（机械设计及理论专业论文）环板式针摆行星传动cad系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 环板式针摆行星传动是国际上创新研究出的一种具有实用价值的新型传动，它是在 分析比较以渐开线为齿形的诸种环板式减速器和常规摆线针轮行星传动各自优缺点的 基础上创新研制的一种新型摆线针轮行星传动。由于环板式针摆行星减速器尚处于研究 阶段，其设计与制造有待于深入研究，对动力学与c a d 系统的研究，剖析振动机理，提 出相应的改进措施，设计具有优良动态性能的行星齿轮装置，对机械工业发展具有重要 的意义。 本文在已有研究的理论基础上，为了提高环板式针摆行星传动的应用，以及设计和 研究水平，建立了一个设计与分析集成的c a d 系统，实现图纸与信息的统一管理。本 系统是在m i c r o s o f tw i n d o w sx p 的微机操作系统下采用客户朋艮务器体系结构，v i s u a l c + + 6 0 编程软件作为前台开发工具，由s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为后台支持的数据库管理技 术，开发的环板式针摆行星传动的c a d 系统。本系统的优点是：m i c r o s o f tw i n d o w sx p 操作系统有内装的机器与网络联结在一起的功能，拥有极好的安全系统；客户服务器体 系结构具有开放性、互换性和可扩展性的优势；v i s u a lc + + 6 0 具有面向对象技术的支持， 通过m f c 类库的方式很容易实现应用程序的设计；s q ls e r v e r 2 0 0 0 具有跨平台、跨协 议、好的兼容性等特点。 本文开发的c a d 系统，具有四大主要功能模块：产品信息模块，分析优化模块， 图库管理模块以及用户安全与维护模块。为以后环板式针摆行星传动减速器的设计和研 究提供了一个基础的设计、分析、管理平台。 本论文具体研究的主要内容： ( 1 ) 提出了通用c a d 系统模型结构，并综合考虑系统的扩展性和集成性，数据处理 系统采用模块化方式，完成了面向对象的c a d 系统模型的建模过程。 ( 2 ) 采用v i s u a lc + + 6 0 的m f c 开发工作平台，建立关于数据库中表的类；采用 c s 结构模式，运用数据库管理技术，实现产品的数据和图纸信息的添加，删除，修改， 查询等功能；以及图库和用户的管理功能。 ( 3 ) 连接各种分析程序，实现力分析，参数优化等功能，并对刚度进行分析，得出 影响刚度变化的各种不同因素； ( 4 ) 完成了在外观尺寸不变的情况系列化设计，并进行了分析、强度校核，完成设 计产品的工程图，保存在图库里。 关键词：c a b 系统；环板式针摆行星传动；数据库；产品系列化 摘要 a b s t r a c t c r a n kr i n g p l a t e - t y p ec y c l o i dd r i v ei san e w - t y p ed r i v ep o s s e s s i n gp r a c t i c a lv a l u e i ti s p r o p o s e da f t e ra n a l y z i n gt h em e r i t sa n dt h es h o r t c o m i n g so fi n v o l u t eg e a rr i n g - p l a t ed r i v ea n d t r a d i t i o n a lc y c l o i dd r i v e b e c a u s ei ti ss t i l la tt h es t a g eo fs t u d y i n g ，i t sd e s i g na n dm a n u f a c t u r e n e e dt ob ef u r t h e rs t u d i e d i ti se x t r e m e l ym e a n i n g f u lf o rm e c h a n i c a li n d u s t r yt os t u d yi t s d y n a m i c s ，t oa n a l y z et h e v i b r a t i o nm e c h a n i s m ，t op r e s e n tt h em e a s u r e st oi m p r o v e p e r f o r m a n c e ，a n dt od e s i g np l a n e t a r yg e a rt r a i n sw i t hs u p e rp e r f o r m a n c e b a s e do ne x i s t i n gt h e o r i e s ，t h ea r t i c l eh a v ee s t a b l i s h e dad e s i g na n dt h e a n a l y s i s i n t e g r a t i o nc a ds y s t e m ，a n dr e a l i z e dd r a w i n ga n di n f o r m a t i o nu n i f i c a t i o nm