漸開線斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)

1、本科畢業(yè)設計說明書基于autocad/vba漸開線斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)based on autocad/vba helical gear involute parametric design基于autocad/vba漸開線斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)摘要漸開線齒輪傳動是各種機械傳動中最常見的傳動方式之一，其中漸開線斜齒輪傳動的優(yōu)點尤為突出。斜齒輪的設計涉及到大量比較復雜的計算公式，且設計過程中要不斷查閱大量線圖和數(shù)據(jù)表。而傳統(tǒng)的齒輪設計往往是手工計算，費時費力，效率低下，設計過程容易出現(xiàn)錯誤，設計周期較長，且經(jīng)常會因為計算錯誤造成比較大的成本損失。本齒輪參數(shù)化設計模塊的界面采用人機界面交互方式進行操作

2、，設計人員只需簡單地選擇或輸入齒輪設計的原始參數(shù)即可完成齒輪傳動的參數(shù)設計和強度校核并實現(xiàn)零件工作圖的自動繪制。與傳統(tǒng)的設計方法比較，采用計算機輔助設計簡單、有效、方便，極大地提高了齒輪傳動的設計效率，縮短了設計周期，使設計結(jié)果更為準確可靠。關(guān)鍵詞：漸開線斜齒輪，參數(shù)化設計，自動繪制based on autocad/vba helical gear involute parametric designabstractinvolute gear is used in various mechanical transmission equipment parts, of which the inv

3、olute helical gear transmission advantages particularly outstanding. the helical gear design involves lots of complex calculation formula, and design process to keep consulting a large number of maps and data tables. while the traditional gear design is often time-consuming manual calculation, and l

4、ow efficiency, the design procedure prone to errors, the design cycle is long, and often because calculation errors caused larger costs loss. this gear parametric design module interface using form operation, the designers ways simply choose or input the original gear design parameters can complete

5、gear transmission parameter design and strength check and realize the automatic drawing working drawing parts. compared with the traditional design method, uses computer aided design is simple, effective, convenient, greatly enhancing the gear transmission design efficiency, and shortened the design

6、 cycle, which makes the design result is more accurate and reliable. keywords: involute inclined gear, parametric design, automatic drawing目錄摘要iabstractii1緒論11.1 引言11.2 計算機輔助設計系統(tǒng)概述11.3 autocad vba 程序設計概述21.3.1 概述21.3.2 autocad activex自動化技術(shù)簡介21.3.3 vba的功能31.3.4 各種二次開發(fā)平臺和vba作為autocad開發(fā)工具的優(yōu)勢32斜齒輪傳動簡介42

7、.1斜齒輪傳動的特點和應用42.2傳統(tǒng)的手工設計斜齒輪的步驟42.2.1選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù)42.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計42.2.3 按齒根彎曲強度設計52.2.4幾何尺寸計算63 主要技術(shù)說明73.1 d的程序?qū)崿F(xiàn)方法73.2 動載系數(shù)kv值的實現(xiàn)方法83.3 齒輪接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限線圖的擬合方法93.4接觸疲勞壽命系數(shù)khn的實現(xiàn)方法113.5螺旋角影響系數(shù)y的實現(xiàn)123.6區(qū)域系數(shù)zh的實現(xiàn)方法133.7 齒間載荷分配系數(shù)kh、kf的程序?qū)崿F(xiàn)方法143.8齒向載荷分布系數(shù)kh、kf的程序?qū)崿F(xiàn)方法153.8.1 按齒面接觸疲勞強度計算時齒向載荷分布系數(shù)

8、kh153.8.2 按齒根彎曲疲勞強度計算時齒向載荷分布系數(shù)kf164 基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的設計過程184.1 基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的主程序框圖184.2 vba交互開發(fā)環(huán)境194.3基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的界面設計204.3.1 歡迎使用斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)界面204.3.2 初始參數(shù)輸入界面214.3.3 工況和齒輪布置界面214.3.4 齒輪材料及特性界面224.3.5 設計初始參數(shù)選擇界面234.3.6 基本參數(shù)確定界面244.3.6 計算參數(shù)界面254.3.7 參數(shù)化繪圖界面264.4 設計實例28結(jié)論30參考文獻31

