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西北工业大学硕士学位论文 准双曲面齿轮设计系统的研究与开发 摘要 准双曲面齿轮是汽车驱动桥关键部件。其加工原理和制齿设备在各类齿轮 中最为复杂，设计计算涉及5 0 0 多个参数，并需反复迭代和调整。计算机辅助 设计技术能把计算机的快速、准确、直观和设计者的逻辑思维、综合分析能力 及设计经验结合起来，缩短设计周期，提高产品和工程设计的自动化程度。本 文以准双曲面齿轮为主讨论齿轮c a d 系统的实现技术。 本文在齿轮设计理论的基础上，根据软件工程的要求，对准双曲面齿轮c a d 开发的原则与方法进行了讨论。依照软件系统的功能要求，采用成熟的设计计 算方法、软件设计理论和c a d 理论，以v i s u a lc 十十6 0 为编程环境，研究齿轮 设计c a d 应用系统实现的一般途径和方法技巧，包括应用系统的分析与规划， 典型界面的设计与实现，计算用图线的数字化处理方法以及在a u t o c a d2 0 0 0 平 台下利用o b j e c t a r x2 0 0 0 二次开发工具实现零件圈参数化绘制的基本方法和步 骤及其过程智能化研究。其中，充分利用了o b j e c t a r x 开发系统面向对象c 十+ 语言的数据可封装性、可继承性及多态性的特点。本文还研究并开发了齿轮c a d 系统的数据库子系统，以支持主系统的有效运作，包括对齿轮c a d 系统运行过 程中涉及的数据进行整理、分析和集成、数据库建立及数据库管理程序及其与 齿轮c a d 系统的接口程序编制等。 基于面向对象技术开发的这一软件，在齿轮工程数据库支持下，可帮助设 计人员快速完成准双曲面齿轮的齿形与结构设计、强度校核、零件图绘制、机 床切齿卡计算等加工前的准备工作，可大大缩短设计加工周期，提高生产率。 经测试表明：该系统具有界面友好、操作简单、稳定可靠、易于维护和扩充等 优点。本文对其他类型齿轮的c a d 系统的设计开发具有一定的参考价值。 关键词：准双曲面齿轮，c a d ，o b j e c t a r x ，数据库，参数化绘图 西北工业大学硕士学位论文 一_ 一 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nh y p o id g e a rc a ds y s t e m a b s t r a c t h y p o i dg e a r sa r et h ef u n d a m e n t a lc o m p o n e n to ft h ed r i v ea x l ei nv e h i c e i t s d e s i g na n dm a c h i n i n gi s s oc o m p li c a t e dt h a tm o r et h a n5 0 0p a r a m e t e r sa r eu s e d d u r i n gt h ep r o c e s so fc a l c u l a t i o n ，a n dt h e i t e r a t i v ea n dt r i a lc a l c u l a t i o na r e r e q u i r e dm a n yt i m e st os a t i s f ya l it h ed e s i g nc o n d i t i o n s t h ec a dt e c h n i q u ei s a b l et oo v e r c o m et h e s eo b s t a c le s ，s h o r t e nt h ed e s i g nc y c l ea n di m p r o v et h e a u t o m a t i z a t i o no fp r o d u c t i o nd e s i g n t a k i n gh y p o i dg e a r sa sd e s i g ne x a m p e s ，t h e c o 姗o nt e c h n i q u eo fg e a rc a dw a sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h ed e s i g nt h e o r yo ft h eh y p o i dg e a ra n dt h er e q u i r e m e n t s o f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h em e t h o d sa n dp r i n c i p l e so fd e v e l o p i n gt h eh y p o i dg e a r c a ds y s t e ma r ed i s c u s s e d b a s e do i lt h ef u n c t i o n sa n dr e q u i r e m e n t so ft h es o f t w a r e s y s