渐开线斜齿轮参数化设计系统

1、本科毕业设计说明书基于autocad/vba渐开线斜齿轮参数化设计系统based on autocad/vba helical gear involute parametric design58基于autocad/vba渐开线斜齿轮参数化设计系统摘要渐开线齿轮传动是各种机械传动中最常见的传动方式之一，其中渐开线斜齿轮传动的优点尤为突出。斜齿轮的设计涉及到大量比较复杂的计算公式，且设计过程中要不断查阅大量线图和数据表。而传统的齿轮设计往往是手工计算，费时费力，效率低下，设计过程容易出现错误，设计周期较长，且经常会因为计算错误造成比较大的成本损失。本齿轮参数化设计模块的界面采用人机界面交互方式进行

2、操作，设计人员只需简单地选择或输入齿轮设计的原始参数即可完成齿轮传动的参数设计和强度校核并实现零件工作图的自动绘制。与传统的设计方法比较，采用计算机辅助设计简单、有效、方便，极大地提高了齿轮传动的设计效率，缩短了设计周期，使设计结果更为准确可靠。关键词：渐开线斜齿轮，参数化设计，自动绘制based on autocad/vba helical gear involute parametric designabstractinvolute gear is used in various mechanical transmission equipment parts, of which the i

3、nvolute helical gear transmission advantages particularly outstanding. the helical gear design involves lots of complex calculation formula, and design process to keep consulting a large number of maps and data tables. while the traditional gear design is often time-consuming manual calculation, and

4、 low efficiency, the design procedure prone to errors, the design cycle is long, and often because calculation errors caused larger costs loss. this gear parametric design module interface using form operation, the designers ways simply choose or input the original gear design parameters can complet

5、e gear transmission parameter design and strength check and realize the automatic drawing working drawing parts. compared with the traditional design method, uses computer aided design is simple, effective, convenient, greatly enhancing the gear transmission design efficiency, and shortened the desi

6、gn cycle, which makes the design result is more accurate and reliable. keywords: involute inclined gear, parametric design, automatic drawing目录摘要iabstractii1绪论11.1 引言11.2 计算机辅助设计系统概述11.3 autocad vba 程序设计概述21.3.1 概述21.3.2 autocad activex自动化技术简介21.3.3 vba的功能31.3.4 各种二次开发平台和vba作为autocad开发工具的优势32斜齿轮传动简介

7、42.1斜齿轮传动的特点和应用42.2传统的手工设计斜齿轮的步骤42.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数42.2.2 按齿面接触疲劳强度设计42.2.3 按齿根弯曲强度设计52.2.4几何尺寸计算63 主要技术说明73.1 d的程序实现方法73.2 动载系数kv值的实现方法83.3 齿轮接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限线图的拟合方法93.4接触疲劳寿命系数khn的实现方法113.5螺旋角影响系数y的实现123.6区域系数zh的实现方法133.7 齿间载荷分配系数kh、kf的程序实现方法143.8齿向载荷分布系数kh、kf的程序实现方法153.8.1 按齿面接触疲劳强度计算时齿向载荷分布

8、系数kh153.8.2 按齿根弯曲疲劳强度计算时齿向载荷分布系数kf164 基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的设计过程184.1 基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的主程序框图184.2 vba交互开发环境194.3基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的界面设计204.3.1 欢迎使用斜齿轮参数化设计系统界面204.3.2 初始参数输入界面214.3.3 工况和齿轮布置界面214.3.4 齿轮材料及特性界面224.3.5 设计初始参数选择界面234.3.6 基本参数确定界面244.3.6 计算参数界面254.3.7 参数化绘图界面264.4 设计实例28结论30参考文献

9、31致谢32附录：331绪论1.1 引言齿轮传动是机械传动的重要组成部分之一，它主要应用于机械领域，在其他非机械领域也有十分广泛的应用。齿轮传动形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十千瓦，圆周速度可达200m/s。齿轮传动具有效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定等优点。传统的齿轮设计主要由设计人员查询设计手册中的数据表格、线图来选择参数，在这一过程中，许多参数、系数，如使用系数ka、动载系数、齿间载荷分配系数等都要受到设计师经验的影响，导致设计结果有不确定性。整个设计过程是一项繁琐、冗长而且需要认真仔细完成的工作，任何一处差错都能导致设计工作的失效。并且绘图过程繁琐，效率低下。因而用