9、致謝32附錄：331緒論1.1 引言齒輪傳動是機械傳動的重要組成部分之一，它主要應用于機械領(lǐng)域，在其他非機械領(lǐng)域也有十分廣泛的應用。齒輪傳動形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十千瓦，圓周速度可達200m/s。齒輪傳動具有效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長，傳動比穩(wěn)定等優(yōu)點。傳統(tǒng)的齒輪設計主要由設計人員查詢設計手冊中的數(shù)據(jù)表格、線圖來選擇參數(shù)，在這一過程中，許多參數(shù)、系數(shù)，如使用系數(shù)ka、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)等都要受到設計師經(jīng)驗的影響，導致設計結(jié)果有不確定性。整個設計過程是一項繁瑣、冗長而且需要認真仔細完成的工作，任何一處差錯都能導致設計工作的失效。并且繪圖過程繁瑣，效率低下。因而用計算

10、機輔助設計（cad）技術(shù)設計斜齒輪，不但非常實用，而且是非常必要的。針對這個問題，我們運用模塊化的設計思想，基于autocad/vba二次開發(fā)平臺開發(fā)了斜齒輪傳動的計算機輔助設計系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設計做到了既符合機械設計的有關(guān)標準和規(guī)定，又力求數(shù)據(jù)準確，且界面簡潔，易操作。本文只介紹斜齒輪的計算機輔助設計系統(tǒng)的開發(fā)設計過程和繪圖過程。1.2 計算機輔助設計系統(tǒng)概述20世紀50年代在美國誕生第一臺計算機繪圖系統(tǒng)，開始出現(xiàn)具有簡單繪圖輸出功能的被動式的計算機輔助設計技術(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算機繪圖設備。70年代，完整的cad系統(tǒng)開始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的

11、光柵掃描顯示器，推出了手動游標、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設備，促進了cad技術(shù)的發(fā)展。80年代，隨著強有力的超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲器件的出現(xiàn)，工程工作站問世，cad技術(shù)在中小型企業(yè)逐步普及。80年代中期以來，cad技術(shù)向標準化、集成化、智能化方向發(fā)展。一些標準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作用；系統(tǒng)構(gòu)造由過去的單一功能變成綜合功能，出現(xiàn)了計算機輔助設計與輔助制造聯(lián)成一體的計算機集成制造系統(tǒng)；固化技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、多處理機和并行處理技術(shù)在cad中的應用，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)

12、了智能cad技術(shù)，使cad系統(tǒng)的問題求解能力大為增強，設計過程更趨自動化?，F(xiàn)在，cad已在電子和電氣、科學研究、機械設計 、軟件開發(fā)、機器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動化、土木建筑、地質(zhì)、計算機藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應用。計算機輔助設計指利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作，簡稱cad。在工程和產(chǎn)品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交

13、給計算機完成；由計算機自動產(chǎn)生的設計結(jié)果，可以快速做出圖形顯示出來，使設計人員及時對設計做出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、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 能夠減輕設計人員的勞動，縮短設計周期和提高設計質(zhì)量。1.3 autocad vba 程序設計概述1.3.1 概述autocad內(nèi)嵌的vba語言是在標準的visual basic基礎上，結(jié)合autocad的特點發(fā)展起來的一種windows平臺上的高效開發(fā)工具，它可以充分利用windows操作系統(tǒng)提供的強大功能，且簡單易用，非計算機專業(yè)人員也能利用vba語言，高效快速地對autocad進行二次開發(fā)。vba是通

14、過autocad activex automation接口來建立和autocad對象間的聯(lián)系。activex是建立在com對象模型之上的標準通信協(xié)議，它允許對象之間通過一定的接口相互通信。而autocad activex提供autocad外控的控制編程的機制，通過使用autocad對象，實現(xiàn)控制autocad。1.3.2 autocad activex自動化技術(shù)簡介activex自動化技術(shù)（activex automation）是微軟建立的標準，基于com的自動服務程序，是對象鏈接與嵌入（ole:object and embed）的進一步發(fā)展，它允許的用戶在windows應用程序中通過暴露的對

15、象控制另一個windows應用程序。autocad activex技術(shù)提供了一種機制，可使編程者通過編程從autocad的內(nèi)部或外部操作控制autocad。activex automation提供了開發(fā)腳本、宏以及用automation編程環(huán)境（如visual basic6.0）開發(fā)第三方應用程序的途徑。通過automation，autocad提供了可由automation控制器（例如vb和excel）進行操作的可編程對象。因此，使跨應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。簡單地說，使用automation可以將許多應用程序的功能合并到單個應用程序中。active

16、x是由一系列的對象按一定的層次組成的一種對象結(jié)構(gòu)，每一種對象代表autocad中的一個明確的功能，比如畫線、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對象中，只要使用某種方式，使對象“暴露”，就可以使用面對對象編程的語言對其中的方法、屬性進行引用，從而達到對autocad實現(xiàn)編程的目的。1.3.3 vba的功能雖然主程序能開發(fā)的功能有多強大，與它所提供的對象體系有直接的關(guān)系，但vba的強大的開發(fā)能力卻是不容質(zhì)疑。下面是vba的主要功能：（1）vba可提供強大的窗體創(chuàng)建功能，為應用程序建立對話框及其他屏幕界面。（2）可創(chuàng)建自己的工具條。（3）可創(chuàng)建功能強大的模塊級宏指令，