t e m ，u t i l i z i n gt h ea d v a n c e dm e t h o d so ft h es o f t w a r ed e s i g nt h e o r ya n dt h ec a d t e c h n i q u e s ，u n d e rv c + + 6 0c i r c u m s t a n c e ，t h eh y p o i dg e a rc a ds y s t e ma r es t u d i e d a n dd e v e l o p e d ，i n c l u d i n gt h eg e n e r a la p p r o a c ha n dt e c h n i q u eo fs y s t e m s r e a l i z a t i o n ，s y s t e md e s i g n a n da n a l y s is ，t h el a y o u ta n di m p l e m e n t i o no ft h e t y p i c a li n t e r f a c e ，t h ed i g i t a lm e t h o d so nt h eo r i g i n a lc h a r t s ，t h eb a s i cm e t h o d s a n dp r o c e d u r ef o rd r a w i n gt h eg e a r sd r a w i n g sb yp a r a m e t e r i z a t i o nw i t b t o o l - 0 bj e c t a r x 2 0 0 0o nt h ea u t o c a d 2 0 0 0p l a t f o r m i tm a k e se n o u g hu s eo ft h e o b j e c t o r i e n t e dc h a r a c t e r i s t i co fc + + a n do b j e c t a r xl a n g u a g e s ，s u c ha s 。 e n c a p s u l a t i o n ，i n h e r i t a n c ea n dp o l y m o r p h i s m t h ee n g i n e e r i n gd a t a b a s e s u b s y s t e mi sd e v e l o p e dt oe n s u r et h em a i ns y s t e mt or u ne f f e c t i v e l y ，i n c l u d i n g t h ei n v o l v e dd a t ar e g u l a t e d ，a n a l y z e da n di n t e g r a t e di nt h i ss y s t e m ，t h ed a t a b a s e s e t u p ，t h em a n a g e m e n tp r o g r a m m ea n di n t e r f a c ep r o g r a m m eb e t w e e nt h em a i ns y s t e m a n dt h ed a t a b a s es u b s y s t e mp r o g r a m m e d ， b a s e do nt h ea b o v e m e r i t i o n e dm e t h o d s ，t h ec a ds y s t e mh a sb e e nc o m p l e t e d t h i s s y s t e mc a nh e l pt h ed e s i g n e rs u c c e e di ng e a r sd e s i g n ，s t r e n g t hc h e c k ，d r a w i n g s o fg e a r sa n dt h em a c h i n e t o o l ss e t t i n g s ，g r e a t l ys h o r t e nt h ed e s i g nc i r c l ea n d i m p r o v et h ep r o d u c t i v i t y t h i ss y s t e mh a sb e e ns u c c e s s f u l l yt e s t e do nd e s i g na n d m a n u f a c t u r i n go ft h eh y p o i dg e a r s i t i sc o n c l u d e dt h a tt h i ss y s t e mh a ss u c h a d v a n t a g e sa sw o r k i n gs t a b i ya n dr e li a b l y i n t e r f a c i n gf r i e n d l ya n