基于VB的一種風(fēng)電增速箱齒輪傳動系統(tǒng)體積計算分析軟件的設(shè)計

張耀丹+蘭菲

【摘 要】以一種兆瓦級風(fēng)電增速齒輪箱傳動系統(tǒng)為研究對象，通過Visual Basic語言進(jìn)行可視化編程，設(shè)計了一種該種類型傳動系統(tǒng)的體積計算分析軟件，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計范圍內(nèi)調(diào)節(jié)各級傳動比來得到不同傳動比下，傳動系統(tǒng)各部分的體積大小，為兆瓦級風(fēng)電增速箱齒輪傳動系統(tǒng)體積的優(yōu)化計算分析提供了幫助。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電增速齒輪箱；傳動系統(tǒng)；體積計算分析軟件；VB

風(fēng)電增速齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的重要組成部分，齒輪箱損壞導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組故障是世界性問題[1-3]。齒輪箱的失效是導(dǎo)致故障時間增加、維修和產(chǎn)量減少的主要原因，一般其損失要占風(fēng)電設(shè)備總價的15%～20%[4]。因此，要加強(qiáng)增速箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的合理性和可靠性，在動力學(xué)分析計算的基礎(chǔ)之上，有必要對增速齒輪箱傳動系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在優(yōu)化設(shè)計中傳動系統(tǒng)的體積是優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)之一，本文將在傳動系統(tǒng)總傳動比一定，其他參數(shù)一定的前提下，跟據(jù)各分級傳動比的變化對體積的影響進(jìn)行分析，并基于Visual Basic語言可視化編程，設(shè)計一種傳動系統(tǒng)體積分析軟件，可以對不同傳動比情況下，傳動系統(tǒng)的體積變化進(jìn)行計算分析，使優(yōu)化人員的工作更加簡便高效。

1 增速齒輪箱傳動系統(tǒng)的模型

目前，國內(nèi)外的大型兆瓦級風(fēng)電增速箱的主要結(jié)構(gòu)形式有以下三種：（1）二級平行軸結(jié)構(gòu)；（2）三級平行軸結(jié)構(gòu)；（3）一級行星加兩級平行軸結(jié)構(gòu)。在大功率風(fēng)電增速齒輪箱中主要使用的是第三種結(jié)構(gòu)形式，即一級行星傳動加二級平行軸傳動的結(jié)構(gòu)形式，其傳動路線為：槳葉——傳動軸——收縮套——行星架——太陽輪——中間級平行軸大齒輪——中間級平行軸小齒輪——高速級平行軸大齒輪——高速級平行軸小齒輪——發(fā)電機(jī)。本文將以第三種結(jié)構(gòu)形式作為研究對象，如圖1所示，對該結(jié)構(gòu)類型的增速箱齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行體積計算分析軟件的設(shè)計。

Visual Basic是Microsoft公司推出的一個集成開發(fā)環(huán)境，非常適合初學(xué)者學(xué)習(xí)Windows系統(tǒng)編程。Visual Basic很好的繼承了Basic語言的特點(diǎn)：易學(xué)易用，功能強(qiáng)大，簡單易學(xué)，軟件費(fèi)用支出低，見效比較快。

Visual指的是開發(fā)圖形用戶界面（GUI）的方法，他不需要編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預(yù)先建立的對象拖放到屏幕上即可，這是Visual Basic最顯著的特點(diǎn)[5]。Visual Basic是在Windows平臺上使用的一種強(qiáng)大的開發(fā)工具，并應(yīng)用于各種應(yīng)用軟件中，包括開發(fā)個人或小組使用的小工具和大型企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，甚至是遍及全球的分布式應(yīng)用軟件。Visual Basic的用途非常廣泛，主要是因?yàn)槠渚哂幸韵聨讉€特點(diǎn)：

（1）真正的面向?qū)ο缶幊?，開發(fā)設(shè)計人員在維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行時只需修改很少的代碼，加快了系統(tǒng)開發(fā)的速度；

（2）可視化的編程方法和導(dǎo)向功能，Visual Basic系統(tǒng)提供了大量可視化工具“控件”，利用他們可以方便直觀的設(shè)計出圖形界面中的各個對象，還可以通過“屬性”設(shè)置等操作方便的更改其外觀和其他屬性，開發(fā)設(shè)計人員不用編寫繁瑣的程序代碼就可以開發(fā)Windows程序；

（3）數(shù)據(jù)訪問特性允許對包括Microsoft SQL Server和其他企業(yè)數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫格式建立數(shù)據(jù)庫和前端應(yīng)用程序；

（4）事件驅(qū)動的程序設(shè)計機(jī)制，與傳統(tǒng)的過程化應(yīng)用程序不同的是Windows應(yīng)用程序是通過事件來“驅(qū)動”的，程序代碼的執(zhí)行先后順序不是按照事先設(shè)計好的路徑來執(zhí)行的，而是通過觸發(fā)不同的事件，每個事件能驅(qū)動一段程序代碼，在Visual Basic中這一段程序通常稱為“事件過程”，是根據(jù)操作功能的需要而編寫的；

