齿轮传动计算机辅助设计软件的开发(附件)
目前，齿轮传动在世界范围内具有广阔的应用，但是齿轮传动设计却是一个相当繁琐的工作。本设计基于减轻齿轮传动设计工作量的目的，运用MATLAB GUI，设计一种界面友好、功能广泛的齿轮传动设计辅助计算机软件。GUIDE具有相当丰富的控件可供选择，内部结构体储存数据方便各个函数之间的交流，还可轻松生成各种功能多样的回调函数，是一种极其方便和功能强大的软件设计平台。本软件可提供多种方式输入，并且对最终的参考设计方案进行优化处理。其中，我们提供了两种优化准则可供挑选。本软件配有初始化程序可方便初学者独立完成齿轮传动的设计工作。同时允许多种参数的选择，也方便相关专业人员的研究与学习。本软件主要面对客户为机械专业相关大学生，所以配备了一个CAD二次开发软件。该软件可以为客户提供齿轮结构设计的草图，即完成了主体的设计也留下了适当的弹性空间，这样可以适应于多种情况。关键字：齿轮传动；CAD二次开发；GUI；回调函数目 录
第一章绪论 1
1.1 齿轮传动简述 1
1.2 齿轮传动的分类 1
1.3 齿轮传动的设计 1
1.4 齿轮设计辅助软件 2
第二章软件开发环境 3
2.1 MATLAB基本介绍 3
2.2 GUI基本介绍 3
2.3 AutoCAD的二次开发 5
第三章 GUI设计 6
3.1 总述 6
3.2 软件的界面设计 6
3.3 软件的初始化 8
3.4 基本设计参数的输入 9
3.4.1 总述 9
3.4.2 功率，扭矩，转速的输入 10
3.4.3 齿宽系数和传动比的输入 12
3.4.4 精度的输入 13
3.4.5 使用系数的输入 13
3.4.6 其余参数的输入 14
3.5 大小齿轮材料的输入 15
3.6 参考设计方案的输出 17
3.6.1 总述 17
3.6.2 齿面接触强度设计 19
3.6.3 齿根弯曲疲劳强度设计 23
3.6.4 齿轮的优化设计 25
3.6.5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
> 3.4.5 使用系数的输入 13
3.4.6 其余参数的输入 14
3.5 大小齿轮材料的输入 15
3.6 参考设计方案的输出 17
3.6.1 总述 17
3.6.2 齿面接触强度设计 19
3.6.3 齿根弯曲疲劳强度设计 23
3.6.4 齿轮的优化设计 25
3.6.5 齿轮的几何设计 26
第四章齿轮绘图软件 27
4.1 总述 27
4.2 界面设置 27
4.3 初始化设定 28
4.4 主程序 28
4.4.1 参数输入 28
4.4.2 图层设置 29
4.4.3 基本图形输入 29
总结 32
致谢 33
参考文献 34
附录 35
附录一 GUI的程序 35
附录二 CAD宏程序 64
第一章 绪论
1.1 齿轮传动简述
齿轮传动是常见的机械传动中应用最为广泛的，也是最为重要的。这主要是因为齿轮传动有较高的效率，和相当精确的传动比，当然较高的生产成本是紧密跟随的。不过我们有理由相信，随着科学技术的飞速发展，重要的事物价格必然会不断下降，齿轮传动的这一缺点必然会显得微不足道。齿轮传动的紧密结构和不能远距离传动伴随，既是优势也是劣势。这种稳定而又长寿的传动方式也有噪音较大这个明显的缺点，当前世界各国对齿轮传动仍然热度不减，新材料的使用和设计方式的改良相信不久将会减弱噪音的这个不利影响。
1.2 齿轮传动的分类
传统上，齿轮传动通常被分为两大类。开式传动也就是齿轮外漏的传动形式，显然，这种方法不能避免灰沙异物的落入而导致的齿轮面易磨损的问题，所以现今的大部分重要场合大都是闭式传动，也就是把齿轮封闭在刚性箱体的一种传动方式。
上文所说，齿轮传动是普遍存在于各行各业，所以我们有很多各有特点的齿轮传动形式来适用不同的工作范围。比如广泛应用于矿山。轻工、化工和建材机械的，同时也是最为普及的渐开线圆柱齿轮；和化工行业联系最为密切的摆线针轮传动；广泛用于自动机器以及解算装置中的非圆齿轮传动。等等
最值得一提的是近年来热度不减的谐波齿轮传动。这种齿轮传动今年正好是其诞生60周年，相比于其他类型的齿轮传动，称得上后期之辈。具有传动比50500的巨大传动范围，满足了仿生技术、航空航天工程、海洋工程等等新兴技术的需要。谐波齿轮曾经跟随美国人登上了月球。
1.3 齿轮传动的设计