do p e r a t i n g s i m p l y ，m a n a g i n ga n de x t e n d i n ge a s il y t h i sc a ds y s t e ma n di t sr e l e v a n t p r o g r a r 帆i n gm e t h o d sw i l lh a v ea ni m p o r t a n tr e f e r e n c e dv a l u eo nd e v e l o p i n go t h e r t y p eo fg e a r sc a ds y s t e m k e yw o r d s ：h y p o i dg e a r ，c a d ，o b j e e t a r x ，d a t a b a s e ，p a r a m e t e r i c a ld r a w i n g 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景与意义 在工农业生产中，齿轮发挥着重要的作用。在相交轴齿轮传动中，准双曲 面齿轮( h y p o i dg e a r s ) 不仅具有负荷能力大、结构紧凑、重合度高、传动平 稳、噪声小的特点，而且两轴线可以偏置，使传动装置的重心下降，且在适当 的偏置量下，两齿轮轴不会相碰，可以用刚性好的鞍式支承“ 。由于这些特点， 准双曲面齿轮幅传动被广泛应用于汽车等交通工具中。随着物质文明的进步与 人们生活水平提高，对车辆运行的性能与质量要求越来越高，因此，对准双曲 面齿轮进行进一步研究，改善其设计方法，提高其传动性能，具有特别的重要 意义。 准双曲面齿轮几何形状复杂，设计和加工涉及的参数众多”。1 。传统的设计 方法多是靠手工进行，所用到的项目和公式多达上千条，并需查阅大量的图表， 计算繁琐，即使非常熟练的专业技术人员使用带函数的高档计算器也需要几十 个工作日。在整个计算过程中，有数百个数据需要记录，由于笔误及操作失误， 很容易出错。而且在整个计算过程中，每一步骤的结果数据都是下一步骤或更 多步骤的输入数据，这样一环套环，只要有一个数据产生错误，将会影响以 后的所有数据的正确性。并且如果出错，很难查找，不得不重新从头算起，工 作量可想而知。鉴于以上情况，为减轻设计者的工作量、缩短设计周期、提高 设计质量，利用现代计算机辅助设计工具，开发用于准双曲面齿轮的计算机辅 助设计软件有着储多方面的重要意义。 目前国内外在齿轮c a d 开发方面已经做了一些工作，出现了一些齿轮c a d 方面的软件“。但多数只是对齿轮设计过程中某个独立的部分进行c a d 设计， 缺乏建立在软件工程规范基础上的系统整体的研究开发，真正能将齿轮设计过 程中的各个环节均实现计算机辅助设计并相互有机衔接的软件，对于复杂齿形， 如准双曲面齿轮的c a d 软件更少，大部分企业的螺旋锥齿轮设计软件依赖进口。 本准双曲面齿轮c a d 系统以国内外准双曲面齿轮加工方面的研究成果和c a d 二 次开发的一般理论为基础，对使用计算机技术实现准双曲面齿轮设计的途径和 方法进行研究和探索。课题的研究期望有效缩短准双曲面齿轮的设计和加工周 期，提高其设计质量和生产的效率，推进齿轮行业计算机应用的水平，从而产 生良好的经济效益和社会效益。本课题以准双曲面齿轮作为研究对象，综合和 提炼相关研究成果，力求使齿轮设计过程中的参数选择、几何参数计算、强度 校核、切齿调整卡计算、二维零件图参数化绘制等许多工作集成于一个系统之 中，高效、准确、实用、方便地为设计人员提供准双曲面齿轮的几何参数表、 强度校核及各种常用加工方法和加工机床的切齿调整卡、二维参数化绘制的零 件圈等。由于篇幅的限制，本文只对其中的几何参数计算、强度校核、切齿调 整卡计算和参数化绘图以及工程数据库等内容傲以尽可能祥细的研究。 该系统将帮助设计者快速全面准确地完成准双曲面齿轮设计，并且操作简 西北工业大学硕士学位论文 单、界面友好、具有w i n d o w s 标准的风格。 1 2 课题主要的研究内容与任务 1 2 1 齿坯发计 该部分包括几何参数计算及参数可行性检验。几何参数计算所用到的公式 严格遵守g l e a s o n 公司的准双曲面齿轮设计和加工的计算过程及其相关计算 卡。”。“。基本参数的输入均设计成对话框，并通过其各种处理函数对相关数据 进行试算和检验等操作。计算后所得到的参数值涵盖齿轮各部分各项尺寸，计 算结果除在屏幕上显示外，还可以进行存储或打印输出。 输入参数可行性检验用于检验设计者输入或所选参数是否符合设计的一般 要求，是否会引起根切、齿顶变尖、干涉等情况，如果不符合，系统将会给予 提示，要求重新输入或选择，直至验算通过为止。 1 2 2 齿轮强度校核与图表程序化方法 本部分根据不同工况，利用美国a g m a 强度标准“2 圾准双曲面齿轮强度校 核公式进行齿轮的接触强度和弯曲强度的校核。 在齿轮的设计中涉及大量的图表。在c a d 系统开发中，要对这些图表进行 程序化的处理，以适应编程和计算的要求。在齿轮强度校核计算过程中频繁用 到大量的表格和线图”1 。例如准双曲面齿轮a g m a 标准在选取弯曲强度和接 触强度的几何系数时按照平均压力角v 和e d 的比值共给出六种线图。