（机械设计及理论专业论文）内燃机滑动轴承薄壁轴瓦与翻边轴瓦cad及capp软件设计.pdf

内燃机滑动轴承 ，一 薄壁轴瓦与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 摘要 当今，计算机技术在各个领域的应用越来越受到关注，在机械生产 制造领域，利用计算机实现c a d c a p p c a m 体化是一个重要的研究课题。 在内燃机滑动轴承生产制造领域，目前大多数厂家仍只是依赖计算机完 成简单的绘图工作，并不具备生产开发设计能力。为适应这一需求，提 高生产厂方的竞争力，我们对内燃机滑动轴承的c a d 及c a p p 系统进行了 更进一步的研究与开发。7 ， 本文结合内燃机滑动轴承中的薄壁轴瓦与翻边轴瓦系列，系统阐述 了其c a d 及c a p p 软件设计的编程思想以及所取得的成效。并介绍了内燃 机滑动轴承整个c a d 系统的组成，对于c a d 及c a p p 的发展方向以及应用 前景亦给予了介绍。并对c a d 系统二次开发的各工具及语言作详细的比 较和权衡，说明了进行该系统的开发所选用的开发工具的缘由。 该系统开发所使用的是a u t o c a d 2 0 0 0 目前最为强大的二次开发工 具，即o b j e c t a r x 语言。它是真正意义上面向对象的开发工具，共享v i s u a l c + + 中的m f c 类库，使创建性能良好的人机界面成为可能。它在v i s u a l c + _ l - 环境下进行源程序的编写及编译，通过其中的一个全局函数即完成与 a u t o c a d 之间的通讯。编译后的应用a r x 文件并不需要源程序的支持，用 户即可加载使用，因而程序具有保密性。 ( 在软件的整体结构上采用了面向对象的模块化设计，各个模块完成 特定功能并彼此独立，方便程序的扩充与维护。其c a d 的设计即根据参 数化绘图的原理，对轴瓦各个结构部位分别处理，使程序更具可读性。 应用内燃机滑动轴承结构c a d 系统，即使对计算机绘图不是很熟悉的人 员也能借助结构c a d 系统绘制出高质量的产品结构图。 c a p p 设计中，我们建立了其对应的工艺卡文件库，充分利用了厂方 所提供的资料资源。这样既精简了程序源代码，同时也满足其在实际应 用中的要求。对于生产流程的每一道工序，我们也进行了分模块化处理， 这样则方便c a p p 系统的维护与修改。应用c a p p 系统，不仅可以大大提 高工艺规程的生成速度和质量，而且可使广大工艺人员从繁琐和重复的 劳动中解放出来刃 本次所开发的内燃机轴动轴承c a d 及c a p p 系统已在上海菲特尔一莫 古轴瓦有限公司进行了试应用，并取得了一定的成效。在将来不断的完 善中，相信本系统会给相关生产厂方带来巨大的经济效益。 关键词：c a d 、c a p p 、o b j e c t a r x 、面向对象、模块化 c a da n dc a p ps y s t e md e s l g no f t h nw a l l e da n dt u r n u pw a l l e d p l a l nb e a r _ n g s o fi n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e a b s t r a c t t o d a y t h ea p p l i c a t i o no f c o m p u t e rt e c h n o l o g yi nm o s tf i e l d si s f o c u s e d m o r e f r e q u e n t l y t o r e a l i z ec a d c a p p c a mi n t e g r a t e di s a n i m p o r t a n t r e s e a r c hi t e mi nm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r e i nt h ef i e l do fe n g i n e p l a i n b e a r i n g sm a n u f a c t u r e ，m o s tf a c t o r i e sc u r r e n t l ys t i l ld e p e n d o n c o m p u t e ro n l y t od os o m es i m p l ed r a w i n gw o r k ，s ot h e yl a c ka b i l i t yo fd e v e l o p i n ga n d d e s i g n t om e e tt h en e e da n de n h a n c et h e i rc o m p e t i t i o n ，w er e s e a r c h e dt h e c a da n dc a p p s