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机械传动装置的设计环境

Roman Zavbi and JoZe Duhovnik

摘要：

所有设计过程的各个阶段(从概念设计准备到分析设计文档) 如设计过程中所需的信息、生产技术系统等应综合设计环境来考虑。

本文论述了概念设计阶段,这是设计机械的过程中的驱动单元。在一个机械的概念设计中，驱动装置是基于概念设计的基本模型, 它辅以控制程序,进行设置使用，从而了解机械传动的总体结构和单位(或技术系统)。这个结构被提前定义。机械驱动的结果是由概念设计是机械的结构单元、驱动装置的构建块和相关的灵活的功能结构共同决定的。使用模型设计可以灵活地分配各部分功能结构, 使单一功能或多功能的设计模块同事使用。辅助设计环境可以帮助工程师设计　的创新和进步。

概念设计完成后,维度选择,是必须解决的问题。然后使用的模块集成设计环境来进行应力应变分析和测试计算。

对于一个设计工程师来说，机械传动的设计单位是通常的工作。

一般设计的特点是:(a) 必须满主观,或客观要求,(b)必须明白物体的客观局限性（c) 必须按照评估标准来设计解决方案。机械设计方案一般以设计要求开始，,以对象满足的特殊需求结束。

对于一个概念设计过程来说，最重要的是需求实现的技术系统的设计。由于设计是一个迭代的过程，它成功地减少了概念设计的数量、重复的应力应变分析和计算， 以及其他分析,因此增加了水平的简单性和操作的可靠性。这一切就导致了了生产、测试、使用和维护技术系统成本的减少。

精化设计环境(软件)的目的是协助设计工程师设计机械传动单元(而不是排除他从流程的设计技术系统),因为一般的设计师并不承认丰富的形状模型和可能性与他们的功能之间的联系,从而组件和一个小的不恰当的选择评估备选方案。

为了得到所需功能的机械驱动单元,概念设计模块的设计环境应该提供适当的工作原理和形状模型的工作原理。设计工程师积极参与的合成技术的过程，而系统和工作原理的辅助功能则能帮助他/她的决定　　适当的选择。概念设计的结果取决于是机械传动的结构单元构建块的水平,以及相应灵活的功能结构。设计环境是一个集成工具设计、概念设计计算,分析和细化设计文档的工具,它代表了需要制造一个机械微单元的所有信息。

一个设计环境应用的例子

设计环境的使用是一个描述使用设计机械驱动装置实际的例子。

我们面临的任务设计一种同轴机械和恒定的转速比以及以下要求:

P = 75kw

输入 n1=1450 rec/min

输出 n2 = 95 rev/min

利用率 K, = 1.25

齿形 = 跟据 DIN 867

由于设计的对象是一个机械传动单位,我们选择转换的机械能实现菜单系统所需的功能。在忽略解决方案的同时,根树(节点) 创建一个灵活的生成与选择技术系统的功能结构:机械驱动装置(见图1),从可用的工作原则,可以实现所需的功能,我们选择壳式,因为这样可以确保持续转速比率。设计环境返回信息是工作原理；实现设计约束表达的辅助功能(参见图2)。　　

在适当的形状模型中选择:2 螺旋齿轮有最大的体积比(立方十米每千瓦)(除了行星齿轮传动的传动，这是复杂的单独处理模块,因此设计要求更高)。一个同轴机械传动单元也是必须的。这样就可以创建使用平行轴。根据需求, 我们决定选择一个平行的螺旋小齿轮轴,因此也产生第一和机械能的输入分支节点的继点(见图3),选择一个构建块, 绑定函数自动分配(输出力和转速),这意味着所需的工作原理和形状模型。除了反应力的输出,还要求转速。

从模型的概念设计的角度来看,绑定函数就是一个新的基本功能实现了。一个新的基本功能也就意味着开始一个新概念设计模型的使用循环。

对于绑定函数,我们选择滚动以及一个适当的工作原理和双列球面的滚子轴承,可以通过指定加载最大的径向和轴向力,来作为一个合适的模型的形状。绑定函数支持。由于设计的限制,我们选择胡克定律和焊接住房模型的形状。

输入机械能的构成分支是完成后的选择。然后我们必须组成输出分支,明确要求和节点所代表的功能。所有节点都是相同的,因此节点的直接继承实现相同的功能,即转换的机械能如我们的示例中(见图4)。　用户只有在他/她处理的形状模型选择已有的工作原理。辅助功能,能让我们选择平行斜齿轮,以及相对旋转指定的绑定函数。