通过对 图线进行分析比对，每种曲线都有一拐点，在拐点两侧，由相对较简单的曲线组 成，因此采用分段多项式插值拟合的方法，选用一元三次曲线拟合，应用统计 理论，通过多项式回归的方法，得到六组一元三次多项式。经过这样的处理后 在编程时可以把六组一元三次多项式直接编入程序使用。 1 2 3 齿轮切齿调整书编制 加工准双艟面齿轮时针对不同的机床和不同的加工方法有不同的切齿调整 卡。因此在这一部分根据前面计算所得的齿形几何尺寸，按照用户选择的刀具 规格和机床的基本参数，分别按y 2 2 5 0 、y 2 2 8 0 、n o 1 1 6 等机床针对齿轮单号单 面法、单号双面法、固定安装法，准双曲面齿轮刀倾法h f t 与变性法h g m 。3 分别 编制其切茵调整的计算程序，以对话框和制表的方式输出刀盘参数及加工机床 调整参数，即切齿调整卡供加工齿轮时调整机床使用。 1 2 4 齿轮图形绘制与a u t o c a d 的二次开发方法 该部分内容将用编程的方法参数化地绘制出准双曲面齿轮的零件图，完成 后的零件图金量避免手工修改。其中实现尺寸、角度、尺寸公差、形位公差、 耦糙度等自动标注，以及标题栏、明细表、特性表以及常用的技术要求等的自 西北工业大学硕士学位论文 动绘制和填写。设计者若想修改所绘制的零件图，完成后可以在a u t o c a d2 0 0 0 的环境下修改。 为实现上述功能本系统运用a u t o c a d 2 0 0 0 版本作为开发平台，采用其功能 强大的二次开发工具o b j e c t a r x2 0 0 0 “3 ”1 ，以m i c r o s o f tv i s u a lc 针6 0 为编 程环境，实现齿轮零件图的自动绘制“”1 。o b j e c t a r x 2 0 0 0 以c + + 为编程语言， 是在a u t o c a dr 1 3 以后版本中使用的a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) 的基 础上发展起来的第二代面向对象的c 十十编程语言，提供了与a u t o c a d 直接交互的 开发环境，能使用户方便快捷地开发出高效、简洁、专业的a u t o c a d 应用程序， 用o b j e c t a r x 进行应用开发可在同一水平上与w i n d o w s 系统集成。 a r x 应用程序与a u t o c a d 、w i n d o w s 操作系统之间均采用w i n d o w s 消息传递 机制直接通信。a r x 应用程序通过调用a c r x e n t r y p o i n t0 函数建立与a u t o c a d 消息传递的入口，在a c r x e n t r y p o i n t0 函数中用s w i t c h 语句处理来自a u t o c a d 的各种消息。a r x 应用程序与a u t o c a d 在同一地址空间内运行并能直接利用 a u t o c a d 核心数据库结构和代码。a r x 应用程序可以充分利用a u t o c a d 的开放结 构，直接访问a u t o c a d 数据库结构、图形系统以及c a d 几何造型核心。由a r x 应用程序定义的外部命令通过a c e d r e g c m d s ( ) 宏注册。这些“外部”命令与 a u t o c a d 自身固有命令一样由a u t o c a d 本身执行，享受a u t o c a d 固有命令之特权。 1 2 5 界面设计与面向对象的程序设计方法 界面设计工作贯穿于整个系统的全过程，包括基本参数输入界面、封面、 主界面等的设计与实现。软件系统的主界面设计成w i n d o w s 标准窑口形式，以 便于用户操作。面向对象的程序设计方法( o b j e e r - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g m e t h o d ，简称0 0 p ) 和可视化技术相结合的相关软件，具有准确、直观及高效等 特点，如m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o 的v i s u a lc + + 6 0 ，本课题将用该软件进行 系统界面和其它计算过程的设计。 1 2 6 专用数据库创建与维护及接阴程序编制 经过调查、归纳、整理，将设计、加工及安装准双曲面过程中用到的大量 数据、国家标准、图表等建成为一个专用数据库，并将之分为基本标准类、公 差与配合类、联接与紧固类、刀具与材料类、设计加工工艺类等几大类，数据 库下再按分类建立数据表。在系统运行过程中要不时地用到这些库中所存放的 数据，所有这些数据库是准确、迅速、可靠地实现准双曲面齿轮c a d 设计的基 础。 数据库的管理维护功能允许设计者对数据库进行浏览、添加、删除、查找、 修改等操作。齿轮c a d 系统要从数据库中获得所需要的数据，还应设计有二者 之间的接口程序。 1 2 7 系统的考核、测试与检验 在软件开发过程中，由于时间限制和各种不确定因素，可能会产生某些错 西北工业大学硕士学位论文 误或漏洞，因此需要对软件系统进行考核测试。