y s t e mo f p l a i nb e a r i n g w i t hm o r ed e t a i l s t h ea u t h o rt a k e st h et h i nw a l l e da n dt u r n u pw a l l e dp l a i nb e a r i n gf o r e x a m p l e ，a n dd e l i v e r sp r o g r a m m i n gt h i n k i n ga n de f f e c to fc a d a n dc a p p s o f t w a r e d e s i g n t h ei n t e g r a t e dc a ds y s t e mo fp l a i nb e a r i n go fi n t e r n a l c o m b u s t i o ne n g i n ei si n t r o d u c e da sw e l la st h ef u t u r eo fc a da n dc a p p s a p p l i c a t i o n t o o l s a n dl a n g u a g e so fd e v e l o p i n gt h e s y s t e mo fc a d a r e c o m p a r e di nt h ea r t i c l e w h a tt o o l s s h o u l db eu s e di nt h i s s y s t e mi s w e l l e x p l a i n e d t h e o b j e c t a r xl a n g u a g e ，t h e m o s tr o b u s t d e v e l o p i n g t o o lo f a u t o c a d 2 0 0 0 ，i sa p p l i e d f o rt h e s y s t e m i t sv i r t u a l l yo b j e c t o r i e n t e d d e v e l o p i n gt o o l ，s h a r i n gw i t ht h em f c c l a s so fv i s u a lc + + ，a n dw h i c hm a k e s i t p o s s i b l et oc r e a t eh i g h - q u a l i t yi n t e r f a c e i ti sp r o g r a m m e d a n dd e b u g g e d i nv i s u a lc + + a b l et oc o m m u n i c a t ew i t ha u t o c a db yo n eo ft h eg l o b a l f u n c t i o n s t h e d e b u g g e da p p l i c a t i o n f i l en a m e da r xc a nb el o a d e da n d a p p l i e db yu s e r sw i t h o u ts u p p o r tf r o mt h es o u r c ep r o g r a m s a sar e s u l t ，t h e p r o g r a m c a n k e e p s e c r e t o b j e c t o r i e n t e dm o d u l a r i z e di d e ai s a d o p t e d i nt h ew h o l es t r u c t u r e d e s i g n o fs o f t w a r e e a c hm o d u l ei s r e s p o n s i b l e f o rc e r t a i nf u n c t i o na n d i n d e p e n d e n t ，w h i c hw i l lh e l pe x t e n da n dm a i n t a i nt h ep r o g r a m t h ec a d s y s t e mi sd e s i g n e da c c o r d i n g t op a r a m e t e r d r a w i n gp r i n c i p l e e a c hp a r to f t h e b e a r i n g i s m a n a g e ds e p a r a t e l y , a n d s ot h ep r o g r a mi sm o r ee a s i l yr e a d a p p l y i n g t h ei n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e