機械傳動系統(tǒng)零部件繪圖CAD軟件的研制及應用

鄔業(yè)萍

（武漢軟件工程職業(yè)學院，武漢 430050）

CAD（計算機輔助設計，英文名Computer Aided Design，簡稱CAD）現(xiàn)作為引領計算機繪圖的頂尖軟件，是一項集多種技術(shù)于一體的工具，包括計算機圖形學、數(shù)值計算、網(wǎng)絡通訊、電腦應用以及其他領域的高新技術(shù)。

1 CAD的發(fā)展趨勢

CAD現(xiàn)在不僅僅是代替手工繪圖的一種工具，還可以將平面圖制作成立體圖形。經(jīng)過幾十年的不斷探索和鉆研，CAD已經(jīng)成為一個相當成熟、應用廣泛的輔助設計工具。CAD可以通過自身軟件特性、計算機高速運轉(zhuǎn)，克服手工計算效率低、周期長、失誤率高等缺點。雖然技術(shù)在不斷的進步，但CAD還存在一些不足，比如，在現(xiàn)有的集中機械CAD軟件中，就存在交互性差、不能進行結(jié)構(gòu)設計的缺點，在操作難易程度方面、三維繪圖方面也存在很大不足，這些都將會成為軟件研發(fā)的重點和需要突破的地方。從另一個角度來說，CAD是一種巨大的生產(chǎn)力，CAD技術(shù)減輕了技術(shù)人員的勞動強度，使人們能夠在有限時間里做更多事情，縮短設計周期、提高設計質(zhì)量，加強設計標準化，提高企業(yè)設計效率，給企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，推動經(jīng)濟快速發(fā)展，CAD廣泛應用于機械、電子、汽車、航天、化工、紡織、建筑等行業(yè)。

用CAD這個計算機輔助設計來完成機械傳動系統(tǒng)零部件的繪圖，需要考察很多方面，比如，機械傳動零件計算、機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計以及對機械傳動繪圖方面的計算機編程開發(fā)考察。

2 機械傳動的類型及其分類

一般常用的機械傳動系統(tǒng)的主要類型有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、輪系、帶傳動、鏈傳動五種，機械傳動的作用就是傳遞運動和力。

2.1 齒輪傳動

齒輪傳動主要是依據(jù)主動軸和從動軸在空間相對位置形成的平面和空間，主動軸和從動軸之間的傳動平面齒輪傳動來分類，可以分為四大類：直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、人字齒輪傳動、齒輪齒條傳動。根據(jù)用于兩相交軸間的傳動空間齒輪傳動來分類的話，又可以分為圓錐齒輪傳動、螺旋齒輪傳動兩大類。因為傳動的基本要求是瞬間角速度之比必須保持不變，所以，根據(jù)這個來看漸開線齒輪的基本尺寸必須滿足這個要求。漸開線齒輪的基本尺寸有齒頂圓、齒根圓、分度圓、模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等。

2.2 漸開線齒輪

漸開線齒輪的傳動的主要特點有以下幾點：傳動比恒定、傳遞功率大、效率高；不適用于遠距離的傳動；制造精度高、成本高；工作可靠性高、壽命長。因此，齒輪傳動在工程中的減速器、變速箱上得以廣泛應用。

2.3 蝸輪蝸桿傳動

蝸輪蝸桿傳動是用于空間垂直軸的運動傳遞，正確傳動的嚙合條件是：蝸桿的軸向與渦輪端面參數(shù)的相應關系，蝸桿軸向模數(shù)和軸向壓力角分別等于渦輪端面模數(shù)和端面壓力角。蝸輪蝸桿傳動的主要特點有：傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。軸向力大，易升溫、效率低。

將CAD和機械傳動系統(tǒng)零部件相結(jié)合的機械行業(yè)就是本文要說的機械CAD，CAD和機械傳動系統(tǒng)相結(jié)合，除能放大CAD的優(yōu)點外，機械傳動CAD軟件的發(fā)展已經(jīng)屬于當下的國際高技術(shù)范疇，并成為衡量一個國家科學技術(shù)水平的重要標準。

機械傳動系統(tǒng)零件CAD軟件的研制也有很多講究。CAD軟件就是人機信息交流和交互式操作的流程，機械傳動系統(tǒng)CAD繪圖的最終結(jié)果大部分都與CAPP、CAM聯(lián)系在一起，形成CAD/CAPP/CAM一體化，完成CTM過程，與一般的繪圖相比，機械傳動系統(tǒng)制圖更有難度，體現(xiàn)在輸入/輸出、儲存、傳輸?shù)雀鞣N數(shù)學模型的加工方面，所以，機械傳動CAD軟件從設計開始就要嚴格按照軟件工程化的要求去做，只有這樣，才能使開發(fā)后的CAD軟件真正通用化、商業(yè)化、效率化。

