減速器繪圖
7.1 計(jì)算機(jī)繪圖
1.計(jì)算機(jī)繪圖
由于圖形表達(dá)的直觀性和形象化特點(diǎn)，機(jī)械設(shè)計(jì)與“圖樣”密切相關(guān)粱栖』敖剑“圖樣”作為工程界的技術(shù)語(yǔ)言，是交流技術(shù)思想闹究，表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的有效工具幔崖，它往往是設(shè)計(jì)結(jié)果的最終表達(dá)。
圖形在其它領(lǐng)域同樣也非常重要渣淤，正因?yàn)槿绱酸澹詮挠?jì)算機(jī)出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)圖形顯示和由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)繪圖機(jī)也同樣得到了迅速的發(fā)展砂代。如今已在計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)率挣、圖學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上刻伊，綜合發(fā)展成為一門新的學(xué)科：——計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)椒功，對(duì)圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理捶箱，即研究圖形的輸入、變換硫舞、組合相脱、分解、生成铅惋、顯示及擂出技術(shù)绅拢。計(jì)算機(jī)已在以下領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
·過(guò)程控制泪滥；
·情報(bào)資料的檢索濒聪、處理啰蹲；
·計(jì)算機(jī)制圖；
·計(jì)算機(jī)輔肋設(shè)計(jì)砍没，其中包括：幾何設(shè)計(jì)懒竖，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線路鸥司、管道設(shè)計(jì)舅洋，電路和邏輯設(shè)計(jì)，建筑物設(shè)計(jì)排布料等培愁；
·計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)著摔；
·計(jì)算機(jī)棋擬與仿真；
·計(jì)算機(jī)美術(shù)創(chuàng)作竭钝；
·計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作等梨撞。
利用計(jì)算機(jī)繪圖，可以
·提高繪圖的精度和準(zhǔn)確度香罐，繪制非常復(fù)雜的圖形卧波；
·加快繪圖的速度，縮短設(shè)計(jì)周期庇茫，提高效率港粱，可在短時(shí)間內(nèi)從多種方案中精選最佳方案；
·使計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)向更自動(dòng)化的方向發(fā)展旦签。
2.圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與繪圖
對(duì)于圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)查坪，具有能夠處理專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果的智能繪圖系統(tǒng)是十分重要的。即對(duì)于一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)宁炫，繪圖是整個(gè)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分偿曙。目前，專家系統(tǒng)（以及開(kāi)發(fā)工具系統(tǒng)）大多限于字符處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算方面羔巢，對(duì)智能繪圖系統(tǒng)的研制還不及專家系統(tǒng)的文字處理那么有成效附直，圖形的繪制和處理更加受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的制約。本文作者在LISP語(yǔ)言環(huán)境下開(kāi)發(fā)了能夠處理圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的智能繪圖系統(tǒng)霹早，它通過(guò)訪問(wèn)專家系統(tǒng)的智能數(shù)據(jù)庫(kù)矢锯，直接抽出繪圖結(jié)果，從而極大地提高圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值秋贤。
7.2 繪圖基本原理
1.基本單元