17、宏名實質(zhì)上就是模塊的過程名。（4）提供建立類模塊的功能，這對開發(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)訪問和管理能力，通過dao（數(shù)據(jù)訪問對象），可以對access數(shù)據(jù)庫或其他外部數(shù)據(jù)庫（像dbase,foxpro等）實現(xiàn)訪問與管理。此功能比直接使用autocad的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)更方便，且功能強大。（6）可以使用sql語句檢索數(shù)據(jù)，與rdo（遠程數(shù)據(jù)對象）就結(jié)合起來，能夠建立客戶機/服務器級的數(shù)據(jù)通信。（7）能夠使用win32 api提供的功能，建立應用程序與操作系統(tǒng)之間的通信。1.3.4 各種二次開發(fā)平臺和vba作為autocad開發(fā)工具的優(yōu)勢隨著autocad的日益普

18、及，在其上進行的二次開發(fā)的工具也不斷更新，現(xiàn)在流行的有auto lisp、visual lisp、object arx(autocad run-time extend)、vba等，每種平臺都有不同的特點。auto lisp是一種解釋性語言，其保密性差、運行速度慢、自頂而下的程序設計思想、調(diào)試不變等缺點使得它不適合開發(fā)大型的計算密集型的系統(tǒng)。另外其表達式的表示法也不易讓一般開發(fā)人員習慣和接受。arx程序雖然是windows動態(tài)鏈接庫程序，執(zhí)行arx應用程序所需系統(tǒng)的開銷最小，速度最快，但是開發(fā)過程相當復雜。作為autocad的開發(fā)工具，vba具有以下4個主要的優(yōu)勢：（1）可視化的編程環(huán)境。因為熟

19、悉visual 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說，vba是一個autocad應用程序的集成開發(fā)環(huán)境。（3）擴展了autocad集成化用戶的能力。（4）可與windows的應用軟件方便地進行交互。vba的優(yōu)點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下的應用軟件交互。2斜齒輪傳動簡介2.1斜齒輪傳動的特點和應用平行軸斜齒圓柱齒輪簡稱為斜齒輪，其輪齒的齒向與軸線傾斜一個角度。本設計只討論漸開線斜齒輪外嚙合的相關(guān)問題。斜齒輪與直齒輪相比，有諸多的優(yōu)點：（1） 重合度大、齒面接觸

20、強度情況好，因此傳動平穩(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，斜齒輪被廣泛地用于高速、重載的傳動中。但是也有缺點：因存在螺旋角，故傳動時會產(chǎn)生軸向力fa=fsin,于傳動不力。為了既能發(fā)揮斜齒輪的優(yōu)點，又不至于使軸向力過大，一般采用的螺旋角=820。對于外嚙合的斜齒輪傳動，正確的嚙合條件：n1=n2；mn1=mn2；1=2。2.2傳統(tǒng)的手工設計斜齒輪的步驟2.2.1選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù)（1）選擇漸開線圓柱斜齒輪傳動（2）按參考材料3表10-8根據(jù)機器名稱選擇精度等級。（3）按參考材料3表10-1選擇相

21、互嚙合的一對齒輪的材料，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30hbs50hbs,在嚙合時較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應，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)傳動比計算大齒輪齒數(shù)。（5）初選螺旋角。2.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計由設計設計計算公式進行試算，即：（1）確定公式內(nèi)的各個計算數(shù)值：試選載荷系數(shù)kt。計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1。按參考材料3表10-7選取齒寬系數(shù)。按參考材料3表10-6查材料的彈性影響系數(shù)ze。按參考材料3表10-21按齒面硬度查的大小齒輪的接觸疲勞強度極限。計算應力循環(huán)次數(shù)。按參考材料3圖10-

22、19取疲勞壽命系數(shù)。計算接觸疲勞許用應力。按參考材料3圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。按參考材料3圖10-26查的重合度=1+2。（2）計算試算小齒輪分度圓直徑d1t。計算圓周速度。計算齒寬b及模數(shù)mnt。計算縱向重合度。計算載荷系數(shù)k：按參考材料3表10-2確定使用系數(shù)ka; 按參考材料3表10-8確定查的動載系數(shù)kv；按參考材料3表10-4確定kh；按參考材料3圖10-3確定kh。按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑。計算模數(shù)。2.2.3 按齒根彎曲強度設計由設計公式進行試算，即：（1）確定計算參數(shù)計算載荷系數(shù)：。根據(jù)縱向重合度，按參考材料3圖10-28查的螺旋角影響系數(shù)。計算當量齒數(shù)。按參考材