10、计算机辅助设计（cad）技术设计斜齿轮，不但非常实用，而且是非常必要的。针对这个问题，我们运用模块化的设计思想，基于autocad/vba二次开发平台开发了斜齿轮传动的计算机辅助设计系统。该系统的设计做到了既符合机械设计的有关标准和规定，又力求数据准确，且界面简洁，易操作。本文只介绍斜齿轮的计算机辅助设计系统的开发设计过程和绘图过程。1.2 计算机辅助设计系统概述20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了cad的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的cad系统开始形成，后期出现了能产生逼真图

11、形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了cad技术的发展。80年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，cad技术在中小型企业逐步普及。80年代中期以来，cad技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为cad技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在cad中的应用，极大地提高了cad系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，

12、出现了智能cad技术，使cad系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，cad已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。计算机辅助设计指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

13、以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。1.3 autocad vba 程序设计概述1.3.1 概述autocad内嵌的vba语言是在标准的visual basic基础上，结合autocad的特点发展起来的一种windows平台上的高效开发工具，它可以充分利用windows操作系统提供的强大功能，且简单易用，非计算机专业人员也能利用vba语言，高效快速地对autocad进行二次开发。vba

14、是通过autocad activex automation接口来建立和autocad对象间的联系。activex是建立在com对象模型之上的标准通信协议，它允许对象之间通过一定的接口相互通信。而autocad activex提供autocad外控的控制编程的机制，通过使用autocad对象，实现控制autocad。1.3.2 autocad activex自动化技术简介activex自动化技术（activex automation）是微软建立的标准，基于com的自动服务程序，是对象链接与嵌入（ole:object and embed）的进一步发展，它允许的用户在windows应用程序中通过暴露

15、的对象控制另一个windows应用程序。autocad activex技术提供了一种机制，可使编程者通过编程从autocad的内部或外部操作控制autocad。activex automation提供了开发脚本、宏以及用automation编程环境（如visual basic6.0）开发第三方应用程序的途径。通过automation，autocad提供了可由automation控制器（例如vb和excel）进行操作的可编程对象。因此，使跨应用程序的宏编程成为可能，而这种功能在auto lisp中是不存在的。简单地说，使用automation可以将许多应用程序的功能合并到单个应用程序中。acti

16、vex是由一系列的对象按一定的层次组成的一种对象结构，每一种对象代表autocad中的一个明确的功能，比如画线、图块定义等。其绝大部分功能均以方法和属性的方式封装在activex对象中，只要使用某种方式，使对象“暴露”，就可以使用面对对象编程的语言对其中的方法、属性进行引用，从而达到对autocad实现编程的目的。1.3.3 vba的功能虽然主程序能开发的功能有多强大，与它所提供的对象体系有直接的关系，但vba的强大的开发能力却是不容质疑。下面是vba的主要功能：（1）vba可提供强大的窗体创建功能，为应用程序建立对话框及其他屏幕界面。（2）可创建自己的工具条。（3）可创建功能强大的模块级宏指

17、令，宏名实质上就是模块的过程名。（4）提供建立类模块的功能，这对开发大型工程非常有用，因此类可提供重用组件。（5）具备完善的数据访问和管理能力，通过dao（数据访问对象），可以对access数据库或其他外部数据库（像dbase,foxpro等）实现访问与管理。此功能比直接使用autocad的数据库管理系统更方便，且功能强大。（6）可以使用sql语句检索数据，与rdo（远程数据对象）就结合起来，能够建立客户机/服务器级的数据通信。（7）能够使用win32 api提供的功能，建立应用程序与操作系统之间的通信。1.3.4 各种二次开发平台和vba作为autocad开发工具的优势随着autocad的日