a n a g e m e n t ，i n o r d e rt od e v e l o pt h ea p p l i c a t i o n ，t h ed e s i g na n dt h er e s e a r c hl e v e lo fc r a n kr i n g - p l a t e t y p e c y c l o i dd r i v e t h i ss y s t e mi st h ec r a n kr i n g p l a t e - t y p ec y c l o i dd r i v ec a ds y s t e mw h i c hi s d e v e l o p e dw h e nm i c r o s o f tw i n d o w sx pi s u s e da s o p e r a t i o ns y s t e m ，c l i e n t s e r v e r a r c h i t e c t u r ev i s u a lc + + 6 0p r o g r a ms o f t w a r ea sad e v e l o p m e n tt o o li i lt h ef o r t h , a c c e s s2 0 0 0 a ss u p p o r td a t a b a s e t h ea d v a n t a g e so ft h i ss y s t e ma r e ：m i c r o s o f tw i n d o w sx ph a saf u n c t i o n o fj o i n i n gac o m p u t e r 、) l ，i t l lan e t w o r k ，s oi th a sag o o ds a f e t ys y s t e m ；c l i e n t s e r v e r a r c h i t e c t u r e sh a so p e n n e s s ，i n t e r c h a n g e a b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y ；v i s u a lc + + 6 0h a st h e s u p p o r to fo b j e c t - o r i e n t e dt e c h n i c a l ，i ti sv e r ye a s yt or e a l i z et h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r ed e s i g n t h r o u g ht h em f c c l a s sl i b r a r y ；s q ls e r v e r2 0 0 0i sc r o s s - p l a t f o r m ，m u l t i - p r o t o c o la n dh a sa g o o dc o m p a t i b i l i t y t h ec a ds y s t e mt h i sa r t i c l ed e v e l o p e dh a sf o u rm a i nf u n c t i o n sm o d u l e s ：p r o d u c t i n f o r m a t i o nm o d u l e ，a n a l y s i so p t i m i z a t i o nm o d u l e ，g r a p h i cl i b r a r ya d m i n i s t r a t i o nm o d u l ea n d u s e rs a f e t ya n dm a i n t e n a n c em o d u l e t h i sp r o v i d e saf o u n d a t i o nd e s i g n ，a n a l y s i sa n d m a n a g e m e n tp l a t f o r mf o r t h ed e s i g na n ds t u d yo fc r a n kr i n g - p l a t e - t y p ec y c l o i dd r i v e m a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e r ： ( 1 ) p u tf o r w a r dt h eg e n e r a lc a ds y s t e mm o d e ls t r u c t u r ea n df i n i s h e dt h eo b j e c t - o r i e n t e d c a ds y s t e mm o d e lm o d e l i n gp r o c e s sb yc o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no fe x t e n s i o na n d i n t e g r a t i o no ft h es y s t e m ，a n d t h ed a t ap r o c e s s i