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1、机械零部件计算机辅助设计指导书（V带传动部分）机械设计教研室 古 乐编 陈铁鸣 审哈尔滨工业大学二零零零年九月前 言 随着计算机技术的发展，其在工程中的应用日益广泛和深入。机械设计的一般过程是从已知工作条件出发，选择适当参数，利用公式和表格等有关技术资料求得设计结果，这一过程中大部分是完全可以利用计算机实现的。因此在机械设计过程中引入计算机，利用计算机辅助设计(CAD)来完成机械通用零部件甚至整机设计已经成为高等院校机械设计课程的重要环节。 机械零部件的CAD是学生应用所学计算机知识完成的一次工程设计实践。通过编制程序，可以使学生学会如何处理机械设计中常用数表、线图的程序化。同时利用CAD可以
2、方便地进行多种方案的计算以及计算结果的比较和优化，这在手算中是不易做到的。为此，特编写机械通用零部件系列CAD指导书，供同学们参考使用。一、 机械设计CAD的特点工程设计的程序化，与用计算机计算复杂的数学式完全不同，要涉及到许多特殊问题，主要体现在以下几个方面：1、 数表和线图程序化及检索问题。机械设计中有许多表格和线图，他们来源于实践，往往不能用一个统一的公式来表述。这些数据需要事先输入到所设计的程序中去，具体计算时根据相应条件去取相应数据。这项工作在机械设计中经常遇到，且工作量较大，占程序中相当大一部分。如各类传动中都会用到的工作情况系数KA，它和原动机、工作机的类型、载荷特性、连续工作时
3、间的长短均有关，在使用时要根据具体工作条件查取。2、 设计参数的处理问题机械设计中经过公式计算出来的设计参数，尤其是几何参数，为了满足结构要求、工艺要求、标准要求或系列化要求，万万需要进行一番处理，因此所设计的程序应具备这方面的功能。如V带传动中带轮基准直径应满足系列化标准，齿轮模数应取标准值，中心距取0,5结尾等，均属于这类问题。3、 强度计算及其处理问题在机械设计的强度计算中往往参数不全，经常需要假设某些条件，初定某些参数，进行初步计算，得出粗略结果后再进行比较精确的计算。另外，在强度验算中如遇强度不合格情况时，则必须改变其中某些参数，以满足强度要求。因此在设计计算程序时，必须使程序具备能
4、处理上述要求的功能。如受轴向载荷的紧螺栓联接设计中，在不精确控制予紧力时，安全系数与螺栓直径有关，而螺栓直径正是所要设计的参数，因此应预先估计一个螺栓直径，查得安全系数并设计出螺栓直径后检验初选直径是否合理，若不合理应重新估计。二、 编写机械通用零部件CAD程序的一般步骤：1、 手算一个习题，熟悉计算步骤，掌握各参数间的关系及参数的选择、计算和数据处理。2、 编制程序流程图。应尽量采用结构化模块，可采取主程序与子程序调用相结合方式。3、 处理表格和线图数据。必要时可将表格或线图的检索编成子程序。4、 编制设计源程序。5、 条件充分时可将多个计算结果给以一定目标函数进行优化，不具备充分条件时可输
5、出多组计算结果进行人工分析。三、 机械零部件设计CAD 程序的要求1、 程序中变量名应尽可能与使用教材或标准相一致。2、 程序中变量应给以适当的注释，如名称、单位等，增加程序易读性和易用性。3、 程序头部应给出该程序的适用范围。4、 程序输出结果应完整给出机械零部件设计所需要的几何及结构参数。普通V带传动CAD一、 普通V带传动的内容和任务1、 普通V带传动设计内容：给定原始数据：传递的功率P，小带轮转速 n1 传动比i及工作条件设计内容：带型号，基准长度Ld，根数Z，传动中心距a，带轮基准直径dd1、dd2，带轮轮缘宽度B，初拉力F0和压轴力Q2、 CAD任务： 编制V带传动设计程序框图；
6、编制V带传动设计源程序； 按习题或作业中数据运行程序，要求对每一组数据各按三种V带型号计算，对每一种带型号选三种小带轮直径进行计算并输出所有结果； 比较结果，从9种方案中选择一个最佳方案并按照此方案提供的几何和结构参数利用AutoCAD软件绘制大带轮零件工作图。二、 变量标识符为了使程序具有较好的可读性易用性，应采用统一的变量标识符，如表1所示。三、 程序框图编写程序前，必须先设计一个程序框图，以全面考虑和安排设计流程。图1为普通V带传动CAD程序框图的一种方案，仅供同学在设计中参考。四、 输入输出数据1、 输入数据 原始数据：P，n1，i ，包括已给定和人为假定的数据。 人为给定的一些条件代