机械设计的重点在于满足使用性能下的经济性的问题，所以必须对齿轮的重要失效形式做一个大体了解，这样才能制定较为可行的轻度计算准则。
上文提到闭式传动在当今重要场合应用最多，在润滑良好的闭式传动上点蚀较为常见。
齿轮传动在齿根位置由于多次重复的弯曲应力和应力集中而易造成齿根的疲劳折断，另外短时的过度冲击也容易造成过载折断。
接触疲劳强度和弯曲疲劳强度是主要的强度校核计算，必要的情况下我们也会进行静强度计算。
目前的强度计算一般采用：
对于闭式软齿面，我们正常先回按照齿面疲劳强度进行设计，校核部分则会采用弯曲疲劳强度。与之相反的是闭式硬齿面齿轮传动。开式传动只需要按照弯曲疲劳强度设计，并用增大模数的方法来考虑磨损的影响。
对于有较大的短期过载传动，我们会按照地循环疲劳强度进行设计，以防止齿轮过载折断或者塑性流动。
高速重载齿轮传动，我们还要进行抗胶合能力能力进行计算。
总之，因为齿轮传动的应用极为广泛，所以所要考虑的问题也是极其复杂，对于齿轮传动并没有统一的方法，具体问题具体分析，很多情况更需要结合实际经验进行判断。
另外还有一点我们必须提到，传统的齿轮传动过程极为复杂，因为有大量的经验公式和拟合数据，所以在设计过程中大量查表和经验判断是必不可少的。在我国，二级减速器经常作为机械设计及相关专业的课程设计，主要是因为二级减速器的设计过程包含带传动设计、轴的设计、螺栓校核，尤其是主体为齿轮设计，在齿轮设计的实践过程中，机械设计的基本原则都有体现。因为齿轮传动设计的冗杂，所以才会有本文所考虑齿轮传动设计软件出现的必要，但是同时我们也应该注意，因为齿轮传动的设计是多样和与实际情况联系相当密切，所以一般的齿轮设计辅助软件只能解决单一的齿轮传动问题，解决多种齿轮问题的软件其实也无必要，考虑这么多种实际情况对于软件的简便性，也可以说是傻瓜性也是一种背叛。
1.4 齿轮设计辅助软件
上文提到，齿轮传动应用的多样性也决定了齿轮传动软件的多样性。事实上不仅仅如此，齿轮设计软件不仅仅用来设计齿轮的传动参数，如齿数、模数、直径、中心距等，比如齿轮的几何尺寸也是常见的设计目的。所以齿轮软件的范围就更加宽泛，齿轮传动设计软件的形式就更加多样，齿轮的修行计算甚至轮廓等等都有相关的软件参与。
很多机械行业相关的二维，三维软件都配备着齿轮的设计软件、校核软件、自动成型软件独立的齿轮设计软件并不是现在的主流趋势。
第二章 软件开发环境
2.1 MATLAB基本介绍
图21：MATLAB工作界面
Matlab和Mathematical、Maple并成为三大数学软件。三款软件的风格迥异，尤其是Matlab与Mat
第一章绪论 1
1.1 齿轮传动简述 1
1.2 齿轮传动的分类 1
1.3 齿轮传动的设计 1
1.4 齿轮设计辅助软件 2
第二章软件开发环境 3
2.1 MATLAB基本介绍 3
2.2 GUI基本介绍 3
2.3 AutoCAD的二次开发 5
第三章 GUI设计 6
3.1 总述 6
3.2 软件的界面设计 6
3.3 软件的初始化 8
3.4 基本设计参数的输入 9
3.4.1 总述 9
3.4.2 功率，扭矩，转速的输入 10
3.4.3 齿宽系数和传动比的输入 12
3.4.4 精度的输入 13
3.4.5 使用系数的输入 13
3.4.6 其余参数的输入 14
3.5 大小齿轮材料的输入 15
3.6 参考设计方案的输出 17
3.6.1 总述 17
3.6.2 齿面接触强度设计 19
3.6.3 齿根弯曲疲劳强度设计 23
3.6.4 齿轮的优化设计 25
3.6.5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
> 3.4.5 使用系数的输入 13
3.4.6 其余参数的输入 14
3.5 大小齿轮材料的输入 15
3.6 参考设计方案的输出 17
3.6.1 总述 17
3.6.2 齿面接触强度设计 19
3.6.3 齿根弯曲疲劳强度设计 23
3.6.4 齿轮的优化设计 25
3.6.5 齿轮的几何设计 26
第四章齿轮绘图软件 27
4.1 总述 27
4.2 界面设置 27
4.3 初始化设定 28
4.4 主程序 28
4.4.1 参数输入 28
4.4.2 图层设置 29
4.4.3 基本图形输入 29
总结 32
致谢 33
参考文献 34