（5）通過ActiveX技術(shù)可以使用其他應(yīng)用程序提供的功能，比如，Microsoft Word字處理軟件和Microsoft Excel電子表格等；

（6）支持Internet，很容易通過Internet訪問文檔和應(yīng)用程序；

（7）已經(jīng)完成的應(yīng)用程序是真正的*.exe文件，同時提供運(yùn)行時可自由發(fā)布的動態(tài)鏈接庫（DLL）。

2.2 Visual Basic可視化程序設(shè)計的基本步驟

一般情況下，創(chuàng)建一個Visual Basic應(yīng)用程序有四個步驟，即：界面設(shè)計；設(shè)置屬性；編寫代碼；調(diào)試運(yùn)行。

（1）界面設(shè)計

編制Visual Basic可視化程序的第一步就是設(shè)計應(yīng)用程序界面，這是可視化程序設(shè)計中非常關(guān)鍵的一部分。需要注意以下幾個方面：

第一，先弄清楚希望圖形用戶界面進(jìn)行什么樣的操作，這是最重要也是最難的一步。很多情況下，在用戶創(chuàng)建圖形用戶界面的過程中還要涌現(xiàn)一些新的想法或發(fā)現(xiàn)一些新的問題，用戶需要重新回到這一步進(jìn)行思考；

第二，在紙上畫出想要設(shè)計的圖形用戶界面的大致布局。很多用戶可能會跳過這一步，但是從長遠(yuǎn)角度考慮，這一步可以大大節(jié)省用戶的時間，并提高效率，因?yàn)樵诩埳戏磸?fù)勾畫可能的圖形用戶界面布局要比直接在Visual Basic中創(chuàng)建和修改來的更快，尤其是比較復(fù)雜的布局；

第三，運(yùn)行Visual Basic 6.0，根據(jù)第二步中的設(shè)計布局來選擇合適的控件，比調(diào)整適當(dāng)?shù)目丶恢煤统叽纾瓿煽梢暬缑娴牟季帧?/p>

（2）屬性設(shè)置

屬性是每個控件固有的特性，就像石頭，它有硬度、顏色等屬性，這些屬性就構(gòu)成了石頭這個對象。但是每塊石頭的硬度、顏色和大小的屬性具體值是不同的，這就是屬性值。用戶在窗體中創(chuàng)建的所有控件，都是這類控件的一個具體化實(shí)例，每一個實(shí)例都有其默認(rèn)的屬性值，比如標(biāo)題、文字、顏色等，但這些默認(rèn)的屬性并不能完全滿足用戶的要求，那么，就必須對控件的屬性進(jìn)行設(shè)置。只有對各控件的屬性進(jìn)行了設(shè)置，才能夠應(yīng)用到我們所設(shè)計的圖形用戶界面之中，完成其的角色和任務(wù)。

（3）代碼編寫

將所需要的圖形用戶界面設(shè)計好之后，需要把這些內(nèi)容連接起來，形成一個應(yīng)用程序，這就是編寫代碼工作的目的，包括各窗體和控件的代碼編寫，要嚴(yán)格按照Visual Basic語言進(jìn)行代碼的編寫，以實(shí)現(xiàn)一個良好的圖形用戶界面。

（4）調(diào)試運(yùn)行

在將各窗體界面設(shè)計好，代碼編寫好之后，就可以嘗試運(yùn)行該程序了。按F5鍵或者選擇“運(yùn)行”菜單中的“啟動”命令，就可以運(yùn)行編寫好的程序了。

如果在編寫程序時存在錯誤，程序會提示出錯，此時，單機(jī)“調(diào)試”按鈕，就將看到程序已自動將錯誤語句標(biāo)成黃色，仔細(xì)檢查是什么錯誤，直到程序成功運(yùn)行為止。

以上過程僅是一般原則，在設(shè)計中，步驟之間也許要交叉執(zhí)行或復(fù)合執(zhí)行。再設(shè)計的時候，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)往往不是一步到位的，可能需要反復(fù)修改，才能獲得滿意的界面。

3 傳動系統(tǒng)體積計算分析軟件的設(shè)計

3.1 設(shè)計前的思考

兆瓦級風(fēng)電增速箱齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計，離不開對體積的要求，體積合適與否對設(shè)計結(jié)果的影響是很大的，而其中傳動比的大小很直接的反映到了體積的大小。在滿足傳動比要求的前提下，針對不同傳動比可以得到不同的體積，而如果每更換一次傳動比就進(jìn)行一次體積計算，這樣的工作是很繁重和復(fù)雜的，因此，基于本論文研究對象，我們將設(shè)計一個傳動系統(tǒng)體積計算分析系統(tǒng)，以Visual Basic 6.0為工具，完成界面的設(shè)計。

