蜗杆蜗轮传动CAD系统设计本文由闰土服务机械外文文献翻译成品淘宝店整理一 课题来源：老师指定二 研究目的和意义：机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备的重要任务。机械工业的生产水 平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。随着计算机的普及，计算机的各种技术 相继被开发和应用，其中重要的一项就计算机辅助设计(CAD).通过计算机的辅助设计， 能极大的节约人力物力，缩短开发周期。本课题研究的是蜗杆传动。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和力的一种传 动机构，两轴线的夹角可以为任意角，常用的为90。，由于蜗杆传动不仅能实现大的传 动比，同吋传动吋能实现多对齿啮合，冲击载荷小，传动平稳，噪声低，拥有自锁性等 优良特性，因此应用十分广泛。但是由于在蜗轮蜗杆传动设计中，要涉及到许多设计规则和公式的应用、大量图表 数据的处理、结构参数的选定和计算以及图形的绘制等工作。若采用传统的设计方法， 则需要人工查阅大量的设计手册资料，进行大量繁琐的计算工作，这样的设计包含许多重 复性工作，存在效率低下等不足。一般的CAD系统只能完成简单的参数化绘图或者单一的 结构设计任务，功能有相当的局限。为此，设计开发了符合Windows标准的蜗杆参数化 CAD系统，此系统能分别独立地进行蜗杆传动的参数化设计和参数化绘图，同时实现了蜗 轮蜗杆传动设计和绘图一体化是非常必要的。本课题通是基于AutoCAD软件平台，应用其开发工具ObjectARX和VisualC+程序设 计语言，设计，开发蜗轮蜗杆传动CAD系统。该系统能根据用户的初始参数，交互完成 蜗轮蜗杆传动设计，包括设计数据的存取，参数的设计与计算，蜗轮蜗杆传动部分装配 图的自动绘制等功能。本设计的意义就在于节约大量的人力工作，将系统渗透到企业设 计制造生产行业中，能缩短企业在产品设计的周期，使产品能较快地投入生产，提高生 产效率，同时也降低了设计成本，为企业创造更多的价值。三国内外研究现状随着计算机的普及，计算机的各种技术相继被开发和应用，其中重要的一项就计算 机辅助设计(CAD),由于计算机技术日新月异，硕件更新速度更新Fl益加快，在这短短的 四十几年中，计算机分别经历了大型机、小型机、工作站、微机时代，每个新时代都出 现了新的流行的CAD/CAM软件。在工作站时代，UG、Pro/Engineer是工作站平台三维 CAD/CAM软件的佼佼者，而在当今微机时代，AutoCAD则在Windows平台的二维CAD/CAM 软件中处于领先地位。AutoCAD是一种功能强大的绘图软件，提供大量的命令和丰富的菜 单、工具条以方便用户使用。它虽然是非专业软件，但是拥有二次开发的环境。社会的 进步、工业的发展必然需要更高层次的软件，国内外已进入了对CAD开发的阶段，这也 是AutoCAD软件历经久而不衰的原因。现在国外成功的CAD技术开发企业为了加快CAD 技术开发步伐，都选择了高起点的CAD技术开发战略，即利用已有的技术成果，在此基 础上二次开发自己的CAD技术，虽然国内CAD技术也有一定的成果，但在很多行业基本 上还是空白。我国目前CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达 国家有不小的差距。CAD/CAM技术水平还处于向高技术集成和向产业化商品化过渡的时 期，研制的软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距,还没有 针对性的软件，使用一般都是通用性软件。基于现今国内CAD二次开发技术较国外水平偏 低，尤在制造业方面更为突出，所以本设计就针对此问题研究了基于AutoCAD的蜗轮蜗 杆传动CAD系统设计的课题。