【正文】 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于AUTOCAD漸開(kāi)線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)畢業(yè)論文 目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 1 引言 1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述 1 AUTOCAD VBA 程序設(shè)計(jì)概述 2 概述 2 AutoCAD ActiveX自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)介 2 VBA的功能 3 各種二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)和VBA作為AutoCAD開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)勢(shì) 32斜齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)介 4 4 精度等級(jí)、材料和齒數(shù) 4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 5 63 主要技術(shù)說(shuō)明 7 Φd的程序?qū)崿F(xiàn)方法 7 動(dòng)載系數(shù)Kv值的實(shí)現(xiàn)方法 8 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限和彎曲疲勞強(qiáng)度極限線圖的擬合方法 9 11 12 13 齒間載荷分配系數(shù)KHα、KFα的程序?qū)崿F(xiàn)方法 1KFβ的程序?qū)崿F(xiàn)方法 15 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)齒向載荷分布系數(shù)KHβ 15 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)齒向載荷分布系數(shù)KFβ 164 基于AutoCAD/VBA斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程 18 基于AutoCAD/VBA斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的主程序框圖 18 VBA交互開(kāi)發(fā)環(huán)境 19 20 歡迎使用斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面 20 初始參數(shù)輸入界面 21 工況和齒輪布置界面 21 齒輪材料及特性界面 22 設(shè)計(jì)初始參數(shù)選擇界面 23 基本參數(shù)確定界面 24 計(jì)算參數(shù)界面 25 參數(shù)化繪圖界面 26 設(shè)計(jì)實(shí)例 28結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32附錄： 33571緒論 引言齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的重要組成部分之一，它主要應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域，在其他非機(jī)械領(lǐng)域也有十分廣泛的應(yīng)用。齒輪傳動(dòng)形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)數(shù)十千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。齒輪傳動(dòng)具有效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)主要由設(shè)計(jì)人員查詢?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)表格、線圖來(lái)選擇參數(shù)，在這一過(guò)程中，許多參數(shù)、系數(shù)，如使用系數(shù)KA、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)等都要受到設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)的影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果有不確定性。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是一項(xiàng)繁瑣、冗長(zhǎng)而且需要認(rèn)真仔細(xì)完成的工作，任何一處差錯(cuò)都能導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作的失效。并且繪圖過(guò)程繁瑣，效率低下。因而用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)設(shè)計(jì)斜齒輪，不但非常實(shí)用，而且是非常必要的。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)思想，基于AUTOCAD/VBA二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了斜齒輪傳動(dòng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做到了既符合機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，又力求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，且界面簡(jiǎn)潔，易操作。本文只介紹斜齒輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程和繪圖過(guò)程。