現(xiàn)在跛猛，各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中，如PASCAL, FORTRAN, BASIC等均帶有圖語(yǔ)句爬喝。有諸如直線儡绩，圓弧，圓等基本指令（人工智能語(yǔ)言GCLISP versionl.0版因?yàn)闆](méi)有三角等計(jì)算函數(shù)的功能程鸵，所以沒(méi)有圓弧较搔、圓等指令）寡瘩。相應(yīng)的，各種計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件包屈淫，如IMB-PC上常用的AUTO-CAD, APOLLO工作站上使用的GPR均含有繪圖的基本單元管书，如繪制直線、點(diǎn)截碴、中心線梳侨、折線、圓日丹、圓弧等墓本圖形命令走哺，進(jìn)一步的如APOLLO的S7K繪圖軟件包的三維實(shí)體造型等功能，其基本圖素如圓柱體哲虾、錐體丙躏、球體、立方體等束凑；并都具有圖形平移晒旅、旋轉(zhuǎn)、縮小汪诉、放大等功能废恋。但是，各繪圖軟件包一般都自成體系扒寄，比較難以通用鱼鼓。作者通過(guò)對(duì)這些軟件的分析，用LlSP編寫了一個(gè)比較通用的二維繪圖軟件包木冈，在使用時(shí)半摔，只要按所使用的軟件的相應(yīng)格式填寫，就可輸出相應(yīng)的繪圖命令演易。分別介紹如下：
2.基本繪圖命令
①一級(jí)命令：
繪制直線 格式 LINE mathod ＆rest-table
參量說(shuō)明：method脏偏，繪圖方式（相對(duì)，絕對(duì)）
＆rest-table爱茫，坐標(biāo)系列
繪制圓 格式 CIRCLE method xc yc r
參量說(shuō)明: method, 繪制圓弧方式（相對(duì)，絕對(duì)）涨旨；
xc,yc,r,中心坐標(biāo)xc,yc慰沸，半徑r；
繪制圓弧 格式ARC method ＆rest-table
RARC method &rest-table
參量說(shuō)明：RARC,ARC槽叮，繪制圈弧方式（相對(duì)磷像，絕對(duì)）；
method津贩，坐標(biāo)輸入方式邦匆，三點(diǎn)睦绍、二點(diǎn)加中心、二點(diǎn)加轉(zhuǎn)角涉波、……英上。
rest-table ，坐標(biāo)系列
上述繪圖命令中的坐標(biāo)系列可以是數(shù)據(jù)啤覆，可以是已賦值的變量苍日，同時(shí)也可以是數(shù)學(xué)運(yùn)
算表達(dá)式，從而可以大大簡(jiǎn)化人工對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的求值過(guò)程窗声。
②二級(jí)命令（零件類）:
·軸
·齒輪
·鍵
·端蓋
·抽承
③三級(jí)命令（圓柱齒輪減速器）:
· 一級(jí)圓往齒輪減速器軸線水平式
··軸線傾斜式相恃；
··立式（輸入軸在上）；
……
·二級(jí)圓柱齒輪減速器
··軸線水平式笨觅；
··軸線傾斜式拦耐；
··軸線水平單輸入齒輪對(duì)稱分流式；
……
·三級(jí)圓柱齒輪減速器
··軸線水平式（齒輪交叉排列）见剩；
··軸線水平式（齒輪并式排列）杀糯；
·· 軸線水平單輸入齒輪對(duì)稱分流式；
……
3.圖形變換
（1）平面圖形變換原理
用三維向量表示二維（平面）位置向量炮温，或者更一般的說(shuō)火脉，用一個(gè)n+1維向量去表示一個(gè)n 維向量的方法稱為齊次坐標(biāo)表示法。在齊次坐標(biāo)法中茸汇，n維向量的變換是在n+1維空間進(jìn)行品糯，變換后的n維結(jié)果被反投回感興趣的n維空間得到的。
在二維空間的點(diǎn)[x y]居饵，其齊次表示為[x y l]蛔交，如果乘以變換矩陣T，則得到
[X Y Z］=[x y l] T
變換后的普通坐標(biāo)可由變換后的齊次坐標(biāo)經(jīng)過(guò)正規(guī)化處理得到减严，即
x=X/H y=Y/H
從幾何意義上講镐访，當(dāng)交換后的齊次坐標(biāo)正規(guī)化后，x和y的全部變換落到H=1的平面內(nèi)肮碗。
下面限榆，對(duì)變換矩陣T進(jìn)行討論：
二維齊次坐標(biāo)的一般3×3的矩陣可表達(dá)如下：
可以將此矩陣劃分為四部分，如上述虛線所示
其中：
產(chǎn)生比例放大始踪、縮小笆唧，切變或旋轉(zhuǎn)；
[m n]產(chǎn)生平移洁糟；
[p q]產(chǎn)生透視岸裙；
[s]產(chǎn)生總體的比例變化。
由此可以看出速缆，通過(guò)變換矩陣T及其相應(yīng)的組合降允，可完成二維圖形的任意變換恩闻。例如先移動(dòng)中心后再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，便可完成圖形繞任意一點(diǎn)的變換剧董。
（2）圖形變換的LlSP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)
①子圖繪圖與子圖變換
子圖編寫通過(guò)下面的格式實(shí)現(xiàn)：
