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1绪论
1.1 引言
齿轮传动是机械传动的重要组成部分之一，它主要应用于机械领域，在其他非机械领域也有十分广泛的应用。齿轮传动形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十千瓦，圆周速度可达200m/s。齿轮传动具有效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定等优点。
传统的齿轮设计主要由设计人员查询设计手册中的数据表格、线图来选择参数，在这一过程中，许多参数、系数，如使用系数KA、动载系数、齿间载荷分配系数等都要受到设计师经验的影响，导致设计结果有不确定性。整个设计过程是一项繁琐、冗长而且需要认真仔细完成的工作，任何一处差错都能导致设计工作的失效。并且绘图过程繁琐，效率低下。因而用计算机辅助设计（CAD）技术设计斜齿轮，不但非常实用，而且是非常必要的。针对这个问题，我们运用模块化的设计思想，基于AUTOCAD/VBA二次开发平台开发了斜齿轮传动的计算机辅助设计系统。该系统的设计做到了既符合机械设计的有关标准和规定，又力求数据准确，且界面简洁，易操作。本文只介绍斜齿轮的计算机辅助设计系统的开发设计过程和绘图过程。 1.2 计算机辅助设计系统概述
20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了CAD的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的CAD系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。80年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，CAD技术在中小型企业逐步普及。80年代中期以来，CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。
计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简
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称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 1.3 AUTOCAD VBA 程序设计概述 1.3.1 概述
AutoCAD内嵌的VBA语言是在标准的Visual Basic基础上，结合AutoCAD的特点发展起来的一种Windows平台上的高效开发工具，它可以充分利用Windows操作系统提供的强大功能，且简单易用，非计算机专业人员也能利用VBA语言，高效快速地对AutoCAD进行二次开发。
VBA是通过AutoCAD ActiveX Automation接口来建立和AutoCAD对象间的联系。ActiveX是建立在COM对象模型之上的标准通信协议，它允许对象之间通过一定的接口相互通信。而AutoCAD ActiveX提供AutoCAD外控的控制编程的机制，通过使用AutoCAD对象，实现控制AutoCAD。 1.3.2 AutoCAD ActiveX自动化技术简介
ActiveX自动化技术（ActiveX Automation）是微软建立的标准，基于COM的自动服务程序，是对象链接与嵌入（OLE:Object and Embed）的进一步发展，它允许的用户在Windows应用程序中通过暴露的对象控制另一个Windows应用程序。AutoCAD ActiveX技术提供了一种机制，可使编程者通过编程从AutoCAD的内部或外部操作控制AutoCAD。
ActiveX Automation提供了开发脚本、宏以及用Automation编程环境（如Visual Basic6.0）开发第三方应用程序的途径。通过Automation，AutoCAD提供了可由Automation控制器（例如VB和Excel）进行操作的可编程对象。因此，使跨应用程序的宏编程成为可能，而这种功能在Auto LISP中是不存在的。简单地说，使用Automation可以将许多应用程序的功能合并到单个应用程序中。
ActiveX是由一系列的对象按一定的层次组成的一种对象结构，每一种对象代表AutoCAD中的一个明确的功能，比如画线、图块定义等。其绝大部分功能均以方法和属性的方式封装在ActiveX对象中，只要使用某种方式，使对象“暴露”，就
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可以使用面对对象编程的语言对其中的方法、属性进行引用，从而达到对AutoCAD实现编程的目的。 1.3.3 VBA的功能
虽然主程序能开发的功能有多强大，与它所提供的对象体系有直接的关系，但VBA的强大的开发能力却是不容质疑。
下面是VBA的主要功能：（1）VBA可提供强大的窗体创建功能，为应用程序建立对话框及其他屏幕界面。（2）可创建自己的工具条。（3）可创建功能强大的模块级宏指令，宏名实质上就是模块的过程名。（4）提供建立类模块的功能，这对开发大型工程非常有用，因此类可提供重用组件。（5）具备完善的数据访问和管理能力，通过DAO（数据访问对象），可以对Access数据库或其他外部数据库（像dBase,FoxPro等）实现访问与管理。此功能比直接使用AutoCAD的数据库管理系统更方便，且功能强大。（6）可以使用SQL语句检索数据，与RDO（远程数据对象）就结合起来，能够建立客户机/服务器级的数据通信。（7）能够使用Win32 API提供的功能，建立应用程序与操作系统之间的通信。