n gs y s t e ms e l e c t st h em o d u l a rm e t h o d ( 2 ) u s e sv i s u a lc + + 6 0m f cd e v e l o p m e n tw o r k i n gp l a t f o r m ，e s t a b l i s h e dac l a s sa b o u t t h et a b l eo ft h ed a t a b a s e ；u s e st h ec ss t r u c t u r ep a t t e m ，u t i l i z e st h ed a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o n t e c h n o l o g y ，r e a l i z e dt h ef u n c t i o no fi n c r e a s e ，d e l e t e s ，m o d i f i c a t i o n ，q u e r ya n ds oo n ；a sw e l l a st h ef u n c t i o no fg r a p h i cl i b r a r ya n du s e r sm a n a g e m e n to fp r o d u c t s d a t aa n dd r a w i n g i n f o r m a t i o n ( 3 ) t h i ss y s t e mc o n n e c t e dt oa l lk i n d so fa n a l y s i sp r o g r a m ，r e a l i z e ds t r e n g t ha n a l y s i s ， o p t i m i z e dp a r a m e t e ra n dc a r r i e do nt h ea n a l y s i st ot h er i g i d i t y ，o b t a i n e dd i f f e r e n tf a c t o r s w h i c hi n f l u e n c e dr i g i d i t y i i i 大连交通大学t 学硕十学位论文 ( 4 ) c o m p l e t e ds e r i e sd e s i g ni na p p a r e n ts i z ei n v a r i a b l e ，a n dc a r r i e do nt h ea n a l y s i s ，t h e i n t e n s i t ye x a m i n a t i o n ，c o m p l e t e de n g i n e e r i n gd r a w i n go ft h ed e s i g n e dp r o d u c t t h e e n g i n e e r i n gp l a t ，p r e s e r v e si ng r a p h i cl i b r a r y k 呵w o r d s ：c a ds y s t e m ；r i n g - p l a t e - t y p ep i n - c y e l o i d a lg e a rp l a n e t a r yd r i v e ； d a t a b a s e ；p r o d u c ts e r i a l i z a t i o n i v 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太蓬銮通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整交通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太整銮通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：国丑燕 导师签名： 并函毛 日期：硼留年歹月牛日 日期：劣谚年月斜日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电子信箱： 电话： 邮编： 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太整銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：司丑藏、 日期：2 0 - o8 年月争日 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论弟一早珀 了匕 1 1 1 摆线针轮行星传动 摆线针轮行星传动最早是由德国人提出的以外摆线为齿廓曲线的少齿差传动，其特 点是传动比范围大、结构紧凑、可靠性高和寿命长。二十世纪9 0 年代以前，摆线针轮行 星传动主要应用在通用传动领域，以后随着研究的不断深入，其应用范围不断拓宽，在 微机械、机器人传动装置、精密机械传动、超小型传动、宇航设备、测量仪器、住宅智 能化和高新技术设备等方面都有一定的应用，说明摆线针轮行星传动的生命力正在不断 增强。 