基于CAXA的齿轮CAD研究 现关可以借鉴.pdf

独创性 或创新性 声明 本人声明所呈交的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中所罗列 的内容以外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也 不包含为获得北京邮电大学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了谢意 申 请学位论文与资料若有不实之处 本 人 签 名 酗 本人承担一切相关责任 日 期 1 v 8 夕 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和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北京邮电大学 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和磁盘 允许学位论文被查阅和借 阅 学校可以公布学位论文的全部或部分内容 可以允许采用影印 缩印或其它 复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后遵守此规定 保密论文注释 本学位论文属于保密在 一年解密后适用本授权书 非保密论 文注释 本学位论适用本授权书 本人签名 导师签名 日期 日期 2 2 齿轮现代设计方法开始应用 动态设计 振动和噪声控制和可靠性分 析进入实用性研究 3 计算机辅助设计 C A D 技术在齿轮设计 制造和生产管理等方面得到 广泛应用 技术日渐成熟 效果显著 我国的齿轮工业开始于建国之初 七 八十年代中 我国进口大型成套工业 装备 通过国家重点投入和数量可观的技术或产品引进 齿轮技术又在试制样机 和备件国产化的攻关中得到发展 同时还进行了一系列基础数据和工艺 设备的 研究 缩小了与国际先进水平的差距 九十年代以来 由于经济体制改革从计划 经济向市场经济转变的深入发展 我国齿轮工业的专业化生产水平有了显著提 高 齿轮行业的整体结构得到优化调整 技术进步加快 但总体而言 我国齿轮 工业与先进工业国家仍然有相当大的距离 这种距离的体现之一 就是计算机辅 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 助设计 C A D 技术在齿轮设计中的应用程度 1 2 C A D 技术发展综述 1 2 1 C A D 技术的发展历史 计算机辅助设计是用计算机系统协助产生 修改 分析和优化设计的技术 随着I n t e r n e t 工 n t r a n e t 网 络和并行 高性能计算及事务处理的普及 异地 协 同 虚拟设计及实时仿真也得到了广泛应用 C A D 作为信息技术的一个重要组成部分 将计算机高速 海量数据存储及处 理和挖掘能力与人的综合分析及创造性思维能力结合起来 对加速工程和产品的 开发 缩短设计制造周期 提高质量 降低成本 增强企业市场竞争能力与创新 能力发挥着重要作用 如果从美国 麻省理工学院 M I T 旋风工 号所配的图形系统算起 迄今己有 5 0 年 若以M I T 林肯实验室的工 E S u t h e r l a n d 发表的人机通信的图形系统博士 论文为开始 也有3 6 年的历史了 C A D 技术经过近半个世纪的发展 在理论 技术 系统和应用等方面都有了 长足的进步 以下是C A D 技术相关的各个方面的 发展历史 一 用户接口 用户是通过用户接口使用C A D 系统的 早期的计算机使用字符式的用户接口 S U I 进入7 0 年代 人们开始研究图形用户接口 G U I 1 9 8 4 年 A p p l e 公 司开发的M a c i n t o s h 使G U I 演变成窗口系统 并成为P C 机上的主流 进人 9 0 年代 随着网络 多媒体技术的广泛应用 网络用户接口 N U 工 和多媒体用户 接口 M U I 己成为C A D 系统的主导界面 工作站C A D 系统基本采用M o t i f 作为 其用户接口 二 图形标准 7 0 年代初 为降低C A D 软件的 成本 研究人员提出了研发与设备无关的图 形软件 1 9 7 4 年 在美国国家标准化局 A N S I 举行的A C M S I G G R A P H 一一个 与 机器无关的图形技术 的工作会议上就提出了 制定图形标准的问题 并于1 9 7 7 年提出了 核心图形系统 C G S 标准文本 随后 I S O发布了计算机图形接口 C G I 计算机图形元文件标准 C G M 计算机图形核心系统 G K S 程序员层 次交互式图形系统P H I G S 等国际标准文本 在产品数据交换方面 7 0 年代末 美国C A M I 提出了初始化图形标准工 G E S 产品数据定义接口P D D I 产品数据交 换规范P D E S 文的结构如下 首先 介绍项目的背景和目的 然后 介绍项目 开发的开发思想 开发方法和具体的开发实现 最后 介绍所开发的齿轮C A D软件的结构 功能 使用方法和计算方法 并列举了一个使用本软件进行齿轮设计的实际算例 北京邮电大学硕十学位论文第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 2 1 C A D 软件的二次开发 齿轮C A D 软件的开发一般采用二次开发的方式 