p l a i nb e a r i n g s s t r u c t u r a lc a d s y s t e m ，e v e nt h ep e o p l en o tf a m i l i a rw i t hc o m p u t e rd r a w i n gc a nc r e a t et h e h i g hq u a l i t yp r o d u c ts t r u c t u r a lf i g u r e i nt h ec a p p d e s i g nw e b u i l dt h ec o r r e s p o n d i n g p r o c e s sc a r df i l e sl i b r a r y , f u l l u t i l i z i n g t h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e st h ef a c t o r y p r o v i d e d t h e r e f o r e i t s i m p l i f i e dt h ep r o g r a mc o d e sa n da l s om e t t h er e q u i r e m e n to f p r a c t i c e e a c h w o r k i n gp r o c e d u r eo f m a n u f a c t u r ew a sa l s od i s p o s e dw i t hm o d u l a r i z e di d e a t h u st h ec a p p s y s t e mw o u l db ep e r f e c t e da n dm a i n t a i n e dc o n v e n i e n t l y i t n o to n l y i m p r o v e s t h es p e e do f g e n e r a t i n gp r o c e s s c a r df i l ea n di t sq u a l i t y , b u t a l s om a k e sal a r g en u m b e ro f p e o p l ep u r s u i n gt h ep r o c e s sd e s i g nr e l e a s e d f r o mo v e r l o a d e dw o r k t h ec a da n dc a p ps y s t e mo fp l a i nb e a r i n go fi n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e w ed e v e l o p e dh a sb e e n p u t i n t ou s ei n s h a h 【g h a if e d e r a l m o g u l b e a r i n gc o r p o r a t i o n a n d w eh a v em a d es o m e p r o g r e s s i ti sb e l i e v e d t h a tt h e s y s t e m w i l la d dm o r ee c o n o m i cb e n e f i tt or e l e v a n tf a c t o r i e sw i t h i t s p e r f e c t i o n i nt h ef u t u r e k e yw o r d s ： c a d ，c a p p , o b j e c t a r x ，o b j e c to r i e n t e d ，m o d u l a r i z e 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 像猁 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学i 立 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：1 麦幸娟 日期：仉柙班# 月r 日 指导教师签名： 内燃机滑动轴承薄壁轴瓦o 翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 第一章 第一章内燃机滑动轴承概述 1 1 内燃机滑动轴承家族成员 内燃机滑动轴承主要包括：曲轴主轴承、连杆大端轴承、连杆小端轴承、曲轴轴 端止推主轴承。内燃机轴承是典型的动载滑动轴承，其主要结构形式有：轴瓦、轴套 和止推片。连杆小端轴承、凸轮轴轴承以轴套结构为主。轴瓦结构主要型式有：平轴 瓦、翻边轴瓦或平轴瓦与翻边轴瓦的组合。