基于autocad漸開線斜齒輪參數化設計系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 選擇齒輪旋向。第八個窗體用于輸入關于畫圖的相關信息，如選擇圖紙幅面和比例，輸入技術要求，選擇要繪制的齒輪，然后在Auto CAD界面中繪制零件圖。至此，整個過程結束。可見圖41。圖41 基于AutoCAD/VBA斜齒輪參數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為小輪轉速，t代表齒輪工作工作時間。Ka為使用系數。σHlim和σFE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，ss2分別代表接觸疲勞強度極限安全系數和彎曲疲勞強度極限安全系數。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，是通過齒根彎曲疲勞強度計算所得。 VBA交互開發環境使用Auto CAD/VBA編程和運行程序，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交互開發環境），用戶可以使用VBA交互開發環境編輯其代碼、窗體及進行引用。用戶也可以在VBA IDE中調試和運行工程。VBA IDE界面見圖42。圖42 VBA交互開發環境界面打開后的VBA IDE編輯環境如圖所示，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，只需要在此控件的Text屬性中輸入該數值即可。（3）添加單選按鈕（OptionButton）控件。用于顯示一個可打開或關閉的選項，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容中選擇即可，此時使用ComboBox控件可輕松實現這個功能。（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楚地分辨程序運行的順序。 歡迎使用斜齒輪參數化設計系統界面圖43 歡迎使用斜齒輪參數化設計系統窗體第一個窗體是登陸界面，與設計程序沒有直接關系。窗體的正上方添加了一個Label控件，將它的caption屬性修改為“斜齒輪參數化設計系統”，告訴用戶本設計的主要內容和用途，然后就是作者和指導教師信息。窗體的正下方有兩個mandbutton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。 初始參數輸入界面齒輪設計需要一些定量作為原始參數，包括傳動功率，轉數，傳動比和工作時間等，見圖44。圖44初始參數輸入窗體這個窗體用于一系列的設計初始參數的輸入，有輸入功率，主動輪轉數，傳動比，工作年數，年工作天數和每天工作小時數。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值。 工況和齒輪布置界面使用系數KA是由載荷狀態和原動機共同決定的，參考材料[3]表102上共有四種載荷狀態和四種原動機，則一共有16種狀態，對應著16個使用系數值，只有當載荷狀態和原動機都確定了，使用系數才會確定。圓柱齒輪的齒寬系數Φd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，也只能得到齒寬系數的一個范圍，無法得到確切的一個數值，所以用戶只能根據系統提示，人工選擇齒寬系數，見圖45。圖45 工況及齒輪布置窗體在窗體上左側添加了兩個Frame控件，分別命名為“原動機”和“載荷狀態”，在每個Frame控件里添加四個optionbutton控件，分別命名為對應的狀態。當在“原動機”和“載荷狀態”中各選中一個狀態時，便會在下面textbox中顯示出對應的使用系數值。當optionbutton1選中時（也就是原動機選擇電動機時），如果選擇OptionButton5（即是載荷狀態選擇均與平穩）， = 1，也就是KA=1，從而實現了使用系數的確定。同理，其他情況也是類似的方法，從而確定了使用系數。在窗體的右側有兩個Frame控件，分別命名為“小齒輪布置方式”和“齒寬系數選擇”，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“—”，也可以根據提示選擇輸入齒寬系數Φd。