C A D 软件的二次开发是指基 于已 有的C A D支 撑软 件 如前 面提到的A u t o C A D C A M P r o E n g i n e e r 等 为 了满足具体的产品设计需求 对C A D 软件进行不同程度的功能再开发 由于不同 的专业和部门对某些C A D 软件的需求和使用情况不同 二次开发可以更加专业 化 客户化 更加具有针对性 一般来说 C A D 系统大致可分为三个层次 即 系统软件 支撑软件和应用 软件 支撑软件提供最基本的应用功能 软件的适应范围广 但是 用户的要求 是千变万化的 支撑软件只解决带有共性的问题 功能不可能设计得很具体 因 此 支撑软件一般提供二次开发接口 二次开发在支撑软件和用户之间 架起了一 座 桥梁 用以解决用户的各种具体工 程问 题 基于支撑软件通过二次开发开 发出 来的软件即是应用软件 一般而言 二次开发具有以下特点 1 继承性二次开发不是从底层开始的软件开发 而是在已有支撑软件 的基础上进一步向各行业的发展和完善 所以 二次开发后软件的能力取决于支 撑软件的性能强弱和系统的开放程度 2 专业性由 于二次开发一般都是针对特定的用户进行设计的 因 此 二次开发的专业性很强 必须由一些既懂专业技术 又具备软件开发能力的专门 人才来完成 3 实用性由 于二次开发的所采纳的各种关键技术都与实际生产关系 密切 因此具有很强的实用性 对于用户而言 成功的二次开发可以大幅度提高 软件的使用效率 的 标准性二次开发与C A D 支撑软件的开发相比 原理性的东西少 特 别是机械零件C A D 软件的二次开发更强调标准的贯彻程度 5 复杂性工程设计的内容很多 光是标准零件和常用符号就不下上万 种 形式各异 如此巨大的工作t 都实现计算机的自 动处理和图形生成 需要 解决大量复杂的实际问题 经过长期的实践 齿轮C A D 软件的二次开发 主要目 的就是帮助设计人员通过计算机软件完成 齿轮设计 校核计算等一系列繁琐的工作 使设计人员发挥创造性 提高工作效 率 缩短新产品的设计周期 把设计人员从策重的设计绘图工作中解脱出来 并 有助于促进产品设计的标准化 系列化 通用化 使得整个设计工程规范化 二次开发软件的总体性能和将来用户对该软件是否认可 很大程度上依赖于 北京邮电大学硕十学位论文第二章 齿轮 C A D软件的二次开发 支撑软件的二次开发能力和市场占有率 所以 齿轮C A D 软件的二次开发必须在 J性能优越 受市场欢迎的C A D 支撑软件上进行 C A D 软件二次开发应遵循的原则如下 I 友好的用户界面 应用软件是直接被用户使用的软件 因此应具有良 好 的用户界面 通过用户界面 使用者不必去了解许多关于计算机硬件和 软件的知识就能方便的完成产品设计 一个友好的用户界面应满足以下 几个方面的要求 使用方便 提供的用户界面应方便使用者使用 无需对使用者作过 多的专门训练工作 记忆最少 一个好的用户界面应使用户尽量少记各种操作规则 专 名词和特殊符号 灵活的信息提示 应用软件运行时 应能给出简单易懂的提示信息 使用户的工作能顺利进行 良 好的交互处理 用户使用计算机进行设计时 应使其感到与计算 机所进行的交互是十分自 然的 与人们正常工作思维相吻合 良 好的出错处理 经二次开发的C A D 软件应具有较强的容错能力 以便能有效的解决设计者因误操作而造成的运算错误及系统的 死 锁 现象 以 便提高软件使用的安全性和可靠性 2 遵循软件工程的方法 软件工程是指导计算机开发和维护的工程科学 即采用工程的概念 原理 技术和方法来开发和维护软件 软件工程采用生存周期的方法学 从时间上对软 件的开 发和维护的问 题进行分解 把软件生存的周期依次划分为若千阶段 逐个 开发 C A D 软件二次开发的步骤可概括为以 下四个阶段 1 系统分析 分析 理解整个系统设计的墓本要求 确定整个系统的基本 框架 确定设计要求及C A D 软件开发目 标 2 系统设计 包括系统总体结构设计 用户界面设计和建立图形数据库 与数据库管理系统 3 系统程序编写 用编程语言来实现设计目 标 4 系统测试 包括模块测试 综合测试 验收测试 2 2 齿轮C A D 软件二次开发的总体构思 建立齿轮C A D 系统 首先必须明确系统所要达到的功能要求 图2 I 所示为 齿轮C A D 的系统功能图 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮C A D 软件的二次开发 图2一 1齿轮 C A D系统功能图 从上图可以看出 齿轮C A D 软件的输入是设计的原始数据 如工作条件等 设计者基于这些原始数据 会参考各种标准规范和设计要求 再加上自己的创造 性思维 经过一系列的设计计算和校核计算 最终确定齿轮的各种参数 包括几 何参数 结构参数和材料参数等 进而绘制出齿轮的工作图 在功能图中 还可对子功能做进一步的细化 将系统拆分成不同的功能模块 齿轮C A D 系统的开发大都可按以下几部分设计子模块 1 设计计算模块 设计的第一步是设计人员由 给定的 零件工作情况 按照一定的计算公式计算 出齿轮的设计参数 进而决定齿轮的几何参数和结构参数 这个步骤往往需要设 计者进行大量的计算及查表工作 设计计算模块就是用程序帮助设计人员进行这 方面的工作 用户只需选定齿轮类型 输入齿轮的工作情况 程序就会按照预先 给定的公式进行设计计算 并且自 动从预先建好的数据库中取出所需的表格数 据 计算完成以后 