环板式针摆行星传动是国际上创新研究出的一种具有实用价值的新型传动，它是在 分析比较以渐开线为齿形的诸种环板式减速器和常规摆线针轮行星传动各自优缺点的 基础上创新研制出的一种新型摆线针轮行星传动。其特点是既保留了原摆线针轮行星传 动传动比范围大、硬齿面多齿啮合承载能力大、传动效率高、传动平稳等一系列优点， 又因将转臂轴承由行星轮内移至行星轮外，尺寸不受限制，且省去了传统摆线针轮行星 传动复杂的输出机构，而具有较大的输出轴刚度，更进一步提高传递转矩等优点，是一 种很有研究开发价值的新型传动。这种传动在运输、石油、化工、矿山、建筑、轻工等 行业具有广泛的应用前景。 9 0 年代以来，随着以计算机技术为主的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大 的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快，市场竞争日趋激烈。 随着现代社会的快速发展，各种产品日新月异，产品的寿命缩短，产品更新换代的速度 逐渐加快，对产品设计与制造的要求也越来越高，日益激烈的市场竞争要求现代化企业 必须低成本高效率的开发新产品。但是产品从设计到投产是一个复杂的过程，它包括产 品总体方案设计、概念设计、制造加工与装配等多个环节。其间还要进行一些分析与校 核。传统的设计与制造方法难以全面考虑这些环节。企业必须具备新产品的开发、研制 及创新能力，有自己的便于更新的产品设计平台，才能不断快速地推出适应市场需求、 满足顾客需要的新产品，才能在激烈的市场竞争中生存下来。急需产品设计、分析开发 平台c a d 系统。 1 1 2c a d 技术 大连交通大学工学硕士学位论文 c a d 技术作为加速产品创新设计的有效途径，越来越得到设计人员的重视。众多 行业的实践经验表明，采用c a d 技术可以显著地缩短设计周期，提高设计质量和生产 效率，是加速产品更新换代的有效手段，也是改造传统生产过程的必由之路。c a d 技 术的发展与应用水平已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。因此，国家“8 6 3 ”计 划专门投资，支持三维c a d 软件的开发和产业化，以此为背景，国内c a d 技术的研究 和应用进入了新的发展阶段。 1 1 3 课题意义 为了提高环板式针摆行星传动系统的应用，设计和研究水平，充分发挥环板式针摆 行星传动的优越性，推广这一新型传动形式，提高设计质量、缩短设计周期，快速投向 市场，需建立一个集设计、分析、管理于一体的c a d 系统，具有非常重要的现实意义。 本系统以v s u a i c + + 6 0 为前台开发工具，利用s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库管理技术，实现对 产品数据管理、分析管理、图纸管理等。本课题建立了的环板式针摆式行星传动减速器 常用件及标准件数据库，在产品设计时能直接调用，使产品开发者集中精力在非标准件 部分，该系统的开发将大大方便用户进行减速器结构的设计，可以提高设计效率和质量， 缩短产品的开发周期。 1 2 国内外相关研究现状 1 2 1 环板式针摆行星传动的现状 进入2 0 世纪9 0 年代以来，在工业自动化机器人回转装置的选择中，摆线针轮传动 更是作为一种比较理想的传动形式应用其中。目前，国外主要是日本住友公司的产品占 据着市场，住友公司不断应用新的研究成果，使产品更新换代，相继生产了8 0 系列， 9 0 系列，2 0 0 系列，r - v 系列，f a 高精传动系列。其产品发展的趋势是更高的运动精度， 更大的传递功率，更广的传动范围。 现有的用渐开线为齿形的双、三环板式减速器，因传动比大，比以前通用的渐开线 少齿差减速器省去输出机构且输出轴刚性好，此外转臂轴承由在行星轮内，尺寸受限制， 变为转臂轴承在行星轮外，尺寸不受限制，能显著提高传递的转矩，从而被重庆钢铁设 计研究院作为专利技术在国内推广，并已有系列产品出现在机械传动领域，输出转矩可 达4 6 9 k n m ，远远超过以往通用的渐开线少齿差减速器。继而作为一种有发展前途的 新型传动出现，但其仍然保留着通用渐开线少齿差减速器的一些缺点：如重合度过小， 不仅限制了其承载能力，而且影响传动平稳性；啮合角过大，不仅使传动效率降低，而 且使转臂轴承寿命显著缩短；传动比范围小；内齿轮不能用硬齿面，使得整个减速器尺 寸增大等。 2 第一章绪论 结合渐开线环板式减速器与摆线针轮减速器的优点，大连交通大学何卫东教授于 1 9 9 9 年创新提出了双曲柄环板式针摆行星传动，并申请了国家专利。双曲柄环板式针摆 行星传动的结构形式主要有以下七种主要机型：同步带联动双曲柄双环板和四环板针摆 行星传动、双电机驱动双曲柄四环板针摆行星传动、输入轴与输出轴同轴线的三齿轮联 动双曲柄双环板和四环板针摆行星传动、输入轴与输出轴不同轴线的三齿轮联动双曲柄 双环板和四环板针摆行星传动。 1 2 2c a d 技术发展现状 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是指工程技术人员以计算机 为工具进行设计活动的全过程：包括资料检索、方案构思、分析计算、工程绘图和编制技 术文件等，是随着计算机、外围设备及软件的发展而形成的- - 1 q 综合性很高的新技术【。 广义的c a d 包括设计和分析两个方面。