18、益普及，在其上进行的二次开发的工具也不断更新，现在流行的有auto lisp、visual lisp、object arx(autocad run-time extend)、vba等，每种平台都有不同的特点。auto lisp是一种解释性语言，其保密性差、运行速度慢、自顶而下的程序设计思想、调试不变等缺点使得它不适合开发大型的计算密集型的系统。另外其表达式的表示法也不易让一般开发人员习惯和接受。arx程序虽然是windows动态链接库程序，执行arx应用程序所需系统的开销最小，速度最快，但是开发过程相当复杂。作为autocad的开发工具，vba具有以下4个主要的优势：（1）可视化的编程环境。因

19、为熟悉visual basic程序的人们总是非常喜欢vb那极为方便的可视化编程环境。（2）数据集成与共享。从数据集成与共享的角度来说，vba是一个autocad应用程序的集成开发环境。（3）扩展了autocad集成化用户的能力。（4）可与windows的应用软件方便地进行交互。vba的优点是可以很容易地使用windows系统资源，使autocad能容易地与其他windows下的应用软件交互。2斜齿轮传动简介2.1斜齿轮传动的特点和应用平行轴斜齿圆柱齿轮简称为斜齿轮，其轮齿的齿向与轴线倾斜一个角度。本设计只讨论渐开线斜齿轮外啮合的相关问题。斜齿轮与直齿轮相比，有诸多的优点：（1） 重合度大、齿面

20、接触强度情况好，因此传动平稳、承载能力高。（2） 斜齿轮的最少齿数比直齿轮少，故结构更紧凑。（3） 斜齿轮的制造成本与直齿轮相同。由于上述的优点，斜齿轮被广泛地用于高速、重载的传动中。但是也有缺点：因存在螺旋角，故传动时会产生轴向力fa=fsin,于传动不力。为了既能发挥斜齿轮的优点，又不至于使轴向力过大，一般采用的螺旋角=820。对于外啮合的斜齿轮传动，正确的啮合条件：n1=n2；mn1=mn2；1=2。2.2传统的手工设计斜齿轮的步骤2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数（1）选择渐开线圆柱斜齿轮传动（2）按参考材料3表10-8根据机器名称选择精度等级。（3）按参考材料3表10-1选

21、择相互啮合的一对齿轮的材料，并根据材料确定大小齿轮的硬度范围，确保二者硬度差为30hbs50hbs,在啮合时较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而大大提高了大齿轮齿面的疲劳极限。（4）初选小齿轮齿数，然后根据传动比计算大齿轮齿数。（5）初选螺旋角。2.2.2 按齿面接触疲劳强度设计由设计设计计算公式进行试算，即：（1）确定公式内的各个计算数值：试选载荷系数kt。计算小齿轮传递的转矩t1。按参考材料3表10-7选取齿宽系数。按参考材料3表10-6查材料的弹性影响系数ze。按参考材料3表10-21按齿面硬度查的大小齿轮的接触疲劳强度极限。计算应力循环次数。按参考材料3图1

22、0-19取疲劳寿命系数。计算接触疲劳许用应力。按参考材料3图10-30选取区域系数。按参考材料3图10-26查的重合度=1+2。（2）计算试算小齿轮分度圆直径d1t。计算圆周速度。计算齿宽b及模数mnt。计算纵向重合度。计算载荷系数k：按参考材料3表10-2确定使用系数ka; 按参考材料3表10-8确定查的动载系数kv；按参考材料3表10-4确定kh；按参考材料3图10-3确定kh。按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径。计算模数。2.2.3 按齿根弯曲强度设计由设计公式进行试算，即：（1）确定计算参数计算载荷系数：。根据纵向重合度，按参考材料3图10-28查的螺旋角影响系数。计算当量齿数。按参