直接的检验办法是利用该软件 设计的准双曲面齿轮与g l e a s o n 设计样本进行比对，以此来对软件进行校验、 修正，将软件系统可能存在的问题减到最低限度。 西北工业大学硕士学位论文 2 1 系统综述 第二章系统设计卜 2 1 1。般性说明 本系统设计的齿轮材料均为钢材料，最高工作速度为8 0 0 0 英尺分( 4 0 米 秒) 。形成齿形的过程为常规制造方法，不含任何特殊工艺。并且本设计系统 仅供具有锥齿轮行业基本知识和经验，能理解和合理选择常用参数的设计者使 用。 2 1 2 开发平台与开发工具 本软件选用面向对象的可视化编程语言m i c r o s o f tv i s u mc + + 6 0 作为编 程语言“”。a u t o c a d2 0 0 0 的二次开发工具o b j e c t a r x2 0 0 0 做为图形绘制部分 的开发平台。”“。 a u t o c a d2 0 0 0 是目前在w i n d o w s 9 8 n t 2 0 0 0 环境下应用最广泛的的通用 计算机辅助设计软件包。而且a u t o c a d2 0 0 0 继承并发展了a u t o c a d 一贯的开放 灵活的风格，向用户提供了包括c c + + 在内的多种开发工具，用以定制和开发 a u t o c a d 。并允许用户采用高级语言编程对其进行扩充和修改，使a u t o c a d 更加 适用于某一具体的设计领域，能最大限度地满足用户的特殊要求。 o b j e c t a r x 是a u t o c a d 2 0 0 0 二次开发的强有力工具，它是在a u t o c a dr 1 3 使用的a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n t i o n ) 的基础上发展起来的第二代面向对象 的c + + 编程环境。它采用先进的面向对象的编程机制，提供可与a u t o c a d 直接交 互的开发环境，能使用户方便快捷地开发出高效、简洁、专业的a u t o c a d 应用 程序。 在o b j e c t a r x 环境下开发的程序称为a r x 应用程序，它的本质属于w i n d o w s d l l 程序，a u t o c a d 2 0 0 0 软件本身则是典型的w i n d o w s 程序，a r x 应用程序与 a u t o c a d 、w i n d o w s 操作系统之间均采用w i n d o w s 消息传递机制宜接通信。a r x 应用程序通过调用a c r x e n t r y p o i n t ( ) 函数建立与a u t o c a d 消息传递的入口，在 a c r x e n t r y p o i n t ( ) 函数中用s w i t c h 语句处理来自a u t o c a d 的各种消息。a r x 应 用程序与a u t o c a d 在同一地址空间内运行并能直接利用a u t o c a d 核心数据库结 构和代码。a r x 应用程序可以充分利用a u t o c a d 的开放结构，赢接访问a u t o c a d 数据库结构、图形系统以及c a d 几何造型核心。由a r x 应用程序定义的外部命 令通过a c e d r e g c m d s ( ) 宏注册。这些外部命令与a u t o c a d 自身固有命令一样由 a u t o c a d 本身执行，事受a u t o c a d 固有命令之特权。另外，用户可以添加新类到 o b j e c t a r x 编程环境中，然后输出这些类以用于别的应用程序，还可以在运行时 向已存在的a u t o c a d 类添加函数以扩展o b j e c t a r x 协议。 a r x 应用程序以c + + 为基本开发语言，具有面向对象编程方式的数据可封装 西北工业大学硕士学位论文 性、可继承性及多态性等特点。用其开发的工程c a d 软件具有模块性好、独立 性强、连接简单、使用方便、内部功能高效实用以及代码可重用性强等优点， 并且支持m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ) ，能简洁高效地实现许多复杂功能。 而且用o b j e c t a r x 进行应用系统开发可在同一水平上与w i n d o w s 系统集成。正 因为这些先进的功能和特性，o b j e c t a r x 2 0 0 0 开发工具正在为众多的二次开发者 使用。 o b j e c t a r x 环境主要包含以下五个类库：a c r x 、a c e d 、a c d b 、a c g i 和a c g e ， 以及一个与原来的a d s 相兼容的函数库。其核心是两组关键的a p i ，即a c d b 和 a c e d 类库。 a c d b 类库( a c d b 是a u l o c a d 数据库的简称) 。这是a u t o c a d 数据库类，为 访问a u t o c a d 数据库提供直接接口。