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)概述20世紀(jì)50年代在美國(guó)誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)，開(kāi)始出現(xiàn)具有簡(jiǎn)單繪圖輸出功能的被動(dòng)式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。60年代初期出現(xiàn)了CAD的曲面片技術(shù)，中期推出商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備。70年代，完整的CAD系統(tǒng)開(kāi)始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動(dòng)游標(biāo)、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備，促進(jìn)了CAD技術(shù)的發(fā)展。80年代，隨著強(qiáng)有力的超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲(chǔ)器件的出現(xiàn)，工程工作站問(wèn)世，CAD技術(shù)在中小型企業(yè)逐步普及。80年代中期以來(lái)，CAD技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化方向發(fā)展。一些標(biāo)準(zhǔn)的圖形接口軟件和圖形功能相繼推出，為CAD技術(shù)的推廣、軟件的移植和數(shù)據(jù)共享起了重要的促進(jìn)作用；系統(tǒng)構(gòu)造由過(guò)去的單一功能變成綜合功能，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造聯(lián)成一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)；固化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多處理機(jī)和并行處理技術(shù)在CAD中的應(yīng)用，極大地提高了CAD系統(tǒng)的性能；人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)引入CAD，出現(xiàn)了智能CAD技術(shù)，使CAD系統(tǒng)的問(wèn)題求解能力大為增強(qiáng)，設(shè)計(jì)過(guò)程更趨自動(dòng)化?，F(xiàn)在，CAD已在電子和電氣、科學(xué)研究、機(jī)械設(shè)計(jì) 、軟件開(kāi)發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動(dòng)化、土木建筑、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，簡(jiǎn)稱CAD。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速做出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)做出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 AUTOCAD VBA 程序設(shè)計(jì)概述 概述AutoCAD內(nèi)嵌的VBA語(yǔ)言是在標(biāo)準(zhǔn)的Visual Basic基礎(chǔ)上，結(jié)合AutoCAD的特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的一種Windows平臺(tái)上的高效開(kāi)發(fā)工具，它可以充分利用Windows操作系統(tǒng)提供的強(qiáng)大功能，且簡(jiǎn)單易用，非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能利用VBA語(yǔ)言，高效快速地對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。VBA是通過(guò)AutoCAD ActiveX Automation接口來(lái)建立和AutoCAD對(duì)象間的聯(lián)系。ActiveX是建立在COM對(duì)象模型之上的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，它允許對(duì)象之間通過(guò)一定的接口相互通信。而AutoCAD ActiveX提供AutoCAD外控的控制編程的機(jī)制，通過(guò)使用AutoCAD對(duì)象，實(shí)現(xiàn)控制AutoCAD。 AutoCAD ActiveX自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)介ActiveX自動(dòng)化技術(shù)（ActiveX Automation）是微軟建立的標(biāo)準(zhǔn)，基于COM的自動(dòng)服務(wù)程序，是對(duì)象鏈接與嵌入（OLE:Object and Embed）的進(jìn)一步發(fā)展，它允許的用戶在Windows應(yīng)用程序中通過(guò)暴露的對(duì)象控制另一個(gè)Windows應(yīng)用程序。AutoCAD ActiveX技術(shù)提供了一種機(jī)制，可使編程者通過(guò)編程從AutoCAD的內(nèi)部或外部操作控制AutoCAD。ActiveX Automation提供了開(kāi)發(fā)腳本、宏以及用Automation編程環(huán)境（如Visual ）開(kāi)發(fā)第三方應(yīng)用程序的途徑。通過(guò)Automation，AutoCAD提供了可由Automation控制器（例如VB和Excel）進(jìn)行操作的可編程對(duì)象。因此，使跨應(yīng)用程序的宏編程成為可能，而這種功能在Auto LISP中是不存在的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，使用Automation可以將許多應(yīng)用程序的功能合并到單個(gè)應(yīng)用程序中。