23、考材料3表10-5查取齿形系数yfa。按参考材料3表10-5查取应力校正系数ysa。计算大小齿轮的并加以比较，然后选取大值。按参考材料3图10-20查的大小齿轮的弯曲疲劳强度极限fe。按参考材料3图10-18取得弯曲疲劳寿命系数kfn，并计算弯曲疲劳许用应力。（2）设计计算根据设计公式可计算得到法面模数mn，为了满足齿根弯曲疲劳强度，mn取值应大于计算值，按参考材料4表10-1，尽量选取第一系列的数值。同时为了满足齿面接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1来计算应有的齿数。也就是，然后取整得到小齿轮的最终齿数，根据传动比算得大齿轮的最终齿数。2.2.4几何尺寸计算（1）计算中心距，

24、然后对中心距进行圆整。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角，若螺旋角变化不多，则不需要对参数、k、zh等进行修正。（3）大小齿轮的相关尺寸计算小齿轮的分度圆直径计算大齿轮的分度圆直径当取h*an=1,cn=0.25时：计算小齿轮的齿顶圆直径计算大齿轮的齿顶圆直径计算小齿轮的齿根圆直径计算大齿轮的齿根圆直径（4）计算齿轮宽度然后圆整得到齿轮的最终宽度，并且使得大齿轮宽度比小齿轮宽度大5mm，这是为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿单位齿宽的工作载荷，使得斜齿轮啮合更加平稳。（5）结果设计如果齿轮的齿顶圆直径大于160mm，以选用腹板式结构为宜，若小于160mm，应该选择

25、实心式结构。3 主要技术说明3.1 d的程序实现方法圆柱齿轮的齿宽系数d是由两支撑相对于小齿轮的装置状况决定的，如表3-1。表3-1 圆柱齿轮的齿宽系数d装置状况两支撑相对于小齿轮做对称布置两支撑相对小齿轮做不对称布置小齿轮悬臂布置d当选择小齿轮选择对称布置时，窗体上就会显示为“齿宽系数在0.91.4”，并且默认齿宽系数为0.9，显示在窗体下面的文本框中，用户也可以根据提示选择输入齿宽系数d。部分程序如下：private sub optionbutton9_click ()label16.caption = 齿宽系数在0.91.4textbox10.tex

26、t = 0.9end sub 如果用户输入的数值不在提示的范围内，则会出现错误提示。如果最后文本框中没有显示数值，也就是没有给d赋值时，无法进入下一个窗体，会出现错误提示对话框。部分程序如下：private sub commandbutton2_click() 检验是否输入数据ka = val(textbox8.text)d = val(textbox10.text)msg1$ = 齿宽系数不在规定范围之内，请重新输入！title1$ = 输入错误if textbox10 = thenmsgbox 请输入齿宽系数！, vbokonly, 错误对话框textbox10.setfocuselsei

27、f optionbutton9.value = true and (d 1.4 or d 1.15 or d 0.6 or d 0.4) thenmsgbox msg1$, 32, title1$textbox10.setfocuselseuserform3.hideuserform4.showend ifend sub 3.2 动载系数kv值的实现方法动载系数kv是由齿轮精度等级和速度共同决定的，如图3-1。图3-1 动载系数kv对于确定精度等级的齿轮，动载系数kv仅由节线速度决定，也就是说可用一元二次方程来表示。根据查到的论文，方程拟合的结果如下：精度等级为6级时，精度等级为7级时，精度等

28、级为8级时，精度等级为9级时，精度等级为10级时，精度等级为11级时，精度等级为12级时，部分程序如下： if jingdu = 6 thenkv = 1.0463 + 0.0039699 * v - 0.0000067704 * v * velseif jingdu = 7 thenkv = 1.0893 + 0.006878 * v - 0.000014662 * v * velseif jingdu = 8 thenkv = 1.2688 + 0.01157 * v - 0.000034351 * v * velseif jingdu = 9 thenkv = 1.1514 + 0.01

29、7164 * v - 0.000035953 * v * velseif jingdu = 10 thenkv = 1.1906 + 0.024001 * v - 0.000066895 * v * velseif jingdu = 11 thenkv = 1.176 + 0.0371 * v - 0.00010807 * v * velseif jingdu = 12 thenkv = 1.1965 + 0.054193 * v - 0.00019682 * v * vend if 3.3 齿轮接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限线图的拟合方法齿轮的材料有很多种，各自对应了一种或多种的热处理方