这一接口使开发人员可以定义专业对象如 直线、圆弧等图元，也可以通过扩展协议来扩展a u t o c a d 对现有对象和图元集 所支持的行为。 a c e d 类库( a c e d 是a u t o c a d 编辑器的简称) 。这是a u t o c a d 编辑器类，它 为a u t o c a d 图形编辑器提供核心接口。这一接口允许二次开发人员注册新的 a u t o c a d 命令，与a u t o c a d 原有核心中的命令等同执行。a c e d 还使应用程序可 以监控某些特定事件，如命令的开始、结束或取消，使某一应用程序与其它程 序之间具有特定的关系。 a c r x 类库( a c r x 是a u t o c a d 实时扩展的简称) 。a c r x 库主要用于初始化和 链接动态链接库，同时用于实时类注册和识别。 ( ) a c g i 类库( a c g i 是a u t o c a d 图形接口的简称) 。a c g i 库提供了用于绘制 a u t o c a d 实体的图形接口。该库由a c d b e n t i t y 成员函数w o r l d d r a w 0 、 v i e w p o r t d r a w 0 和s a v e a s 0 所使用，这些函数是标准实体协议的一部分。 a c g e 类库( a c g e 是k u t o c k d 几何库的简称) 。a c g e 库由a c d b 库所使用， 它提供如向量、点、矩阵等用于完成普通2 d 和3 d 图形操作的实用类。它也提 供如点、曲线和曲面等简单几何对象。a c g e 库包含两个主要的子集：即2 d 几何 图形的类和3 d 几何图形的类。 兼容a d s 的全局函数库。这是一组标准的c 函数库，从功能上讲，可包 含且乎上述五个类库的全部功能。 。在每一个o b j e c t a r x 应用程序源程序的开始都应该包含有头文件、函数声 明、接口函数等部分“5 ”1 。然后再添加用户的自定义部分。如下列程序所示： # i n c l u d e # i n c l u d e # i n c l u d e v o i di n i t a p p 0 ： v o i du n l o a d a p p 0 ： v o i ds u m e d l g ( ) ： e x t e r n ”c ” a c r x ：a p p r e t c o d ea c r x e n t r y p o i n t ( a c r x ：a p 洲s g c o d e ，v o i d * ) ： v o i di n i t a p p 0 a c e d r e g c m d s 一 a d d c o m m a n d ( ”t s i n s u m e d l g ”，”s u m e d l g ”，”s u m e d l g ”，a c r 西北工业大学硕士学位论文 x _ c m d m o d a l ，s u m e d l g ) ；j v o i du n l o a d a p p ( ) a c e d r e g c m d s 一 r e m o v e g r o u p ( ”t s i n s u m e d l g ”) ：) a c r x ：a p p r e t c o d e a c r x e n t r y p o i n t ( a c r x ：a p p m s g c o d em s g ，v o i d + p k t ) s w i t c h ( m s g ) f c a s ea c r x ：k i n i t a p p m s g ： a c r x d y n a m i c l i n k e r 一 u n l o c k a p p l i c a t i o n ( p k t ) i n i t a p p 0 ： b r e a k ： c a s ea c r x ：k u n l o a d a p p m s g ： u n l o a d a p p 0 ：) r e t u r na c r x ：k r e t o k ： ) v o i ds u m e d l g ( ) 以下为用户自定义函数部分 2 1 3 编程环境 在软件开发中，编程环境就是开发活动的舞台。软件环境选择的好坏，直 接关系着软件设计工作的效率、软件质量甚至软件编制工作的成败和软件的使 用效果。而且程序的可读性、可靠性、可维护性和效率，软件的设计乃至分析， 都要受到所用编码语言的制约，都和编码语言有密切关系。所以编码语言在程 序设计中处于中心地位，软件环境的选择实际就是编码语言的选择。在软件编 制过程中，首先要选用一种合适的编程语言，这是软件开发中一项至关重要的 工作。 用于开发a u t o c a d2 0 0 0 的o b j e c t a r x 2 0 0 0 目前只支持m i c r o s o f tv i s u a l c + + 6 0 编译器。v i s u mc + + 6 0 是m i c r o s o f t 推出的新一代面向对象的集成 编程环境，由于它功能强大，使用方便，已成为当前流行的基于w i n d o w s 平台 豹c + + 编程环境。