ActiveX是由一系列的對(duì)象按一定的層次組成的一種對(duì)象結(jié)構(gòu)，每一種對(duì)象代表AutoCAD中的一個(gè)明確的功能，比如畫(huà)線、圖塊定義等。其絕大部分功能均以方法和屬性的方式封裝在ActiveX對(duì)象中，只要使用某種方式，使對(duì)象“暴露”，就可以使用面對(duì)對(duì)象編程的語(yǔ)言對(duì)其中的方法、屬性進(jìn)行引用，從而達(dá)到對(duì)AutoCAD實(shí)現(xiàn)編程的目的。 VBA的功能雖然主程序能開(kāi)發(fā)的功能有多強(qiáng)大，與它所提供的對(duì)象體系有直接的關(guān)系，但VBA的強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)能力卻是不容質(zhì)疑。下面是VBA的主要功能：（1）VBA可提供強(qiáng)大的窗體創(chuàng)建功能，為應(yīng)用程序建立對(duì)話框及其他屏幕界面。（2）可創(chuàng)建自己的工具條。（3）可創(chuàng)建功能強(qiáng)大的模塊級(jí)宏指令，宏名實(shí)質(zhì)上就是模塊的過(guò)程名。（4）提供建立類模塊的功能，這對(duì)開(kāi)發(fā)大型工程非常有用，因此類可提供重用組件。（5）具備完善的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和管理能力，通過(guò)DAO（數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象），可以對(duì)Access數(shù)據(jù)庫(kù)或其他外部數(shù)據(jù)庫(kù)（像dBase,FoxPro等）實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)與管理。此功能比直接使用AutoCAD的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)更方便，且功能強(qiáng)大。（6）可以使用SQL語(yǔ)句檢索數(shù)據(jù)，與RDO（遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)對(duì)象）就結(jié)合起來(lái)，能夠建立客戶機(jī)/服務(wù)器級(jí)的數(shù)據(jù)通信。（7）能夠使用Win32 API提供的功能，建立應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間的通信。 各種二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)和VBA作為AutoCAD開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)勢(shì)隨著AutoCAD的日益普及，在其上進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)的工具也不斷更新，現(xiàn)在流行的有Auto LISP、Visual Lisp、Object ARX(AutoCAD Runtime Extend)、VBA等，每種平臺(tái)都有不同的特點(diǎn)。Auto LISP是一種解釋性語(yǔ)言，其保密性差、運(yùn)行速度慢、自頂而下的程序設(shè)計(jì)思想、調(diào)試不變等缺點(diǎn)使得它不適合開(kāi)發(fā)大型的計(jì)算密集型的系統(tǒng)。另外其表達(dá)式的表示法也不易讓一般開(kāi)發(fā)人員習(xí)慣和接受。ARX程序雖然是Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)程序，執(zhí)行ARX應(yīng)用程序所需系統(tǒng)的開(kāi)銷最小，速度最快，但是開(kāi)發(fā)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。作為AutoCAD的開(kāi)發(fā)工具，VBA具有以下4個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)：（1）可視化的編程環(huán)境。因?yàn)槭煜isual Basic程序的人們總是非常喜歡VB那極為方便的可視化編程環(huán)境。（2）數(shù)據(jù)集成與共享。從數(shù)據(jù)集成與共享的角度來(lái)說(shuō)，VBA是一個(gè)AutoCAD應(yīng)用程序的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。（3）擴(kuò)展了AutoCAD集成化用戶的能力。（4）可與Windows的應(yīng)用軟件方便地進(jìn)行交互。VBA的優(yōu)點(diǎn)是可以很容易地使用Windows系統(tǒng)資源，使AutoCAD能容易地與其他Windows下的應(yīng)用軟件交互。2斜齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)介平行軸斜齒圓柱齒輪簡(jiǎn)稱為斜齒輪，其輪齒的齒向與軸線傾斜一個(gè)角度。本設(shè)計(jì)只討論漸開(kāi)線斜齒輪外嚙合的相關(guān)問(wèn)題。斜齒輪與直齒輪相比，有諸多的優(yōu)點(diǎn)：（1） 重合度大、齒面接觸強(qiáng)度情況好，因此傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力高。（2） 斜齒輪的最少齒數(shù)比直齒輪少，故結(jié)構(gòu)更緊湊。（3） 斜齒輪的制造成本與直齒輪相同。由于上述的優(yōu)點(diǎn)，斜齒輪被廣泛地用于高速、重載的傳動(dòng)中。但是也有缺點(diǎn)：因存在螺旋角β，故傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力Fa=Fsinβ,于傳動(dòng)不力。