【1 】如图1 1 所示： 薄壁轴套 翻边轴瓦 图1 1 内燃机滑动轴承家族成员 f i g 1 1f a m i l y m e m b e r s o f p l a i n b e a r i n g o f i n t e r n a l c o m b u s t i o ne n g i n e 1 2 内燃机滑动轴承的设计与制造 由于内燃机轴承位置结构受到严格的限制，且工作条件恶劣，如受内燃机燃烧室 高温燃气的影响等。因而，内燃机轴承在结构设计及制造方面有许多特殊性。 嗲 内燃机滑动轴承薄壁轴凡与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件、歧计 第一章 121 内燃机轴承系统设计 最好的轴承设计，从摩擦学的观点出发，认为轴颈、轴瓦工作表面之间应始终保持 一层连续的足够厚的油膜，从而使轴承工作时处于完全液体润滑状态。这就要求在轴 承的设计中，性能参数、结构参数应及其合理，加工、装配精度高，润滑性能良好。 另一方面，在特殊工况下轴承是极难处于完全液体润滑状态，因此必须同时考虑对意 外情况有好的应急性能，例如高温下高载时抗咬粘性，磨粒的嵌入性，变形时的顺应 性等。这就对轴瓦的表面结构表面形貌以及轴承合金材料，镀层提出了综合性的高要 求。 总之，内燃机轴承现代设计，应将轴承作为一个滑动轴承系统来分析，用系统的 观点从理论、设计、结构、材料、制造加工、润滑性能、合理地操作维修、状态监测 等各方面综合考虑。所以，内燃机轴承看起来简单，实际上极为复杂，涉及的因素及 其广泛，如图1 2 所示： 等。 图1 2 内燃机轴承系统相关因素【1 】 f i g 1 - - 2 r e l e v a n tf a c t o r so f i n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n eb e a r i n g 纵上所述，内燃机轴承设计主要涉及到以下几方面： 1 轴承( 轴瓦、轴套、止推片) 的设计。包括结构、尺寸、公差、材料、技术要求 内燃机滑动轴承薄壁轴瓦与韶边轴瓦c a d 及c a y p 软件设计 第一章 2 轴颈( 曲柄销、主轴颈、凸轮轴颈) 的设计。 3 润滑系统的设计。含润滑剂的选择，油泵，虑清器选用，油路布置等。 4 轴承座( 主轴承、座连杆大端、连杆小端等) 的设计。 本论文只涉及第一方面即轴承设计的内容，下面给予详细介绍。 122 内燃机轴承的一般设计步骤 1 根据总体设计需要，选择轴承的结构类型：薄壁轴瓦、翻边轴瓦、薄壁轴套、 翻边轴套、止推片。 2 由轴颈尺寸，初步确定轴承的主要尺寸。例如，外径、壁厚、宽度等。 3 计算轴承负荷，绘制轴颈、轴承负荷图。 4 选择轴承材料、校核轴承的比压值。计算轴承的过盈度，确定半圆周长高出 度值。 5 轴承的性能计算 选择润滑油牌号、添加剂的成分及含量。 计算轴承轴心轨迹、最小油膜厚度、最大油膜压力，润滑油流量、工作温度、 绘制轴心轨迹图、油膜压力分布图。确定轴承最佳间隙，油孔、油槽布置的最佳区域。 6 轴承结构设计，确定轴承尺寸、公差及技术要求。绘制轴承零件工件图。 而在现代设计中，c a d 技术是最重要的内容之一。世界各国都对计算机辅助设 计( c a d ) 、计算机辅助工程( c a e ) 、以及计算机辅助制造( c a m ) ，投入了大量的 人力物力研究开发，在世界各国的机器制造业中，c a d 技术已成为设计部门不可缺 少的组成部分。我们的工作将主要针对最后一步，即对不同结构的轴承自动生成一张 完整的零件结构图。 1 2 3 内燃机轴承的制造 内燃机滑动轴承的使用工况对内燃机滑动轴承材料的结构型式具有不同的要求， 其结构型式有：整体铜合金、钢背+ 减摩合金层、钢背+ 减摩合金层+ 镀层。减摩合 金层在钢背上的粘结制造方式有数种，如：静态铸造、离心铸造、双金属辊轧、粉末 烧结、连续浇铸。由于减摩合金层在钢背上的粘结制造方法不同，使滑动轴承的制造 技术亦有差别。 轴瓦质量的保证，除了设计合理，材料可靠之外，主要取决于加工工艺的过程。 为了提高轴瓦的寿命，创优产品，各轴瓦工厂都十分重视工艺加工流程的合理制定。 通常针对一个新的轴瓦产品，由经验丰富的工艺师，根据设计要求，结合厂罩的生产 内燃机滑动轴承薄壁轴“与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 第一章 设备习惯而制定。根据目前各轴瓦厂的现状来看，有较大的差异，加之各轴瓦一设备， 技术水平不同，所以轴瓦的质量实难保证。在工艺设计方面，仍停留在传统设计阶段。 传统工艺设计是由工艺设计师手工逐渐设计的，因此工艺文件的内容、质量以及 编制时间主要取决于工艺师的经验和熟练程度。这种状况不可避免将导致工艺文件的 多样性、设计时间长和质量不易保证。 传统设计方法要求设计人员具有丰富的生产经验，他们必须：具有丰富的生产 经验；熟悉企业内部各种加工方法及相应的设备使用情况；熟悉企业内部各种生 产加工规范和有关规章制度；能与各方面保持友好合作。