程序将计算结果及有关信息在显示器上显示 用户最后根据 计算结果确定齿轮的几何参数和结构参数 2 校核计算模块 齿轮设计好以后 往往需要根据一定的公式校核 对一些关键的部位进行精 确的受力分析 如果受力不能满足要求 要重新确定齿轮的设计参数或材料 直 到满足强度校核为止 3 数据管理模块 该模块的主要功能是用来生成 维护和管理有关标准中涉及到的表格数据及 设计过程中的有关数据 4 图形输出模块 图形是工程师的语言 离开了图形就谈不上是真正的 计算机辅助设计 图形 的生成需采用参数化结构 就是说程序由给定的结构参数 迅速而又准确地绘制 出相应的零件图 这一模块与设计计算模块结合 可以大大提高设计效率 减轻 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 设计人员的工作强度 本文依此来开发基于 C A M 的齿轮 C A D 软件 2 3 齿轮 C A D 软件开发中的数据处理 齿轮设计的特殊性在于应用场合 工况多变 要设计出合理的传动参数需要 进行大量的计算 有大量的输入参数和技术条件 同时要参考大量的工程标准 这些工程标准表现为工程设计手册上的参数表和线图 统称 工程图表 例如 表 2 1 所示的 齿坯基准面径向和端面跳动公差表 表2 一 1齿坯基准面径向和端面跳动公差表 分度回直径 mm 精度等级 1 和 2 3 和 4 5 和 6 7 和 8 9 Y 1 1 2 大于到 公差值 u m 1 2 52 871 11 82 8 1 2 54 0 03 691 4 2 23 6 4 0 08 0 08 0 0 5 01 22 03 25 0 8 0 01 6 0 07 01 82 8 4 57 1 1 6 0 02 5 0 01 0 02 5 4 06 31 0 0 2 5 0 04 0 0 01 6 04 0 6 31 0 01 6 0 因此 在齿轮C A D 软件开发中 以下两类数据的处理是开发的关键问题 一 技术条件和输入参数的处理 二 工程图 表 参数表和线图 的 存贮和检索 以下详细介绍本文对这两个关键问题的处理方式 2 3 1技术条件 输入参数的整理 对于齿轮C A D 而言 做好输入参数的归类整理工作对用户交互界面的友好程 度和程序结构的合理性至关重要 以C A X A B b x p r 2 2 齿轮设计和校核模块为例 按照 齿轮手册 以 及相关标准设计齿轮时所涉及的各种参数十分繁杂 给程序 的编制和交互界面的设计带来很大的不便 因此必须将程序设计过程中所涉及的 各种参数加以总结 从中提炼出既便于用户使用 又利于编程的输入参数 在本 文提到的齿轮C A D 软件的开发中 将所有相关的输入参数整理成一个参数表 如 表2 2 所示 表2 一 2 输入参数 符号单位说明 PKW 小轮的功率 T N 讯小轮的转矩 N1r mi n 小轮的转速 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 U传动比 K综合系数 小齿轮结构系数K值 KA 使用系数 工况系数 中d 齿宽系数 HRC1小轮齿面硬度 HRC2 大轮齿面硬度 Z1 小轮齿数 1 3 0 螺旋角 a 压力角 Ha 齿顶高系数 C 径向间隙系数 X1 小轮变位系数 X2 大轮变位系数 Di 1m m 小轮轮缘内 腔直径 Di 2r n m 大轮轮缘内 腔直径 Lm r n 齿轮传动轴承跨距 Sm 刀n 齿宽中点与轴承跨距中点的距离 R Z1 p m 小轮齿面粗糙度 R Z2p 宜 n 大轮齿面粗糙度 RRl p m 小轮齿根表面粗糙度 RR2协 m 大轮齿根表面粗糙度 U c S t 润滑油运动粘度 NL 应力循环次数 力I n 们1 1 1 调整参数时己 知模数 a p m m 调整参数时已 知中 心距 XXI 调整参数时已 知小轮变位系数 P Or T 0 选择功率输入 1 二选择转矩输入 HOr S 1 0 小轮硬齿面 1 二小轮软齿面 HOr S 2 0 大轮硬齿面 1 二大轮软齿面 Mt l l 小轮材料索引 Mt 1 2 大轮材料索引 Ki n d 0 二直齿 1 斜齿1 2 二人字齿 L Or s 0 载荷变动较小 I 二载荷变动较大 EOr I 0 外啮合 1 内 啮合 L a y o u t 0 对称 1 非对称 2 二悬借 Mn S e ry 0 二第一系列模数 1 二第二系列模数 Mn A d j 0 不调整模数 1 二调整模数 A p A d j 0 不调整中心距 I 二调整中心距 XI A d j0 二不调整变位X I 1 调整变位x 1 Ac c 0 增速传动 I 减速传动 Mc 0 不允许点蚀 1 允许点蚀 MF 0 装配时不调整 I 装配时检验调 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 整 ML 0 二非小摩擦系数润滑油 1 小摩拣 系数润滑油 Pr e c 齿轮精度等级 U4 0 5 0 0 4 0 C 1 5 0 S mi n 许用最小接触或弯曲安全系数 根据上述表格 程序中定义了设计模块的参数结构 t y p e d e f s t r u c t D s g n G e a r P a r a 和校核模块的参数结构t y p e d e f s t r u c t C h k G e a r P a r a 这两 个结构参数分别封装了齿轮设计模块和齿轮校核模块的全部输入参数 用于向导 