四研究内容与途径研究内容：基于AUTOCAD软件平台，应用其开发工具ObjectARX和Visual C+ 程序设计语言，设计，开发蜗轮蜗杆传动CAD系统。该系统能根据用户初始参数， 交互完成蜗轮蜗杆传动设计，包括设计数据的存取，参数的设计与计算，蜗轮蜗杆传动 部分装配图的自动绘制等。研究途径：Visual C+自从诞生以來，一直是Windows坏境下的主要应用开发 系统，它包含两套完整的Windows应用程序开发系统：应用程序接口(API)和微软基本 类库(MFC ),用户既可以过Win 32 API来开发C语言编写的Windows应用程序，访问 底层Win 32函数，也可以通过MFC来编写可视化的Windows程序。木系统主要采用MFC 框架来编写程序,MFC有许多优点：用户不需建立框架，开发系统自动产生应用程序框 架，使用方便，也可访问Windows API ,支持ActiveX控件，尤其对数据库访问简单、 方便、可靠。VC+数据库编程是程序设计中的一项重要内容，同时提供了一整套的类库支持, 如 CDatabase、Crecordset、Crecord 2View 和 CDBException ,通过这些 MFC 类的 封装，编写数据库程序相当方便。事实上,Visual C+产品包含了两个相互独立的数据 库访问系统：开放数据库互连(ODBC)和数据访问对象(DAO )。本文应用ODBC标准，它 包含了一组可扩展的动态连接库(DLL ),这些动态连接库为编程提供了一个标准的数据 库应用程序的程序设计接口。而口 ODBC是基于结构化查询语言(SQL)的标准化版本而设 计的，所以借助于ODBC和SQL,可以编写独立于任何数据库产品的数据库访问代码。在机械产品研制开发中涉及的蜗杆蜗轮类零件主要有变速器蜗杆蜗轮机构、主减 速蜗杆蜗轮机构等，蜗杆蜗轮的设计与传递功率、传动比、所选材料，加工方法有关，计 算项目繁多，需查阅大量图表，有些项目还需要反复计算调整，劳动强度大，计算据 库中，作为历史记录，以便后续设计查询，数据库除包含mdl夕卜，还包含载荷情况、材 料和转速等具体原始数据，通过点击查设计计算系统，可以集成、扩充了多年积累的若 干经验公式，尤其是使用数据库技术，使历史设计记录可以快速查看参考，所以本系统 具有计算速度快、精度高、使用方便等特点。而蜗杆蜗轮传动用于传递交错轴之间的运 动和动力，在工程中应用十分广泛，由于其外形曲面比较复杂，应用传统方法对其 进行绘制时，不仅过程繁琐、效率低，而且容易出错。随着CAD技术、虚拟制造技术、 虚拟现实技术的迅速发展，三维参数化造型的应用已口趋广泛，应用先进的三维CAD 软件可以实现复杂零件的精确造型。蜗轮蜗杆设计要涉及到许多设计规则和公式的应用、大量图表数据的处理、结构参 数的选定和计算以及图形的绘制等工作。若采用传统的设计方法，则需要人工查阅大量 的设计手册资料，进行大量繁琐的计算工作，这样的设计包含许多重复性工作，存在效 率低下等不足。一般的CAD系统只能完成简单的参数化绘图或者单一的结构设计任务， 功能有相当的局限。本系统的R的是根据用户选择输入原始数据系统计算出蜗轮蜗杆结构设计所需要的 参数并能根据参数在编辑区内能绘制零件图。我们提供两种方法，第一种是通过用户自 己输入结构参数来生成图形，以满足用户特殊的要求；另外一种是系统根据已知原始参 数计算带轮的结构参数，再利用结构参数绘制零件图。所以从总体上讲，本系统主要包 括两大模块：计算模块和绘图模块。总体结构如下图所示：图4-1总体结构蜗轮蜗杆CAD系统作具体划分为6个小模块：数据输入模块；设计计算模块；结构 选型模块；绘图功能模块；标注功能模块；输出功能模块。其功能模块图如图3-2所示:蜗轮蜗杆CAD系图4-2功能模块输 出 功 能 模 块蜗杆蜗轮设计系统采用VC+6.0编写，根据设计蜗杆蜗轮分类不同，该系统主 要包括4个功能模块：圆柱蜗杆设计、环面蜗杆设计、锥蜗杆设计、其他蜗杆，同时，该 系统还包含蜗杆蜗轮历史设计记录数据库模块，各功能模块相互独立，分别包含尺寸计 算、强度校核、失效形式校核等内容，其总体结构框图1所示（以圆柱蜗杆为例，其它 类型蜗杆设计步骤和其相同，只是计算较为复杂）。