蜗杆传动并行设计方法与实施技术的研究侯力1，莫平2，樊庆文刁燕1（1.四川大学制造科学与工程学院，四川成都61652四川大学电气信息学院，四川成都6165）采用面向对象的程序设计构造蜗杆传动的知识库和实施推理策略，提出了啮合分析的优化计算方法。提出了并行设计环境下各类蜗杆传动集成CAD软件的设计原理与方法，以完成蜗杆传动的选型、参数、结构设计及工艺决策等相关任务。提供的实例符合相关的设计标准。

　　44：A机械产品的并行设计符合工程领域专家群相互合作的思维活动形式和生产组织模式的需要，并行设计思想要求设计人员在产品的设计阶段要考虑产品制造、装配、质量、成本、使用维护等方面可能涉及到的影响因素，力争缩短产品开发周期，降低成本。因而成为先进制造技术领域的重点研究前沿课题之一。

　　蜗杆传动是一种典型的空间啮合传动，其特点是传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪音低。但是其设计方法、啮合理论和加工比较复杂且齿面类型较多，每一类型均有自身的特点，给掌握和提高蜗杆传动的技术带来了不少的困难。作为机械传动的一个重要领域的蜗杆传动由于其特点和其它传动的不可替代性，一直是中外研究人员关注的一个领域。

　　蜗杆传动CAD系统用于确定蜗杆传动的主要设计参数（中心距，模数、头数、蜗杆直径等），进行蜗杆传动其它参数的设计、选型以及蜗杆、蜗轮制造中的工艺设计和工艺决策。蜗杆传动的选型，用于选择蜗杆传动的类型，蜗杆传动按加工方法和刀具的形式分为多种类型，合理地选择蜗杆传动的类型，可以达到既满足使用要求又使工艺简单，达到较佳的价格性能比。在一些情况下，选择蜗杆传动的类型是至关重要的。在同样的中心距模数下，不同的蜗杆传动其承载能力、工艺路线、加工机床要求等均不同。选5.0，ARX等。通讯协议为：TCPP.选型和工艺设计构成约束，在设计早期，就加入到设计中，即考虑在并行设计环境中。

　　1蜗杆传动CAD软件的功能结构1.2蜗杆传动CAD软件的功能结构蜗杆传动CAD软件应能充分考虑到设计下游可能涉及到的影响因素，这是实现并行工程目标的必然要求。CAD系统还应有较快的速度，以达到快速向上反馈和对下反应，使用方便高效。

　　根据对并行工程环境及蜗杆传动设计和工艺的分析，将蜗杆传动CAD总体结构功能设计成如所示。

　　强度设计计算模块包括接触强度的计算和校核、弯曲强度的计算、刚度的计算，用于确定蜗杆传动的主要参数。采用IDCColumnCheck和IDCGlassCheck的值为TRUE或FALSE来区分圆柱、环面蜗杆。两者的值为互锁。按接触强度的a 2）的函数关系设计中心距，继而进行其它的强度设计。强度设计在基类定义。

　　选型设计，按输入的基本参数和计算出的蜗杆传动的主要参数进行蜗杆传动的选型设计。在规则库中进行搜索匹配，选型推理采用反向推理为主要推理方法。在多个方案中选取加工方法简单的方案为优，在相应具体蜗杆的槽中取出加工机床的要求，在设备资源管理库中匹配加工机床，如无此机床，则弃用这一方案，程序自动选下一方案进行相应的操作，以保证产品设计的可制造性。选型设计完成以后，进行具体蜗杆传动的其它参数的推理选择设计，如刀具安装角等111.参数推理设计模块，按输入的基本参数和计算出的蜗杆传动的主要参数和选定的蜗杆传动类型进行其它参数的匹配设计。

　　Check和IDC的值匹配圆柱、环面蜗杆，在圆柱、环面蜗杆类中进行空间坐标系的矩阵变换。

　　即从刀具的静坐标通过变换到蜗杆的动坐标（蜗杆齿面）继而变换到蜗轮的动坐标（蜗轮齿面），这类坐标系的矩阵变换是圆柱、环面蜗杆各自类共有的部分。啮合函数Yl2= *1*v！2=0为多元超越函数，Yi2= 0数值计算较为困难，将其变形为（Yl2）2=0再利用优化的方法进行计算，采用梯度法进行初步优化，其优点为不出现发散，但收敛较慢，并且在一定的区域（优化点附近）容易出现震荡达不到优点。

