带传动电算指导书.docx
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带传动电算指导书
机械零部件计算机辅助设计指导书
（V带传动部分）
机械设计教研室
古乐 编
陈铁鸣审
哈尔滨工业大学
二零零零年九月
前言
随着计算机技术的发展，其在工程中的应用日益广泛和深入。
机械设计的一般过程是从已知工作条件出发，选择适当参数，利用公式和表格等有关技术资料求得设计结果，这一过程中大部分是完全可以利用计算机实现的。
因此在机械设计过程中引入计算机，利用计算机辅助设计（CAD）来完成机械通用零部件甚至整机设计已经成为高等院校机械设计课程的重要环节。
机械零部件的CAD是学生应用所学计算机知识完成的一次工程设计实践。
通过编制程序，可以使学生学会如何处理机械设计中常用数表、线图的程序化。
同时利用CAD可以方便地进行多种方案的计算以及计算结果的比较和优化，这在手算中是不易做到的。
为此，特编写机械通用零部件系列CAD指导书，供同学们参考使用。
一、机械设计CAD的特点
工程设计的程序化，与用计算机计算复杂的数学式完全不同，要涉及到许多特殊问题，主要体现在以下几个方面：
1、数表和线图程序化及检索问题。
机械设计中有许多表格和线图，他们来源于实践，往往不能用一个统一的公式来表述。
这些数据需要事先输入到所设计的程序中去，具体计算时根据相应条件去取相应数据。
这项工作在机械设计中经常遇到，且工作量较大，占程序中相当大一部分。
如各类传动中都会用到的工作情况系数KA，它和原动机、工作机的类型、载荷特性、连续工作时间的长短均有关，在使用时要根据具体工作条件查取。
2、设计参数的处理问题
机械设计中经过公式计算出来的设计参数，尤其是几何参数，为了满足结构要求、工艺要求、标准要求或系列化要求，万万需要进行一番处理，因此所设计的程序应具备这方面的功能。
如V带传动中带轮基准直径应满足系列化标准，齿轮模数应取标准值，中心距取0,5结尾等，均属于这类问题。
3、强度计算及其处理问题
在机械设计的强度计算中往往参数不全，经常需要假设某些条件，初定某些参数，进行初步计算，得出粗略结果后再进行比较精确的计算。
另外，在强度验算中如遇强度不合格情况时，则必须改变其中某些参数，以满足强度要求。
因此在设计计算程序时，必须使程序具备能处理上述要求的功能。
如受轴向载荷的紧螺栓联接设计中，在不精确控制予紧力时，安全系数与螺栓直径有关，而螺栓直径正是所要设计的参数，因此应预先估计一个螺栓直径，查得安全系数并设计出螺栓直径后检验初选直径是否合理，若不合理应重新估计。
二、编写机械通用零部件CAD程序的一般步骤：
1、手算一个习题，熟悉计算步骤，掌握各参数间的关系及参数的选择、计算和数据处理。
2、编制程序流程图。
应尽量采用结构化模块，可采取主程序与子程序调用相结合方式。
3、处理表格和线图数据。
必要时可将表格或线图的检索编成子程序。
4、编制设计源程序。
5、条件充分时可将多个计算结果给以一定目标函数进行优化，不具备充分条件时可输出多组计算结果进行人工分析。
三、机械零部件设计CAD程序的要求
1、程序中变量名应尽可能与使用教材或标准相一致。
2、程序中变量应给以适当的注释，如名称、单位等，增加程序易读性和易用性。
3、程序头部应给出该程序的适用范围。
4、程序输出结果应完整给出机械零部件设计所需要的几何及结构参数。
普通V带传动CAD
一、普通V带传动的内容和任务
1、普通V带传动设计内容：
给定原始数据：
传递的功率P，小带轮转速n1传动比i及工作条件
设计内容：
带型号，基准长度Ld，根数Z，传动中心距a，带轮基准直径dd1、dd2，带轮轮缘宽度B，初拉力F0和压轴力Q
2、CAD任务：
1编制V带传动设计程序框图；
2编制V带传动设计源程序；
3按习题或作业中数据运行程序，要求对每一组数据各按三种V带型号计算，对每一种带型号选三种小带轮直径进行计算并输出所有结果；
4比较结果，从9种方案中选择一个最佳方案并按照此方案提供的几何和结构参数利用AutoCAD软件绘制大带轮零件工作图。
二、变量标识符
为了使程序具有较好的可读性易用性，应采用统一的变量标识符，如表1所示。
三、程序框图
编写程序前，必须先设计一个程序框图，以全面考虑和安排设计流程。