1.3.4 各种二次开发平台和VBA作为AutoCAD开发工具的优势
随着AutoCAD的日益普及，在其上进行的二次开发的工具也不断更新，现在流行的有Auto LISP、Visual Lisp、Object ARX(AutoCAD Run-time Extend)、VBA等，每种平台都有不同的特点。
Auto LISP是一种解释性语言，其保密性差、运行速度慢、自顶而下的程序设计思想、调试不变等缺点使得它不适合开发大型的计算密集型的系统。另外其表达式的表示法也不易让一般开发人员习惯和接受。ARX程序虽然是Windows动态链接库程序，执行ARX应用程序所需系统的开销最小，速度最快，但是开发过程相当复杂。
作为AutoCAD的开发工具，VBA具有以下4个主要的优势：（1）可视化的编程环境。因为熟悉Visual Basic程序的人们总是非常喜欢VB那极为方便的可视化编程环境。（2）数据集成与共享。从数据集成与共享的角度来说，VBA是一个AutoCAD应用程序的集成开发环境。（3）扩展了AutoCAD集成化用户的能力。（4）可与Windows的应用软件方便地进行交互。VBA的优点是可以很容易地使用Windows系统资源，使AutoCAD能容易地与其他Windows下的应用软件交互。
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2斜齿轮传动简介
2.1斜齿轮传动的特点和应用
平行轴斜齿圆柱齿轮简称为斜齿轮，其轮齿的齿向与轴线倾斜一个角度。本设计只讨论渐开线斜齿轮外啮合的相关问题。 斜齿轮与直齿轮相比，有诸多的优点：
（1） 重合度大、齿面接触强度情况好，因此传动平稳、承载能力高。 （2） 斜齿轮的最少齿数比直齿轮少，故结构更紧凑。 （3） 斜齿轮的制造成本与直齿轮相同。
由于上述的优点，斜齿轮被广泛地用于高速、重载的传动中。但是也有缺点：因存在螺旋角β，故传动时会产生轴向力Fa=Fsinβ,于传动不力。为了既能发挥斜齿轮的优点，又不至于使轴向力过大，一般采用的螺旋角β=8°~20°。对于外啮合的斜齿轮传动，正确的啮合条件：αn1=αn2；mn1=mn2；β1=β2。 2.2传统的手工设计斜齿轮的步骤
2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数 （1）选择渐开线圆柱斜齿轮传动
（2）按参考材料[3]表10-8根据机器名称选择精度等级。
（3）按参考材料[3]表10-1选择相互啮合的一对齿轮的材料，并根据材料确定大小齿轮的硬度范围，确保二者硬度差为30HBS―50HBS,在啮合时较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而大大提高了大齿轮齿面的疲劳极限。 （4）初选小齿轮齿数，然后根据传动比计算大齿轮齿数。 （5）初选螺旋角。
2.2.2 按齿面接触疲劳强度设计
由设计设计计算公式进行试算，即：
2Kt?T1?(u?1)?(ZH?ZE)2d1t?3
?d????u?[?H]2（1）确定公式内的各个计算数值： ①试选载荷系数Kt。
②计算小齿轮传递的转矩T1。
③按参考材料[3]表10-7选取齿宽系数。
④按参考材料[3]表10-6查材料的弹性影响系数ZE。
⑤按参考材料[3]表10-21按齿面硬度查的大小齿轮的接触疲劳强度极限。
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⑥计算应力循环次数。
⑦按参考材料[3]图10-19取疲劳寿命系数。 ⑧计算接触疲劳许用应力。
⑨按参考材料[3]图10-30选取区域系数。 ⑩按参考材料[3]图10-26查的重合度εα=εα1+εα2。 （2）计算
①试算小齿轮分度圆直径d1t。 ②计算圆周速度。 ③计算齿宽b及模数mnt。 ④计算纵向重合度??。
⑤计算载荷系数K：按参考材料[3]表10-2确定使用系数KA; 按参考材料[3]表10-8确定查的动载系数Kv；按参考材料[3]表10-4确定KHβ；按参考材料[3]图10-3确定KHα。K?KA?KV?KH??KH?。
⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径。 ⑦计算模数。
2.2.3 按齿根弯曲强度设计 由设计公式进行试算，即：
mn?32K?T1?Y??(COS?)2?YFa?YSa?d?Z12????[?F]
（1）确定计算参数
①计算载荷系数：K?KA?KV?KF??KF?。
②根据纵向重合度??，按参考材料[3]图10-28查的螺旋角影响系数Y?。 ③计算当量齿数。
④按参考材料[3]表10-5查取齿形系数YFa。 ⑤按参考材料[3]表10-5查取应力校正系数YSa。
⑥计算大小齿轮的YFA?YSA/[?F]并加以比较，然后选取大值。 ⑦按参考材料[3]图10-20查的大小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE。
⑧按参考材料[3]图10-18取得弯曲疲劳寿命系数KFN，并计算弯曲疲劳许用应力。 （2）设计计算
根据设计公式可计算得到法面模数mn，为了满足齿根弯曲疲劳强度，mn取值应大于计算值，按参考材料[4]表10-1，尽量选取第一系列的数值。同时为了满足齿面接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1来计算应有的齿数。也就是
Z1?d1?cos?/mn，然后取整得到小齿轮的最终齿数，根据传动比算得大齿轮的最终齿
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