中所有属性页对象的成员变量的初始化 以宏变全的形式存在 其它所有中间参 数 封装于C P r o p e r t y P a g e 类中 属性页之I ed的数据传输是通过C P r o p e r t y S h e e t 类的成员函数G e t P a g e 来完成 虽然附加了大量代码 但中间参数是在模块运 行的中间过程生成的 不长期占用内存 因为这些参数以 数据结构的形式存在于系统内 存中 需要检索这些参数时 程序自 动读出相应的数值 速度非常快 对输入参数这样处理的的好处是 1 系统运行的速度快 所有的参数都以系统变量的形式存在于内存中 而 不需要调用数据库或者通过数据文件输入输出 这样可以大大提高系统 查询和处理的速度 2 中间参数在系统运行过程中自 动产生和消灭 占用的系统资源少 2 3 2工程图表的处理 齿轮C A D涉及到的工程设计手册和各种标准的数据表和图表 可以 概括地 归纳分类为二维线性表格 三维线性表格 根据数学公式计算整理后绘制的线图 和根据试验数据归纳整理后绘制的线图等 对于不同 类型的图 表应采取不同的 处理方法 只有工程手册中的图表处理得当 C A D系统才能既保证系统稳定 处理数据正确 又能保证开放性好 使用方便 C A D中对工程图表的处理一般采取三种方法 r 数组化处理 用数组存贮 检索工程图 表的程序设计方式 r 公式化处理 通过曲线拟合的方式 将工程图表数据逼近为相应的曲线 近似方程 并由 此来进行数值计算 r 文件化处理 将工程图表以数据库或数据文件的形式存贮 检索 本文对不同的工程图表采取不同的处理方式 对于离散的工程图表 如二维 线形表格和三维线形表格表格 采取数组化的处理方式 对于连续的工程图表 如根据数学公式计算整理后绘制的线图和根据试验数据归纳整理后绘制的线图 采取公式化的处理方式 具体介绍如下 一 数组化处理 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮C A D 软件的二次开发 3 功能强大 首先二次开发是在V C 6 0 环境中进行的 V C 6 0 是功能强大的开发工具 利 用它可以开发出各种功能的应用程序 其次在编制程序过程中 可使用多种库函 数 E B A D S 本身也提供了功能强大的各类函数 覆盖了 编程所需的各个方面 如 交互实现 系统操作 实体部分 数据管理 几何运算 图形编辑等等 此外 还可以在开发过程中利用A c t i v e X 数据库等技术以满足各种开发需求 因此 在电子图板二次开发平台上可以开发出功能强大的应用程序 4 编程方便 E B A D S 提供了应用程序模板 与V C 6 0 所提供的A p p W i z a r d 的功能完全相同 可直接生成应用程序的框架 并在需要用户添加代码的地方给出提示 用户只需 在此框架基础之上添加自己的功能实现代码即可 在编程方式上采用面向图形实 体对象 如一根线 一个圆等等 的方法 生成 修改 编辑和计算均对实体对 象操作 与实际绘图的过程类似 更符合一般编程的习惯 编程过程中不需要记 忆D X F 组码和管道命令 所用到的A P I 函数也比较容易记忆 因此用户编程更方 便 要使用E B A D S 进行二次开发 必须具备以 下条件 1 熟悉C C 语言 2 熟悉C A X A E b x p r 2 2 3 掌握V C 6 0 的使用方法 包括 如何生成工程 如何使用资源编辑器 如何使用调试器以及C l a s s W i z a r d 的使用 4 熟悉E B A D S 提供的A P I 函 数以 及电 子图板特有的消息响应和流程控制 方法 总体上说 E B A D S 所处的层次相当于A u t o C A D 的O b j e c t A R X 都直接与图形 数据库打交道 所开发的软件都是动态链接库 D L L 程序 E B A D S 的出 现使国 产C A D 软件的二次开发水平 达到了国际先进水平 本文认为齿轮等通用机械零件的计算机辅助设计软件的二次开发应该在多 种支撑软件上同时实现 这主要是从软件今后的商业化方面考虑的 由于C A X A E b x p r 2 2 的二次开发是在V C 6 0 上进行的并且W i n d o w s 交互资源统一 因此 将C A X A E b x p r 2 2 上开发的通用机械零件设计软件移植到A u t o C A D 上并不困难 需要改动的地方主要是在零件图形的自 动生成上 或者说孺要与图形数据库打交 道的地方 改用A u t o C A D O b j e c t A R X 提供的类库函数 2 4 2 C A X A E b x p r 2 2 齿轮C A D 软 件的 开发实 现 要想在C A X A 电 子图 板上进行齿轮C A D 软件的二次开发 必须先将C A X A E b x p r 2 2 的模板文件e b a d s a w x 拷贝到V C 6 0 的T E M P L A T E目 录下 然后在V C 环境 中 修改 编译时所播包含的头文件所在的 路径为C A X A E b 的E B A D S I N C L U D E 目 录 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮C A D 软件的二次开发 修改所需连接的库所在的路径为C A X A E b x p r 2 2 的E B A D S L I B目 录 