这样的工艺师估计需要 2 0 年左右的工作经验，目前国内外都缺乏这样的工艺设计人员。 按传统设计方法，工艺师是对零件逐个进行工艺设计的。所以，由于各人的经历 和习惯不同，不仅对相似零件，而且甚至对同一零件设计出的工艺也有差别。由于手 工设计，相同零件的工艺，不仅在不同的工厂，甚至在同一工厂因设计人员不同而差 别较大。有些工艺，不仅过于简单而且很不稳定，只有少数人能读懂。这对于规范化 和标准化的文明生成极为不利，当然也不利于生产率的提高。【2 】 手工编制工艺一般要经过以下步骤：由工艺师按零件设计工艺过程，然后填写工 艺卡、画工序图等：这个过程要花费很长时间。由于逐件工艺设计使得工艺师们不得 不化很多精力去修改原有的工艺设计。这种工作不仅重复，而且繁琐乏味，抑制人的 创造能力。这种情况在其它机械加工行业也同样存在。 随着c a d c a m 技术的发展，机械工业已逐渐广泛采用计算机辅助设计及计算 机辅助制造的现代技术，使优化设计成为现实。这样既降低了成本，提高了产量，同 时也确保和提高了产品的质量。为此加工工艺c a d 技术也即c a p p 技术在内燃机滑 动轴承领域的应用也日益显示出它的迫切性。 1 3 内燃机滑动轴承材料 在内燃机滑动轴承的设计与制造过程中，其材料的选择和确定也是非常重要的。 由于内燃机滑动轴承工作条件十分苛刻，在内燃机日益向着高速、高增压强化方向发 展的同时，设计师还力图缩小内燃机的体积，因而使轴承的工作条件更日趋恶劣。 根据轴承的工作条件，一种理想的滑动轴承材料应具备以下主要性能。 ( 1 ) 高的疲劳强度。轴承在工作时受到很大的周期性变形载荷，因而要求轴承材 料具有较高的疲劳强度。通常，硬而韧的材料具有较高的疲劳强度；抗拉强度与弹性 模数的比值越大的材料，其疲劳强度也越高。 内燃机滑动轴承薄壁轴丸0 翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 钯一章 ( 2 ) 良好的摩擦相容性。轴承材料与润滑介质相容，以防止在摩擦过程中与轴材 料发生粘附能力。 ( 3 ) 良好的顺应性。所谓顺应性，是指滑动轴承材料通过弹性或塑性变形而自行 适应轴的挠曲和轻微不对中而保持i f 常运转的能力。通常，合金越软，弹性模数越低， 则其顺应性越佳。 ( 4 ) 良好的嵌入性。嵌入性是轴承材料使硬的污染微粒嵌入其中以减轻轴颈划伤 和磨损的能力。这一性能对轴和轴承的寿命有很大影响。通常，轴承材料越软，则其 嵌入性越好。 ( 5 ) 良好的耐蚀性。通常，锡、铝、硅的耐蚀性较好，铅的耐蚀性较差。 ( 6 ) 较高的抗压强度。如强度很低，则在较高的载荷下，轴承工作表面会倍局部 压塌，从而使局部的间隙加大。这样一方面会妨碍油膜的形成，影响轴承的币常运转； 另一方面会造成敲击，促使轴承合金层损坏。 ( 7 ) 高的熔点。用以防止高温油而引起的损坏。现代内燃机的曲轴轴承的合金应 能在2 0 0 0c 以内长期地在重载下运转而不致熔化。 ( 8 ) 较低的线膨胀系数。如线膨胀系数过高，则可能使轴承间隙减至危险的程度。 此外，若轴承材料的线膨胀系数比轴承座的大得多，则轴承可能产生畸变。 ( 9 ) 良好的工艺性能：与钢背能产生牢固的粘结；浇铸时有很好的流动性；具有 良好的切削性，等等。 1 显然，在以上所有要求中，有一些是彼此矛盾的。例如，硬度高的材料具有高的 疲劳强度和抗压强度，但其表面性能却较差。因此，实际上并不存在一种能包括所有 性能的轴承材料。为在同一轴承上调节这一矛盾，发展了多层结构的轴承：薄的表面 镀层使轴承具有所需的表面性能，中间减摩合金提供高的疲劳强度和抗压强度，瓦背 则提供所需的刚度和强度。 1 4c a d 及c a p p 技术在滑动轴承中的应用状况 在内燃机滑动轴承的设计与制造领域中，c a d 与c a p p 技术的应用已经得到了 仞_ 步的发展，但整个设计系统仍存在很多不完善的地方。而对于众多的轴承生产厂家 来讲，轴承的结构设计仍停留在人工绘图与计算的阶段，工作效率很低。而轴承的制 造工艺，并没有一个规范的最佳方案，这就使得产品的质量得不到保证，最终将影响 到整个企业的效益。 随着c a d 及c a p p 技术在滑动轴承领域的应用日趋完善，我们最终将会实现整 内燃机滑动轴承薄壁轴轧与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计第一章 个轴承c a d 系统软件的完整化，将其推向市场，从而提高相应生产厂家的效率，进 而进一步提高其在国际市场上的竞争力。 6 内燃机滑动轴承薄壁轴砘j 翻边轴瓦c a d ) 及c a p p 软件设计 第二章 第二章c a d 及6 a p p 技术 2 1 c a d 技术发展概况 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 即计算机辅助设计是指工程技术人员以计算机为工 具，用各自的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析、和编写技术文档等设计 活动的总称。 