分。打开菜单设计窗口(Menu Design Windows)，每个菜单项都有相应的快捷键(Shortcut)列表，在该表中选择一个即可。对于一些常用的功能菜单项，有约定俗成的快捷键，例如，文件存盘用CRTL十S，打印用CTRL + P，等等，在设计菜单时严格遵循这些约定。为菜单选项定义好快捷键之后，菜单上该选项的后面就出现快捷键的文字表示。具有子菜单的菜单项或者顶层菜单不能定义快捷键，只能定义访问键。按照Windows的界面设计原则，顶层菜单访问键的形式是Alt十字母键；或者在菜单打开后用字母键激活一个菜单项。访问键的设置使用“&”符号，它用在菜单项的标题(Caption)属性里。如将一顶层菜单的标题属性设为“文件(&F)，在菜单中就表现为“文件(F) ，可以用“Alt + F打开这个菜单。如果该菜单中有一子菜单项的标题为“保存(&S)，在菜单中就表现为“保存(&S)，当文件菜单展开后，可以用字母键“S来使用这个菜单项。(3 )菜单项的分组菜单项的分组是通过菜单栏分隔线实现的。打开菜单编辑器,在菜单的一定位置增加一个Caption属性为“”的菜单项，它在菜单上就表现为一条横线，注意分隔线菜单项同样需要名称属性，且不能重复。同一功能菜单下又可以按照菜单项的功能分为若干组，这时就可以用分隔线实现菜单项的分组。本程序的界面设计如下图：图4-2 程序的进入系统界面图4-3 程序界面中各参数的分布情况4.3 本程序的主要特点VB窗体的设计和规划不仅影响到应用程序外观的可观赏性，而且对应用程序的可操作性和易用性等也有很重要的作用。一个优秀的用户界面即是一个直观的、对用户透明的界面。用户在初次接触这个软件就感觉一目了然，不需要多少培训即可方便地上手使用。因此，在设计应用程序界面时，必须从用户角度出发，以方便用户使用为根本。在齿轮传动参数设计系统用户界面设计中主要考虑了以下几方面：（1）、保持界面元素的一致性一致性是界面设计中的一个重要问题。缺乏一致性就会使界面混乱、无序、不协调，给用户的使用带来不便，甚至还会使用户觉得应用程序不可靠。所以本系统坚持用同一种风格贯穿整个应用程序界面设计，如:保证各对话框具有相同的形式；在菜单和联机帮助中必须使用相同的术语；不同窗体选择统一的背景、边框线、字体属性值等。（2）设置常用操作的快捷方式对常用操作，如窗体的最小化、最大化、关闭，文件的存盘、另存等设置快捷方式。使常用的操作直观、快捷、方便，这不仅会提高用户的工作效率，还使得界面在功能实现上简明和高效。（3）提供信息反馈和联机帮助加强“人机对话”，对用户的重要操作有信息反馈，这对于帮助广大用户，特别是不熟练用户更好地使用尤为重要。对不常用操作和至关重要的操作提供“向导”，帮助用户正确的实现操作；在屏幕上提供对话框来对用户操作进行信息反馈。联机帮助对于大多数用户来说也具有非常重要的作用。界面设计时在窗口、对话框等对象上设立帮助菜单、帮助按钮。当用户在使用应用软件遇到问题时，不必翻阅参考手册，通过联机帮助系统就能随时随地获得有效的帮助，迅速解决问题。（4）提供简单的错误处理能力当用户出现录入错误时，系统能准确地检测出错误发生的位置，报告出错误发生的性质，提供简单和容易理解的错误处理结果或提示给用户一个修正参考，从而保证系统运行状态的稳定性，保证已经完成的工作数据和系统中间数据的完整性，保证用户操作的连续性。（5） 操作可逆操作应该可逆，这对于不具备专门知识的操作人员相当有用。（6） 采用简洁直观的界面风格在界面设计中，极力去模仿现实世界的对象是人们普遍易犯的错误。这样的设计，不仅会给自己的设计增加难度，而且往往使界面看上去庞杂，对用户没有真正的好处。因此本系统设计时根据对现实对象的认识和理解，设计出简洁直观易用的用户界面。(7)采用严格的先后逻辑顺序根据设计计算的先后顺序，我们把已经完成的和正在进行操作的控件的Enabled属性设置为True，这些控件是可见的。其它的后继控件Enabled属性设置为False。这样设置的目的是保证设计过程的连续性和严格先后顺序。如下图所示：图4-4 程序的输出结果界面基于VB语言的参数设计模块是在对齿轮传统设计进行深入分析的基础上，综合运用VB设计工具、界面与菜单设计技术、数表和线图的程序化方法等现代技术进行开发实现的。