只要在v i s u a lc + + 6 o 中正确设置o b j e c t a r x 开发环境，即 可方便地利用c + + 语言在v i s u mc + + 6 o 中添加代码进行a u t o c a d 2 0 0 0 的二次 开发。 21 4 硬件1 1 ：境 适当的硬件环境是保证软件开发效率、运行速度必不可少的条件。在确定 了编程语言、编程环境及开发平台后，必须选择与之相适应的硬件环境。 根据已选择的软件开发工具，其要求的操作系统为w i n d o w s9 8 w i n d o w s n t 4 w i n d o w s 2 0 0 0 。应满足的基本硬件环境要求为：5 8 6 1 6 6 以上的c p u 、v g a 分辨率不小于8 0 0 x 6 0 0 的显示器、3 2 m 以上内存、5 0 0 m 以上硬盘空间。 西北工业大学硕士学位论文 2 ，2系统组成 本系统功能模块包括齿轮参数输入及可行性检验、几何参数计算及制表输 出、强度校核、机床切齿调整卡计算、齿轮零件图的参数化绘制等。各模块之 间的数据传递采 用数据文件的读 写方式，以简化 应用程序。最后 用户得到的是几 何参数表、强度 校核结果、切齿 调整卡、零件图 等可存储、输出 或打印的文件。 本系统的功能模 块、工作流程及 信息流如图2 一l 所示。 图2 - i 系统功能组成及工作流程图 2 3 初始数据输入与检验 在本系统中，初始数据的输入均采用对话框的形式实现，在对话类的各个 处理模块中完成数据的接收、计算、选择、检验和保存。 2 3 1 系统界面设计 l _ 界面设计的原则 随着计算机应用的不断普及，非计算机专业人员在使用计算机的人群中所 占的比例在不断的增加。为了保证软件界面设计合理，美观醒目，提高用户使 用软件的效率和兴趣，根据软件工程的要求，在本系统软件界面设计开发中主 要遵循以下一些原则： 一致性。即采用一致的术语、步骤和活动。一致性是良好用户界面设计 的基础一可以使用户基于以往使用软件的经验预测出在某些特定情况下该软件 是如何运行的。 操作步骤少。要求操作简便，使敲键或鼠标点击次数少，简单易学。 减少人脑的记忆负担。不要求用户从一个窗口中记忆一些信息，然后在 西北工业大学硕士学位论文 另一个窗口中使用。任何需要用户记忆的信息采用设置默认值的方法组织。 引导功能。为用户完成某些操作提供清晰、明确的帮助信息，为更多的 高级特性提供联机帮助，以便用户在需要时能找到它们。 信息反馈功能。当用户要等待系统完成一个动作时，要给出一些反馈信 息，说明系统正在工作以及工作进展情况。 2 界面设计的内容和方法 基于以上的设计原则，做为机械c a d 应用特别是齿轮的c a d 方法的一般性研 究，在本系统的设计过程 中主要涉及以下几个界 面设计的内容和方法：基 于对话框应用系统中的 自绘菜单、基于对话框应 用系统中的工具条及提 示、非模态对话框做予窗 口、编辑控件的焦点捕 捉、对话框的任意折叠、 在对话框中显示2 4 位 b m p 位图等。 系统启动主界面如 图2 2 所示。应用程序安 装完成后选择榴应的菜 单或恢捷方式即可启动 图2 2系统主界面 应用程序主界面。 2 3 2 基本数据输入与参数可行性检验 在设计一对齿轮时，首先遇到的问题就是基本参数的选择。在齿轮设计的 众多参数中，齿形初始参数是众多齿坯参数中最重要的参数，这些参数的选取 和检验等都有其严格的设计规范，涉及范围很广。 软件中参数的输入均采用对话框，利用其丰富而有效的各类控件来实现。 用户可以输入相对任意的数值，软件能够判别所输入的参数是否合理，如果不合 理则提示用户进行必要的调整和重新输入。判断的依据主要是依靠经验公式。 在这里主要是检验给定的初始参数是否在合理的范围内，不加过于苛刻限制， 以免影响软件的适用性。参数经检验合格后将可选择存入数据文件并由系统自 动传递到后面的设计模块中。在图形绘制部分的初始数据是根据齿轮设计的一 般原则，经过干涉检验、标准化、序列化后确定的，例如小齿轮轴端螺纹、花 键的选择等均由上一段尺寸，经过查询专用数据库后选定。 1 数据的有效性规则“ 齿数的选定：虽然齿数是任意选定的，但一般小轮齿数选奇数，且大轮 齿数应与小轮齿数之间避免有公约数，小轮与大轮的齿数和应不小于4 0 。若是 设计汽车用的准双曲面齿轮，则小轮齿数可以选得较小。 西北工业大学硕士学位论文 选定分度圆直径或大端节锥距：一般在选定分度圆直径时，是根据经验 公式或查相应的图表，再按大小齿轮传递的功率或者扭矩的大小经过计算来选 定的。分度圆直径确定下来以后，则大端端面模数由大端分度圆直径除以齿数 求得。模数是否合适，还需经过强度计算加以验算。 确定齿宽：按多数文献所述，对准双曲面齿轮，取齿宽3 0 外锥距。另 外，齿宽不应超过端面模数的l o 倍。 确定螺旋角：准双曲面齿轮小轮多选用4 5 。螺旋角。增大螺旋角可适度 增大重合度，可使齿轮传动更加平稳，能降低噪音，同时齿轮所受轴向力也增 大，因此螺旋角不能选得过大。 选择螺旋方向：一般情况下，顺时针旋转的主动齿轮的螺旋方向为左旋， 被动轮为右旋。逆时针旋转时，情况相反。