23、料3表10-5查取齒形系數(shù)yfa。按參考材料3表10-5查取應力校正系數(shù)ysa。計算大小齒輪的并加以比較，然后選取大值。按參考材料3圖10-20查的大小齒輪的彎曲疲勞強度極限fe。按參考材料3圖10-18取得彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn，并計算彎曲疲勞許用應力。（2）設計計算根據(jù)設計公式可計算得到法面模數(shù)mn，為了滿足齒根彎曲疲勞強度，mn取值應大于計算值，按參考材料4表10-1，盡量選取第一系列的數(shù)值。同時為了滿足齒面接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1來計算應有的齒數(shù)。也就是，然后取整得到小齒輪的最終齒數(shù)，根據(jù)傳動比算得大齒輪的最終齒數(shù)。2.2.4幾何尺寸計算（1）計算中心距，然后

24、對中心距進行圓整。（2）按圓整后的中心距修正螺旋角，若螺旋角變化不多，則不需要對參數(shù)、k、zh等進行修正。（3）大小齒輪的相關(guān)尺寸計算小齒輪的分度圓直徑計算大齒輪的分度圓直徑當取h*an=1,cn=0.25時：計算小齒輪的齒頂圓直徑計算大齒輪的齒頂圓直徑計算小齒輪的齒根圓直徑計算大齒輪的齒根圓直徑（4）計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)生軸向錯位時導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)果設計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，應該選擇實心

25、式結(jié)構(gòu)。3 主要技術(shù)說明3.1 d的程序?qū)崿F(xiàn)方法圓柱齒輪的齒寬系數(shù)d是由兩支撐相對于小齒輪的裝置狀況決定的，如表3-1。表3-1 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)d裝置狀況兩支撐相對于小齒輪做對稱布置兩支撐相對小齒輪做不對稱布置小齒輪懸臂布置d當選擇小齒輪選擇對稱布置時，窗體上就會顯示為“齒寬系數(shù)在0.91.4”，并且默認齒寬系數(shù)為0.9，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)d。部分程序如下：private sub optionbutton9_click ()label16.caption = 齒寬系數(shù)在0.91.4textbox10.text

26、= 0.9end sub 如果用戶輸入的數(shù)值不在提示的范圍內(nèi)，則會出現(xiàn)錯誤提示。如果最后文本框中沒有顯示數(shù)值，也就是沒有給d賦值時，無法進入下一個窗體，會出現(xiàn)錯誤提示對話框。部分程序如下：private sub commandbutton2_click() 檢驗是否輸入數(shù)據(jù)ka = val(textbox8.text)d = val(textbox10.text)msg1$ = 齒寬系數(shù)不在規(guī)定范圍之內(nèi)，請重新輸入！title1$ = 輸入錯誤if textbox10 = thenmsgbox 請輸入齒寬系數(shù)！, vbokonly, 錯誤對話框textbox10.setfocuselseif

27、optionbutton9.value = true and (d 1.4 or d 1.15 or d 0.6 or d 0.4) thenmsgbox msg1$, 32, title1$textbox10.setfocuselseuserform3.hideuserform4.showend ifend sub 3.2 動載系數(shù)kv值的實現(xiàn)方法動載系數(shù)kv是由齒輪精度等級和速度共同決定的，如圖3-1。圖3-1 動載系數(shù)kv對于確定精度等級的齒輪，動載系數(shù)kv僅由節(jié)線速度決定，也就是說可用一元二次方程來表示。根據(jù)查到的論文，方程擬合的結(jié)果如下：精度等級為6級時，精度等級為7級時，精度等級為

28、8級時，精度等級為9級時，精度等級為10級時，精度等級為11級時，精度等級為12級時，部分程序如下： if jingdu = 6 thenkv = 1.0463 + 0.0039699 * v - 0.0000067704 * v * velseif jingdu = 7 thenkv = 1.0893 + 0.006878 * v - 0.000014662 * v * velseif jingdu = 8 thenkv = 1.2688 + 0.01157 * v - 0.000034351 * v * velseif jingdu = 9 thenkv = 1.1514 + 0.0171