接着在进 入V C 十 十 的 创建新工程 向导时 在第一步 P r o j e c t 标签中选择 C A X A 应用 程序开发模板 选项 并输入工程的名称P a r t 和路径 在第二步中选择第三种 动态库类型 即扩展型动态连接库M F C E x t e n s i o n D L L 如此产生T零件C A D 的一系列工程文件 在所生成的零件工程中 S t d A f x h S t d A f x c p p 和s t d d l l c p p 文件均为标 准扩展型动态连接库相关文件 其中S t d A f x h S t d A f x c p p 的作用是生成动态 连接库的预编译头 s t d d l l c p p 中包含标准动态连接库的初始化和终止操作代 码 P a r t r e 为动态连接库的资源文件 该文件中列出了所有在应用程序中用到 的W i n d o w s 资源 如图标 位图 菜单 字串 对话框 快捷键等等 P a r t d e f 为动态连接库的模块定义文件 在文件中定义了 动态连接库的输出 信息 在 R e a d M e t x t 文件中 介绍了应用程序开发模板所生成的每个文件 F u n c D e f h 为函数声明头文件 用于声明用户自 定义的消息响应函数 P a r t c p p 为最主要 的文件 在文件中可实现应用程序的初始化和终止处理 以及其它用户编制的消 息响应函数 齿轮模块就是在此文件中开发的 文件的初始内容如下 i n c l u d e S t d A C MD D T A B L E p C m d 麦 T O D O 添加执行消息响应函数的命令名与对应I D 值的对应组并删除N U L L NUL L v o i d S T A R T U P f o r i n t i 0 i E L E ME N T S ft i e b R e g i s t F u n c f o r i 0 i E L E ME N T S p C m d i e b R e g i s t C m d i f d e f DE B UG e b I n i t D e b u g R e s f i r s t e b a 与 e n d i f T O D O 定制用户界面 例如加载用户自 定义的菜单等 i f d e f DE B UG e b T e r n n D e b u g R e s Q e n d i f 北京邮电大学硕士学位论文第二章 齿轮 C A D 软件的二次开发 T O D O 添加其他初始化信息 蛋 v o i d F INI S H 笼 f o r i n t i 0 i E L E ME N T S ft i e b D e l F u n c f o r i 0 i E L E ME N T S p C m d i e b D e 1 C m d i f d e f DE BUG e b I n i t D e b u g R e s fi r s t e b a 飞 e n d i f U T O D D 添加应用程序终止时的处理 如删除掉在S T A R T U P 函数中加载的用户自定义菜单 i f d e f DE BUG e b T e n n D e b u g R e s Q e n d i f 现在 对这段程序代码作如下说明 1 在此文件中定义的一 E B A M A I N 预编译宏 表明该文件为应用程序的主控文 件 主控文件的主要作用是实现应用程序的初始化和终止操作 2 e b 一 a p i h 为 包含所 有电 子图 板二次开 发 所用到的 常量 公共 变量 结 构 类的定义与所有A P I 函数的声明 因此凡是用到这些定义和声明的文件中均要包 含该头文件 3 ft为F U N T A B L E结构定义的数组 在数组中定义了执行每个消息响应函 数所对应发出消息的I D 值 初始时数组中只有一个元素N U L L 如果用户要添加 自 定义的对应组 则应将N U L L 删除掉 同理 p C m d 为C M D D T A B L E 结构定义的数 组 在数组中定义了执行每个消息响应函数所对应发出消息的I D 值和执行该函 数的命令名 字符串 比如画线的命令为 l i n e 初始时数组中只有一个元素 N U L L 如果用户要添加自 定义的对应组 则应将N U L L 删除掉 4 在应用程序被装载时 应用程序管理器首先调用S T A R T U P 函数 因此在 S T A R T U P O 函数中 放置初始化 代码 比 如声明消息响应 注册执行消息响应函数 的命令名 加载用户自定义菜单及按钮等等 用户可以根据孺要将加载就执行的 代码放在S T A R T U P 函数体内 5 在应用程序被卸载前 应用程序管理器调用F 工 N I S H O 函数 因此F 工 N 工 S H 函数中放置终止操作代码 比如撤销消息响应函数所占用的I D 号 注销执行消 息响应函数的命令名 删除用户自 定义菜单及按钮等等 用户还可以将一些需要 在应用程序卸载前执行的代码放在F I N 工 S H 函数体内 齿轮设计模块通过 零件 e b l n s M e n u l t e m M E N U I T E M 齿轮 同时 修改ft结构为 F U N T A B L E ft 3 4 5 0 0 D lg G e a r D s C k 其中D 1 g G e a r