毕业设计说明书--水润滑橡胶尾轴承参数化设计.doc
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水润滑橡胶轴承参数化设计
学生:
xx
指导老师:
xxx
三峡大学科技学院
摘要:
随着CAD技术的发展,产品设计越来越广泛地采用三维建模的方法。
Pro/Engineer(简称Pro/E)是目前国内应用较广的三维CAD软件,在目前的应用中,齿轮、轴等简单零部件的参数化造型方法已经得到了广泛的应用。
水润滑橡胶轴承是舰船推进系统的重要组成部分,已经成为标准件之一,开发出其参数化设计系统,可极大的方便了产品的设计与开发,缩短了产品开发周期。
具有重要的理论与实践价值。
本课题要求设计者基于Pro/E软件平台,应用其二次开发工具和VisualC++程序设计语言,设计、开发橡胶轴承三维参数化造型系统。
关键词:
Pro/E;橡胶轴承;参数化造型;二次开发;Pro/Toolkit
Abstract:
WiththeCADtechnologydevelopment,productdesignprocessisbecomingmorewidelyusedmethodofthree-dimensionalmodeling.Pro/Engineer(referredtoasPro/E)iscurrentlythewidelyusedthree-dimensionalCADsoftware,inthecurrentapplication,gears,shaftsandotherpartsoftheparametersofasimplemodelingmethodhasbeenwidelyused,buttheboxpartisdifficulttoachieveparametricrequirements.
BasedonthesubjectofPro/Esoftwareplatform,applicationdevelopmenttools,theirsecondPro/ToolkitandVisualC++6.0programminglanguage,design,developthree-dimensionalparametricmodelingboxpartssystem.Thesystemcanshapefeaturebasedonboxpart,throughtheestablishmentofthethree-dimensionalshapefeatureparametersofthemodellibrary,theuseofShapeFeature,completeinteractivethree-dimensionalmodelofboxpart.
Keywords:
Pro/E;MarineGearboxCabinet;ParametricModeling;SecondaryDevelopment;Pro/Toolkit.
前言
经过多年的发展,CAD技术已经广泛应用于机械、电子、航天、化工、建筑等行业,起到了提高企业设计效率、优化设计方案、减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。
三维造型设计取代二维平面设计是工程设计的趋势。
一方面,二维CAD系统对减少产品设计错误,设计更改方面有较大局限性,而且难以表达复杂形状的零件尤其是具有复杂曲面的零件。
另一方面,三维造型在可视化设计、装配设计、加工仿真以及有限元分析等方面有着平面设计无法比拟的优越性,是提高设计质量的重要手段。
因此三维CAD系统如Pro/E、UG、solidW0rks等目前己经得到了广泛的应用。
CAD系统作为设计数字化的关键平台,在设计中占据了越来越重要的地位。
在信息化的社会中,网络技术的发展和广泛应用,使信息的交流更加便捷,许多企业建立了内联网(Intranet)并连接到Internet上,CAD系统呈现集成化、网络化和分布化的发展趋势,以满足越来越多的产品设计的需求。
在实际应用中,因为用户的设计要求以及生产条件的复杂性,有时CAD软件难以完全适应,因此,在具体的CAD应用中还需要进行参数化设计,以满足用户的需求,使其更符合企业的生产设计需要。
参数化是在已有软件基础上的进一步完善和提高,使之更适合用户的要求。
参数化都是针对特定用户进行设计的,因此对用户来讲,成功地参数化设计可以大幅度提高软件的使用效率。
以交互式图形系统为主要支撑,以图形系统的用户语言为进程的控制者,以VC++6.0为系统连接及数据转换的枢纽,开发一个集参数化设计零件、交互式编辑图形、数据的系统管理为一体的基于Pro/E的机械专业软件。
目前,对常用的机械零件和标准件库进行CAD系统的二次开发是比较流行的。
轴承零件是组成机器的重要部分,是最常用的机械零件,也是机械产品中运动部件设计的支撑。
但是轴承零件的设计与绘图是十分繁琐且重复性很大的工作,传统的人工设计方法费时费力,且容易出错,设计人员将大量的时间和精力花费在一些重复性的工作上,缺乏更多的时间去进行创造性设计,导致产品开发周期长、产品质量差、市场竞争力弱等后果,然而,CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命,对加速工程建设和缩短产品开发周期、提高产品质量、增强企业的市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。
水润滑橡胶轴承是舰船推进系统的重要组成部分,以经成为标准件之一,开发出其参数化设计系统,可极大的方便了产品的设计与开发,缩短了产品开发周期。
具有重要的理论与实践价值。
本文正是基于这样一种CAD软件应用现状和橡胶轴承应用的普遍性,以Pro/E为开发平台,以橡胶轴承零件为对象,进行CAD软件的参数化设计,以实现高效产品设计并满足更高层次的要求。
1绪论
1.1CAD技术的发展概述
20世纪50年代以来,人们就开始研究利用计算机来辅助工程设计。
经过几十年的发展,基于计算机图形学、以产品几何模型为核心的CAD技术已经相当成熟,并广泛用于机械、电子、汽车、航空等社会各个领域。
在CAD软件发展初期,CAD的含义仅仅是图板的替代品,即ComputerAidedDrawing(orDrafting),而非现在我们经常讨论的CAD(ComputerAidedDesign)所包含的全部内容。
CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期,以后作为CAD技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。
早期应用较为广泛的是CAD/CAM软件,近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD软件。