3 它是以计算机系统作为主要技术手段来生成数字信息与图形信息， 帮助设计人员从事产品的开发、修改、分析和优化设计的一门技术。 c a d 技术本身是一项综合性的、技术复杂的系统工程。它涉及许多学科领域，如 计算机科学与工程、计算数学、计算力学、几何造型、计算机图形学、数据结构和数 据库、仿真技术、人工智能等。它是随着计算机及其外围设备、图形设备及其软件的 发展而发展的。 c a d 技术的发展历史大概可分为五个阶段，见下表 表2 - 1c a d 技术发展历史 t a b 2 1e v o l u t i o no f c a d t e c h n i q u e 阶段时代c a d 技术发展状况 第一阶段5 0 6 0 年代初被动式的图形处理阶段，计算机主要用于科学计算， 酝酿时期图形设备仅具输出功能。 第二阶段6 0 年代出现了许多商品化的c a d 设备，c a d 技术开始蓬勃发 应用时期展。 第三阶段美国a d d l i c o n 公司第一个推出完整的c a d 系统，出 广泛使用7 0 年代现了面向中小企业的c a d c a m 商品化系统。 时期 第四阶段c a d c a m 技术从大中企业向小企业扩展：从发达国家 突飞猛进8 0 年代向发展中国家扩展；从用于产品设计发展到用于工程 时期设计。 第血阶段c a d 向着标准化、集成化、智能化的方向发展，出现 智能化发8 0 年代中期以后了计算机图形接口c g i 、计算机图形文件标准c g m 、 展期计算机图形核心系统g k s 、面向程序员的层次交互式 图形标准p h i g s 以及基本图形转换规范i g e s 。 内燃机滑动轴承薄壁轴瓦与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 第一章 当今，c a d 技术得到了迅速发展，越来越多的人认识到c a d 技术所具有的优点， 其具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 、提高设计效率；具体表现在减少了绘图人员的工作量和劳动强度；缩短设 计周期，减少直接设计的费用，降低成本，加快了产品的更新换代节拍。 ( 2 ) 、改善设计质量；在数据库、图形库支持下，应用人机交互方法可以减少出 错，计算精确，并能在短时间内容易的寻求最优设计结果。同时，在产品结构、能耗、 材料等方面取得最佳效果，这些无疑直接改善了成品的质量。 ( 3 ) 、便于产品标准化、系列化、通用化；如应用c a d 技术，只要改变输入参数， 就能方便地实现产品的系列设计。设计中所需的参数数据资料及各种信息由计算机存 储和管理，便于设计人员之间相互交流。 ( 4 ) 、减少直接设计费用； ( 5 ) 、便于企业内部的管理和对外联系； ( 6 ) 、利于修改设计； ( 7 ) 、有利于计算机辅助工艺设计( c a p p ) 和辅助制造( c a m ) 的发展。这样通过 c a d c a m 的集成，就能实现产品设计和制造的一体化。 2 2c a d 系统类型 由于c a d 系统的应用领域十分广泛，一般通用软件不可能解决所有应用领域内 的各种实际问题，对于一些特定的工程设计问题也往往无能为力。为此通常需要在支 撑软件的基础上真对特定领域、特定工程设计问题、特定产品等开发专用的软件，也 即面向用户的应用软件，也称为“二次开发”。这种开发项目往往有软件工作者与用 户联合开发。如刀具设计、机床设计、模具设计c a d 软件等。此文所阐述的核心部分 内燃机滑动轴承c a d 系统就是根据国家标准，联合上海菲特尔一莫古轴瓦有限公司综 合分析后进行开发的。 22 1 检索型c a 0 系统 检索型c a d 系统主要用于基本结构已经定型，有标准零部件和结构可以借鉴的 产品，即标准化、系列化产品的设计。如电机、气轮机、泵、减速器等。在建立系统 时，首先把选定产品的有关设计资料，如标准图形信息、加工工艺信息、工程管理指 令等存入计算机中，在需要的时候由设计人员输入设计要求，系统自动从所存储的信 息中把符合要求的信息检索出来，以图形或文件的形式输出。显然这类c a d 系统不适 内燃机滑动轴承薄壁轴凡与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 第一章 合于新产品的开发，其应用范围受到所选定产品的限制。为了开拓检索型c a d 系统的 应用领域，近年来又开发了检索型计算机辅助材料选择、元器件选择及标准零部件选 择系统。这些系统则是智能型的，在设计者输入相应要求后，这些系统能从数据库中 检索出最佳材料、元器件或零部件，从而大大减轻设计人员的工作量。例如瑞典s k f 公司开发的s k fc a d l o g 软件就是一个检索型计算机辅助轴承材料c a d 系统，它包括 2 0 0 0 多种不同类型、型号轴承的各种信息。设计人员只需输入载荷大小、载荷类型、 轴颈等参数，该系统就会立即输出满足要求的轴承组合、润滑要求等。