从可用的工作原理中,我们选择胡克定律的基础上辅助功能。在形状模型,我们选择输出比符合反应旋转绑定的函数。

因为二级减速机械驱动装置确定(传动比是引用14)概念设计的开始。设计机械的总体结构驱动单元,概念设计模型生成一个新的节点(见图5) 。其满足的需求函数,转换的机械能。用户/设计工程师再次理所有相关的工作,因为第二阶段可以使用执行不同与第一阶段的工作原理。

在我们的例子中,输入分支(实际上一个输入/输出分支)和输出分支组成，其作为新生成的继承和节点。　在这里,我们对形状模型作为第一阶段的选择感到满意，因为没有新的需求在第二阶段。

二级减速机械的组合机械能驱动装置完成时，所有输出分支,或所有的继任者的节点(参见图 6)已经生成。也可以在一个窗口的设计环境中看到灵活的功能结构的同步增长。

复合功能结构与选择形状模型是所有必要的计算的基础。对于功能结构来说，解决方案如树图:

树的根提供了所需的功能。如果所需的函数比作机械设计,树的根是一个节点。

节点代表设计函数。每一个和节点有两个分支(继任者是函数的输入和输出的机械能)表示的输入和输出(或中间的情况，减少两个或多个减少机械机械能驱动装置)。机械驱动装置和节点的数量等于上一阶段的数量。

需要实现节点代表子函数。这是生成形状模型的公认形式。

最后一个节点对应的函数。

选择形状模型的计算

选择形状的计算模型开始是通过单击函数中的节点结构,事实上,解决方案如树图。唯一可能的计算形状模型的所有数据是可用的。因此可能只有开始齿轮副的计算,因为这生成加载在其他元素上的函数(轴、轴承等)。

通过单击节点代表平行的螺旋小齿轮,我们开始ZOBKO程序(见图6)。ZOBKO控制牙齿的力量,点蚀和划痕根据标准DIN 3990,根据操作参数,还可以获得整个装置几何形状和公差。ZOBKO必不可少的元素是发电机齿轮副的几何运行要求(也可以被改变),设定的设计约束设计师(最小和最大螺旋角、最小和最大数量的小齿轮的齿中心距,所需的安全因素等)。然后齿轮对以上述这种方式生成。当然,也可以分析齿轮副几何形状。发电机的齿轮副几何形状是基于几何学的基本方程原则和齿轮的强度计算。

这是紧随其后的是手动设置的装备火车拓扑和轴承机械的拓扑驱动装置。拓扑结构和基本机何和印刷计划,一个简单的分析员使用用户定义的原语和参量的不同元素(参见图7)。紧随其后内力的计算,轴的实时和反应力轴承(见图8)。精确的齿轮几何的手工输入以用来控制弯曲、扭转和剪切应力转动惯量的计算和动态部分是在其后必要的。

通过单击表示轴承节点,我们启动项目的选择，知识产权的维护和控制所需的生命周期17。

借助设计环境,对所有的选择机械驱动装置的形状模型进行控制。环境是结构化的整合，它将所有的计算程序形状模型存储在数据库中。

设计文档是创建的结果的必要显示。其提供了生产过程机械驱动装置所需的信息。它是有用的,很多　　形状参数化模型的描述大大缩短了的设计文档创建过程。当然,在设计环境中我们也可以使用商业建模和绘图包(通过宏定义原语补充)。

提供的更多可能性的设计环境

我们现在考虑在环境中提供的一些特殊特性概念设计模型和设计环境。

功能结构(以及整个配置) 都存储在数据库中,可以在后来用来创建形状模型的变化相同的工作原理(见图9),或改变成只有维度的形状模型，只需改变操作参数(变分设计)。当然,它是可以使用现有的功能结构来改变一个或多个工作原则(创新设计),以适应新的要求。

所有的设计环境都需考虑变化影响概念设计和计算组件的这一技术系统, 它引导设计工程师进行必要的计算和重复计算。

设计环境中的使用术语解释

下面的解释是一样的,是对引用17和18,更改和添加。

功能:函数是由客观的决定或设计技术的使用系统。函数描述了使用物理表达式,如果是必要的,需要由几何补充拓扑关系。例子:转换的机械、能源、机械能量的传播、相对旋转,输出力、 传热和电气绝缘的函数分为以下几类:

需求函数:这个函数是由我们的目标被设计的技术实现系统决定。

子/基本函数:该函数执行形状模型。更多的子功能可以实现所需的功能。在宏观水平上,我们使用“子功能”, 在微观层面上使用“基本功能”。

绑定函数:此函数使两个形装模型连接造成的实现所需的函数。

辅助功能:该函数是由工作原理和形状模型特性决定。

工作原理:这是一个描述形式的计划,物理定律的关系或机制的实现的基础l9所需的功能。例子:帕斯卡原理,摩擦,多普勒效应,胡克定律,斯涅尔定律, 石油衍生品的化学能源的使用。

形状模型(构件、组件):这是对象或模型的工作原理。它不包括细节(例如,齿腹曲率或螺旋角的校正)或特殊几何特性,但不包括物理名称组件。对于各种复杂的形状模型, 这其取决于复杂性技术系统的设计。例子:平皮带和皮带轮辊、链、长针、滚针轴承和花键轴等。

技术模式:与形状模型相比,这个模型包含所有的细节(例如磨齿侧面的上部,表面质量, 齿的硬度侧翼),它还包含一些几何特性(中心的形状和特性齿轮机构等)。

技术系统:这代表了形状模型之间相互关系以及所需实现的功能。技术系统拥有不同的复杂性。因此,更高的复杂性可由较低的复杂性技术系统来确实能够(参见图10)。这种结构层次是有用的技术系统分解。更深层意思下面进一步解释。例子:一个轴承(元素)的作为减速器的一部分（简单的技术系统),这是一块石头破碎机的一部分, 将是一个分离装置(复杂技术的一部分系统)的一部分。

类型的设计

为了使不同类型的设计得到认可, 根据摘要进行如下类型的设计分类。

新设计:这是最具创意的设计类型。设计工程师使用一个没有用于设计技术体系的新工作原理 。它的一个特点是,未建立目录的工作原理的新工作原理。

设计:变分的主要特征是设计的尺寸形状的变化，其为了改变某些技术参数模型(扭矩、传动比率,中心距离等)以及齿轮单位确定间隔扭矩。

适应设计:这是最常规的一种设计。其特点是适应的尺寸形状模型的技术条件。例子: 12毫米钻孔和钻孔Ml0线程,这些都是放大Ml2允许相同的工具来制造所有水井。

模型的概念设计

确定属性的例子

我们使用一个双重正时皮带和滑轮为例(见图2)。它的功能是转换机械能。

功能描述为保持中立,独立使用的形状模型。菲尼基本功能实现的两倍正时皮带被公认为机械的变换能量。

工作原理为是这个函数进行壳式。整合的形状模型,这使得功能实现。辅助函数 用以连接工作原理。

形状模型,双正时皮带,辅助功能特征状模型的冲击适中,在30温和的预应力,输出的扭矩多个输出的扭矩与方向的变化、旋转。

绑定函数，是时间的两倍。它可以被纳入一个技术系统,用以防止相对旋转。

基本模型

在概念设计阶段,设计工程师面对设计技术系统的问题只满足需要或需要执行一个函数的8 ~ 20。这种方法被称为自顶向下设计。

设计工程师结合元素(合成) 更复杂的构建块组件用以实现所需的功能,它起源于所需要的功能。如果所需的函数简单就可以需要简单的组件。如果复杂,就需要复杂的组件。

　优化设计的技术系统,它是一个设计工程师表达需求必不可少的,所以适当的形状模型将组合成技术系统。设计约束表示为工作原理和相关的辅助功能的形状模型。

问题的分解的意义必须被解释。分解的结果必须满足分析创建的技术体系。最初的问题分解为一组独立的问题组，其各个问题可以单独解决, 如某些限制(例如,空间、生态、能源等) .复杂的组件或局限性　　技术系统(例如核电站, 一架飞机、一辆汽车或一个变速箱,订单的复杂性)分解为各种较低的复杂性的组件。例如,一个设备可以被认为是一个建筑。一个变速箱,这是一个传播的一部分, 反过来是一辆汽车的一部分)(见图　13)。自然是不可能执行分解为前提的。它必须是逐步进行的的水平。例如,驱动装置的分解，一辆汽车取决于类型的驱动器。一个电气传动需要不同的分解内燃机驱动的汽车。内燃机的分解则反过来取决于汽车的类型(奥托,柴油,汪克尔等等)。

总体功能结构单一的减少, 二级减速和多级减速如图14和图15所示。

可以说是一般的功能结构都是通用的。总体功能结构基础的控制程序(其中一些被描述在第四部分),构成一个组件技术系统是设计模型的一部分。一般(驱动装置在这种情况下)。特殊函数是结构模型的设计工程师在设计环境的帮助下完成的。

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