D s C k 是引导齿轮设计和校核模块的E B 消息循环函数名 3 4 5 0 0 是该消息循环函数的命令 I D 号 D 1 g G e a r D s C k 函数内容如下所示 i n t D 1 g G e a r D s C k i n t i f D l g D o Mo d a l 一 I D O K 二 e l s e 这个函数用于显示齿轮设计和校核模块的 齿轮设计 对话框 其中 C G e a r D s C k是为 齿轮设计 对话框定义的类 齿轮设计和校核模块的所有操 作都由它引导 北京邮电大学硕十学位论文第三章 齿轮C A D软件的总体结构和功能 第三章 齿轮 C A D 软件的总体结构和功能 本齿轮C A D 软件主要是针对渐开线圆柱齿轮而设计的 它遵循 齿轮手册 所规定的齿轮设计原则和相关标准 在C A X A E b x p r 2 2电子图板的二维绘图环 境中实现齿轮的各项设计功能 绘制功能 公差检索功能 各功能的实现均采用 流行的W i n d o w s 界面风格 通过属性页向用户一步一步展示美观大方 图表化 表格化的参数输入和计算结果 计算量相当大 诸如 尺寸干涉检验 参数调整 工作图的生成以及公差的查询等方面全方位实现自 动化 使用本齿轮模块 可使 一般用户达到专家的齿轮设计水平 因为齿轮C A D 软件是基于C A X A 开发的 是C A X A 的一个功能模块 在后边的 介绍中 我们也用齿轮模块或C A X A 的齿轮模块来代指本文所开发的齿轮C A D 软 件 3 1总体结构 齿轮模块采用了 面向对象和贯彻标准的模块化程序设计方法 层次清晰 从 应用的角度看 齿轮模块的功能结构如图3 一 1 所示 齿 轮 模 块 齿轮设计和校核模块 齿轮工作图齿轮精度等级模块 齿轮设计模块齿轮校核模块 图3 一 1齿轮模块结构 齿轮设计和校核模块由 齿轮设计模块和齿轮校核模块组成 在模块设计方 面 遵循的原则是 具有相同属性的功能尽可能封装于同一模块 如 齿轮的设 计模块包括了齿轮的尺寸设计 尺寸正确性验算 测t尺寸计算以及齿轮的齿面 接触强度和齿根弯曲强度校核等功能 也就是说与齿轮设计全过程有关的各种设 计计算功能都包括进来 3 2实现的功能 在齿轮模块中实现渐开线圆柱齿轮设计的以下功能 1 计算功能 齿轮设计和校核模块是一个功能强大 通用性强的功能模块 适合于用钢和 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 第四章 齿轮 C A D 软件的计算方法 4 1 齿轮设计和校核模块的计算方法 齿轮设计模块由几何尺寸设计和承载能力校核两部分组成 几何尺寸设计部 分完成齿轮的尺寸正确性验算 尺寸计算 测量尺寸计算和啮合要素验算 承载 能力校核部分完成齿轮的接触和弯曲强度计算 4 1 1尺寸正确性验算 尺寸正确性验算 就是根据计算出来的大 小齿轮的尺寸判断齿轮是否出现 根切 过渡曲线干涉 范成顶切 内齿轮 径向切入顶切 内齿轮 齿廓重迭 干涉 内齿轮 等现象 同时还将检验端面重合度和小轮的齿顶厚 对外啮合齿轮 必须满足以下条件 才能使齿轮在加工和传动过程中不出现 干涉 并具有足够的强度 1 不产生根切 加工齿轮时 不产生根切的条件是 一z s in e a h o 一 一 x ta n a r 水一 x z s i n 2 a 大齿轮齿根不干涉的条件是 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 t a n 一 7 t a n 一 t a n a t a n 4 h o 一 x t 2 z s i n 2 a 式中 a a 分度圆端面压力角 齿轮的啮合角 2 一 小齿 轮和大齿轮的 齿顶圆 压力角 x X a 一 小 齿 轮 和 大齿 轮的 端面 变 位 系 数 h a 一 端面齿 顶高系数 3 保证必要的齿顶厚 为了 保 证齿顶强 度 一 般要求齿 顶厚S o 0 2 5 m 对于 表面淬火的 齿轮 要 求S a 七 0 4 m 对于标准齿轮 齿顶 厚大多 可以 满足 这一要求 而 变位齿轮的齿 顶厚S 却随 着正变位系 数x 的 增大而减小 故当 变 位系数较大时 特别是齿数 较少时 应按下式验算齿顶厚 竺竺竺L a 干 2 z in v a 一 i n v a 习 夕卜啮 上 面 运 算 叽 一 S 式中 d 一 齿轮的齿顶圆 直径 e nv 分度圆端面压力角 渐开线函数 一齿 轮 的 齿 顶 端 面 压 力 角 a a r c c o s d b d o e 4 保证必要的端面重合度 为保证齿轮传动的 平稳性 一般要求端面重合度 1 2 端面重合度的计算公式为 g o c o s 0 n m c o s a j 式 中 S 一端 面 啮 合 长 度 9 p a 1 p a 一 a s in a 其 中 p p at 一 顶 圆 齿 形 径 p a 合 叔 2 2d a d en d o 是 基 圆 直 径 一 己知中心距 对于正 常齿 制的 标准齿轮传动 戈二 1 a a 2 0 0 一 般都能 保证 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 1 2 但对变 位齿轮的 端面 重合 度 却随 着啮合角 的 增大而 减小 故当 啮合角 较大时 或对于短齿正变位齿轮传动 特别是当齿数较少时 应按上 式校验其重合度 对内啮合齿轮 为了保证正常啮合 