图1为普通V带传动CAD程序框图的一种方案，仅供同学在设计中参考。
四、输入输出数据
1、输入数据
1原始数据：
P，n1，i，包括已给定和人为假定的数据。
2人为给定的一些条件代号,如Z、A、B、C、D、E六种带型号可使用变量TYPE来表示，TYPE=1—6分别对应六种型号。
2、输出数据
1输出程序用途及适用范围；
2输出全部输入参数的标识符及数值；
3输出计算结果的合理参数的标识符及数值。
表1变量标识符表
序号
名称
代号
标识符
单位
1
名义功率
P
P
kW
2
设计功率
Pd
Pd
kW
3
工作情况系数
KA
KA
4
小带轮转速
n1
n1
r/min
5
工作机载荷特性
GZJ
6
原动机类型
YDJ
7
带型号
Z、A—E
TYPE
8
小带轮基准直径
dd1
dd1
mm
9
大带轮基准直径
dd2
dd2
mm
10
最小带轮直径
ddmin
ddMIN
mm
11
带速
V
m/s
12
最大带速
VMAX
m/s
13
中心距
a
a
mm
14
基准长度
Ld
Ld
mm
15
小带轮包角
ALF1
度
16
V带根数
Z
Z
17
额定功率
P0
P0
kW
18
功率增量
DIFP0
kW
19
弯曲影响系数
Kb
Kb
20
传动比系数
Ki
Ki
21
长度系数
KL
KL
22
包角系数
KALF
23
初拉力
F0
F0
N
24
压轴力
Q
Q
N
25
圆周率
PAI
26
轮缘宽度
B
B
mm
五、补充数据和参考资料
1、带轮直径系列
根据设计手册，各带轮可选基准直径列于下表，供设计时选用。
单位：
mm
Z
50
63
71
75
80
90
100
112
125
132
140
150
160
180
200
224
250
280
315
A
75
80
85
90
100
106
112
118
125
132
140
150
160
180
200
224
250
280
315
B
125
132
140
150
160
170
180
200
224
250
280
315
355
400
450
500
C
200
212
224
236
250
265
280
315
355
400
450
500
D
355
375
400
425
450
475
500
530
600
E
500
530
560
600
630
710
2、P0公式及相关系数表
《机械设计》（陈铁鸣王连明主编）教材P87表6-3中普通V带基本额定功率P0是由以下公式和数据计算出来的。
Z
A
B
C
D
E
K1
0.246
0.449
0.794
1.48
3.15
4.57
K2
7.44
19.02
50.6
143.2
507.3
951.5
0.441
0.765
1.31
2.34
4.77
7.06
六、编写源程序的提示
1、关于数表的存储
设计计算中要用到的各种数表，可用一维或二维数组存储，存入的方式与查表的依据有关。
存表时的数据可写成DATA语句，也可以用数据文件。
下面举例使用DATA语句。
例如：
普通V带单位长度的质量m
型号
Z
A
B
C
D
E
m（kg/m）
0.06
0.1
0.17
0.3
0.6
0.9
m值应按型号查找。
若把型号设为变量TYPE，取值1—6，则m值可放在一维数组MASS
（1）—MASS（6）中。
使用时，MASS（TYPE）即为所给型号的m值，可在计算中直接引用，m值可用循环语句读入。
例如：
BASIC语言程序
10FORTYPE=1TO7
20READMASS（TYPE）
30NEXT
1000DATA0.060.10.170.30.620.90
C语言程序：
floatMASS[6]={0.06,0.1,0.17,0.3,0.6,0.9}；
……
printf（“请输入带型号TYPE=（0—5）：
”）；
scanf（“%d”,&TYPE）；
m=MASS[TYPE]；
又如：
长度系数KL，与型号、带长有关，可存入一个二维数组（原表中无值则分别填以-10，20，其中-10表示该型号对应基准长度过小，20则表示该型号对应基准长度过大）。
BASIC程序如下：
5DIMKL（33,6）
210FORI=1TO33
220FORJ=1TO6
230READKL（I,J）
240NEXTJ,I.