在进行大小轮受力分析时螺旋方向 和旋转方向将影响齿轮所受轴向力的方向，正车运行时应使大小轮所受为分离 推力，从而使主被动轮互相推开以避免齿轮承载过热而咬合。 齿形角选择：准双曲面齿轮的平均压力角有1 9 。、2 1 2 5 。、2 2 j 。等标 准。增大齿形角可增加轮齿的强度，减小不产生根切的最小齿数，但同时又容 易产生齿顶变尖及刀尖宽度过小的情况，还可能使重合度减小。所以，通常采 用国标或较小的齿形角。 2 数据文件的有效性检验规则 设计中用到数个用于存放设计中间结果的数据文件，在每次使用这些数据 文件前要确保其已存在且数据正确，否则将使设计进程出现不可预料的错误。 所以在每次使用前要对其进行有效性的检验。如基本输入数据文件i n p u t t x t 、 齿形参数文件s t r u t t u r e g t x t 等。检验规则其一是文件的存在性检验，其二 是文件中所存数据的可用性检验，这不包括机械设计层次上的数据可用性检验。 数据文件的存在性检验的实现方法采用m f c 的f il e f i n d 类。 肝c 的c f i l e f i n d 类可以帮助我们检索文件，m f c 完整地封装了文件检索功 能，用于文件检索的两个函数： v i r t u a lb o o lf i n d f i l e ( l p c t s t rp s t r n a e = n u l l ，d w o r dd w u n u s o d = 0 ) ： 该函数表示开始查询，如果查找成功，则该函数返回一个非零值，如果失 败则返回0 。 v i r t u a lb 0 0 lf i n d n e x t f il e ( ) ： 对于第一个文件和下一个文件都通过这个函数查询。如果下一步要调用 c f i l e f i n d 类的其它获取文件相关信息的函数，则本函数必须被至少调用一次。 在确定了文件确实存在后，对文件的可用性进行检验，检验规则主要从它 的内容来判断，即看其内容是否包含所需信息。 为此，采用m f c 的流式文件类c s t d i o f i l e 类，对文件进行按行读取，再对 每行的内容进行处理和判断，以达到检验其有效性的目的。 别外利用该文件操作类还可以实现文件搜寻用以程序中的特定功能，如在 启动a u t o c a d2 0 0 0 前梭查系统是否安装了a u t o c a d2 0 0 0 , 则可以通过这个自定 义函数实现。 西北工业大学硕士学位论文 2 3 3 程序运行实例 本设计采用设计编 号管理对不同的设计过 程进行控制，对应于不同 的齿轮幅，这样做的目的 其一是为了对不同时间， 不同参数的齿轮幅设计 数据进行保留。其二是在 对系统进行考核和完善 时方便对比不同输入数 据下的设计结果，零件图 等内容。 进入系统后，首先点 取工具栏第个图标后 输入设计编号( 本系统按 设计编号组织各组设计) 或选择一个已经存在编 号的设计( 以前已经进 行过部分或全部的设 计过程) 如图2 3 所示。 例如，选择已经做过的 编号为“a g m a l ”的设 计。 随后就可以输入 初始数据了，选择工具 栏第二个图标( 或从系 统菜单中选择) 即启动 了输入对话框如图2 - 4 所示。 点取对话框上不 同的命令按扭则可以 实现对初始输入数据 的保存、检验等功能， 另外，如果用户开始一 图2 - 3 设计编号管理 图2 - 4 初始数据输入对话框 个新的设计输入数据时还可以选择“导入”功能从其它已经完成输入数据输入 的设计的数据文件中导入数据。以后分别点取工具栏的后几项或从菜单中选择 即可完成系统的其它模块功能。 西北工业大学硕士学位论文 2 4 轮坯设训。 2 41 轮坯设计的般原则 任何一个成品齿轮的质量首先取决于轮坯的设计和制造精度。设计中必须 要考虑各种会影响齿轮性能和成本的重要因素“。齿轮的结构形状对其能否正 常工作以及能否精确制造都有影响。齿轮的结构应尽量避免过大的应力集中及 变形。为了使齿轮能正常工作以及切齿和热处理时能可靠地装夹，齿轮结构应 有足够的刚性，这不仅对制造精度有好处也影响加工效率。为此，凌轮的安装 内孔、轴颈、轮毂和其它定位面应该与齿轮直径和径节成适当的比例。应避免 内孔太小、腹板太薄以及导致过分伸出和挠曲的情况。 压紧面：带内孔齿轮在切齿时要靠压板在轮毂前端将它压紧，为此轮坯要 留有一个适当的压紧端面。 背锥：齿根以下的金属实体应有足够的厚度以满足支撑轮齿的要求。该部 分实体厚度最小不低于全齿高。重载齿轮需要更厚的背锥实体。小端及齿中部 也应保持同样的厚度。对于无腹板式的齿圈，螺纹底孔与齿根线之间至小应保 持相当于三分之一齿高的实体。 载荷方向：考虑过大的局部应力和变形，对重载情况在设计齿轮和支承时， 预先分析受力的大小和方向是有益的。在可能的情况下，轴剖面内腹板的支承 方向应尽可能迎向轮齿受力方向。组装式齿轮根据其轮齿受力方向应设计成相 应的型式。 定位面：齿轮豹背面应设计足够大的定位面，该面精切或磨削与内孔相垂 直，用做齿轮装配和切齿时的轴向定位。 辅助定位斌：对于节圆直径与孔毂直径之比较大的大齿轮( 2 5 ) ，应该 在背面设计如图施辅助定位面。对于薄腹板大齿轮，为防止切削压力带来的变 形和振动，