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1、机械CAD在机械设计中的应用,机械设计中标准零部件的程序化设计,带传动&（链传动）齿轮传动,参考文献：1、机械CAD技术基础 童秉枢 清华大学出版社2、机械CAD基础 吴昌林 高教出版社3、机械CAD技术基础 谭光宇 哈工大出版社4MECHANICAL ENGINEERING CAD/CAM武汉理工翻译出版,机械CAD程序编制的方法,机械CAD标准零件编制的特点1、标准零件CAD主要涉及零件材料及热处理方法的选择，设计参数和几何尺寸的确定，以及强度，刚度校核计算，标准件的选择等。2、设计计算多，计算公式多，涉及参数多、图表线图多等，因此需要设计者提供合理数学模型，能对设计资料自动检索，自动选取
2、参数，以及向用户提供设计建议。3、标准零件CAD的设计思路和普通设计方法一样或者相似。,零件CAD需要解决的问题,1、设计资料的程序化由于设计过程中设计多方面参数、系数的选择，主要从设计手册中查取，因此，机械CAD首要解决问题是如何将有关数表、线图程序化处理，实现自动检索。2、设计结果的分析、判断和优化机械零件设计中应该满足的条件较多，如各种强度、刚度的校核，故机械CAD中应该具备设计参数的分析，判断、修改和优化的功能。,3、CAD设计计算应该与其他CAD部分相联接完整的机械零件CAD包括：设计计算，数据库、零件图和装配图三大部分。设计计算部分我们应用VB，数据库部分可以应用数据库管理系统软件
3、，如：FOXBASE，SQL等，图形处理可以有绘图软件完成，如：Pro-E，AutoCAD等。但是由于这三个部分都独自是一个完整的系统，如何解决三者之间的联接问题是我们以后应该学习的内容。,机械CAD设计计算程序的编写,由于机械零件设计内容比较多，过程复杂，因此可以按照不同设计功能采用模块化程序结构。模块化程序设计方法就是将一个程序根据一定的划分原则分成若干个相对独立、易处理的模块分别进行编程和调试，然后用主程序将模块联接起来。,模块化标准渐开线圆柱齿轮传动设计,目的：采用功能模块设计，根据实际工作的需要，选择相应的功能和对象进行设计工作，最终完成对系统的设计。,机械CAD程序编制的步骤,1、
4、明确设计内容、要求、任务、适用范围和实现功能。2、确定设计计算准则、计算方法、建立数学模型。3、列出设计计算步骤、计算公式及设计中涉及参数及变量。4、根据设计内容、方法、步骤建立设计/程序流程图。5、进行相关数表、线图处理方法，完成对应子模块程序编写，调试及运行，建立数据文件及数据库。6、编写各功能模块程序，将设计计算和数据库、图形处理联接，调试程序。7、完成最后设计产品定型，设计产品界面外观，进行产品包装，进行营销前的最后准备工作。,V带传动CAD,一、V带传动设计的已知条件和设计内容。（1）已知条件：传递的功率P1，小带轮转速n1,大带轮转速n2，原动机和工作机载荷性质，另外一些约束条件。
5、（2）设计计算的内容：选择V带截面型号；决定大、小带轮直径d1，d2；V带基准长度Ld；中心距a；V带根数z；初拉力F0等。,V带传动设计方法、步骤及变量对照表,参考：【1】机械设计基础 杨可桢 高等教育出版社【2】机械CAD基础 吴昌林 高教出版社1、V带传动的设计方法已知：计算功率和大小带轮转速。过程：参考文献1P205，普通V带选型；选择带轮直径d1，d2，中心距a；计算带长和包角 决定带的根数z，初拉力F0，压轴 力FQ。建议：对不同的V带型，选取24种小带轮 直径，进行计算计算，综合分析比 较，确定最终设计方案。,2、V带传动设计步骤参考文献【2】p202 表6-1,1、确定计算功率
6、Pc(1)【1】p205 表13-6 查取工况系数KA(2)根据公式 Pc=KAP 计算2、选择V带型号根据计算功率、小带轮转速，由【1】p205 图13-15 选取V带型号。3、确定带轮基准直径。(1)初选小带轮的直径 d1，【1】p206 表13-7，如果有条件的话，选取34种直径，以便选择。(2)验算带速 vd1n1/n2，要求5m/sv25m/s(3)计算大带轮的直径 d2cd1/n2，按照【1】p206 表13-7园整(4)计算从动轮转速n2(5)计算从动轮转速误差，要求误差0.05,4、确定中心距a和带长(1)初定中心距a01.5(d1+d2)，如果有其他条件限制，则根据实际要求定
7、。(2)初定带长L0，园整为标准值Ld。(3)计算实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2(4)验算包角1180-(d2-d1)57.31205、确定带的根数Z(1)查取单根V带额定功率P0，【1】p203 表13-3(2)查取单根V带功率增量P0，【1】p204 表13-4(3)决定包角系数,查表13-5或公式：(4)查取长度系数KL，【1】p202 表13-2(5)计算带的根数并园整：6、确定初拉力F0(1)查取电位长度带质量：【1】p201 表13-1(2)计算7、计算压轴力,V带传动线图设计资料处理,1、普通V带选型图的程序化处理,设计功率Pc/（KW）,V带选型图采用的是对数坐标，不同
