計算機輔助漸開線圓柱齒輪精度設(shè)計

李亞非，王 誠

（長沙理工大學(xué)汽車與機械工程學(xué)院，湖南長沙410114）

齒輪精度的高低，直接影響到齒輪傳動的工作性能和使用壽命。因此，各國先后多次制訂和修訂了廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、儀器儀表等機械產(chǎn)品中的圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)。但整個齒輪精度設(shè)計過程十分繁瑣，要查取多張表格，用到的計算公式多而復(fù)雜，設(shè)計工作量大，花費時間多，且易出錯。對此，人們想到了計算機輔助設(shè)計的方法，文獻[1，2，3]介紹了基于 GB/T10095—1988《漸開線圓柱齒輪精度》的CAD系統(tǒng)，大多采用VB語言編程及三個公差組來控制齒輪公差。本文介紹一種采用Visual C++語言自主開發(fā)的基于2008年新國標(biāo)[4~5]的設(shè)計軟件，摒棄三個公差檢驗組的分類，根據(jù)齒輪工作環(huán)境選擇推薦的檢驗組，用該軟件可以輕松完成齒輪精度設(shè)計工作。

1 軟件的界面設(shè)計

Visual C++是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言[6]，提供可視化編程工具應(yīng)用程序向?qū)ppWizard和類向?qū)lassWizard，用它可以方便的設(shè)計出良好的圖形用戶界面。圖1為本軟件的界面（含一個實例的運行結(jié)果）。它用一個界面集成了兩大功能：設(shè)計參數(shù)的輸入，設(shè)計結(jié)果的顯示及輸出。運行時，用戶只需對有關(guān)控件進行簡單的操作（如在文本框中輸入已知參數(shù)值，或用鼠標(biāo)點擊按鈕等）就能完成相應(yīng)的任務(wù)。

圖1 軟件界面圖

2 軟件的工作流程設(shè)計

根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)[4~5]以及參考文獻[7]第10章第5節(jié)介紹的圓柱齒輪精度設(shè)計方法和步驟，圓柱齒輪精度設(shè)計的主要內(nèi)容有：

（1）齒輪精度等級的確定；

（2）單個齒輪精度評定指標(biāo)的確定；

（3）齒輪副精度評定指標(biāo)的確定；

（4）齒坯精度的確定。

該軟件的工作流程見圖2。

圖2 軟件流程圖

上述流程圖的設(shè)計要點簡介如下：

2.1 輸入已知參數(shù)

在“輸入已知參數(shù)”框架內(nèi)，包含有10個文本框，2個下拉列表框，下拉列表框中列出了機床、輕型汽車、重型汽車、汽輪機減速器、一般減速器、起重機、農(nóng)業(yè)機械等不同用途的齒輪，輸入齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、轉(zhuǎn)速、應(yīng)用范圍等已知數(shù)據(jù)。

2.2 確定精度等級

計算機先根據(jù)齒輪應(yīng)用范圍，使用要求，工作條件查表確定精度等級大致范圍，再根據(jù)計算得出的小齒輪圓周速度查表確定其精度等級[7]。

2.3 確定單個齒輪檢驗項目

GB/T 10095—1988將單個齒輪的各項公差分為三個公差組，并將同一公差組內(nèi)的各項指標(biāo)分為若干個檢驗組。然后根據(jù)生產(chǎn)批量、使用要求、測量設(shè)備條件等選擇一個檢驗組來檢查齒輪的精度。但2008年的國家標(biāo)準(zhǔn)沒有給出公差組和檢驗組，并指出：在檢驗中，測量全部輪齒要素的偏差既不經(jīng)濟也沒必要。

該軟件按齒輪工作性能要求推薦了若干個檢驗組，將齒輪使用范圍分為機床、輕型汽車、重型汽車等12大項數(shù)十小項。表1為機床齒輪的分類及推薦檢驗項目舉例。

表1 機床齒輪檢驗項目

檢驗項目還可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況作適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)有條件檢驗f'i和F'i時，可以不必檢驗fpt和Fp。測量Fr簡單、方便，所以常用。如果能檢驗F"i和f"i，則不必檢驗Fr。檢驗項目確定后即可根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中給出的計算公式自動求出各偏差允許值。

2.4 確定齒輪副精度

齒輪副的評定指標(biāo)主要有：齒輪副的中心距偏差fα，齒輪副的軸線平行度偏差 fΣδ和 fΣβ，齒輪副的側(cè)隙 jbn等。側(cè)隙通常由齒厚偏差Esn或公法線平均長度偏差Ebn來控制。測量公法線長度比測量齒厚方便、精確，因此生產(chǎn)中常用測量公法線長度的方法來控制齒輪副側(cè)隙。