由于这类系统 一般均具有专家系统的性质，因此作出的选择，其质量也是相当高的。 2 22 自动型c a d 系统 自动型c a d 系统也叫自动设计，是一种非会话型系统。设计人员按设计要求输 入基本参数以后，无需或只需很少的人工干预，由计算机按照预先编制好的程序自动 地完成全部设计任务。它适用于那些设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤及判断 标准清楚的产品，如齿轮减速箱等。显然这类c a d 系统的应用领域也受到限制。由 于在工程中能严格满足上述要求的产品是不多的，因而这种类型的c a d 系统在工程实 际中的应用不是很广泛。 223 交互型c a d 系统 如前所述，工程中能严格符合自动型c a d 系统要求的产品是不多的，绝大多数 的产品由于种种原因尚无法进行自动设计，因此在设计时还需凭借设计人员的经验、 知识进行人工干预，交互型c a d 系统就是根据这一特点在设计时由设计人员与计算机 进行人机对话，人工干预方案决策、作出判断及修改设计等，由设计人员与计算机系 统一起互相配合工作，以得到个最优设计。这种交互型c a d 系统最适合目前工程实 际产品设计与开发的任务，是目前最普遍的一种c a d 系统。 4 内燃机滑动轴承c a d 系统即属于交互性c a d 系统，该系统通过让人机对话获得 所需要的参数，然后进行图形的输出。用户还可以对不满意之处作出修改，从而达到 最佳效果。 2 3c a d 交互技术 23 1 概述 在计算机辅助设计中，交互处理是必不可少的部分。个c a d 系统，必须允许用 内燃4 9 t n 动轴承薄壁轴瓦与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计第一章 户进行功能的选择、数据的输入等。作为一个交互型的c a d 系统，因而必须提供人机 对话的界面。人机界面也即人机接口，它是用户与计算机系统之间传递交流信息的 个媒介，为用户有效地使用计算机提供一个优良地综合环境，通过人机接口，用户向 计算机输入各种命令和数据，这些信息在计算机中被处理以后，又通过人机接口向用 户输出结果。这一过程实质上就是人机交互技术。在内燃机滑动轴承c a d 系统中，其 接口则是w i n d o w s 风格的对话框，用户通过它来完成与计算机的通讯。 232 基本特性 人机接e 1 的质量直接关系到系统的使用性能和使用效率，影响到系统功能的发 挥，为此有必要对人机接口的基本特性进行研究。一般从用户角度考虑有以下几个方 面： ( 1 ) 用户友好性 指用户操作使用系统的复杂性。内燃机滑动轴承c a d 系统采用对话框的交互方式 由用户输入数据，输入项目则由相应图形给出提示，即使对轴承结构不怎么了解的用 户也能f 确地将各种结构参数进行输入。 ( 2 ) 灵活性 用户可以以自己熟练的方式，通过各种不同的设备对系统进行操作。 ( 3 ) 复杂性 人机接口的复杂性指的是系统的规模及组织结构的复杂性，并不是这种复杂性 越高，人机接口的性能就越好。在内燃机滑动轴承c a d 系统中采用按功能和产品类型 进行逻辑划分，形成分级结构，操作起来清晰明了。 ( 4 ) 透明性 指人机接口系统的功能和行为对用户是透明的、清楚的，用户可以清楚的了解 系统的功能及预测系统的行为，透明性越好，越有利于提高用户使用人机接口系统的 信心。 ( 5 ) 一致性 人机接口的一致性指的是系统用一致的方法工作，即系统的工作方式、处理问 题的步骤尽可能与人的思维方式保持一致。这样可以使用户把自己已有的知识、经验 推广到新的系统、新的命令、新的操作之中去，从而减轻用户重新学习、记忆的负担。 同样在内燃机滑动轴承c a d 系统中，数据输入完全符合用户的思维方式。 ( 6 ) 可靠性 人机接口的可靠性指的是用户无故障工作的能力，这通常也是进行c a d 开发时 内燃机滑动轴承薄壁轴瓦与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计第一章 要考虑的重要指标之一。 以上对人机接口的基本特性从用户的角度进行了分析，通过这种分析可以引导 我们合理地制定人机接口系统地设计目标，但以上各基本特性对于设计目标而占其重 要性是不一样的，有时它们之问还是矛盾的，因此在设计人机接口系统时，一定要根 据自己的设计目标进行综合考虑，确定一个优先考虑的次序，也就是说要用加权方式 处理人机接口的各个基本特性，从而设计出一个合理的、符合要求的人机接口系统。 综合以上人机接口系统设计时需考虑的六个因素，在内燃机滑动轴承c a d 系统 中，着重考虑人机接口的透明性和一致性，结合考虑灵活性、可靠性和用户友好性。 因为大多数设计人员要么熟悉计算机操作而不熟悉产品设计，要么熟悉产品设计而不 熟悉计算机操作，所以要在这两个方面找到一个较好的结合点，使两种类型的设计人 员能较快的掌握这个系统。 人机接口的设计对于c a d 系统设计人员是一个必须仔细规划安排的步骤，一个设 计良好的用户界面，对于软件设计者来说是软件能否获得成功的至关重要的一步，对 于软件使用者来说是软件是否易于使用的衡量标准之一。 