　　此时再采用牛顿法进行求解，这样使用牛顿法时，其初始点离目标点较近，可避免使用牛顿法时出现的发散现象，牛顿法具有二次收敛的性质，容易得到优化点，显然优点为（Yl2）2=0的点。采用梯度法和牛顿法综合优化可利用二者的优点，达到很好的效果。两种方法都要求导，在程序设计时采用差商来取代偏导避免了求导的复杂性。各具体蜗杆的形成刀具或产形母面的数学描述存放在其相应对象类中。

　　参数设计结果用对话框、消息框的形式在屏幕上显示，生成数据文件和数据库数据。材料库采用面向对象的方法设计成材料类，材料库的头文件如下，通过材料名将蜗杆、蜗轮材料的机械特性存放在数组中。classCWhMaterialpublic B）//蜗杆材料库数据库设计，在CAD系统中米用Mcmso/tAccess数据库设计，在VisualC++5.0中运用MFC类的CDatable类和CRecordset对象对数据库进行写入、修改、查询等操作。生成的数据库数据可供VsualC++访问也可供AutoCADR14ARX程序访问。CAD系统中生成数据库的数据结构如表1.表1蜗杆设计者ID蜗杆名ID中心距ID蜗杆材料ID蜗轮材料ID蜗杆直径蜗杆总长螺旋升角蜗轮直径蜗轮齿宽刀具安装角度精度设计日期含数据和操作，dt个对象将它的数据和成员函数成互锁即只能选取1个蜗杆齿面的工方bookmark2检索可按设计者、蜗杆名等/tem/D进行检索。

　　由此数据库的数据实现参数设计数据和图形设计数据的接口。

　　齿段造型，在中较详细地介绍了齿段造型方法，将生成的齿段存放在特征库中，具体使用时采用/DES数据格式赋予参数和加工方法的信息。

　　蜗杆生成模块，按精加工的工艺流程采用特征定义的方法，定义辅助特征后，采用特征映射的方法，从特征库中按编码选取基本特征赋予参数和加工方法的信息后生成蜗杆三维图。

　　工艺顺序初步设计模块，5 ~7级的蜗杆、蜗轮的加工方法为基本加工方法存放在圆柱或环面蜗杆类中，具体的蜗杆、蜗轮的加工方法存放在对象类的相应的槽中。因此可按具体蜗杆的编码和其它基本特征的编码生成具体蜗杆的初步工艺信息。

　　产品设计数据文件管理，基于PDM框架的并行协同设计接口与CAD、CAM等交接信息，包括图形文件、文本文件、数据文件、表格文件等工程文件的管理，工作流成的管理，分类检索和产品配置等进行管理使数据一致，交换容易实现提供的实M 361.在完成了蜗杆传动的参数设计后，进入蜗杆选型设计。

　　为圆柱蜗杆传动的选型设计对话框。参数设计完成后，程序按主对话框中输入的初始设计参数和设计条件及设计完成后的设计参数在专家系统中按搜索、匹配等规则自动选取一种蜗杆副，本例自动选取了阿基米德蜗杆，其特点为加工简单对机床的要求不高，并且本例中螺旋升角为10.08*可以采用一般车削加工。对话框设计了一列表框，如用户要选其它类型的蜗杆副，也可以直接从列表框中选取。

　　选取确定按钮后，程序用消息框提示该类蜗杆齿面的加工对机床的要求。

　　圆柱蜗杆传动的选型设计蜗杆齿段的造型显示和啮合分析显示。中心距、模数、传动比、蜗杆的头数为主对话框传来，其编辑框变灰，参数不可更改。输入压力角和初始角后在绘图区进行齿段的造型显示和啮合分析显示。初始角用于啮合分析的初始点的选取和齿段端面特征点（编辑杨蓓）（上接第88页）3结论针对蜗杆传动设计的特点，开发了并行环境下蜗杆传动设计的CAD软件，介绍软件开发方面的技术与运行实例。采用基于面向对象的框架结构来对蜗杆传动知识进行描述，以完成蜗杆传动的选型，参数、结构设计及工艺决策等相关任务。应用面向对象的分析方法，将蜗杆的特征模型、工艺规则模型、工艺决策模型、制造资源模型等看为对象类之间具有一定层次结构和继承的关系。提出了机械产品并行设计方法的环境下的蜗杆传动CAD系统结构。应用本文提出的方法可很好地完成蜗杆传动的选型，结构设计及工艺决策等相关任务，对其它机械产品CAD系统的建立也有一定的指导意义。