30、式，当选定了齿轮的材料和热处理方式时，也就确定了齿轮的硬度范围。由于齿轮的接触疲劳强度极限hlim和齿轮的弯曲疲劳强度极限fe只和硬度值大小有关系，且基本上一阶线性相关，所以一旦选择了具体的硬度值，齿轮的接触疲劳强度极限hlim和齿轮的弯曲疲劳强度极限fe也就随之确定了。根据作者设计，只要选择了材料和热处理的方式，程序便会将对应的最大硬度值赋给scrollbar的max，最小值赋给scrollbar的min。此时移动滚动条便会将所对应的硬度值赋给下面的textbox中，此时用户可以定量选择硬度值。本设计只考虑到了齿轮材料质量和热处理品质为中等要求时的传动，也即是mq的水平，所以设计时取得点应在

31、mq和ml两条直线之间。由于hlim和fe与硬度值一阶线性相关，因此只要知道了硬度值最大、最小时对应的接触疲劳强度极限值或弯曲疲劳强度极限值的大小，两点确定一条直线，直线方程就能拟合出来。此时只要确定齿轮的硬度值，接触疲劳强度极限hlim和齿轮的弯曲疲劳强度极限fe只和硬度值也就确定了，并且显示在窗体下面的文本框中。图3-2 调制处理的碳钢、合金钢的接触疲劳强度极限就以40cr(调制)为例，阐述这种方法，由参考资料3表10-1，40cr(调制)的硬度值最小值（scrollbar.min）为241hbs，最大值（scrollbar.max）为286hbs。由图3-2可知，当硬度值为241hbs时

32、，我们可取接触疲劳强度极限（hlimmin）为550mpa，当硬度值为286hbs，取接触疲劳强度极限（hlimmax）为608mpa。也就是两个点（scrollbar.min，hlimmin）和（scrollbar.max，hlimmax），设scrollbar.value为硬度值。则拟合的直线方程为：按照这个公式计算，当硬度值取280hbs时，接触疲劳强度极限为600mpa，和查图所得基本相同。同理，其他的材料的接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限值也是类似的方法。部分程序如下： private sub scrollbar1_change()textbox5.text = scrollbar

33、1.valuehlim1 = hlim1min + (scrollbar1.value - scrollbar1.min) * (hlim1max - hlim1min) / (scrollbar1.max - scrollbar1.min)fe1 = fe1min + (scrollbar1.value - scrollbar1.min) * (fe1max - fe1min) / (scrollbar1.max - scrollbar1.min)textbox1.text = cint(hlim1)textbox2.text = cint(fe1)end sub 3.4接触疲劳寿命系数kh

34、n的实现方法 齿轮的接触疲劳寿命系数khn只和材料和应力循环次数有关，如图3-3。图3-3 接触疲劳寿命系数khn图中的1，2，3，4分别代表了不同的材料和热处理方式。由图3-3可知，当应力循环次数n的值的对数均与分布时，曲线为若干段直线构成的折线，此时可用方程表示，曲线方程的格式为。例如，“ht250”、ht300”、“ht350”对应的折线就是图中的3号线。由图可知，当n100000时，接触疲劳强度极限khn=1.3，当100000n2000000时khn1与n相关的方程。对于对于1号线、2号线和4号线，也是运用了这种方法来求出材料的接触疲劳强度极限khn与应力循环次数n之间的方程。部分程

35、序如下： if userform4.combobox1.text = ht250 or userform4.combobox1.text = ht300 or userform4.combobox1.text = ht350 then if n1 0 and n1 100000 and n1 2000000 then khn1 = -0.04 * (log(n1) / log(10#) + 1.255end if 3.5螺旋角影响系数y的实现螺旋角影响系数y值的大小仅和螺旋角（此文中均为角度制）以及纵向重合度的大小有关，如图3-4。图3-4 螺旋角影响系数y由图3-4可知，螺旋角影响系数y的值