29、64 * v - 0.000035953 * v * velseif jingdu = 10 thenkv = 1.1906 + 0.024001 * v - 0.000066895 * v * velseif jingdu = 11 thenkv = 1.176 + 0.0371 * v - 0.00010807 * v * velseif jingdu = 12 thenkv = 1.1965 + 0.054193 * v - 0.00019682 * v * vend if 3.3 齒輪接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限線圖的擬合方法齒輪的材料有很多種，各自對應了一種或多種的熱處理方式，

30、當選定了齒輪的材料和熱處理方式時，也就確定了齒輪的硬度范圍。由于齒輪的接觸疲勞強度極限hlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限fe只和硬度值大小有關(guān)系，且基本上一階線性相關(guān)，所以一旦選擇了具體的硬度值，齒輪的接觸疲勞強度極限hlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限fe也就隨之確定了。根據(jù)作者設計，只要選擇了材料和熱處理的方式，程序便會將對應的最大硬度值賦給scrollbar的max，最小值賦給scrollbar的min。此時移動滾動條便會將所對應的硬度值賦給下面的textbox中，此時用戶可以定量選擇硬度值。本設計只考慮到了齒輪材料質(zhì)量和熱處理品質(zhì)為中等要求時的傳動，也即是mq的水平，所以設計時取得點應在mq

31、和ml兩條直線之間。由于hlim和fe與硬度值一階線性相關(guān)，因此只要知道了硬度值最大、最小時對應的接觸疲勞強度極限值或彎曲疲勞強度極限值的大小，兩點確定一條直線，直線方程就能擬合出來。此時只要確定齒輪的硬度值，接觸疲勞強度極限hlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限fe只和硬度值也就確定了，并且顯示在窗體下面的文本框中。圖3-2 調(diào)制處理的碳鋼、合金鋼的接觸疲勞強度極限就以40cr(調(diào)制)為例，闡述這種方法，由參考資料3表10-1，40cr(調(diào)制)的硬度值最小值（scrollbar.min）為241hbs，最大值（scrollbar.max）為286hbs。由圖3-2可知，當硬度值為241hbs時，我

32、們可取接觸疲勞強度極限（hlimmin）為550mpa，當硬度值為286hbs，取接觸疲勞強度極限（hlimmax）為608mpa。也就是兩個點（scrollbar.min，hlimmin）和（scrollbar.max，hlimmax），設scrollbar.value為硬度值。則擬合的直線方程為：按照這個公式計算，當硬度值取280hbs時，接觸疲勞強度極限為600mpa，和查圖所得基本相同。同理，其他的材料的接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限值也是類似的方法。部分程序如下： private sub scrollbar1_change()textbox5.text = scrollbar1.

33、valuehlim1 = hlim1min + (scrollbar1.value - scrollbar1.min) * (hlim1max - hlim1min) / (scrollbar1.max - scrollbar1.min)fe1 = fe1min + (scrollbar1.value - scrollbar1.min) * (fe1max - fe1min) / (scrollbar1.max - scrollbar1.min)textbox1.text = cint(hlim1)textbox2.text = cint(fe1)end sub 3.4接觸疲勞壽命系數(shù)khn的

34、實現(xiàn)方法 齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)khn只和材料和應力循環(huán)次數(shù)有關(guān)，如圖3-3。圖3-3 接觸疲勞壽命系數(shù)khn圖中的1，2，3，4分別代表了不同的材料和熱處理方式。由圖3-3可知，當應力循環(huán)次數(shù)n的值的對數(shù)均與分布時，曲線為若干段直線構(gòu)成的折線，此時可用方程表示，曲線方程的格式為。例如，“ht250”、ht300”、“ht350”對應的折線就是圖中的3號線。由圖可知，當n100000時，接觸疲勞強度極限khn=1.3，當100000n2000000時khn1與n相關(guān)的方程。對于對于1號線、2號線和4號線，也是運用了這種方法來求出材料的接觸疲勞強度極限khn與應力循環(huán)次數(shù)n之間的方程。部分程序如

35、下： if userform4.combobox1.text = ht250 or userform4.combobox1.text = ht300 or userform4.combobox1.text = ht350 then if n1 0 and n1 100000 and n1 2000000 then khn1 = -0.04 * (log(n1) / log(10#) + 1.255end if 3.5螺旋角影響系數(shù)y的實現(xiàn)螺旋角影響系數(shù)y值的大小僅和螺旋角（此文中均為角度制）以及縱向重合度的大小有關(guān)，如圖3-4。圖3-4 螺旋角影響系數(shù)y由圖3-4可知，螺旋角影響系數(shù)y的值只在