如果用戶輸入的數值不在提示的范圍內，則會出現錯誤提示。如果最少沒有給Φd賦值，也就是textbox中沒有顯示數值，用戶單擊“下一步”時，無法進入下一個窗體，會出現錯誤提示對話框。 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σHlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE只和硬度值大小有關系，且基本上一階線性相關，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σHlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE也就隨之確定了。見圖46。圖46 齒輪材料及特性窗體在這個窗體上有兩個大的Frame控件，內容完全相同，以“小齒輪”為例，里面添加了Combobox控件，里面的內容為各種材料和對應的熱處理方式，如“QT5005（常化）”，“40Cr（調制）”等。將材料和熱處理方式寫在一起的好處就是可以保證不會出現材料與熱處理方式不相符的情況。當選擇的材料及熱處理方式是45（調制后表面淬火）或40Cr（調制后表面淬火）或20Cr（滲碳后淬火）或20CrMnTi（滲碳后淬火）或12Cr2Ni4（滲碳后淬火）或20Cr2Ni4（滲碳后淬火）時，硬度值后面的Lable的caption屬性是HRC，如果選擇的是其它的材料及熱處理方式，則caption屬性是HBS。當選擇了材料和熱處理的方式時，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，對應的接觸疲勞強度極限和彎曲疲勞強度極限此時用戶可以定量選擇硬度值。此時齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim和齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE已經由硬度值確定了，并且已經顯示在下面的textbox中。 設計初始參數選擇界面這個窗體用于輸入一些設計原始參數，包括精度等級選擇，是否硬化處理，初選螺旋角，初選載荷系數，輸入接觸疲勞安全系數和彎曲疲勞安全系數。本設計只考慮了精度6級以后的設計，所以ComboBox里添加了的內容的只有6，7，8，9，10，11，12級。本窗體里輸入的螺旋角為角度制，在程序中使用的時候可根據需要再轉換為弧度制。設計把“下一步”，即Commandbutton事件作為調用子程序的觸發事件。一旦點擊“下一步”，立即調用design子程序，根據前面輸入的參數進行強度計算。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值，齒輪精度等級默認為7，并且默認為不進行齒面硬化處理。見圖47。圖47 設計初始參數選擇窗體 基本參數確定界面由于已經在上一個窗體中調用了子程序design，所以當程序運行到這個窗體時，斜齒輪參數化設計的強度計算已經基本結束了。在窗體的上半部分將設計所得到的分度圓直徑d11和法面模數mn12顯示出來。并且這里的分度圓直徑是由齒面接觸疲勞強度計算所得到的，法面模數是由齒根彎曲疲勞強度計算所得到的。在窗體中部添加了ComboBox控件，里面的內容有第一系列的模數和第二系列的模數，優先選擇第一系列的。當選擇的模數比強度計算得到的模數還要小時，系統會自動報錯，用戶需要重新選擇模數,選擇的模數比計算得到的稍大即可，不宜過大。選中模數的過程也就是Combmbox控件的click事件，這個事件觸發了計算中心距的程序，中心距計算出來以后顯示在后面的Textbox中。計算出來的中心距通常都不是整數，需要進行圓整，當用戶單擊“中心距修正”的控件時，系統自動進行圓整并將結果顯示出來。由于中心距已經圓整，相應的螺旋角也需要進行修正，修正后的結果顯示在對應的Textbox中。圖48 基本參數確定窗體在本窗體中，有計算大小齒輪相關參數的程序，包括分度圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑等，以Commandbutton6控件（即“下一步”）為事件，一旦單擊該控件，就立即觸發事件、執行程序，并將結果顯示在下一個窗體中。 