36、只在0.75和1之间，并且可以发现当30时，y的值仅与有关，且随线性增加，y在线性减小，可知此时y与一阶线性相关。可设，可带入（0.4，0.90）和（0.8，0.80）此可以解得参数值a=-0.25，b=1。得到了当30时，螺旋角影响系数y与纵向重合度的方程：。根据作者查到的文献资料显示，当1，按=1带入)这个公式已得到验证，精确度很高，可以使用。部分程序如下：if 1 then = 1elseend ifif = 30 theny = 1 - * / 120elsey = 1 - 0.25 * end if 3.6区域系数zh的实现方法由图可知，当齿轮的法面压力角n=20时，区域系数zh的大

37、小与螺旋角近视呈抛物线关系。图3-5 区域系数zh (n=20)首先可设出抛物线的方程为，方程中有三个未知参数，需要三个点的坐标来求出这些个参数。在图3-5上曲线上取三个点分别为（12.5，2.45）、（17.5，2.4）、（25，2.3），将这些坐标带入方程中，可解出a= -0.00267,b= - 0.002,c= 2.516666,得到了区域系数zh与螺旋角的方程：经作者多次取点校正，该曲线拟合所得方程的精度很高，已满足一般齿轮设计精度要求。3.7 齿间载荷分配系数kh、kf的程序实现方法一对相互啮合的斜齿圆柱齿轮，如在啮合区中有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对齿（或多对

38、）齿上。由于齿距误差和弹性变形等原因，总载荷并不是按长度的比例在两条接触线之间均与分布的，所以有必要引入齿间载荷分配系数k.齿间载荷分配系数与齿轮精度等级和是否表面硬化处理有关，见表3-2。表3-2 齿间载荷分配系数kh、kfkaft/b100n/mm 100 thenif userform5.checkbox1.value = 1 thenif jingdu = 6 thenkh = 1.1kf = 1.1elseif jingdu = 7 thenkh = 1.2kf = 1.2elseif jingdu = 8 thenkh = 1.4kf = 1.4elseif jingdu = 9

39、thenkh = 1.5kf = 1.5end ifelseif jingdu = 6 thenkh = 1#kf = 1#elseif jingdu = 7 thenkh = 1.1kf = 1.1elseif jingdu = 8 thenkh = 1.2kf = 1.2elseif jingdu = 9 thenkh = 1.3kf = 1.3end ifend ifelsekh = 1.4kf = 1.4end if3.8齿向载荷分布系数kh、kf的程序实现方法齿轮的齿向载荷分布系数k可分为kh和kf，其中kh为按齿面接触疲劳强度计算时用的系数，而kf为按齿根弯曲疲劳强度计算时的所用的

40、系数。3.8.1 按齿面接触疲劳强度计算时齿向载荷分布系数kh由参考资料3图10-13可知，圆柱齿轮的kh的大小与齿轮在轴上的布置情况、齿轮的精度等级、齿轮宽度b等因素有关，这个表格很大很麻烦，作者通过分析数据实现了通过方程来表达kh与其它因素之间的定量关系，方程拟合的精度比较高，误差很小，满足一般的设计要求。部分程序如下：if userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 6 then kh = 1.11 + 0.18 * d * d + 0.00015 * bif userform3.optionbutton9.value = true

41、 and jingdu = 7 then kh = 1.12 + 0.18 * d * d + 0.00023 * bif userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 8 then kh = 1.15 + 0.18 * d * d + 0.00031 * bif userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 9 then kh = 1.2 + 0.18 * d * d + 0.00053 * bif userform3.optionbutton9.value = true and (j

42、ingdu = 10 or jingdu = 11 or jingdu = 12) then kh = 1.27 + 0.18 * d * d + 0.00065 * b其中userform3.optionbutton9.value = true就是代表两支撑相对小齿轮做对称布置，这段程序实现了当两支撑相对小齿轮做对称布置时，齿向载荷分布系数与精度等级、齿宽系数、齿轮宽度之间的定量关系。3.8.2 按齿根弯曲疲劳强度计算时齿向载荷分布系数kf齿轮的kf可和kh之值、齿宽b与齿高h之比b/h有关，见图3-6。图3-6 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数kf由图3-6可知，kf的取值计算非常繁琐，根据