36、0.75和1之間，并且可以發(fā)現(xiàn)當30時，y的值僅與有關(guān)，且隨線性增加，y在線性減小，可知此時y與一階線性相關(guān)?？稍O，可帶入（0.4，0.90）和（0.8，0.80）此可以解得參數(shù)值a=-0.25，b=1。得到了當30時，螺旋角影響系數(shù)y與縱向重合度的方程：。根據(jù)作者查到的文獻資料顯示，當1，按=1帶入)這個公式已得到驗證，精確度很高，可以使用。部分程序如下：if 1 then = 1elseend ifif = 30 theny = 1 - * / 120elsey = 1 - 0.25 * end if 3.6區(qū)域系數(shù)zh的實現(xiàn)方法由圖可知，當齒輪的法面壓力角n=20時，區(qū)域系數(shù)zh的大小與

37、螺旋角近視呈拋物線關(guān)系。圖3-5 區(qū)域系數(shù)zh (n=20)首先可設出拋物線的方程為，方程中有三個未知參數(shù)，需要三個點的坐標來求出這些個參數(shù)。在圖3-5上曲線上取三個點分別為（12.5，2.45）、（17.5，2.4）、（25，2.3），將這些坐標帶入方程中，可解出a= -0.00267,b= - 0.002,c= 2.516666,得到了區(qū)域系數(shù)zh與螺旋角的方程：經(jīng)作者多次取點校正，該曲線擬合所得方程的精度很高，已滿足一般齒輪設計精度要求。3.7 齒間載荷分配系數(shù)kh、kf的程序?qū)崿F(xiàn)方法一對相互嚙合的斜齒圓柱齒輪，如在嚙合區(qū)中有兩對（或多對）齒同時工作時，則載荷應分配在這兩對齒（或多對）齒

38、上。由于齒距誤差和彈性變形等原因，總載荷并不是按長度的比例在兩條接觸線之間均與分布的，所以有必要引入齒間載荷分配系數(shù)k.齒間載荷分配系數(shù)與齒輪精度等級和是否表面硬化處理有關(guān)，見表3-2。表3-2 齒間載荷分配系數(shù)kh、kfkaft/b100n/mm 100 thenif userform5.checkbox1.value = 1 thenif jingdu = 6 thenkh = 1.1kf = 1.1elseif jingdu = 7 thenkh = 1.2kf = 1.2elseif jingdu = 8 thenkh = 1.4kf = 1.4elseif jingdu = 9 th

39、enkh = 1.5kf = 1.5end ifelseif jingdu = 6 thenkh = 1#kf = 1#elseif jingdu = 7 thenkh = 1.1kf = 1.1elseif jingdu = 8 thenkh = 1.2kf = 1.2elseif jingdu = 9 thenkh = 1.3kf = 1.3end ifend ifelsekh = 1.4kf = 1.4end if3.8齒向載荷分布系數(shù)kh、kf的程序?qū)崿F(xiàn)方法齒輪的齒向載荷分布系數(shù)k可分為kh和kf，其中kh為按齒面接觸疲勞強度計算時用的系數(shù)，而kf為按齒根彎曲疲勞強度計算時的所用的系數(shù)

40、。3.8.1 按齒面接觸疲勞強度計算時齒向載荷分布系數(shù)kh由參考資料3圖10-13可知，圓柱齒輪的kh的大小與齒輪在軸上的布置情況、齒輪的精度等級、齒輪寬度b等因素有關(guān)，這個表格很大很麻煩，作者通過分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)了通過方程來表達kh與其它因素之間的定量關(guān)系，方程擬合的精度比較高，誤差很小，滿足一般的設計要求。部分程序如下：if userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 6 then kh = 1.11 + 0.18 * d * d + 0.00015 * bif userform3.optionbutton9.value = true a

41、nd jingdu = 7 then kh = 1.12 + 0.18 * d * d + 0.00023 * bif userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 8 then kh = 1.15 + 0.18 * d * d + 0.00031 * bif userform3.optionbutton9.value = true and jingdu = 9 then kh = 1.2 + 0.18 * d * d + 0.00053 * bif userform3.optionbutton9.value = true and (jin

42、gdu = 10 or jingdu = 11 or jingdu = 12) then kh = 1.27 + 0.18 * d * d + 0.00065 * b其中userform3.optionbutton9.value = true就是代表兩支撐相對小齒輪做對稱布置，這段程序?qū)崿F(xiàn)了當兩支撐相對小齒輪做對稱布置時，齒向載荷分布系數(shù)與精度等級、齒寬系數(shù)、齒輪寬度之間的定量關(guān)系。3.8.2 按齒根彎曲疲勞強度計算時齒向載荷分布系數(shù)kf齒輪的kf可和kh之值、齒寬b與齒高h之比b/h有關(guān)，見圖3-6。圖3-6 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù)kf由圖3-6可知，kf的取值計算非常繁瑣，根據(jù)作者

