齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，渐开线圆柱齿轮传动机构由于具有较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，能保持恒定的传动比等优点，在航空航天、仪器仪表、汽车工业、精密机械等各个领域中都有广泛的运用。所谓渐开线，是指在平面上，一条发生线沿着一个半径为r的基圆作纯滚动时，发生线上一点的运动轨迹，称为该基圆的渐开线。渐开线齿轮传动的传动比等于主动齿轮和从动齿轮的两个基圆半径的反比。由于两啮合齿轮的基圆半径是定值，所以渐开线齿轮传动的传动比能保持恒定不变。因此，齿轮传动过程能保证瞬时传动比恒定不变，以保持传动的平稳性，避免或减小传动中的冲击、振动和噪音。

齿轮的传动是依靠两轮的轮齿依次啮合而实现的，齿轮的啮合又是从主动轮的齿根推动从动轮的齿顶开始。渐开线齿轮啮合特性是齿轮传动应用的基础，渐开线的形成及性质则是研究渐开线齿轮啮合特性的依据。因此研究渐开线圆柱直齿齿轮的啮合有着重要的意义，在研究齿轮啮合的过程中，需要掌握其啮合条件，如模数、压力角、基圆半径、齿距等参数，都需要进行数值计算。

齿轮是实现运动与动力变换的关键基础件，具有恒功率传动的特性，在很大程度上决定着装备的性能，因此在国民经济建设和国防建设中具有十分重要的战略地位。为加快改革开放补发，提升机械设备在工农业生产中的比例，我国政府大力引进先进机械设备和生产技术。《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2016-2020 年)》中明确指出，将“基础件和通用部件”列优先主题， “重点研究开发重大装备所需的关键基础件和通用部件的设计、制造和批量生产的关键技术，开发大型及特殊零部件成形及加工技术”。国务院《装备制造业调整和振兴规划》 中提出大力发展整机与提高基础件配套水平相结合，重点发展高精度齿轮传动装置等作为产业调整和振兴的主要任务之一。

随着计算机技术的迅速发展，人与计算机的通信方式也发生了巨大的变化，从早期的命令行通讯方式逐步演变到以图形界面交互的通讯方式。现在绝大多数的应用程序都是以图形化用户界面运行的。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。应用该软件进行编程计算可以快速精确地解得任意数量齿轮齿廓点坐标值。

MATLAB的GUI（Graphical User Interface）图形用户界面，包含了窗口菜单、对话框、按钮和文本等各种控件的用户界面，用户通过键盘或鼠标操作，就可以设计出具有自己独特风格的图形界面，再通过编写回调函数就可以实现GUI与用户之间的交互。

为了减轻设计者的劳动强度，利用MATLAB强大的计算功能和图形可视化功能，将齿轮啮合过程编译为MATLAB语言环境下的函数，将设计中的所有图、表进行编程处理，并编制用户界面对话框，使得用户只用根据给定的已知条件输入相关参数，就可以得到齿轮传动的参数，这可以大大提高齿轮传动的设计效率。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计是基于MATLAB软件，对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动过程所需的参数进行数值计算，建立相应的数学模型，并以此为基础构建仿真模型，同时要对MATLAB的GUI模块进行学习掌握，构建面向用户的可视化模型，最终完成与用户交互界面的建立，并能顺利显示渐开线齿轮的啮合过程。

齿轮传动的设计首先主要是理解渐开线直齿圆柱齿轮啮合的相关理论知识，然后才能根据机械零件设计手册上齿轮的相关图表及计算公式等，选取并计算得到所需要的主要参数数值，如模数、压力角、齿轮转速、齿距、齿数比等参数，这一过程利用MATLAB强大的计算功能，可以快速完成。

图形用户界面是由窗口、菜单、对话框、按钮、文本等一些用户控件构成的一个用户界面，MATLAB提供了两种创建图形用户接口的方法，一是通过GUI向导(GUIDE)创建；二是通过编程创建。而MATLAB的图形用户界面程序大多是对话框应用程序，利用MATLAB编写文档视图应用程序相对来说比较困难。而MATLAB的界面设计工具集（GUIDE）将所有GUI支持的用户控件的界面外观、属性和行为响应方式集成于一体，能够交互式地进行用户控件界面的布局，简化GUI应用程序的创建，故本设计的各个主、分界面的用户控件设计均采取由GUIDE生成FIG文件、自己编写应用程序M文件的GUI创建方式。

建立GUI图形用户界面，可以分为界面规划、控件编程两项工作，首先需要对从输入数据到最终显示两齿轮啮合仿真过程的整个流程掌握清楚，做好流程图以更好地理清思路，辅助设计，知道主窗口界面上需要哪几个部分，各个部分又应该如何对应分界面，界面中每个控件的功能是什么。用户控件是实现用户与计算机交互的主要途径，用户控件的合理设置可以使设计过程清晰明了，界面操作方便直观。