為了既能發(fā)揮斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)，又不至于使軸向力過(guò)大，一般采用的螺旋角β=8176。~20176。對(duì)于外嚙合的斜齒輪傳動(dòng)，正確的嚙合條件：αn1=αn2；mn1=mn2；β1=β2。、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)（1）選擇漸開(kāi)線圓柱斜齒輪傳動(dòng)（2）按參考材料[3]表108根據(jù)機(jī)器名稱選擇精度等級(jí)。（3）按參考材料[3]表101選擇相互嚙合的一對(duì)齒輪的材料，并根據(jù)材料確定大小齒輪的硬度范圍，確保二者硬度差為30HBS―50HBS,在嚙合時(shí)較硬的小齒輪齒面對(duì)較軟的大齒輪齒面會(huì)起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而大大提高了大齒輪齒面的疲勞極限。（4）初選小齒輪齒數(shù)，然后根據(jù)傳動(dòng)比計(jì)算大齒輪齒數(shù)。（5）初選螺旋角。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即：（1）確定公式內(nèi)的各個(gè)計(jì)算數(shù)值：①試選載荷系數(shù)Kt。②計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1。③按參考材料[3]表107選取齒寬系數(shù)。④按參考材料[3]表106查材料的彈性影響系數(shù)ZE。⑤按參考材料[3]表1021按齒面硬度查的大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。⑥計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。⑦按參考材料[3]圖1019取疲勞壽命系數(shù)。⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。⑨按參考材料[3]圖1030選取區(qū)域系數(shù)。⑩按參考材料[3]圖1026查的重合度εα=εα1+εα2。（2）計(jì)算①試算小齒輪分度圓直徑d1t。②計(jì)算圓周速度。③計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt。④計(jì)算縱向重合度。⑤計(jì)算載荷系數(shù)K：按參考材料[3]表102確定使用系數(shù)KA。 按參考材料[3]表108確定查的動(dòng)載系數(shù)Kv；按參考材料[3]表104確定KHβ；按參考材料[3]圖103確定KHα。⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑。⑦計(jì)算模數(shù)。 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，即：（1）確定計(jì)算參數(shù)①計(jì)算載荷系數(shù)：。②根據(jù)縱向重合度，按參考材料[3]圖1028查的螺旋角影響系數(shù)。③計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。④按參考材料[3]表105查取齒形系數(shù)YFa。⑤按參考材料[3]表105查取應(yīng)力校正系數(shù)YSa。⑥計(jì)算大小齒輪的并加以比較，然后選取大值。⑦按參考材料[3]圖1020查的大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE。⑧按參考材料[3]圖1018取得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN，并計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)公式可計(jì)算得到法面模數(shù)mn，為了滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，mn取值應(yīng)大于計(jì)算值，按參考材料[4]表101，盡量選取第一系列的數(shù)值。同時(shí)為了滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。也就是，然后取整得到小齒輪的最終齒數(shù)，根據(jù)傳動(dòng)比算得大齒輪的最終齒數(shù)。（1）計(jì)算中心距，然后對(duì)中心距進(jìn)行圓整。（2）按圓整后的中心距修正螺旋角，若螺旋角變化不多，則不需要對(duì)參數(shù)εα、Kβ、ZH等進(jìn)行修正。（3）大小齒輪的相關(guān)尺寸計(jì)算小齒輪的分度圓直徑計(jì)算大齒輪的分度圓直徑當(dāng)取h*an=1,c＊n=：計(jì)算小齒輪的齒頂圓直徑計(jì)算大齒輪的齒頂圓直徑計(jì)算小齒輪的齒根圓直徑計(jì)算大齒輪的齒根圓直徑（4）計(jì)算齒輪寬度然后圓整得到齒輪的最終寬度，并且使得大齒輪寬度比小齒輪寬度大5mm，這是為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷，使得斜齒輪嚙合更加平穩(wěn)。（5）結(jié)果設(shè)計(jì)如果齒輪的齒頂圓直徑大于160mm，以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜，若小于160mm，應(yīng)該選擇實(shí)心式結(jié)構(gòu)。3 主要技術(shù)說(shuō)明 Φd的程序?qū)崿F(xiàn)方法圓柱齒輪的齒寬系數(shù)Φd是由兩支撐相對(duì)于小齒輪的裝置狀況決定的，如表31。表31 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)Φd裝置狀況兩支撐相對(duì)于小齒輪做對(duì)稱布置兩支撐相對(duì)小齒輪做不對(duì)稱布置小齒輪懸臂布置Φd———當(dāng)選擇小齒輪選擇對(duì)稱布置時(shí)，窗體上就會(huì)顯示為“—”，顯示在窗體下面的文本框中，用戶也可以根據(jù)提示選擇輸入齒寬系數(shù)Φd。部分程序如下：…………………………Private Sub OptionButton9_C