8、带型的分界线是直线。对线图中的各个带型分界线建立直线方程（如下），然后根据实际选型点落在分界线的位置，选取适当的带型，如果落在分界线附近，则可以同时选取两种带型，进行比较：,指数x,y 见下页表格,选择V带型号CAD程序的思想：1、如果nc的计算值大于Z型的nc值，则选取Z型带2、如果nc的计算值为n(i+1)nc n(i)-50，则带型选取i型或者i+1型。3、如果nc的计算值为n(i)-50 nc n(i)+50，则带型选取i型。4、如果nc的计算值小于E型的nc值，则选取E型带,普通V带型号分界线的直线方程,V带传动数表设计资料处理,1、工况系数KA，【1】p205 表13-6 查取数表
9、类型：二维简单数表的查取。,2、普通V带横界面尺寸，单位长度质量等数表类型：参数为带型的一元简单数表建议：定义六个一位数组，或者一个二维数组存放数据，或者其他方法。,3、单根V带的额定功率和功率增量数表类型：对于每一种带型，P0是关于d1,n1的函数，P0是传动比和带轮转速的函数，所以此两种表属于二元列表函数数表，对于非节点，需要插值法取值建议处理方法：(1)定义二维数组P(n,d)存放P0的值，根据之前所学二元列表函数数表直线插值法，插值查取P0，此方法得到的P0比较精确，缺点是需要输入较多的数据，比较繁琐。(2)采用近似公式：,对于单根V带的功率增量P0可以用下面近似公式：,传动比系数Ki
10、,4、普通V带基准长度Ld及长度修正系数KL数表特点：Ld是标准值，不同带型其取值范围不同，KL是取决于带型和基准长度Ld的二元列表函数。建议：(a)定义一维数组存放Ld值，定义二维数组KL(x,y)存放七种带型的KL值，譬如KL(5,35)。(b)定义八个一维数组分别存放Ld及七种带型对应的KL值。(c)定义一维数组存放Ld值，根据公式计算KL的值式中Ld中是V带基准长度（单位:mm），Ld0是KL为1时的带长,5、V带包角修正系数K数表特点：一元列表函数数表，修正系数K随包角变化处理方法：(1)采用插值法，定义两个一维数组(2)如前所说，采用公式直接计算。,小带轮的包角修正系数,包角,6、
11、工况系数KA数表特点：工况系数KA是与原动机类型，工作机载荷性质，每天工作的时间有关，当原动机确定后，KA于载荷性质和每天工作时间有关，为二维简单数表。处理方法：在VB中，利用控件的响应，用判断语句确定系数的值。,7、V带带轮基准直径d，P206 表13-7数表特点：d是与V带带型有关的一维简单数表dmin，和基准直径系列。处理方法：根据V带带型确定dmin，再在基准直径系列里面选取合适数值。,标准齿轮编制设计程序的依据和功能,CAD零件设计程序是根据是根据机械设计教材和GB3480-83中关于标准渐开线圆柱齿轮出动设计资料编写的，主要设计计算的方法是根据教材中介绍的方法，或者适当的进行了简化
12、。最终完成齿轮传动的设计计算，其设计参数和主要的系数如图：,闭式圆柱齿轮传动设计计算准则和计算步骤,齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中 不致失效。因此，必须针对齿轮轮齿的失效形式，建立相应的设计准则.但在工程上，不可能对所有的失效形式进行有效的设计计算。工程实际应用的计算方法是：齿根的弯曲疲劳强度计算和齿面的接触疲劳强度计算。由理论分析和实践证明，对于闭式齿轮传动，当一对齿或其中的一个齿轮为软齿面（HB350）时，通常轮齿的齿面接触疲劳强度较低，故应先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后再校核轮齿的弯曲疲劳强度。当一对齿轮均为硬齿面（HB350）时，通常轮
13、齿的弯曲疲劳强度较低，故应先按轮齿弯曲疲劳强度进行设计，然后再校核齿面接触疲劳强度。当一对齿轮的材料均为铸铁时，则只需计算轮齿的弯曲疲劳强度。对于开式齿轮传动，通常只按轮齿弯曲疲劳强度的设计公式计算模数，然后可根据具体情况，把求得的模数加大1020%，以考虑磨损的影响。,CAD中模块程序采用的设计准则是：不论软、硬齿面，均按照齿面接触疲劳强度条件设计出d1，然后在精确校核齿面接触疲劳强度（开始设计时载荷系数K，螺旋角仅仅是初选值；按照最初的d1计算出来的模数标准化后，d1很可能需要改变；所以对齿面接触疲劳强度进行精确校核是很有必要的），最后对齿根弯曲疲劳强度进行校核。不论直、斜齿，均按照斜齿处
14、理，0，Y1，1，mnm。进行齿轮传动设计，一般已知技术参数是：齿轮副需要传递功率或扭矩T，主动轮转速，传动比，齿轮在轴上位置，齿轮工作寿命（工作寿命总数或工作年限，每天工作时间），齿轮的工作条件（载荷性质，工作机类型等），结构尺寸限制等。需要确定的参数是：齿轮材料，齿面硬度及热处理方式，齿轮参数和主要参数，齿轮副指标（重合度）等。,例题：闭式标准圆柱齿轮传动设计计算,设计一个皮带运输机的二级圆柱齿轮减速器齿轮传动的高速级（用斜齿轮）。减速器输入转速n1=960r/min电动机工作功率为Pd=4.5KW，高速级传动比i1=6，每天工作8小时，每年工作300天，使用期限10年，原动机是电动机，工作机载荷基本平稳。,