c a d 技术本身是一项综合性的、技术复杂的系 统工程，涉及许多学科领域，如计算机科学和工程、计算数学、几何造型、计算机图形 显示、数据结构和数据库、仿真、数控、机器人和人工智能学科和技术以及与产品设计 和制造有关的专业知识等。c a d 技术可以承担产品设计中的零件设计、装配设计、模 具设计、机构设计与分析、有限元分析、数控加工与仿真等环节的关键工作，与传统的 设计内容和方式相比产生了根本性的变革【2 】。 c a d 技术产生于上世纪5 0 年代后期发达国家的航空和军事工业中，在发展初期， c a d 的含义仅仅是c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ，而非现在我们经常讨论的c a d 所包含的 全部内容。6 0 年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行， c a d 开始迅速发展。在7 0 年代初c a d 技术的应用有了较大突破。此后，c a d 技术迅 速发展并经历了四次技术革命：曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术及变量化技术 【3 】 o 在国外，c a d 技术已经得到充分的发展和广泛的应用，并取得了明显的经济效益。 例如：美国波音公司的7 4 7 飞机就采用了c a d 技术，实现了无图纸设计，比英国的三叉 戟飞机晚开工，却早一年完成；美国g m 公司汽车设计中应用c a d 技术，使新型汽车的 设计周期由五年缩短为三年，新产品的可信度由2 0 提高到6 0 。又如，在美苏冷战中， 当年美国依靠大功率计算机辅助工程设计的帮助，能在一年半内绘制出“尼米兹 级核 动力航母建造所需的1 0 万余张图纸，而苏联没有这些条件，只好发动各设计局的精兵 强将“土法上马 ，大量运用人工绘制和运算，结果用了比美国多两倍的时间才勉强拿 出大吨位航母的设计图纸。 3 大连交通大学工学硕+ 学位论文 近几年来，随着计算机技术的飞速发展，c a d 技术已经由发达国家向发展中国家 扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计 手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采 用c a d 技术。 我国c a d 技术的研究和开发工作起步相对较晚，自8 0 年代开始，c a d 技术应用 工作才逐步得到了开展。国家逐步认识到开展c a d 应用工程的必要性和可靠性，并在 全国各个行业大力推广c a d 技术，同时展开c a d 技术的开发和研制工作。近年来，我 国c a d 技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开 发以外，还诞生了不少具有自主版权的c a d 系统，如高华c a d 、开目c a d 等，由于 这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的 市场份额。 从c a d 技术的发展趋势，可以看出，c a d 正经历着由传统技术向现代技术的转变， 为此，提出“现代c a d 技术 的概念，可表述如下：现代c a d 技术是指在复杂的大系 统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法、设计环境、设计工具各相关技术的 总称，它们能使设计工作实现集成化、网络化和智能化，达到提高产品设计质量、降低 产品成本和缩短设计周期的目的。 如今，c a d 技术己广泛应用于航空航天、电子、机械、建筑、轻纺、化工、交通、 影视、教育等各个领域，并取得了明显的经济效益和社会效益【6 】。c a d 技术的发展与应 用水平己成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。 1 2 3 数据库管理技术的研究与发展 数据库是统一管理相关数据的集合，数据是指使用符号记录下来的、可以识别的信 息，信息则是关于世界事务存在方式或运动状态的放映。 客观存在、可以互相区别的东西称为实体。实体既可以是具体的对象，也可以是抽 象的事件。实体有许多特性，实体的特性又称为属性。每一个属性都有一个值域，其类 型可以使整数型、实数型、字符型、日期型等。可以惟一地标识每一个实体的属性或属 性集成为实体的键，有时也称为实体的标识符。实体间存在的各种关系成为实体联系。 模型是对现实世界的抽象，实体类型和实体之间联系的模型称为数据模型。典型的数据 模型包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。 数据的描述有两种形式，一种是物理描述，一种是逻辑描述。物理描述指数据在存 储设备上的存储方式，物理数据是实际存放在存储设备上的数据。逻辑数据描述指计算 机程序员或用户可以操作的数据形式，是抽象的概念。 数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) 是位于用户与操作系统之 间的一层数据管理软件。它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，这些方法包括数 4 第一章绪论 据库的建立、查询、更新以及各种数据控制。