该程序不仅功能强大、易于扩展，而且界面友好，有效地缩短了设计周期，提高了设计精度，实现了齿轮参数设计的自动化。编写代码之后，运行程序之前，先单击“标准”工具栏的“保存工程”按钮来保存工程，以防运行时因意外错误而造成的数据丢失。在VB中，工程文件的扩展名是.vbp，保存的是与该工程有关的全部文件的程序清单；而窗体文件的扩展名是.frm，保存的是窗体和控件的描述，以及有关的程序代码。然后单击“运行”菜单中的“启动”命令或工具箱中的“启动”按钮，就可以运行这个程序。下面举一例来运行本应用程序。下面演示下本次参数设计系统的运行流程图。版面安排如下：用鼠标单击“进入系统”进入设计系统。图4-5 运行程序进入系统按照设计的要求或技术人员的要求输入相应的已知参数，如：主齿轮传动功率、传动比、主齿轮的转速等，点击查表可得到动载荷系数的值。然后根据设计要求，输入齿轮齿数，可以选择主动轮和从动轮的材料和硬度，并根据动力机工作特性要求可得出KA的值。再选择接触最小安全系数和齿轮相对轴承位置得到的值和的值。选择应用场合和支撑情况可得到的值。如下图：图4-6 程序运行时各参数的输入和选择点击下一步可进入下一个窗体。经计算得出主要尺寸的计算结果。如下图所示：图4-7 运行程序的输出结果计算结果和参考书上例题比较，所得结果正确，所以此程序能够满足设计人员的设计要求。第五章 结论齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一种传动装置，传统的齿轮传动参数设计计算，过程复杂，需要查很多图、表，设计费时、效率低，且手工计算容易出错。随着计算机技术的发展，出现了新的设计模式，齿轮传动的参数设计已由手工转向计算机自动完成。计算机辅助设计不但提高了设计速度和质量，减少设计工件量，同时为现代高速、多变、中少批量的设计提供了必要的保障手段。现代齿轮设计与制造寻找一种有效的技术方法。可以说，它是齿轮快速设计技术的需要,亦是我国齿轮工业产业升级的需要,具有重大的现实意义。利用计算机辅助设计对圆锥齿轮进行设计，不但简化了传统设计的设计过程，而且减少了设计人员的工作量。以往的传统设计方法，每改变一个设计条件，设计人员就必须重新设计计算，工作量和设计量太大。而采用计算机辅助设计，即使改变设计条件，也可以很方便的得到不同的设计结果。大大减少了设计人员的工作量。加快了设计速度。通过本次毕业设计的研究，可以作出如下总结：（1） 通过分析传统圆锥齿轮设计特点及机械设计技术的发展趋势，以VB语言为开发工具，开发出了圆锥齿轮的传动设计系统，克服了传统设计的缺点，实现了参数的自动设计，大大提高了设计的质量和效率。（2） 在参数设计中，利用条件语句实现了数表的程序化，采用插值法实现了线图的方程化，并做到了设计计算值规范化和标准化。（3） 采用对工程编译的方法，发布了在Windows平台上就可使用的应用程序。（4） 本系统通过对齿轮设计过程的程序化，大大节省了查阅手册和计算时间，避免了许多人为错误。 由于时间和水平上的局限，还存在许多不足之处。只做了开发方面的一些初步工作，只属于计算机辅助设计中的一小部分，计算机辅助设计系统不仅可以用于圆锥齿轮的设计计算，而且还可以用于圆柱齿轮的设计计算、链传动的设计计算、带传动的设计计算等方面。可以将计算机辅助设计系统应用于机械传动的整体方面，形成一个整体体系，还可以进行参数化作图，使设计人员很快的得到图纸，大大缩短设计周期。这样就极大的方便了设计人员，为提高设计人员的设计效率提供了坚实的技术支持。在今后的学习中，还需对圆锥齿轮等的参数化作进一步研究，使本程序功能更加完善。参考文献1 孙桓，陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.2 郑文纬，吴克坚.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社.19973 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