2.5 確定齒坯精度

齒坯是指在輪齒加工前供制造齒輪用的工件。齒坯精度包括內(nèi)孔、頂圓、端面等定位基準(zhǔn)面和安裝基準(zhǔn)面的尺寸偏差和形位誤差以及表面粗糙度要求。具體數(shù)據(jù)有表可查。

2.6 數(shù)據(jù)打印

為了方便計算數(shù)據(jù)的保存及打印，軟件生成一個TXT文本，保存輸入?yún)?shù)、國標(biāo)規(guī)定的精度項目和側(cè)隙指標(biāo)計算值等。

2.7 生成工程圖

利用新的開發(fā)工具 ARX（AutoCAD Runtime eXtension）[8]對AutoCAD進行二次開發(fā)，ARX程序本質(zhì)上是Windows DLL程序，與AutoCAD共享地址空間，以消息驅(qū)動的方式直接調(diào)用AutoCAD的核心函數(shù),AutoCAD通過調(diào)用入口函數(shù)來調(diào)用ARX程序模塊，程序如下：

extem“c”AcRx::AppRetcode acrxEntrypoint(AcRx::AppMsgcode msg,void*pkt)

//程序入口函數(shù)

{switch(msg) //消息判別

{case AcRx::klnitAppMsg;//加載ARX應(yīng)用程序時，AutoCAD發(fā)給應(yīng)用程序的消息

Acr xDynamicLinker->unloadApplication(pkt);

//允許卸載應(yīng)用程序

initApp(); //調(diào)用初始化函數(shù)

break;

case AcRx:kUnloadAppMsg:

//用戶卸載應(yīng)用程序或關(guān)閉當(dāng)前繪圖任務(wù)時

AutoCAD發(fā)給應(yīng)用程序的消息

unloadApp();//調(diào)用卸載函數(shù)

break;

default;

break;}

return AcRx:kReto;}

//ARX程序返回給AutoCAD的狀態(tài)碼

void function();//用戶定義的命令函數(shù)

{……}

3 應(yīng)用舉例

某普通機床主軸箱中有一對漸開線直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=6 mm，齒形角α=20°，小齒輪齒數(shù)z1=36，大齒輪齒數(shù)z2=84，有效齒寬b=50 mm，小齒輪孔徑D=55 mm，轉(zhuǎn)速n1=750 r/min，兩軸承中間距離L=140 mm，齒輪材料為45鋼，箱體材料為鑄鐵HT200，小批生產(chǎn)，試對小齒輪（主動齒輪）進行精度設(shè)計，并將精度要求標(biāo)注在齒輪零件圖上。

操作——輸入已知數(shù)據(jù)；依次按確定計算，若對某個步驟輸出參數(shù)不滿意，確認后可以在相應(yīng)的文本框內(nèi)重新輸入，即可修改。運行結(jié)果如圖1。

運行AutoCAD，加載軟件生成的ARX文件，輸入gear命令后，可以得到圖3所示工程圖。

圖3 工程圖

表2 數(shù)據(jù)對比圖單位：(μ m）

表2為用該軟件計算得到的值與查國標(biāo)及人工計算得到的值的結(jié)果對比。事實證明了該軟件的可行性、正確性和快捷性。

4 結(jié)束語

本軟件界面友好，操作簡單，具有很好的實用價值，能為用戶節(jié)約大量的設(shè)計間，為齒輪設(shè)計的智能化和新國標(biāo)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

[1]姜世平，李西建，黃漫玲，夏志新.圓柱齒輪精度的計算機輔助分析計算[J].機械傳動，2004，28(5)：43-46.

[2]牛貴峰，邱亞玲，馬海峰.計算機輔助圓柱齒輪精度設(shè)計系統(tǒng)的研究[J].通用機械，2006，（6）：88-92.

[3]陳于萍.齒輪精度的計算機輔助設(shè)計[J].南京工程學(xué)院學(xué)報，2001，1（1）：16-18.

[4]GB/T 10095.1～2—2008，圓柱齒輪精度制[S].

[5]GB/Z 18620.1～4—2008，圓柱齒輪檢驗實施規(guī)范[S].

[6]孫 鑫.VC++深入詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[7]徐學(xué)林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2009.

[8]孫江宏，丁立偉，米潔.AutoCAD ObjectARX開發(fā)工具及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.