43、查的資料顯示，有如下的經(jīng)驗公式可用，將圖標成功地轉(zhuǎn)化為方程。nn = (d z1 / 2.25)2/(1 +d z1/2.25 + (d z1/2.25)2)且kf= khnn。部分程序如下：dim nn as singlenn = (d * z1 / 2.25) 2 / (1 + (d * z1 / 2.25) + (d * z1 / 2.25) 2)kf = (kh) nn4 基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的設計過程4.1 基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的主程序框圖斜齒輪計算機輔助設計系統(tǒng)根據(jù)斜齒輪傳動的設計步驟，嚴格按照設計公式進行設計計算。剛進入程序第一個窗體是

44、登錄窗體，登錄窗體上只有一些設計者指導者信息和標題。第二個窗體是供初始參數(shù)輸入的窗體。第三個窗體是選擇載荷狀態(tài)和原動機以確定使用系數(shù)ka，選擇齒輪布置方式以確定齒寬系數(shù)d。第四個窗體用于選擇大小齒輪的材料和熱處理方式，確定硬度值，從而得到接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限。第五個窗體是用于選擇齒輪精度，初選螺旋角和載荷系數(shù)，輸入接觸疲勞安全系數(shù)和彎曲疲勞安全系數(shù)。第六個窗體根據(jù)以上輸入的參數(shù)經(jīng)過強度計算得到分度圓直徑和模數(shù)，然后選擇標準模數(shù)，計算中心距并圓整，根據(jù)圓整的中心距修正螺旋角。第七個窗體將得到一系列的設計結(jié)果顯示出來，并且選擇齒輪旋向。第八個窗體用于輸入關(guān)于畫圖的相關(guān)信息，如選擇圖紙

45、幅面和比例，輸入技術(shù)要求，選擇要繪制的齒輪，然后在auto cad界面中繪制零件圖。至此，整個過程結(jié)束?？梢妶D4-1。圖4-1 基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的主程序框圖該框圖中變量名為：p為齒輪傳動功率，i為傳動比，n1為小輪轉(zhuǎn)速，t代表齒輪工作工作時間。ka為使用系數(shù)。hlim和fe分別代表齒輪的接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限。kt為載荷系數(shù)，s1、s2分別代表接觸疲勞強度極限安全系數(shù)和彎曲疲勞強度極限安全系數(shù)。d11是分度圓直徑，是通過齒面接觸疲勞強度極限計算所得，mn是法面模數(shù)，是通過齒根彎曲疲勞強度計算所得。4.2 vba交互開發(fā)環(huán)境使用auto cad/vba編程和

46、運行程序，首先需要運行auto cad，然后在“工具欄”里找到“宏”，在“宏”里選擇“vba管理器”，單擊打開vba管理器，選擇需要操作的dvb格式的文件，加載它，然后單擊“vba編輯器”即可打開。打開后進入的就是vba ide（vba交互開發(fā)環(huán)境），用戶可以使用vba交互開發(fā)環(huán)境編輯其代碼、窗體及進行引用。用戶也可以在vba ide中調(diào)試和運行工程。vba ide界面見圖4-2。圖4-2 vba交互開發(fā)環(huán)境界面打開后的vba ide編輯環(huán)境如圖所示，該圖中標明了工程窗口、菜單和工具欄。屬性窗口在左下方，對應的是界面中正顯示的窗體的屬性。雙擊窗體即可看到代碼窗口，在代碼窗口中用戶可編輯程序。工

47、具箱在工具欄里，其中含有許多可視化的控制對象（控件），用戶可以在工具箱中選取所需的控件，并將其添加到窗體中，以繪制所需的圖形界面。啟動vba后，工具箱中會裝載一些基本控件，下面就來簡單介紹一些基本的控件：（1）添加標簽（label）控件。標簽控件主要用來標注和顯示提示信息。設置屬性窗口的caption屬性，輸入對應的文字，如“輸入功率”、“傳動比”等。（2）添加文本框（textbox）控件。文本框控件主要是用于顯示用戶輸入的信息和信息輸出的對象。如果想將textbox中的值默認為一個數(shù)，只需要在此控件的text屬性中輸入該數(shù)值即可。（3）添加單選按鈕（optionbutton）控件。用于顯示一

