基于Visual Basic的齒輪傳動設計軟件編程與開發(fā)

汪超

摘 要：本文介紹了齒輪傳動功能和使用場合，介紹了齒輪設計開發(fā)的過程，介紹了Visual Basic軟件設計開發(fā)過程，跨學科地完成了軟件開發(fā)和齒輪設計結合的工作，設計開發(fā)出了一套可以用于工程師現(xiàn)場使用的齒輪傳動設計計算軟件。

關鍵詞：Visual Basic;齒輪;軟件開發(fā)

Visual Basic（VB）軟件是美國Microsoft公司推出的Windows環(huán)境下的軟件開發(fā)工具，是國際上廣泛使用的一種計算機高級語言，VB提供面向對象的可視化設計平臺以及事件驅動的編程機制，程序員不需要為界面的設計編寫大量的代碼，只需要按照使用需求，排布控件，編寫實現(xiàn)功能所需的代碼，即用戶操作某個事件來觸發(fā)某種功能的代碼即可。這種編程方式大大提高了編程的效率，方便用戶使用[1]。

齒輪傳動（圖1）是一種常見的機械傳動結構，齒輪傳動具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點，廣泛運用于機床、減速器、工程機械、飛機、航天等各種場合。近年來，隨著我國齒輪制造產業(yè)的迅速發(fā)展，齒輪生產規(guī)模和質量都得到了巨大的發(fā)展。然而，與制造業(yè)發(fā)達的國家相比，我國齒輪制造產業(yè)仍然存在著很多的不足，主要體現(xiàn)在生產設備、加工刀具、齒輪材料、生產協(xié)作與管理等方面[2]。就生產設備而言，國外2000年前后就開始研究計算機技術與生產設備的結合，大量采用CAD/CAM技術，開發(fā)出大量先進的設計制造類軟件，幫助現(xiàn)場工程師完成齒輪的設計制造過程，我國在這一方面仍然處于發(fā)展初期，很多技術甚至還處于空白。

本文以直齒圓柱齒輪為例，嘗試使用借助Visual Basic軟件強大軟件開發(fā)功能，結合齒輪設計開發(fā)的實際需求，開發(fā)出一套可以供現(xiàn)場工程師使用的齒輪設計軟件。

1 軟件開發(fā)流程理論

軟件開發(fā)的流程即為軟件設計的一般性過程，包括先對軟件先進行市場調研和需求分析，軟件需求的功能和實現(xiàn)的算法、軟件設計和模塊設計、編寫代碼、調試、交付使用等一系列操作?；赩B的軟件開發(fā)已經簡化，一般主要包括四個步驟：建立用戶界面、設置窗體和控件的屬性、編寫代碼、調試運行完善。

對于齒輪傳動設計輔助軟件來說，首先需要了解齒輪參數(shù)化設計的需求，齒輪常見的參數(shù)有齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒寬、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒距、分度圓、齒頂高、齒根高、全齒高。其中，齒數(shù)是指整個齒輪圓周上均勻分布的齒的總數(shù)，用z表示;模數(shù)與輪齒的厚度直接相關，輪齒厚度越大，模數(shù)越大，國家已經將模數(shù)標準化，可以查看國家標準GB/T1357-2008，模數(shù)用m表示;壓力角的定義是齒輪運動過程中受力方向和運動方向所夾的銳角，國家標準規(guī)定齒輪的壓力角為α=20°;齒寬為齒輪輪齒沿軸方向的長度，用b表示;齒頂圓直徑是指過齒輪所有輪齒的頂部的圓的直徑，用da表示;齒根圓直徑是指齒頂圓直徑是指過齒輪所有輪齒的頂部的圓的直徑，用df表示;分度圓直徑是指齒頂圓和齒根圓中間選定的一個圓作為計算基準，用d表示;齒距（周節(jié)）是指在分度圓上相鄰兩齒同向輪廓間弧長的距離，用p表示，齒距等于齒厚（用s表示）與齒槽寬（用e表示）之和;齒頂高等于分度圓到齒頂?shù)膹较蚓嚯x用ha表示;齒根高等于分度圓到齒根的徑向距離用hf表示;全齒高等于齒頂高與齒根高之和，用h表示。