43、作者查的资料显示，有如下的经验公式可用，将图标成功地转化为方程。nn = (d z1 / 2.25)2/(1 +d z1/2.25 + (d z1/2.25)2)且kf= khnn。部分程序如下：dim nn as singlenn = (d * z1 / 2.25) 2 / (1 + (d * z1 / 2.25) + (d * z1 / 2.25) 2)kf = (kh) nn4 基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的设计过程4.1 基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的主程序框图斜齿轮计算机辅助设计系统根据斜齿轮传动的设计步骤，严格按照设计公式进行设计计算。刚进入程序第一个窗

44、体是登录窗体，登录窗体上只有一些设计者指导者信息和标题。第二个窗体是供初始参数输入的窗体。第三个窗体是选择载荷状态和原动机以确定使用系数ka，选择齿轮布置方式以确定齿宽系数d。第四个窗体用于选择大小齿轮的材料和热处理方式，确定硬度值，从而得到接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限。第五个窗体是用于选择齿轮精度，初选螺旋角和载荷系数，输入接触疲劳安全系数和弯曲疲劳安全系数。第六个窗体根据以上输入的参数经过强度计算得到分度圆直径和模数，然后选择标准模数，计算中心距并圆整，根据圆整的中心距修正螺旋角。第七个窗体将得到一系列的设计结果显示出来，并且选择齿轮旋向。第八个窗体用于输入关于画图的相关信息，如选择

45、图纸幅面和比例，输入技术要求，选择要绘制的齿轮，然后在auto cad界面中绘制零件图。至此，整个过程结束。可见图4-1。图4-1 基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的主程序框图该框图中变量名为：p为齿轮传动功率，i为传动比，n1为小轮转速，t代表齿轮工作工作时间。ka为使用系数。hlim和fe分别代表齿轮的接触疲劳强度极限和弯曲疲劳强度极限。kt为载荷系数，s1、s2分别代表接触疲劳强度极限安全系数和弯曲疲劳强度极限安全系数。d11是分度圆直径，是通过齿面接触疲劳强度极限计算所得，mn是法面模数，是通过齿根弯曲疲劳强度计算所得。4.2 vba交互开发环境使用auto cad/vba编

46、程和运行程序，首先需要运行auto cad，然后在“工具栏”里找到“宏”，在“宏”里选择“vba管理器”，单击打开vba管理器，选择需要操作的dvb格式的文件，加载它，然后单击“vba编辑器”即可打开。打开后进入的就是vba ide（vba交互开发环境），用户可以使用vba交互开发环境编辑其代码、窗体及进行引用。用户也可以在vba ide中调试和运行工程。vba ide界面见图4-2。图4-2 vba交互开发环境界面打开后的vba ide编辑环境如图所示，该图中标明了工程窗口、菜单和工具栏。属性窗口在左下方，对应的是界面中正显示的窗体的属性。双击窗体即可看到代码窗口，在代码窗口中用户可编辑程序

47、。工具箱在工具栏里，其中含有许多可视化的控制对象（控件），用户可以在工具箱中选取所需的控件，并将其添加到窗体中，以绘制所需的图形界面。启动vba后，工具箱中会装载一些基本控件，下面就来简单介绍一些基本的控件：（1）添加标签（label）控件。标签控件主要用来标注和显示提示信息。设置属性窗口的caption属性，输入对应的文字，如“输入功率”、“传动比”等。（2）添加文本框（textbox）控件。文本框控件主要是用于显示用户输入的信息和信息输出的对象。如果想将textbox中的值默认为一个数，只需要在此控件的text属性中输入该数值即可。（3）添加单选按钮（optionbutton）控件。用于显