在今天中国的CAD用户特别是初期CAD用户中,二维绘图技术逐渐再向三维方向发展。
三维CAD技术在几十年的发展过程中,大致经历了四次飞跃:
曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术、变量化技术。
1)曲面造型技术
进入70年代,正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。
飞机及汽车制造中遇到的大量自由曲面问题,随着贝赛尔算法的提出,使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作,开发出了以表面模型为特点的自由曲面造型技术,推出了三维曲面造型系统CATIA。
曲面造型系统的出现,标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来,首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息,同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础,改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式,使产品开发手段比旧的模式有了质的飞跃,新产品开发速度大幅度提高。
2)实体造型技术
随着技术的进步,计算机辅助工程分析(CAE)的需求日益高涨,CAE要求能获得形体的完整信息,由于表面模型技术只能表达形体的表面信息,而线框和曲面造型对形体的表述都不完整,则难以准确表达零件的其它特性,如质量、重心、惯性矩等。
基于对CAD/CAE/CAM一体化技术发展的研究,提出了实体造型技术。
由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性,在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达,给设计带来了惊人的方便性。
3)参数化技术
20世纪80年代中期,CAD技术的研究又有了重大进展,此时提出了参数化实体造型技术。
它的主要特点是:
基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。
参数化技术彻底克服了自由缄默的无约束状态,由尺寸决定实体造型的几何形状。
尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能。
如果想修改零件形状的话,只需修改一下尺寸的数值就可以实现形状上的改变。
这种新构想最先在PTC公司(ParametricTechnologyCorp)的软件Pro/E中成为现实。
由于参数化技术的成功应用,使得它很快成为CAD业界的标准,许多软件厂商纷纷追赶。
由于计算机技术的迅猛发展,硬件成本大幅度下降,参数化技术充分体现出其在通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。
4)变量化技术
针对参数化系统的局限,提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术—变量化技术。
变量化造型技术保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点,但是在约束定义方面做了一定的改变。
变量化造型技术将所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束,而不仅仅是用尺寸来约束全部几何。
通常在新产品开发的概念设计阶段,设计者首先考虑的是设计思想及概念,并将其体现在某些几何形状之中。
但是这些几何形状严格的尺寸定位关系并不能在设计的初始阶段完全确定,所以希望在初始阶段能够允许欠尺寸约束的存在。
变量化技术为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。
随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞,市场不断国际化全球化,各行各业的竞争日益激烈。
企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展,就要想方设法提高竞争力。
缩短新产品的研发和开发时间,提高产品的设计质量,降低研发成本,进行创新性设计,只有这样,才能满足市场不断变化的需求。
在这样的形势下,企业为了自身的生存和发展,增强市场竞争力,越来越多地采用CAD技术。
Pro/E软件是当前广泛使用的三维CAD软件中的典型代表,同其他CAD/CAM软件一样,针对具体企业或不同产品,Pro/E软件在使用过程中也存在着通用性有余,专用性不足的问题,特别是国外CAD/CAM软件在产品设计标准、规范及标准件库等方面和国内存在着差异,因而难以最大效益地发挥软件的功能[1]。
CAD技术最早起步于航空工业,最近几年发展很快,现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。
其中,以机床、汽车、飞机、船舶等应用最为广泛。
一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个阶段。
概念设计主要解决产品的造型外观,在满足功能的前提条件下,使产品外观精致美观。
详细设计是要确定产品的结构,各个零部件的结构设计,所以又称为部件设计,包括各零件的尺寸、形状和结构。
结构分析主要包括有限限元分析,将对各部件及产品整体的结构进行力学性能、热学性能的分析。
仿真模拟则主要是对产品进行装配模拟,运动机构模拟,进行干涉、碰撞分析等等。
CAD技术可以说贯穿于整个设计过程,从产品方案的选择到整机的可生产性、可维持性和可循环利用性等进行全面设计,因此在机械制造中广泛应用。
1.2本课题的研究目的与意义
尾轴承是舰船推进系统的重要组成部分,其作用是支承螺旋桨轴或尾轴。
由于螺旋桨轴悬伸布置且螺旋桨重量大,随着船舶吨位的增大,螺旋桨轴在螺旋桨重量的作用下发生挠曲,给尾轴承造成很大的边缘负荷。
另外,舰船尾轴承在工作时,除了承受尾轴和螺旋桨的自身重量以外,还要承受因螺旋桨的重量不平衡所引起的惯性力和船体变形所产生的附加力,以及当螺旋桨在不均匀流场中运转时,所产生的多种不同性质的力和力矩。
这使尾轴承处于恶劣的润滑状态,从而产生严重的摩擦,磨损,致使密封失效。
如果采用的是油润滑的尾轴承,密封失效,则油泄漏。
在一些特殊的工况下,
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