机械传动系统零部件绘图CAD软件的研制及应用

2018-02-18邬业萍

现代制造技术与装备 2018年7期

邬业萍

（武汉软件工程职业学院，武汉 430050）

CAD（计算机辅助设计，英文名Computer Aided Design，简称CAD）现作为引领计算机绘图的顶尖软件，是一项集多种技术于一体的工具，包括计算机图形学、数值计算、网络通讯、电脑应用以及其他领域的高新技术。

1 CAD的发展趋势

CAD现在不仅仅是代替手工绘图的一种工具，还可以将平面图制作成立体图形。经过几十年的不断探索和钻研，CAD已经成为一个相当成熟、应用广泛的辅助设计工具。CAD可以通过自身软件特性、计算机高速运转，克服手工计算效率低、周期长、失误率高等缺点。虽然技术在不断的进步，但CAD还存在一些不足，比如，在现有的集中机械CAD软件中，就存在交互性差、不能进行结构设计的缺点，在操作难易程度方面、三维绘图方面也存在很大不足，这些都将会成为软件研发的重点和需要突破的地方。从另一个角度来说，CAD是一种巨大的生产力，CAD技术减轻了技术人员的劳动强度，使人们能够在有限时间里做更多事情，缩短设计周期、提高设计质量，加强设计标准化，提高企业设计效率，给企业创造巨大的经济效益，推动经济快速发展，CAD广泛应用于机械、电子、汽车、航天、化工、纺织、建筑等行业。

用CAD这个计算机辅助设计来完成机械传动系统零部件的绘图，需要考察很多方面，比如，机械传动零件计算、机械传动系统结构设计以及对机械传动绘图方面的计算机编程开发考察。

2 机械传动的类型及其分类

一般常用的机械传动系统的主要类型有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轮系、带传动、链传动五种，机械传动的作用就是传递运动和力。

2.1 齿轮传动

齿轮传动主要是依据主动轴和从动轴在空间相对位置形成的平面和空间，主动轴和从动轴之间的传动平面齿轮传动来分类，可以分为四大类：直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动、齿轮齿条传动。根据用于两相交轴间的传动空间齿轮传动来分类的话，又可以分为圆锥齿轮传动、螺旋齿轮传动两大类。因为传动的基本要求是瞬间角速度之比必须保持不变，所以，根据这个来看渐开线齿轮的基本尺寸必须满足这个要求。渐开线齿轮的基本尺寸有齿顶圆、齿根圆、分度圆、模数、齿数、压力角等。

2.2 渐开线齿轮

渐开线齿轮的传动的主要特点有以下几点：传动比恒定、传递功率大、效率高；不适用于远距离的传动；制造精度高、成本高；工作可靠性高、寿命长。因此，齿轮传动在工程中的减速器、变速箱上得以广泛应用。

2.3 蜗轮蜗杆传动

蜗轮蜗杆传动是用于空间垂直轴的运动传递，正确传动的啮合条件是：蜗杆的轴向与涡轮端面参数的相应关系，蜗杆轴向模数和轴向压力角分别等于涡轮端面模数和端面压力角。蜗轮蜗杆传动的主要特点有：传动比大，结构紧凑。轴向力大，易升温、效率低。

将CAD和机械传动系统零部件相结合的机械行业就是本文要说的机械CAD，CAD和机械传动系统相结合，除能放大CAD的优点外，机械传动CAD软件的发展已经属于当下的国际高技术范畴，并成为衡量一个国家科学技术水平的重要标准。

机械传动系统零件CAD软件的研制也有很多讲究。CAD软件就是人机信息交流和交互式操作的流程，机械传动系统CAD绘图的最终结果大部分都与CAPP、CAM联系在一起，形成CAD/CAPP/CAM一体化，完成CTM过程，与一般的绘图相比，机械传动系统制图更有难度，体现在输入/输出、储存、传输等各种数学模型的加工方面，所以，机械传动CAD软件从设计开始就要严格按照软件工程化的要求去做，只有这样，才能使开发后的CAD软件真正通用化、商业化、效率化。

3 机械CAD绘图的设计准则

机械CAD绘图软件的设计一般按照模板化的设计准则，这个模板化概念已经采用了二十余年，把软件结构设计成模板最能体现机械CAD软件设计的要求。模板就是结构中的方格，从上到下，按照流程一步一步进行下去，上层统率下层，其主要特点就是抽象，各个模板之间相对独立，每个模板运转内容各不相同，每个模板都按照指示实现一定的功能，而且，每个模板之间有简单的接口，对于CAD软件设计和制作有直观的效果，所以，CAD软件研制必须要实现模板化。

4 CAD设计模板划分

4.1 按照功能来分解

以实现过程为基础，以数据作为模板之间的传输界面，每个模板都有不同的功能，每实现一个功能之后自动开始进行下一个功能。

4.2 面向对象分解

数据抽象化和信息隐藏化是软件模板的设计准则，对象是系统经过汇总而形成的合成单元，对象内部的数据访问更新只有通过对朝上定义的操作才有实现的可能，这就保证了对象内部数据的完整性，所以，分解得到的模板结构才能符合模板化的设计准则。模板如何设计这对于一个程序的走向来说非常重要，需要把整个程序分成若干个子任务或模板，但模板的分类过程数量不能太多也不能太少，只有适中的数量模板才能发挥模板程序设计的优点。第一，程序差错和修改比较方便。第二，容易清楚地知道已经做出了多大进展、完成了多少模板。第三，一个模板有可能在很多地方或其他程序中应用，这样的模板可以作为子模板。第四，模板程序中的每个独立模板要比一个完整的程序更方便编辑、检查和测试。例如：机械传动系统零件绘图CAD软件设计第一步是要把定义转换为机械CAD模型数据，再抽取所需要的数据，接下来进行工程分级以及计算，从而对设计进行详细编程、文档编制、图形输出，形成CAPP、CAM图形，这就是一个完整的机械CAD软件设计过程。

由于机械零件是标准化、实用化、系列化程度较高的产品，必须符合参数化的构建模板要求，因此，CAD系统建模是在设计参数化构建模板理念上进行的。由于机械CAD特殊的性质，所以，它的参数化构建模板理念也有些不同，根据系统工作原理的需要，将系统工作原理分为四个模板：主参数、参数处理与计算、绘图子系统、AUTOCAD绘图软件包。