7、号,如Z、A、B、C、D、E六种带型号可使用变量TYPE来表示，TYPE=16分别对应六种型号。2、 输出数据 输出程序用途及适用范围； 输出全部输入参数的标识符及数值； 输出计算结果的合理参数的标识符及数值。 表1 变量标识符表序号名称代号标识符单位1名义功率PPkW2设计功率PdPdkW3工作情况系数KAKA4小带轮转速n1n1r/min5工作机载荷特性GZJ6原动机类型YDJ7带型号Z、AETYPE8小带轮基准直径dd1dd1mm9大带轮基准直径dd2dd2mm10最小带轮直径ddminddMINmm11带速Vm/s12最大带速VMAXm/s13中心距aamm14基准长度LdLdmm15
8、小带轮包角ALF1度16 V带根数ZZ17额定功率P0P0kW18功率增量DIFP0kW19弯曲影响系数KbKb20传动比系数KiKi21长度系数KLKL22包角系数KALF23初拉力F0F0N24压轴力QQN25圆周率PAI26轮缘宽度BBmm3a1=0.7(dd1+dd2)，a2=2(dd1+dd2)输入初估中心距a0,计算 Ld0Add2= 查标准带轮直径表确定dd2YVVmax ?根据型号确定最大带速Vmax，额定功率P0中系数K1,K2,K3，弯曲影响系数KbV=输出该型号带轮系列直径，选择输入小带轮基准直径dd1输入带型号查表求传动比系数Ki查KA, 计算Pd，选型查表求KA, 计
9、算Pd输入P, n1, i输入各原始数据开始减小直径图1 V带设计程序框图B查标准长度确定Ld，同时查取KL，计算实际中心距aA计算小带轮包角查表确定包角系数计算Po，Z Ld0 THEN 550540 NEXT I550 IF (LD(I)-Ld0) (Ld0-Ld(I-1) THEN I=I-1560 Ld=Ld(I), KL=KL(I,TYPE)570 IF KL10 THEN I=I-1 GOTO 560C语言程序如下：Ld0=2*a0+PAI/2*(dd1+dd2)+pow(dd2-dd1),2)/(4*a0);for (i=0;i33;i+) if (LLddi (Ld0-LLdd
10、i-1) k=i-1; else k=i; break; KL= KKLL kTYPE;if (KL0) ;else if(KL10) do k=k-1; KL=KKLLkTYPE; while (KL10); Ld=LLddk;3、 数表中用插值法取值的程序 图线性插值如包角系数，是根据计算出来的实际小带轮包角在表中用线性插值法确定的。线性插值的计算式为程序略。4、 重复使用的公式和涉及条件较多的参量可以使用子程序的办法来解决，使程序结构简练，便于调试。5、 关于计算结果数据的处理对各参数的计算结果常需要采取不同的方式圆整。例如V带根数应采用向上取整，中心距应取尾数为0，5的整数，一般结构参
11、数等采用四舍五入取整。七、 常用计算机语言命令 BASIC语言常用命令：READ-从数据区读数DEF- 定义一个函数DATA-在数据区中存放数据GOSUB-转子程序PRINT- 打印数据或字符串RETURN-由子程序返回主程序LET-计算并赋值REM- 注释GOTO-转移 DIM-说明数组大小IF-条件转移 INPUT-由键盘即时输入数据 C语言常用命令：类型标识符：int, short, long, unsigned, char, float, double, struct, union 预处理命令：define 宏名字符串include “文件名” （或）include “math.h”数
12、组定义：类型说明符数组名常量表达式常量表达式函数定义：存储类别（extern/static） 数据类型函数名（形参表列）形参说明；函数体库函数：double sin(x) double x; double pow(x,y) double x , y int scanf(format, args, ) char *format int printf (format, args, ) char *format结 束 语 机械设计CAD的目的是利用计算机技术，即先进的计算方法和手段来高效处理机械设计的一般过程，因此在机械设计CAD过程中不能只注意程序的通否和语句运算而忽略了对参量的物理概念、物理意义及设计一般规律的理解和设计方法与步骤的掌握。否则就成为舍本逐末，得不偿失了。