除了考虑齿顶厚和端面重合度外 还需 考虑以下因素 1 范成顶切 加工内齿轮时 当内齿轮的齿顶圆与啮合线的交点超过插齿刀基圆与啮合线 的切点时 产生范成顶切 为避免上述现象 须满足下列条件 丛 之 1 Z 0 2 Z 2 式中 其中 Z o 2 一 加工内 齿 轮的 插齿刀齿数 一 内 齿轮的 齿顶压力角 2 一 插内 齿 轮时的 啮 合角 由 下 式计算 i n v a 0 2 i n v a 2 x 一 X Z 2 一公 t Z 一加 工内 齿 轮的 插齿 刀的 齿 数 2 径向切入顶切 加工内齿轮时 插齿刀在逐渐切入毛坯的同时 插齿刀与齿轮有展成运动 在这过程中 插齿刀的刀尖径向切入毛坯后破坏齿轮的正常渐开线顶部轮廓 造 成传动比不为常数的现象 称为径向 切入顶切 不产生径向切入顶切的条件是 Z 2 8 z in v a 2 一 b in v a o2 一 Z 2 一 2 n v z z 1 t a m 一 z 0 t a n a 0 2 当小齿轮是用齿条型刀具加工时 z 2 t a c z 一 z 一 z t a n a 2 z t a n a s i n 2 a 式中 z 1 z o z 一 加工小 齿 轮及大齿 轮时的 插齿刀的 齿数 a o r a oz 一加 工小 齿 轮及 大 齿 轮时 的 啮 合角 Q o r 0 Q 0 2 一 加工小 齿 轮 及大齿 轮时的 插齿刀的 齿顶压力角 4 齿廓重迭干涉 一 对内 啮合齿 轮传动 如齿 数差 z 2 z 1 较小时 可能 产生不 在啮合区 域 的齿廓发生互相重迭的现象 即产生齿廓重迭干涉 不产生重迭干涉的条件是 z s in v a a l 一 z 2 5 z in v a a z i n v a z 2 一 1 2 0 式中 a a l a o 一 齿 轮1 2 的 齿 顶 压 力 角 a 一 啮合角 6 t 6 2 按以 下两 式计算 一 r 一 r a 2 C U s 1 一丫书召 一 二 一 6 与 a 北京邮电大学硕士学位论文 第四章 齿轮C A D软件的计算方法 r 1 一 n Z C O s u 1 一 了一一 份 下一 r 其中 a l a 一齿轮1 2 的 齿顶圆 半径 a 一 己知齿轮中心距 总之 以上条件的检验是齿轮设计模块中尺寸正确性验算的主要内容 尺寸 正确性验算的计算量要求很高 手工劳作很费时 因此传统的齿轮设计是利用变 位系数线图或封闭曲线图来分配齿轮的变位系数以达到满足以上部分条件的目 的 有的软件中的齿轮设计功能并没有实现尺寸正确性验算 它主要是通过画封 闭曲线来选取满足部分要求的变位系数 显然 这样做所考虑的因素还不够完善 经过尺寸正确性验算 测t尺寸计算和啮合要素验算 反复调整参数 用户很容 易得到最佳的传动尺寸 这才是真正的高效设计模式 4 1 2尺寸计算 程序中 齿 轮的 尺 寸设计是在函 数v o i d G e a r D s g n P g e 4 O n G e a r D s n G e m C a l B n 中实现的 C G e a r D s g n P g e 4 是为齿轮设计模块向 导的第四页定义的属性页类 该 函数的程序流程如图4 1 所示 输入参数正确性 校验 计算齿形系数 确定小齿轮直径和模数 并将模 数圆整为标准值 调整模数否 是 计算以 下参数 齿宽 传动比 端面模数 端面齿高系数 端面径向间隙系数 端面 压力角 基图螺旋角 端面变位系数 当 量齿数 未变位时的中心距 牛顿迭代法 求啮合角 变位时的中心距 取调整值 北京邮电大学硕十学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 计算齿顶高变动系数 齿顶高 齿根高 全齿 高 分度圆直径 基圆直径 齿顶圆直径 齿根圆 啮合方式 内啮合 计算插内齿轮时的中心距 插齿 刀的齿顶圆直径 插齿刀种类 新插齿刀 日 插 齿 刀 插齿刀直径取指定值 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 进入齿轮的测量尺寸计算 啮合要素验 算 尺寸正确性验算 图4 1 程序流程 本设计模块按表4 1 中的公式来初定齿轮的主要尺寸 伪轮类型弯曲强度 4 帅士 1厂 共 弄 一 V P V A lim u 直齿轮 脚 1 2 1 K 不 u 1 l 气 zH IM K T I Y F I O F l m Z l z t d 试 7 6 6 a 二 4 5 3 和 1 1 斜齿轮m 1 1 5 试二 7 1 9 u士1 K T I Y F I O F U m Z Iz e a 二 4 3 7 加 1 1 人字齿轮附 1 0 一 习K T a 0 V O d o H im 封士1 K T Y F Q F Iv o Z l Y d 注 1 对 接触强 度 可 根据需 要 计算Q 或试中的 一 个 本文计算试 2 公式中 上面符号用于外啮合 下面符号用于内啮合 特此约定 以 后 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 不再重述 3 接触强度的计算公式 适用于钢对钢的齿轮副 当用其它材料时 应将 计算结果乘以下数值 钢对铸铁0 9 0 铸铁对铸铁 0 8 3 4 式中的代号如下 K 一 综合系数 不一 小齿轮的转矩 N m 一 齿数比 u Z 2 Z b a 4 d 一 齿宽 系数 4 b l a t o b d a 川口 