計算參數界面在上一個窗體中已經將大小齒輪的各個尺寸參數計算完，并且已經通過賦值語句將各個數值賦到這個窗體的各個Textbox中了，所以一進入本窗體，大小齒輪的各個參數就能立即顯示出。有公共參數，包括中心距a，傳動比i，法面模數mn，端面模數mt，法面壓力角αn，螺旋角β，其中法面壓力角αn默認為20176。大小齒輪各自的參數包括齒數z，分度圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑，齒寬和旋向，其中計算這些參數時，默認為h*an=1,c＊n=。程序運行到這個窗體，除了齒輪旋向，其他的參數都是已經確定的。齒輪旋向有左旋和右旋之分，對于外嚙合的一對斜齒輪，齒輪的旋向剛好相反。在窗體的下方添加了兩個ComboBox控件，里面的內容都是“左旋”和“右旋”。并且當小齒輪旋向選擇左旋時，大齒輪旋向自動成為右旋；當小齒輪旋向選擇右旋時，大齒輪旋向自動成為左旋。同理，如果先選擇大齒輪旋向，小齒輪旋向自動成為相反的旋向。如果用戶沒有選擇齒輪旋向就直接單擊“下一步”，程序無法進行到下一個窗體，并且能夠自動報警，提醒用戶必須選擇齒輪旋向。到這一步結束，齒輪設計部分已經完全結束了，見圖49。圖49 計算參數窗體 參數化繪圖界面本窗體的作用就是輸入輪轂尺寸、選擇圖紙、確定比例、輸入技術要求、填寫標題欄內容以及選擇需要進行繪制的齒輪，然后繪圖。本設計圖紙幅面只添加了A0，A1，A2和A3四種圖紙，可以滿足一般的繪圖要求。本設計繪圖比例默認為1：1，用戶也可以自己輸入所需要的比例。窗體中間添加了一個Frame控件，里面加了四個Textbox控件用于填寫技術要求，用戶也可以使用默認的技術要求，只需要單擊這個Frame控件里面Commandbutton1控件（即“參考技術要求”）即可。標題欄里的信息已經輸入作者的相關信息，=Date語句將時間顯示在對應的文本框里。在窗體右上方的Frame控件里個添加了一張圖片，分別是實心式結構的齒輪和孔板式結構的齒輪。窗體的右下方用于確定輪轂尺寸，對于齒輪來說，輪轂直徑一旦確定，輪轂高度和鍵槽寬度也就隨之確定了，所以用戶只要需要輸入輪轂直徑，見圖410。圖410 參數化繪圖窗體先畫在A3圖紙畫小齒輪如圖411。圖411 小齒輪繪圖再畫在A2圖紙畫大齒輪如圖412。圖412 大齒輪繪圖如圖所示，本設計在繪圖結束以后能夠實現自動標注尺寸和圓跳動，并且能夠自動顯示技術要求和標題欄等。 設計實例以上窗體中采用的數據均來自參考資料[3]中的一個例題。實例：設計帶式輸送機減速器的高速級齒輪傳動。已知輸入功率P1=10KW，小齒輪轉速n1=960KW/min，齒數比u=，由電動機驅動，工作壽命15年（設每年工作300天），兩班制，帶式輸送機工作平穩，轉向不變。例題設計結果與使用本設計得到的結果基本相同，略有誤差。而且主要誤差是設計過程中的各種參數的誤差，最終結果之間誤差很小，可以忽略。見表41和表42。設計過程中的參數。表41 設計過程中部分參數對比實例本設計系統分度圓直徑法面模數表42 部分最終參數對比實例本設計系統齒數小齒輪3131大齒輪9999分度圓直徑小齒輪大齒輪齒輪寬度小齒輪65mm64mm大齒輪70mm69mm螺旋角14176。2＇5＂14176。19＇12＂中心距134mm134法面模數mt22在進行齒面彎曲疲勞強度計算時，，經分析影響分度圓直徑的各個參數，最后發現造成的誤差的主要原因是齒向載荷分配系數KHβ相對較小，從而導致載荷系數K變小，根據分度圓校正公式可知，分度圓直徑就會變小。雖然齒向載荷分配系數KHβ擬合的結果與實際差距很小，可以忽略，還是會有一定的誤差存在。在進行彎曲疲勞強度計算時。導致法面模數較小的原因是齒向載荷分配系數KFβ相對較小，從而導致從而導致載荷系數K變小，最終結果就是彎曲疲勞強度計算得到的法面模數變小。本設計中KFβ的值由擬合的方程計算所得，雖然結果與實際相比誤差較小，當還是造成法面模數值變小。雖然由齒面彎曲疲勞強度計算得到的分度圓直徑相對較小，但是最終模數選擇的都是2，所以最終各種齒輪參數基本相同。本設計中齒輪寬度計算出來后用四舍五入圓整直徑得到最終值，而例題中特意將齒輪寬度值末尾數設為5或者0，所以導致齒輪寬度值略有不同。