直齒圓柱齒輪各部分的名稱與代號可參看圖2。

2 界面設計

用戶界面由窗體和控件組成，VB的窗體是界面的基礎，所有的控件都在窗體上布局和顯示出來。程序附屬在窗體和控件上，同時，程序運算的結果也會在界面上顯示出來。所以，根據軟件的使用需求，建立窗體、布局控件、設置窗體和控件的屬性。

本次界面設計的具體步驟如下：（1）設置窗體caption屬性為“直齒圓柱齒輪參數(shù)化設計”;（2）插入標簽Label1，設置Label1的caption屬性為“齒數(shù)”，設置Label1的font屬性，修改字體及大小，設置Label1的Autosize屬性為TRUE，這樣，標簽大小就可以自動調整。（3）插入文本框Text1，設置Text1的Text屬性為空白，設置Label1的font屬性，修改字體及大小。（4）框選Label1和Text1，復制粘貼，調整位置，設置標簽的caption屬性。（5）插入picture1，插入圖片，調整圖片大小。（6）參考步驟3和步驟4，重復插入label和Text控件，并設置控件的相關屬性。（7）插入command1和command2，修改兩個按鈕的caption屬性分布為：“參數(shù)計算”和“清除”，修改兩個按鈕的font屬性，使得字體得體。（8）插入齒輪參數(shù)圖片。完成后的界面如圖3所示：

3 編寫程序

程序編制過程中，需要了解齒輪各參數(shù)的計算公式，齒輪計算公式參看下表。

程序如下：

Private Sub Command1_Click（）

If Text1（0）="" Then

MsgBox "請輸入齒輪齒數(shù)" '未輸入齒數(shù)時提示用戶輸入齒數(shù)

ElseIf Text1（1）="" Then

MsgBox "請輸入齒輪模數(shù)" '未輸入模數(shù)時提示用戶輸入模數(shù)

Else

z=Val（Text1（0））：m=Val（Text1（1））'將文本框內輸入的參數(shù)賦值給z和m兩個變量中

d=m*z：Text1（3）.Text=d'根據齒輪計算公式計算齒輪各參數(shù)，將計算結果賦值給相應文本框

da=d+2*m：Text1（4）=da

df=d-2.5*m：Text1（5）=df

p=3.14*m：Text1（6）=p

s=p/2：Text1（7）=s

e=p/2：Text1（9）=e

h=2.25*m：Text1（10）=h

ha=m：Text1（11）=ha

hf=1.25*m：Text1（12）=hf

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click（）

Command2.SetFocus'設置清除按鍵為焦點

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'清除按鈕按動后，除了壓力角默認為20°，其余文本框全部清空

End Sub

Private Sub Form_Load（）

Dim z！，m！，d！，da！，df！，p！，s！，e！，h！，ha！，hf'定義齒輪各參數(shù)為單精度常量

Me.Show'加載窗體

Command2.SetFocus'設置清除按鍵為焦點

Text1（0）.Text=""：Text1（1）.Text=""：Text1（2）.Text="20°"

Text1（3）.Text=""：Text1（4）.Text=""：Text1（5）.Text=""

Text1（6）.Text=""：Text1（7）.Text=""：Text1（9）.Text=""

Text1（10）.Text=""：Text1（11）.Text=""：Text1（12）.Text=""

'窗口啟動后，除了壓力角默認為20°，其余文本框全部清空

End Sub

4 總結與展望

本文分析了簡單介紹了VB軟件以及齒輪行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了直齒圓柱齒輪參數(shù)化設計過程，研究了利用Visual Basic軟件開發(fā)出一套軟件設計計算直齒圓柱齒輪參數(shù)。這套軟件實現(xiàn)了方便機械設計現(xiàn)場工程師快速設計分析齒輪的各參數(shù)的功能。

本文及本設計仍然有缺陷，對于斜齒輪、圓錐齒輪、變位齒輪的參數(shù)化設計，本次設計尚不能滿足，對于直齒圓柱的設計過程，本軟件可以配合AutoCAD軟件開發(fā)出自動生成工程圖的功能，期待后續(xù)繼續(xù)研究。

參考文獻：

[1]劉瑞新.Visual Basic程序設計教程[M].（第5版）.北京：中國工信出版集團，2017.

[2]李曉菊，王小丹，何澤雨.淺析齒輪行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、問題及趨勢[J].內燃機與配件，2018（13）：158-159.