的较小者 Y F 一 试验齿轮的接触疲劳极限 取大 小齿轮接触疲劳极限 小齿轮的齿形系数 O F 一试 验 齿 轮 的 弯 曲 疲 劳 极 限 取 F li 1 和 G F Po n 2 瓶 几2 中 的较小者 齿轮的尺寸计算公式可查阅机械工程手册 需要指出的是 当齿轮用插齿刀 加工时 齿轮的齿顶圆 齿根圆直径与插齿刀的参数有关 已 知 插 齿刀 参 数 顶圆 直 径d 齿 数Z O 变位 系 数x 0 齿 顶高 系 数砚 则齿轮的齿顶图 齿根圆直径计算公式如下 计算插齿时的啮 合角a 2 x x t a n a i n v a i n v o f Z Z O 动 a 0 2 加 v a 十2 r 2 X 0 2 t a n a n Z 2 Z U 2 其中 为端面压力角 求 插齿时的中 心 距a p i a a i m Z 2 c o s 5 C o s a c o s a a 口 m Z 2 1 Z O c o s a 2 c o s P c o s a 0 2 北京邮电大学硕十学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 齿 轮齿 根圆 直 径d l d f l 2 a 0 一 d 0 d o 2 a 0 2 干 d 0 其 中 新 插 齿 刀 的 齿 顶 圆 直 径 魂 一 肠 十 2 h 0 2 x 0 齿 轮齿顶圆 直径d o d d f 2 一 2 d 一 2 c 二 m d o 二 2 a d 2 c 二 M 为了 避免小齿轮齿根过渡曲 线干涉 d 应满足下式 d 2 了 d 2 1 2 2 a s in a 2 p 二 P 二 o sin a 0 一 告 d 2eo d e0 4 1 3测 尺寸计算 在齿轮传动设计时 是按无侧隙啮合计算的 而实际齿轮传动时 考虑到润 滑油膜及传动体温度变化 又要求轮齿侧面有一定的间隙 为控制轮齿侧隙的大 小 在中心距一定时 主要是控制齿厚 齿轮加工中 也用测t齿厚来控制切削 深度 实际所用的测童齿厚的方法有四种 分度圆弦齿 厚s 固 定 弦 齿 厚瓦 公 法 线长 度W 圆 棒 球 测 量跨距 M 1 分度圆弦齿厚s 分度圆弦齿厚即为轮齿的分度圆弦齿厚所对应 的弦长 用s 表 示 其所对应的弦齿高用h 表示 见 图4 2 0 测量分度圆弦齿厚以 齿顶圆为基准 适用于大型 齿轮的测量 也常用于精度要求不高的小型齿轮的侧 量 分度圆弦齿厚s 计算公式为 图月 一 2 分度圆弦齿厚 北京邮电大学硕十学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 对外齿轮 弦齿高万 为 二 1 n 2 x t a n a n 飞 育m z l 2 一 C o s l 不丁 L z z z 式 中 气一齿 顶 高 对 变 位 齿 轮 h p m 火十 x 一 力 A y一 齿顶高变动系数 1 子 C o s a a y 一 x 1 工 一 Y Y lz2 十 2 气 C o s a 一 J 对内 齿轮 弦齿高h 为 h a 一 合 m z 2 二 2 x t a n a l c o s h 一 I I L Z 2 Z 2月 h 口 1 厂lesesesesesL 式中 d 二 3 r 2 x t a n a n 一 泛 k t 一 C o s a 2 h a n t 丈 一 I n v n 一 一 m y u 2 z z z Z 2 一 内 齿轮齿数 一 内齿轮变位系数 内齿轮齿顶圆压力角 凡2 卜 行a XQ 注意 对于斜齿轮 弦齿厚指法向分度圆弦齿厚 齿数z 应以当量齿数z 代 入 习 C O s 2 固定弦齿厚S c 固定弦齿厚是指齿轮的轮齿与基准齿条对 称相切时 两切点间的距离 如图4 3中的线 段A B 用 瓦 表 示 其 对 应 的 弦 齿 高 用 双 表 示 固定弦齿厚测量时也以齿顶圆为基准 适 用于大型齿轮的测t 对模数较小的齿轮 测 量不够方便 固定弦齿厚s 的计算公式为 图午3 固定弦齿厚 北京邮电大学硕士学位论文第四章 齿轮C A D软件的计算方法 卫 s m c o s L 1 2 x ta n a 2 对 外 齿轮 固 定弦齿高h 为 一 h 一 告 tan a 一 齿 顶 高 对内 齿 轮 固定 弦齿高h 为 k 2 hoe 一 合 Sc2 式中 二 告 d al 1 一6 2 S ae 一一i n v a 2 z 2 x2 t a n a 艺 2 i n v a z 2 一 内 齿轮齿数 x 一 内 齿轮变 位系 数 a 一 内 齿轮齿顶圆 压 力角 3 公法线长度W k 如图4 一 4 所示 卡尺卡爪跨k 个 轮齿与不同侧齿廓相切于A B 两点 线 段A B 即为 两侧齿廓的公 共法线 简称 公法线 A B 的长度为公法线长度 用 矶表示 图4 4 公法线长度 测量公法线长度不以齿顶圆作定位墓准 测量方便 精确度高 故广泛应用 于各种齿轮的测t 但对大型齿轮因受量具限制使用不多 W k 二 M r T e W k 式 中 叮 c o s a 卜 k 一 0 5 z in v a 3其 中 1 二 in v az z i n v a 叮 2 x s i n a 跨齿数k 1 8 0 0a r cco s 三 粤 华 十 其 中 二 c o s 0 o z 十 x 4 圆棒 球 测it跨距M 将两圆棒 球 放入沿直径相对的二齿槽中 测t两圆棒 球 外侧面 对 北京邮电大学硕十学位论文