以圆柱蜗杆设计模块为例，该功能模块包含原始数据的输入（设计功率、传动比、 材料选取、转速输入、强度预算、强度校核等），强度计算对于蜗杆蜗轮而言，由于齿面 间相对滑动速度较大，因而发热量大，故其主要失效形式有点蚀、胶合和磨损，而一般 情况下，蜗杆材料的强度、硬度高于蜗轮材料的强度、硬度，故失效常常发生在蜗轮轮 齿。因此，蜗杆按照接触疲劳强度设计计算，闭式传动蜗轮按照接触疲劳强度设计计算 后，按弯曲疲劳强度进行校核，开式传动蜗轮按弯曲疲劳强度设计计算后，按照接触疲 劳强度进行校核。在该流程图中，启动程序，先输入设计功率、传动比、蜗杆头数、特 性系数、载荷系数、传动效率、转速和选择材料的强度和硬度，系统根据输入参数按齿 面接触强度设计求出mdl;校核弯曲强度。最后系统以文件格式打印输出，同时存储该 设计记录到数据库中以供以后设计查询。其它参数也可在该系统中进行扩展。其它功能模块除包含圆柱蜗杆设计模块功能 外，还包含其它特殊的计算，最后也是通过数据库技术存储历史记录。数据库的创建和访问本系统利用蜗杆蜗轮设计计算得到的结果m dl保存到数据库中，作为历史记录, 以便后续设计查询，数据库除包含mdl外，还包含载荷情况、材料和转速等具体原始数 据，通过点击查询，可以查看该详细情况，所有数据保存到一个DAT文件中。VC+编程在主程序界面上，点击原始数据输入可以开启原始数据输入对话框，在此对话框中 选择闭式或开式后输入原始数据，这里的材料输入包括材料的强度和硬度；而载荷系 数、蜗杆头数人为的主观因素，所以需人为输入确定。主对话框中的接触强度计算按钮 是按照接触强度设计计算蜗杆蜗轮，而按弯曲强度进行验算（当然也可按弯曲强度进行 计算而按接触强度进行校核），结果输生用于输出计算结果。菜单“蜗杆蜗轮计算”中包 含几个子菜单，除了能实现上述功能外，还可通过查询历史记录子菜单，调用查询数据 对话框，以对历史设计记录进行访问。五 工作的主要阶段和进度：08. 12. 509. 1. 509. 2. 162. 2809. 3.015.22整理收集资料，明确课题任务，完成开题报告，外文翻译；毕业实习，写实习报告；完成毕业设计正文，机设计计算，建模编程，调试程序，绘 图，编写毕业设计说明书，论文或完成论文结构的设计和撰写 论文，提交 初稿及修改论文，包括：论文提纲，理论分析及 计算。09. 5. 226. 0309. 6. 036. 07整理设计自己了，完善并提交设计成果 准备答辩09. 6. 086. 12 毕业答辩六 最终目标及完成时间：提供可正确运行的软件，源程序以及开题报告，说明书,图纸，译文和论文的电子文档。预计6. 01号完成七 现有条件及必须采取的措施：电脑以及相关软件，设计所需用相关资料，但是由于资料不是很齐全,对相关软件的不熟悉，必须加强课下的强化。八 协助单位及要解决的问题：三峡大学机械与材料学院阅读文献和资料1 濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社，20012 申永胜主编.机械原理教程.清华大学出版社，19993 成大先主编.机械设计手册（机械传动）.化学工业出版社，20044 王福军 张志民张师伟.主编AutoCAD2000环境下C/Visual C+应用程序的开发教程. 北京希望电子出版社，20005 国家标准局.GB3480- 83渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法.北京：机械工业岀版 社，19836 冻杉，王宁,郭创峰.用0bjectARX开发AutoCAD2000应用程序.人民邮电出版社, 20007 余承飞，方勇.AutoCAD2000二次开发技术（ObjectARX）.北京：人民邮电出版社， 19998 宁汝新，赵汝嘉，欧宗瑛.CAD/CAM技术.机械工业出版社，2