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并考察了一些国、内外齿轮设计类的相关软件

2019-08-26 11:42

要弄清楚这一点,我们首先需要知道,农业机械设备开发设计过程中涉及哪些零部件,从而看看软件可以为它提供哪些服务。农业机械结构设计在做什么呢?机械设计主要谈到四类零部件的设计。1)传动件的设计。就是齿轮、链轮、带轮、摩擦轮这一套。我们知道,一般机器由四部分构成:动力部分、执行部分、传动部分和控制部分。动力部分一般就是发动机或电机,而执行部分主要考察“机械原理”,控制部分则涉及到电气的相关知识,那么传动部分呢?这就是“机械设计”的任务了。由于机械传动在农业机械设备中占据着重要的位置,所以传动件的设计占据了机械设计中一大部分的工作内容。2)轴系的设计。由于上述传动件总是要安装在轴上,而轴则通过轴承与机架相连。因此轴的设计以及滚动轴承、滑动轴承的选择也就必不可少了,这也成为“机械设计”的重要内容。3)联接件的设计。轴与轴上的传动件该如何联接呢?这就是所谓的轴毂联接的问题,键和花键是最常见的轴毂联接方式。实际上联接不仅发生在轴与其上的传动件之间,还发生在很多地方。只要两个零件要发生关系,就需要进行联接。这种联接总体上分为可拆联接和不可拆联接。螺纹联接就是可拆联接中最常见的一种。而焊接、铆接、粘接则成为不可拆联接的主要形式。这样,轴毂联接、螺纹联接、焊接、铆接、粘接就成了构成联接件设计的主要组成部分。4)其它零部件的设计。包括结构件(机架、箱体等)的设计,还有弹簧的设计,联轴器,离合器,制动器,密封等问题。在上述四种内容中,传动件的设计和轴系的设计占据着重要地位,也成为机械设计的重点。

这些问题自始自终一直在困扰着我们,影响着我们的设计过程。通过查阅很多资料,并考察了一些国、内外齿轮设计类的相关软件,发现了一些起步较早、相对先进的齿轮传动系统设计类的软件,目前主要有romaxdesigner,kisssoft,masta,zgcad等,应用在齿轮传动系统虚拟样机的设计、分析、优化过程中,可为系统、齿轮、轴承、花键乃至包括载荷在内的整体传动体系提供完整、全面的设计、分析,并以可视化的方法提供二维、三维结果。这些软件在车辆、工程机械、风力发电等领域的齿轮传动系统的设计中应用很广。这些传动系统设计软件的应用可极大地避免手工设计的繁琐计算和盲目性,不仅能大幅度提高设计效率,大大加速传动系统的设计和开发流程,而且可以对结果进行精确的计算,能基于其高可靠性直接分析判断创新结果的可行性,并基于此而做优化设计,从而做到设计者对于所设计的结构心中有数。这些软件主要功能有:完善的传动件建模功能,多种分析与优化功能(包括系统级的、零部件级别的),具有传动系统整体的振动噪声分析(nvh),有的具有齿轮制造模拟和分析功能。

那么,在机械设计中,对于传动件是如何设计的呢?仔细考察齿轮、链轮、带轮的设计过程,我们就可以看到,其设计流程中虽然看似步步有计算,好像很严密,很有数学根据的样子。但其实每一步几乎都需要查表。我们需要查阅一堆堆的手册,表格,曲线,才能得到一个可行解,并且需要反复多次求解。但是你若问一名机械设计师,该解是否最优?他是没有底气的。实际上,按照机械设计中所谈的设计程序,我们可能可以得到可行解,但是基本上不会是最优解。而且,即便我们设计完毕,对于该传动的力学性能,我们也是很茫然的,很多情况我们都是在凭经验设计的。而至于轴系的设计,主要包含两个问题,第一是轴的设计,第二是轴承的选型。轴的设计首先根据扭矩和功率计算最小直径,接着是结构设计。而结构设计完毕后需要进行强度刚度的校核。这需要在给定轴的受力及约束以后,使用材料力学的方法绘制其弯矩图、扭矩图,然后弯扭合成,计算其应力,进行疲劳强度的校核。在进行疲劳强度计算时,为了确定危险点的持久极限,同样需要查阅一堆表格,来确定一些系数。轴承的选型则是根据其布置形式,由其承受的力来计算寿命。可见,在传动系统设计过程中,无论是传动件还是轴系的设计,都需要大量查表。查表是什么意思呢?那就是查表了,似乎没有什么意思。但是我们要追问,表是从哪里来的?实际上,这些复杂的表格曲线,是大量试验、经验所总结的结果。所以,我们明白了,传统的设计方法是基于经验的设计,这就带来几个问题:1)只能得到可行解而非最优解;2)对于设计的结果,其力学性能如何,我们心中无数;3)设计过程中的计算量巨大,占据了整个传动系统设计的大部分时间。