48、示一个可打开或关闭的选项，并且同一组只可选中一个选项。它的属性value=true时，表明选中了控件代表的项，value=false时,表明并没有选中控件所代表的项。（4）添加组合框（combobox）控件。初始条件的输入和选择过程中，有些变量只要在固定的几个内容中选择即可，此时使用combobox控件可轻松实现这个功能。（5）添加命名按钮（commandbutton）控件。commandbutton控件在程序中主要作为按钮使用，常见的有“上一步”，“下一步”等。在布置窗体时，应调整各个控件的大小和位置，使界面显得紧凑美观。更改窗体的caption属性，该窗体的名称就会相应变化，以便于编程时能

49、够清楚地分辨程序运行的顺序。4.3基于autocad/vba斜齿轮参数化设计的界面设计4.3.1 欢迎使用斜齿轮参数化设计系统界面图4-3 欢迎使用斜齿轮参数化设计系统窗体第一个窗体是登陆界面，与设计程序没有直接关系。窗体的正上方添加了一个label控件，将它的caption属性修改为“斜齿轮参数化设计系统”，告诉用户本设计的主要内容和用途，然后就是作者和指导教师信息。窗体的正下方有两个commandbutton控件，名称分别为“退出”和“开始”，用于退出设计和开始设计斜齿轮。4.3.2 初始参数输入界面齿轮设计需要一些定量作为原始参数，包括传动功率，转数，传动比和工作时间等，见图4-4。图4

50、-4初始参数输入窗体这个窗体用于一系列的设计初始参数的输入，有输入功率，主动轮转数，传动比，工作年数，年工作天数和每天工作小时数。该窗体中一共有添加了8个label控件，6个textbox控件和3个commandbutton控件。这个窗体的代码窗口比较简单，只有简单的几个赋值语句。为了方便程序的试运行，将窗体中所有的textbox的text属性都设置了默认数值。4.3.3 工况和齿轮布置界面使用系数ka是由载荷状态和原动机共同决定的，参考材料3表10-2上共有四种载荷状态和四种原动机，则一共有16种状态，对应着16个使用系数值，只有当载荷状态和原动机都确定了，使用系数才会确定。圆柱齿轮的齿宽系

51、数d是由两支撑相对于小齿轮的装置状况决定的，但即使确定了齿轮布置状态，也只能得到齿宽系数的一个范围，无法得到确切的一个数值，所以用户只能根据系统提示，人工选择齿宽系数，见图4-5。图4-5 工况及齿轮布置窗体在窗体上左侧添加了两个frame控件，分别命名为“原动机”和“载荷状态”，在每个frame控件里添加四个optionbutton控件，分别命名为对应的状态。当在“原动机”和“载荷状态”中各选中一个状态时，便会在下面textbox中显示出对应的使用系数值。当optionbutton1选中时（也就是原动机选择电动机时），如果选择optionbutton5（即是载荷状态选择均与平稳），此时tex

52、tbox8.text = 1，也就是ka=1，从而实现了使用系数的确定。同理，其他情况也是类似的方法，从而确定了使用系数。在窗体的右侧有两个frame控件，分别命名为“小齿轮布置方式”和“齿宽系数选择”，在上面的frame中添加了3个optionbutton控件，下面的frame控件中有一个label控件和textbox控件。当选中optionbutton9时（也就是小齿轮选择对称布置时），lable的属性就会显示为“齿宽系数在0.91.4”，并且默认齿宽系数为0.9并显示在下面的textbox中，也可以根据提示选择输入齿宽系数d。如果用户输入的数值不在提示的范围内，则会出现错误提示。如果最少没有给d赋值，也就是textbox中没有显示数值，用户单击“下一步”时，无法进入下一个窗体，会出现错误提示对话框。4.3.4 齿轮材料及特性界面齿轮的材料有很多种，各自对应了一种或多种的热处理方式，当选定了齿轮的材料和热处理方式时，也就确定了齿轮的硬度范围。由于齿轮的接触疲劳强度极限hlim和齿轮的弯曲疲劳强度极限fe只和硬度值大小有关系，且基本上一阶线性相关，所以一旦选择了具体的硬度值大小，齿轮的接触疲