總體設(shè)計思路如圖2所示：

3.2 體積計算分析界面的設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)用戶界面時，可以在界面或控件上適當(dāng)?shù)氖褂妙伾栽黾右曈X效果，但要盡量選用一些柔和的、中性化的顏色。開發(fā)系統(tǒng)用戶界面不僅僅是為了界面的美觀，還要考慮所開發(fā)界面的功能性，為了使系統(tǒng)用戶界面具有多功能性，經(jīng)常通過添加很多控件來實(shí)現(xiàn)。本系用戶界面所采用的控件主要有：圖片框（Picture Box）、文本標(biāo)簽（Label）、文本框（Text Box）、控制按鈕（Command Button）、水平滑動條（Hscroll Bar）、面板框架（Frame）等。

本用戶界面主要包括以下幾個方面：

主界面的功能主要有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)入和退出，如圖3所示，當(dāng)點(diǎn)擊“幫助”按鈕時，還會提供本軟件的幫助CHM。

當(dāng)點(diǎn)擊圖4中的“進(jìn)入”按鈕，就會進(jìn)入體積計算的選擇界面，如圖4所示。選擇界面的主要功能是展示了傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，并且有三個按鈕，點(diǎn)擊后分別進(jìn)入行星齒輪傳動部分、兩級定軸傳動部分和整個傳動系統(tǒng)的體積計算分析界面。

（3）型行星齒輪傳動部分體積計算分析界面

當(dāng)點(diǎn)擊“行星齒輪傳動部分體積計算分析”按鈕，則進(jìn)入行星齒輪傳動部分的相關(guān)界面，如圖5所示，進(jìn)入相關(guān)參數(shù)輸入界面，可以輸入所要計算的傳動系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，比如，太陽輪的齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、各齒輪變位系數(shù)和嚙合角等。

可以輸入想要計算的齒輪傳動系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算分析，點(diǎn)擊“下一步”按鈕時，則進(jìn)入圖6所示界面。

本界面主要包括兩部分，行星部分的傳動比調(diào)節(jié)和行星部分體積計算結(jié)果顯示。通過拖動滑動條，在設(shè)計傳動比范圍內(nèi)選擇傳動比，或者在對應(yīng)的文本框內(nèi)輸入想要的傳動比，但一定要在設(shè)計傳動比的范圍之內(nèi)，否則會出現(xiàn)錯誤提示，并要求重新輸入，如圖7所示，當(dāng)正確輸入時，則可以得到行星部分的體積結(jié)果，并針對不同的傳動比，可以比較其體積的變化。點(diǎn)擊“上一步”按鈕，則回到圖5所示界面，可以重新進(jìn)行參數(shù)的輸入，點(diǎn)擊“返回”按鈕，則返回到圖4所示的選擇界面，可以重新選擇需要計算的部分。

（4）兩級定軸齒輪傳動部分體積計算分析界面

在圖4選擇界面中，點(diǎn)擊“兩級定軸齒輪傳動部分體積計算分析”按鈕，則進(jìn)入圖8所示界面，可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的輸入。

輸入相關(guān)參數(shù)后，點(diǎn)擊“下一步”按鈕，則進(jìn)入圖9所示的定軸部分體積計算界面。

在本界面中，可以調(diào)節(jié)兩級傳動比，來得到對應(yīng)傳動比下的兩級定軸齒輪傳動部分的體積，這可以通過調(diào)節(jié)滑動條實(shí)現(xiàn)，也可以直接在滑動條對應(yīng)的文本框內(nèi)直接輸入想要的傳動比實(shí)現(xiàn)，同樣，輸入的傳動比一定要在設(shè)計傳動比的范圍之內(nèi)。對不同傳動比，可以比較其體積的變化。點(diǎn)擊“上一步”按鈕，則回到圖8所示界面，可以重新進(jìn)行參數(shù)的輸入，點(diǎn)擊“返回”按鈕，則返回到圖4所示的選擇界面，可以重新選擇需要計算的部分。

（5）整個傳動系統(tǒng)總體積計算分析界面

在圖4選擇界面中，點(diǎn)擊“整個傳動系統(tǒng)總體積計算分析”按鈕，則進(jìn)入圖10所示界面，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的輸入。

在本界面中，輸入相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)無誤后，點(diǎn)擊“下一步”按鈕，則進(jìn)入圖11所示的總體體積計算界面。

同樣，在本界面中，可以選擇或輸入需要的各級傳動比，一定在設(shè)計范圍內(nèi)選取，避免出錯。對于不同的各組傳動比，可以比較總體積的變化情況。

3 結(jié)論

通過Visual Basic語言，針對兆瓦級風(fēng)電增速箱齒輪傳動系統(tǒng)編寫了體積計算分析系統(tǒng)。在各級基本參數(shù)輸入之后，通過在設(shè)計范圍內(nèi)調(diào)節(jié)各級傳動比來得到不同傳動比下，傳動系統(tǒng)各部分的體積大小，為兆瓦級風(fēng)電增速箱齒輪傳動系統(tǒng)體積的優(yōu)化計算分析提供了幫助。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]