(（子圖名＆opt1ona1 visible)
(（繪圖指令1 &optiona1 visible)
（繪圖指令2 &opt1ona1 visible)
……))
其中幢尚，繪圖指令可以是上文中描述的各級(jí)繪圖命令，也可以是其它子圈名送滞。
visible是可見(jiàn)性屬性侠草，為優(yōu)選項(xiàng)。無(wú)或T可見(jiàn)犁嗅，NIL則不可見(jiàn)边涕。
子圖變換的方法為
(tranform 子圖名 變換方式 變換參數(shù)）
其中，變換方式包括：
平移（tranlation)褂微；
旋轉(zhuǎn)（rotation)功蜓；
總體比例（general-ratio)；
比例放大（ratio-magnification)宠蚂；
切變（shear)丑辖；
透視變換（penetrate）。
②用LISP 語(yǔ)言寫子圖
用LISP語(yǔ)言寫子圖夷朽，任務(wù)為填寫一張表（框架）咏编，其形式如下，
(p1ot &optional visible
（子圖名1
子圖名2
……
繪圖指令1
繪圖指令2
……
③繪圖的實(shí)現(xiàn)方法
對(duì)輸入的繪圖命令熄朴，通過(guò)匹配技術(shù)對(duì)繪圖框架進(jìn)行規(guī)范化處理理侄，形成命令集堆棧和坐標(biāo)集堆，棧對(duì)于某些繪圖命令中的參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行特殊處理雾鸠。例如限牢，繪制圓時(shí)的半徑等。然后對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一變換處理纪娄，整個(gè)過(guò)程可表示如下：
4.通用繪圖指令生成器
計(jì)算機(jī)各種語(yǔ)言以及各種繪圖軟件包各具風(fēng)格戈裳，繪圖指令各種各樣，但萬(wàn)變不離其宗启毁。因而就有可能形成一種通用的機(jī)制橘蹭。作者在這里研制了一種較通用的繪圖指令生成器，其原理是通過(guò)分析各種繪圖軟件包的各種繪圖指令页衙，在盡可能廣泛的情況下摊滔，使繪圖指令生成器的內(nèi)部，包含各種繪圖指令拷姿。同時(shí)惭载，繪圖指令生成器也可以通過(guò)編輯或輸入的方法進(jìn)一步擴(kuò)充繪圖指令旱函∠斐玻可以通過(guò)二種方式改變輸出繪圖文件的格式：一是通過(guò)編輯修改輸出語(yǔ)句格式描滔；二是通過(guò)教導(dǎo)式的學(xué)習(xí)方法改變繪圖文件的物出格式，如下過(guò)程：
P1ot file starts at column(deafult l):
input number(l-40）__1
Dose plot file need line number__N
Dose plot file need remark__N
Input draw line command__L=LINE/
Input line command format (please use xl yl x2 y2 … for point)
L=LINE/xl,y1 x2,y2
……
用這種通用繪圖指令生成器形成的各種繪圖源程序如下踪古。
7.3 圓柱齒輪減速套繪圖
1.零件圖繪制
圓柱齒輪減速器零件包括：
·標(biāo)準(zhǔn)件含长，如國(guó)承、螺釘伏穆、螺帽拘泞、油標(biāo)、鍵等枕扫；
·旋轉(zhuǎn)類零件陪腌，如軸，齒輪燥颠，套叼稍，端蓋等；
·箱體類零件睛赁，減速器箱蓋闻荠、底座。
以軸為例徙祥，繪圖過(guò)程如下：
其它零件繪圖這里不在－一詳細(xì)介紹了藻拟。
零件圖的繪制要考慮到繪制裝配圖的需要。這里廉贤，主要是要考慮到各個(gè)線段的可見(jiàn)性問(wèn)題卑聚。作者通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)語(yǔ)句解決這個(gè)問(wèn)題。
2.裝配圖
裝配圖包括主視圖楔答、俯視圖和側(cè)視圖谆藐，對(duì)系統(tǒng)的智能數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索可完成裝配圖的繪制。以俯視圖為例更假，說(shuō)明裝配圖繪圖過(guò)程：
procedure plot-gearbox()
do 確定原點(diǎn)
對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行遍歷监灌，根據(jù)軸的排布、
齒輪間的嚙合關(guān)系击胜、軸上軸承安裝位置亏狰、
軸承與箱體的位置關(guān)系，確定各零件的相對(duì)位置
繪制軸
繪制仙上安裝的各種零件
繪制箱體
繪制端蓋
繪制尺寸線
繪制圖框和表體欄
END
利用本智能繪圖系統(tǒng)繪制的圓柱齒輪減速器的圖例偶摔，可見(jiàn)第九章圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)
專家系統(tǒng)（CGREST）運(yùn)行實(shí)例暇唾。