1500DATA0.87，-10，-10，-10，-10，-10，
0.89，-10，-10，-10，-10，-10，
0.91，-10，-10，-10，-10，-10，
0.94，-10，-10，-10，-10，-10，
0.96，0.81，-10，-10，-10，-10，
…
1560DATA20，20，1.18,1.07，0.96，0.92
C语言程序用数组表示如下：
floatKKLL[33][6]={{0.87，-10，-10，-10，-10，-10}，
{0.89，-10，-10，-10，-10，-10}，
……
}；
2、根据计算结果取相应的标准值
如带的基准长度要根据初估中心距计算出来的长度在标准基准长度表中查取，还要考虑长度系数是否存在。
BASIC程序如下：
500Ld0=2*a0+PAI/2*（dd1+dd2）+（dd2-dd1）^2/（4*a0）
520FORI=1TO33
530IFLd（I）>Ld0THEN550
540NEXTI
550IF（LD（I）-Ld0）>（Ld0-Ld（I-1））THENI=I-1
560Ld=Ld（I）,KL=KL（I,TYPE）
570IFKL<0THENI=I+1GOTO560
580IFKL>10THENI=I-1GOTO560
C语言程序如下：
Ld0=2*a0+PAI/2*（dd1+dd2）+pow（（dd2-dd1）,2）/（4*a0）;
for（i=0;i<33;i++）
{if（LLdd[i]if（（LLdd[i]-Ld0）>（Ld0-LLdd[i-1]））k=i-1;
elsek=i;
break;}
KL=KKLL[k][TYPE];
if（KL<0）{do{k=k+1;KL=KKLL[k][TYPE];}while（KL>0）;}
elseif（KL>10）{do{k=k-1;KL=KKLL[k][TYPE];}while（KL<10）;}
Ld=LLdd[k];
3、数表中用插值法取值的程序
图２ 线性插值
如包角系数
，是根据计算出来的实际小带轮包角
在
表中用线性插值法确定的。
线性插值的计算式为
程序略。
4、重复使用的公式和涉及条件较多的参量可以使用子程序的办法来解决，使程序结构简练，便于调试。
5、关于计算结果数据的处理
对各参数的计算结果常需要采取不同的方式圆整。
例如V带根数应采用向上取整，中心距应取尾数为0，5的整数，一般结构参数等采用四舍五入取整。
七、常用计算机语言命令
BASIC语言常用命令：
READ---从数据区读数 DEF---定义一个函数
DATA---在数据区中存放数据 GOSUB---转子程序
PRINT---打印数据或字符串 RETURN---由子程序返回主程序
LET---计算并赋值 REM---注释
GOTO---转移DIM--- 说明数组大小
IF---条件转移 INPUT---由键盘即时输入数据
C语言常用命令：
类型标识符：
int,short,long,unsigned,char,float,double,struct,union
预处理命令：
＃define宏名 字符串
＃include“文件名”（或<文件名>）
＃include“math.h”
数组定义：
类型说明符 数组名 ［常量表达式］…［常量表达式］
函数定义：
存储类别（extern/static）数据类型 函数名（形参表列）
形参说明；
函数体
库函数：
doublesin（x）doublex;
doublepow（x,y）doublex,y
intscanf（format,args,…）char*format
intprintf（format,args,…）char*format
结束语
机械设计CAD的目的是利用计算机技术，即先进的计算方法和手段来高效处理机械设计的一般过程，因此在机械设计CAD过程中不能只注意程序的通否和语句运算而忽略了对参量的物理概念、物理意义及设计一般规律的理解和设计方法与步骤的掌握。
否则就成为舍本逐末，得不偿失了。
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