d b m s 总是基于某种数据模型，因此可以 把d b m s 看成某种数据模型在计算机系统上的具体实现。关系型d b m s 基于关系模型。 关系模型的主要特征是使用表格结构表达实体集，用外键表示实体之间的联系。 d b m s 的主要功能包括数据库的定义、操作、保护、维护和数据字典等功能。数据 库的定义功能指使用数据定义语言来定义数据库的3 级结构，包括外模式、概念模式和 内模式以及这些模式之间的映射。数据库的操作功能是指提供数据操纵语言实现对数据 的操作，基本的数据操作包括检索、插入、修改和删除等。数据库的保护功能主要是指 数据库的并发控制、数据库的恢复、数据完成性控制和数据安全性控制等。数据库的初 始数据加载、转换、转储、改组以及性能监测和分析等是数据库的维护功能。 数据库系统( d a t a b a s es y s t e m ，d b s ) 是一个复杂的系统，它是采用了数据库技术 的计算机系统。d b s 的含义不仅仅是一组对数据进行管理的软件，也不仅仅是一个数据 库。d b s 是一个实际运行的、按照数据库方法存储、维护和向应用程序提供支持的数据 的系统，它是存储介质、处理对象和数据库管理系统的集合体，由数据库、硬件，软件 和数据库管理员4 部分组成。 数据库技术从2 0 世纪6 0 年代中期产生，己经有4 0 多年的历史，它经历了三代演 变，网状与层次数据库、关系数据库、对象与关系数据库，造就了c w b a c h m a n 、 e f c o d d j a m e s 和g r a y 三位图灵奖得主 7 1 。发展到今天，产生了以数据库管理系统核心 技术为主导的数据库学科；带动了一个软件产业一一d b m s 产品及其相关工具，并在现 实世界中得到了众多企业和政府管理机构的成功应用。数据库技术是计算机领域发展最 快的学科之一，因为它既是一门非常实用的技术，也是- f 3 涉及面广、研究范围宽的学 科。因此，他吸引了理论研究、系统研制和应用开发等不同方面众多的学者、专家和技 术人员致力于其研究和实践【8 j 。 数据库技术是计算机科学技术的一个重要分支。从2 0 世纪5 0 年代中期开始，计算 机应用从科学研究部门扩展到企业管理及政府行政部门，人们对数据处理的要求也越来 越高。1 9 6 8 年，世界上诞生了第一个商品化的信息管理系统i m s ( i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ) ，从此，数据库技术得到了迅猛发展。在互联网日益被人们接受的今天，i n t e m e t 又使数据库技术、知识、技能的重要性得到了充分的放大。现在数据库已经成为信息管 理、办公自动化、计算机辅助设计等应用的主要软件工具之一，帮助人们处理各种各样 的信息数据。 我国数据库技术的研究起步较晚，直到2 0 世纪7 0 年代末才真正开始。2 0 世纪8 0 年代初，许多研究所和高等院校开始进行关系数据库管理系统、分布式数据库管理系统 和数据库应用系统的研制，既培养了人才，又积累了技术。从2 0 世纪8 0 年代中期开始， 5 大连交通大学工学硕士学位论文 以o r a c l e 公司为代表的国外数据库公司纷纷进入我国，他们带来了国外先进的产品和技 术，同时也占领了中国的数据库市场。2 0 世纪9 0 年代，我国在国家“八五 、“九五 科技攻关计划、8 6 3 高科技计划等项目的支持下，开展了数据库产品化的实践。面对国 外实力雄厚的数据库厂商，科技人员艰苦工作、无私奉献，用不到国外同行所用投资的 百分之一的经费，研制了关系数据库、分布式数据库、并行数据库、面向对象数据库、 嵌入式移动数据库等有自主版权的产品或原型，成为我国数据库产业的星星之火。相信 在国家有关政策和企业的支持下，这些星星之火一定能成燎原之势。 本文融合了c a d 技术和数据库管理技术，建立了环板式针摆行星传动c a d 系统。 1 3 课题的研究内容 1 3 1 课题研究的主要内容 本课题在深入研究环板式针摆行星传动系统设计方法的基础上，根据环板式针摆行 星传动系统的已有资料，开发了集产品的信息、设计和分析于一体的环板式针摆行星传 动的c a d 系统软件，为环板式针摆行星传动的研究与应用提供了一个综合的管理、设 计、分析平台。 其主要研究内容如下： ( 1 ) 系统总体分析和设计：研究环板式针摆行星传动的结构特点，选择开发工具及运 行环境，提出系统总体设计方案。采用基于面向对象的开发方式，提出了通用c a d 系统 模型结构，并综合考虑系统的扩展性和集成性，数据处理系统采用模块化方式，完成了 面向对象的c a d 系统模型的建模过程。 ( 2 ) 进一步探索系统核心的实施方法，采用v i s u a lc + + 6 0 的m f c 开发工作平台， 建立关于数据库中表的类；采用用c s 结构模式，运用s o ls e r v e r 2 0 0 0 数据库管理技 术，建立减速器零部件数据库； ( 4 ) v i s u a lc + + 6 0 与s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库的接口技术：在v i s u a l c + + 6 0 开发 环境中，采用a d o 作为数据访问接口，实现用户对s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库的访问，以 集中管理好减速器的各种数据； ( 5 ) 实现产品数据和图纸信息的添加，删除，修改，查询等功能；完成产品信息模 块和图库管理模块； ( 6 ) 连接各种分析程序，进行数据分析，保存，并对刚度进行分析，得出影响刚度 变化的各种不同因素；完成分析优化模块；采用集成方式创建环板式针摆行星传动针摆 行星传动设计、分析c a d 系统平台。 ( 7 ) 程序的调试与测试； 6 第一章绪论 ( 8 ) 进行产品系列化设计，在保证系列化设计基本原则的基础上，对于不同传动比 下的产品进行设计，并进行了强度校核，完成设计产品的工程图，保存在图库里。 1 3 2 系统研究过程 本论文所要研究的环板式针摆行星传动c a d 系统的研究过程如图： l 改进及完善功能模块 图1 1 研究过程流程图 f i g 1 1r e s e a r c hp r o c e s sf l o wc h a r t 7 大连交通大学工学硕士学位论文 本章小结 本章主要介绍了 1 ) 本课题的选题背景和意义； 2 ) 综述了与课题有关的国内外研究现状，其中包括c a d 技术、数据库管理技术； 3 ) 介绍了本论文的主要研究内容。 8 第二章系统总体方案设计 第二章系统总体方案设计 2 1 系统开发方法 现代c a d 系统的开发必须以软件工程的观点和正确的方法论为指导，以减少和避 免开发过程中的失误，提高效率和保证系统的质量。本环板式针摆行星传动c a d 系统 严格按照软件工程学的方法进行开发。根据信息活动的规律，本系统软件的开发可大体 划分为四个阶段：总体规划、系统分析、系统开发和系统维护。前两个阶段是以系统工 程方法论为指导的总体设计【9 j ，后两个阶段是以软件工程方法论为指导的软件开发。 ( 总体设计) ( 软件设计) 图2 1c a d 系统开发示意图 f i g 2 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fc a ds y s t e md e v e l o p m e n t 统 软件从开始设计、开发、实现运行到最后停止使用的整个阶段称之为生存期，一般 分为需求分析、总体设计、详细设计、编写代码、测试、运行维护六个阶段，在每个阶 段都有其具体内容【1 0 1 。 ( 1 ) 需求分析阶段：确定软件的开发要求，包括软件应完成的功能、软件的性能和可 靠性等，选择软件开发的软硬件环境。 ( 2 ) 总体设计阶段：明确软件的系统结构，包括划分模块、模块之间的通信等。 ( 3 ) 详细设计：把总体设计阶段确定的各个功能模块进一步划分为程序模块。 ( 4 ) 编码阶段：编写各个程序模块的源代码。 9 大连交通大学工学硕士学位论文 ( 5 ) n 试阶段：对软件进行测试，以检查软件在功能和结构方面的缺陷。 ( 6 ) 软件维护阶段：软件交付用户使用后，对软件进行纠错、完善和扩充。本章将完 成总体设计阶段的工作，系统需求分析及总体规划如下。 2 2 性能需求分析 环板式针摆行星传动c a d 系统的总体目标是：为设计者提供环板式行星针摆传动 设计、分析、管理为一体的通用的开发平台，结合目前先进制造技术以及我国制造业的 具体现状，面向快速响应的减速器集成设计系统应满足如下性能需求： ( 1 ) 实用性 为充分发挥该系统的经济效益和社会效益，必须立足企业的具体实际情况，注重系 统的实用性，而且要考虑大量数据的存贮、维护与更新的方法，使系统在个相当长的 生命期内能正常的运行以及简便的维护。 ( 2 ) 集成性 基于知识的减速器参数化c a d 系统不是一个以减速器常用件为主体对象的孤立系 统。它应与计算机辅助分析( c a e ) 、产品数据管理系统( p d m ) 相连。所以，c a d 系统必 须为今后实现企业信息集成打下基础。要实现系统高度的集成性，必须建立以p d m 为 核心的统一的产品数据库。 ( 3 ) 继承性 企业实现快速响应市场的关键，是有效利用各种信息资源。企业在长期的生产活动 中，积累了大量宝贵的信息( 图纸、文件、数据、经验、标准、规范等) ，对这些信息进 行充分挖掘和科学重组，使之资源化，成为便于重复利用的信息资源。在新零件的设计 过程中，尽量重用己有的信息资源，可以有效实现零件的快速创建。 ( 4 ) 开放性 开发与运行环境应符合工业标准。系统应具有良好的通用性、可移植性和扩充性， 各子系统的设计应采用模块化结构和开放的系统，为后续开发和使用保留应有的余地和 接口，便于今后系统的扩展和维护。 ( 5 ) 可靠性需求 系统运行必须稳定可靠，自行开发软件的测试需要经过严格的测试和运行考验，软 件应具有强大的容错和出错处理能力等。 2 3 系统开发工具及运行环境 本文开发的环板式针摆行星传动c a d 系统，其体系结构从上到下分为四层：应用层、 开发环境、数据库层和计算机系统层【1 1 】，如图2 2 所示： 1 0 第二章系统总体方案设计 应 用 系 统 支 撑 系 统 图2 2 系统体系结构图 f i g 2 2s y s t e ms t r u c t u r ec h a r t ( 1 ) 计算机系统层 计算机系统层包括系统所需的所有计算机硬件和操作系统。系统软件算机的操作系 统( 如d o s 、w i n d o w s 、u n i x 等) 。 ( 2 ) 数据库层 数据库设计采用c s 结构。零件的所有信息和尺寸参数都存储在数据库。总之，任 何对零件库的操作都最终体现为对数据库的操作。 ( 3 ) 开发环境 开发应用软件所使用的高级语言( 常见的有c 、c + + 、v c + + 、v b 等) ( 4 ) 应用层 应用层是零件库的操作层。设计人员可通过应用系统提示的人机界面进行操作。用 软件就是指专门针对某一问题开发的专用程序。 2 3 1 系统开发工具的选择 目前应用软件的开发工具很多，例如：v i s u a lc + + 、c + + b u i l d e r 、t u r b oc 、v i s u a l j 抖、jb u i l d e r 、v i s u a lb a s i c 等。各种软件开发工具各有特色，应用领域亦各有偏重。 v i s u a lc + + 6 0 是m i c r o s o f t 公司于1 9 9 8 年推出的基于w i n d o w s 系统的优秀的集成 开发环境。正是由于v i s u a lc + + 6 0 与w i n d o w s 操作系统的紧密联系，再加上m i c r o s o f t 公司为v i s u a lc + + 6 0 开发的功能强大的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 ，微软基础类 大连交通大学工学硕士学位论文 库) ，使得用v i s u a lc + + 6 0 语言编写的应用程序与其他开发语言相比，具有尺寸小， 速度快，效率高等优势，因此v i s u a lc + + 6 o 成为广大开发人员的最爱。v i s u a lc + + 6 0 的最大的特点就是提供了对面向对象技术的支持，它利用类把大部分与用户界面设计有 关的w i n d o w sa p i 函数封装起来，通过m f c 类库的方式提供给开发人员，大大提高了 程序代码的重用性。v i s u a lc + + 6 0 提供了一个功能强大的a p p w i z a r d ( 应用程序生成向 导) ，它能帮助用户自动生成一个运行程序框架，用户只需在该框架的适当部分添加扩 充代码就可以得到一个满意的应用程序。v i s u a lc + + 6 0 集程序的代码编辑、编译、连接、 调试等于一体，给编程人员提供了一个完整而又方便的开发界面和许多有效的辅助开发 工具【1 2 】【1 3 】。由于v i s u a lc + + 6 0 开发环境支持类和面向对象的概念，功能强大，开发的 软件效率高，在实践中亦被广泛应用，为此我们决定采用v i s u a lc + + 作为本系统的程序 设计工具。 在本系统中，v i s u a l c + + 6 0 主要用于开发常用的数据库管理系统用户界面。 2 3 2 数据库开发工具的选择 本系统的数据管理模块主要应用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 数据库进行设计。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 是一个分布式的关系型的数据库管理系统，具有客户机服务 器体系结构，采用了一种称为t r a n s a c t s q l 的s q l 语言在客户机和服务器之间传递客 户机的请求和服务器的处理结果。 选用该数据库的主要原因是： 1 ) m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 是m i c r o s o f t 公司推出的数据库管理系统，是当前非 常流行的数据库管理系统之一，拥有较大的市场占有率和广泛的用户群体。 2 ) m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 数据库功能强大，可以实现自动备份、事物管理等多 功能，可以满足各种类型应用的需要。 3 ) m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 易于使用。它拥有中文界面和全中文的帮助系统，便 于用户查阅与学习，而且它的用户群庞大，交流很方便，遇到问题能找到多种解决途径， 如通过网络论坛等。 4 ) m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为开发企业应用的数据库系统非常合适，因为微软 的数据库系统是最容易使用和容易掌握的产品之一，我们可以在比较短的时间内学会并 应用到实际开发之中。 2 3 3 系统开发及运行环境 硬件环境： c p u ：p e n t i u m 42 g h z 及以上： 内存：5 1 6 m b 及以上； 硬盘：8 0 g 以上； 1 2 第二章系统总体方案设计 显卡：基于o p c n g l 的显卡，至少2 5 6 m b 显存： 鼠标：三键鼠标。 软件环境： 操作系统：m i c m s o l lw i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l ： 应用软件：m i c r o s o f t v i s u a l c + + 60 、m i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 企业版。 2 4c a d 系统的结构设计 2 a1 环板式针摆行星结构概述 环板式针摆行星传动是一种新型齿轮传动