3 機械CAD繪圖的設計準則

機械CAD繪圖軟件的設計一般按照模板化的設計準則，這個模板化概念已經(jīng)采用了二十余年，把軟件結(jié)構(gòu)設計成模板最能體現(xiàn)機械CAD軟件設計的要求。模板就是結(jié)構(gòu)中的方格，從上到下，按照流程一步一步進行下去，上層統(tǒng)率下層，其主要特點就是抽象，各個模板之間相對獨立，每個模板運轉(zhuǎn)內(nèi)容各不相同，每個模板都按照指示實現(xiàn)一定的功能，而且，每個模板之間有簡單的接口，對于CAD軟件設計和制作有直觀的效果，所以，CAD軟件研制必須要實現(xiàn)模板化。

4 CAD設計模板劃分

4.1 按照功能來分解

以實現(xiàn)過程為基礎，以數(shù)據(jù)作為模板之間的傳輸界面，每個模板都有不同的功能，每實現(xiàn)一個功能之后自動開始進行下一個功能。

4.2 面向?qū)ο蠓纸?/h3>

數(shù)據(jù)抽象化和信息隱藏化是軟件模板的設計準則，對象是系統(tǒng)經(jīng)過匯總而形成的合成單元，對象內(nèi)部的數(shù)據(jù)訪問更新只有通過對朝上定義的操作才有實現(xiàn)的可能，這就保證了對象內(nèi)部數(shù)據(jù)的完整性，所以，分解得到的模板結(jié)構(gòu)才能符合模板化的設計準則。模板如何設計這對于一個程序的走向來說非常重要，需要把整個程序分成若干個子任務或模板，但模板的分類過程數(shù)量不能太多也不能太少，只有適中的數(shù)量模板才能發(fā)揮模板程序設計的優(yōu)點。第一，程序差錯和修改比較方便。第二，容易清楚地知道已經(jīng)做出了多大進展、完成了多少模板。第三，一個模板有可能在很多地方或其他程序中應用，這樣的模板可以作為子模板。第四，模板程序中的每個獨立模板要比一個完整的程序更方便編輯、檢查和測試。例如：機械傳動系統(tǒng)零件繪圖CAD軟件設計第一步是要把定義轉(zhuǎn)換為機械CAD模型數(shù)據(jù)，再抽取所需要的數(shù)據(jù)，接下來進行工程分級以及計算，從而對設計進行詳細編程、文檔編制、圖形輸出，形成CAPP、CAM圖形，這就是一個完整的機械CAD軟件設計過程。

由于機械零件是標準化、實用化、系列化程度較高的產(chǎn)品，必須符合參數(shù)化的構(gòu)建模板要求，因此，CAD系統(tǒng)建模是在設計參數(shù)化構(gòu)建模板理念上進行的。由于機械CAD特殊的性質(zhì)，所以，它的參數(shù)化構(gòu)建模板理念也有些不同，根據(jù)系統(tǒng)工作原理的需要，將系統(tǒng)工作原理分為四個模板：主參數(shù)、參數(shù)處理與計算、繪圖子系統(tǒng)、AUTOCAD繪圖軟件包。

5 機械CAD在社會生產(chǎn)中的應用

5.1 農(nóng)業(yè)機械

農(nóng)業(yè)機械化存在的低效率、繪圖手段落后等問題，可以通過使用CAD繪圖軟件解決，擺脫了反復實驗、修改圖紙的窘境，并使產(chǎn)品設計變得系列化，有效降低了農(nóng)業(yè)機械外型設計失敗的概率。

5.2 液壓

CAD在液壓上的應用只需要修改特征的參數(shù)就可以生成新的圖形，大大提高了設計液壓CAD的效率，有利于工作的順利開展，消隱技術(shù)在系列產(chǎn)品裝配圖、液壓的支架裝配圖中得以實現(xiàn)。

此外，CAD還廣泛應用于機械、電子、汽車、航天、化工、紡織、建筑等行業(yè)。

6 結(jié)語

CAD作為輔助設計軟件，輔助人們進行機械傳動系統(tǒng)零部件設計繪圖，不但節(jié)省了人們大量繪制圖形的重復勞動時間，而且提升了工作效率，使企業(yè)效益得以最大化。