48、個可打開或關(guān)閉的選項，并且同一組只可選中一個選項。它的屬性value=true時，表明選中了控件代表的項，value=false時,表明并沒有選中控件所代表的項。（4）添加組合框（combobox）控件。初始條件的輸入和選擇過程中，有些變量只要在固定的幾個內(nèi)容中選擇即可，此時使用combobox控件可輕松實現(xiàn)這個功能。（5）添加命名按鈕（commandbutton）控件。commandbutton控件在程序中主要作為按鈕使用，常見的有“上一步”，“下一步”等。在布置窗體時，應調(diào)整各個控件的大小和位置，使界面顯得緊湊美觀。更改窗體的caption屬性，該窗體的名稱就會相應變化，以便于編程時能夠清

49、楚地分辨程序運行的順序。4.3基于autocad/vba斜齒輪參數(shù)化設計的界面設計4.3.1 歡迎使用斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)界面圖4-3 歡迎使用斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)窗體第一個窗體是登陸界面，與設計程序沒有直接關(guān)系。窗體的正上方添加了一個label控件，將它的caption屬性修改為“斜齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)”，告訴用戶本設計的主要內(nèi)容和用途，然后就是作者和指導教師信息。窗體的正下方有兩個commandbutton控件，名稱分別為“退出”和“開始”，用于退出設計和開始設計斜齒輪。4.3.2 初始參數(shù)輸入界面齒輪設計需要一些定量作為原始參數(shù)，包括傳動功率，轉(zhuǎn)數(shù)，傳動比和工作時間等，見圖4-4。圖4-4

50、初始參數(shù)輸入窗體這個窗體用于一系列的設計初始參數(shù)的輸入，有輸入功率，主動輪轉(zhuǎn)數(shù)，傳動比，工作年數(shù)，年工作天數(shù)和每天工作小時數(shù)。該窗體中一共有添加了8個label控件，6個textbox控件和3個commandbutton控件。這個窗體的代碼窗口比較簡單，只有簡單的幾個賦值語句。為了方便程序的試運行，將窗體中所有的textbox的text屬性都設置了默認數(shù)值。4.3.3 工況和齒輪布置界面使用系數(shù)ka是由載荷狀態(tài)和原動機共同決定的，參考材料3表10-2上共有四種載荷狀態(tài)和四種原動機，則一共有16種狀態(tài)，對應著16個使用系數(shù)值，只有當載荷狀態(tài)和原動機都確定了，使用系數(shù)才會確定。圓柱齒輪的齒寬系數(shù)d

51、是由兩支撐相對于小齒輪的裝置狀況決定的，但即使確定了齒輪布置狀態(tài)，也只能得到齒寬系數(shù)的一個范圍，無法得到確切的一個數(shù)值，所以用戶只能根據(jù)系統(tǒng)提示，人工選擇齒寬系數(shù)，見圖4-5。圖4-5 工況及齒輪布置窗體在窗體上左側(cè)添加了兩個frame控件，分別命名為“原動機”和“載荷狀態(tài)”，在每個frame控件里添加四個optionbutton控件，分別命名為對應的狀態(tài)。當在“原動機”和“載荷狀態(tài)”中各選中一個狀態(tài)時，便會在下面textbox中顯示出對應的使用系數(shù)值。當optionbutton1選中時（也就是原動機選擇電動機時），如果選擇optionbutton5（即是載荷狀態(tài)選擇均與平穩(wěn)），此時textb

52、ox8.text = 1，也就是ka=1，從而實現(xiàn)了使用系數(shù)的確定。同理，其他情況也是類似的方法，從而確定了使用系數(shù)。在窗體的右側(cè)有兩個frame控件，分別命名為“小齒輪布置方式”和“齒寬系數(shù)選擇”，在上面的frame中添加了3個optionbutton控件，下面的frame控件中有一個label控件和textbox控件。當選中optionbutton9時（也就是小齒輪選擇對稱布置時），lable的屬性就會顯示為“齒寬系數(shù)在0.91.4”，并且默認齒寬系數(shù)為0.9并顯示在下面的textbox中，也可以根據(jù)提示選擇輸入齒寬系數(shù)d。如果用戶輸入的數(shù)值不在提示的范圍內(nèi)，則會出現(xiàn)錯誤提示。如果最少沒有給d賦值，也就是textbox中沒有顯示數(shù)值，用戶單擊“下一步”時，無法進入下一個窗體，會出現(xiàn)錯誤提示對話框。4.3.4 齒輪材料及特性界面齒輪的材料有很多種，各自對應了一種或多種的熱處理方式，當選定了齒輪的材料和熱處理方式時，也就確定了齒輪的硬度范圍。由于齒輪的接觸疲勞強度極限hlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限fe只和硬度值大小有關(guān)系，且基本上一階線性相關(guān)，所以一旦選擇了具體的硬度值大小，齒輪的接觸疲勞強度極限h