附录 35
附录一 GUI的程序 35
附录二 CAD宏程序 64
第一章 绪论
1.1 齿轮传动简述
齿轮传动是常见的机械传动中应用最为广泛的，也是最为重要的。这主要是因为齿轮传动有较高的效率，和相当精确的传动比，当然较高的生产成本是紧密跟随的。不过我们有理由相信，随着科学技术的飞速发展，重要的事物价格必然会不断下降，齿轮传动的这一缺点必然会显得微不足道。齿轮传动的紧密结构和不能远距离传动伴随，既是优势也是劣势。这种稳定而又长寿的传动方式也有噪音较大这个明显的缺点，当前世界各国对齿轮传动仍然热度不减，新材料的使用和设计方式的改良相信不久将会减弱噪音的这个不利影响。
1.2 齿轮传动的分类
传统上，齿轮传动通常被分为两大类。开式传动也就是齿轮外漏的传动形式，显然，这种方法不能避免灰沙异物的落入而导致的齿轮面易磨损的问题，所以现今的大部分重要场合大都是闭式传动，也就是把齿轮封闭在刚性箱体的一种传动方式。
上文所说，齿轮传动是普遍存在于各行各业，所以我们有很多各有特点的齿轮传动形式来适用不同的工作范围。比如广泛应用于矿山。轻工、化工和建材机械的，同时也是最为普及的渐开线圆柱齿轮；和化工行业联系最为密切的摆线针轮传动；广泛用于自动机器以及解算装置中的非圆齿轮传动。等等
最值得一提的是近年来热度不减的谐波齿轮传动。这种齿轮传动今年正好是其诞生60周年，相比于其他类型的齿轮传动，称得上后期之辈。具有传动比50500的巨大传动范围，满足了仿生技术、航空航天工程、海洋工程等等新兴技术的需要。谐波齿轮曾经跟随美国人登上了月球。
1.3 齿轮传动的设计
机械设计的重点在于满足使用性能下的经济性的问题，所以必须对齿轮的重要失效形式做一个大体了解，这样才能制定较为可行的轻度计算准则。
上文提到闭式传动在当今重要场合应用最多，在润滑良好的闭式传动上点蚀较为常见。
齿轮传动在齿根位置由于多次重复的弯曲应力和应力集中而易造成齿根的疲劳折断，另外短时的过度冲击也容易造成过载折断。
接触疲劳强度和弯曲疲劳强度是主要的强度校核计算，必要的情况下我们也会进行静强度计算。
目前的强度计算一般采用：
对于闭式软齿面，我们正常先回按照齿面疲劳强度进行设计，校核部分则会采用弯曲疲劳强度。与之相反的是闭式硬齿面齿轮传动。开式传动只需要按照弯曲疲劳强度设计，并用增大模数的方法来考虑磨损的影响。
对于有较大的短期过载传动，我们会按照地循环疲劳强度进行设计，以防止齿轮过载折断或者塑性流动。
高速重载齿轮传动，我们还要进行抗胶合能力能力进行计算。
总之，因为齿轮传动的应用极为广泛，所以所要考虑的问题也是极其复杂，对于齿轮传动并没有统一的方法，具体问题具体分析，很多情况更需要结合实际经验进行判断。
另外还有一点我们必须提到，传统的齿轮传动过程极为复杂，因为有大量的经验公式和拟合数据，所以在设计过程中大量查表和经验判断是必不可少的。在我国，二级减速器经常作为机械设计及相关专业的课程设计，主要是因为二级减速器的设计过程包含带传动设计、轴的设计、螺栓校核，尤其是主体为齿轮设计，在齿轮设计的实践过程中，机械设计的基本原则都有体现。因为齿轮传动设计的冗杂，所以才会有本文所考虑齿轮传动设计软件出现的必要，但是同时我们也应该注意，因为齿轮传动的设计是多样和与实际情况联系相当密切，所以一般的齿轮设计辅助软件只能解决单一的齿轮传动问题，解决多种齿轮问题的软件其实也无必要，考虑这么多种实际情况对于软件的简便性，也可以说是傻瓜性也是一种背叛。
1.4 齿轮设计辅助软件
上文提到，齿轮传动应用的多样性也决定了齿轮传动软件的多样性。事实上不仅仅如此，齿轮设计软件不仅仅用来设计齿轮的传动参数，如齿数、模数、直径、中心距等，比如齿轮的几何尺寸也是常见的设计目的。所以齿轮软件的范围就更加宽泛，齿轮传动设计软件的形式就更加多样，齿轮的修行计算甚至轮廓等等都有相关的软件参与。
很多机械行业相关的二维，三维软件都配备着齿轮的设计软件、校核软件、自动成型软件独立的齿轮设计软件并不是现在的主流趋势。
第二章 软件开发环境
2.1 MATLAB基本介绍
图21：MATLAB工作界面
Matlab和Mathematical、Maple并成为三大数学软件。三款软件的风格迥异，尤其是Matlab与Mat
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