2 4c a d 技术在机械工业中的应用 机械制造工业是应用c a d 技术的主要领域。开始时，主要是应用计算机绘图技术， 绘制二维工程图纸。目前已能用三维几何造型技术描述和分析计算产品及其零部件的 形状和结构，以及生成数控加工信息等。 5 我国在c a d 技术的研究、开发和在企业推广应用等方面，虽然已取得了很大的成 绩，但与发达国家相比，在应用或开发的广度和深度上，还存在很大的差距，主要表 现在： ( 1 ) 我国自主版权的软件，其商品化程度低、可靠性差、功能单一、集成化程度 低，很难进入市场； ( 2 ) 国内c a d 技术的推广应用还不普遍。据统计，在制造业领域，真正利用c a d 技术进行产品设计的，其覆盖率还不足5 ； ( 3 ) 虽然引进了不少c a d 软件，但其功能都没有充分利用。 6 j 例如对a u l o c a d 的使用，只是停留在绘图的阶段，而很少进行针对性的二次开发。 因而，本次针对内燃机滑动轴承的c a d 系统的二次开发具有一定的应用价值，本 系统将会提高轴承制造行业的生产效率，最终将带来可观的经济效益。 内燃机滑动轴承薄壁轴瓦与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计第一章 2 5c a p p 技术 c a p p 系统开发研究始终是以克服传统工艺设计缺点和推进工艺设计自动化为主 要目标的，目前已向设计制造信息集成和智能方向发展。在工业界推广应用c a p p 系 统可以产生很好的社会和经济效益，并能引起各方面的重视，促进c a p p 技术的发展。 251 计算机辅助工艺设计( c a p p ) 发展概述 计算机辅助工艺设计这一课题研究是在6 0 年代后期开始的。在c a p p 发展史上具 有罩程碑意义的是c a m i ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l ) ，设在 荚固的计算机辅助制造国际组织于1 9 7 6 年推出的c a w sa u t o m a t e dp r o c e s s p i a l 3 r l i n g 系统。取其自首的第一字母，称为c a p p 系统。现在对c a p p 这缩写表示法 虽然还有不同的释义，但把计算机辅助工艺设计称为c a p p 已经举世公认。c a p p 研究直到8 0 年代才比较受到工业界的重视，研究工作进展较快。美国机械工程协会 ( a s m e ) 在1 9 8 5 年和1 9 8 6 年连续召开讨论c a p p 的学术会议，国际生产工程研究会 ( c i r p ) 也在1 9 8 5 年和1 9 8 7 年两次召开c a p p 专题讨论会。我国的c a p p 研究工作是 8 0 年代爿开始的，目前也取得一些成绩。 2 早期开发的c a p p 系统主要是检索方式，即操作c a p p 系统时，首先检索出适合一 组相似零件的标准工艺，然后通过编辑修改生成具体零件的工艺并打印输出。与传统 工艺设计相比，应用检索式c a p p 系统能大大减少工艺师重复繁琐的修改工作，并能 提供工艺文件质量。 随着计算机技术的发展，c a p p 系统开发人员将成组技术和逻辑决策技术引入 c a p p 系统，开发出许多以成组技术为基础的派生式系统和混合式( 半生成) 系统以 及决策规则为工艺生成基础的半生成式系统。与传统的工艺设计相比，一个企业要应 用这些c a p p 系统，首先要由有经验的工艺工程师进行工艺设计标准化工作，选出优 化的工艺路线或生成工艺的决策规则以及各种加工参数；然后依据这些原始数据和其 它要求开发c a p p 系统。所以用c a p p 系统生成的工艺规程是企业工艺专家们的智慧结 晶，并不取决于使用c a p p 系统的人员，而且不要求使用c a p p 系统的人员要有很多工 艺知识和经验，只要求他们能有所了解并会使用c a p p 系统即可。 c a p p 发展方向是c a d c a p p c a m 一体化和智能化，这是制造自动化技术发展的需 要。为了使集成和开发通用的c a p p 专家系统工具达到高的水平，国内外研究人员付 出了大量的精力并已取得很多进展。在c a p p 开发中，首先考虑的是满足企业的具体 要求，实用第一，然后才考虑其先进性。并且从推广应用的角度来逐步建立c a p p 丌 内燃机滑动轴承薄壁轴缸与翻边轴瓦c a d 及c a p p 软件设计 第二章 发系统以促进某行业的c a p p 推广工作。以c a p p 研究成果指导c a p p 推广应用，在普 及推广中逐步提高c a p p 系统的水平，将使我国c a p p 研究和推广应用工作都获得丰硕 的成果。 25 2c a p p 的社会和经济效益 将c a p p 与传统工艺设计方法比较，我们就可以看出应用c a p p 系统的效益。 首先，实践经验校少的工艺人员能应用c a p p 系统设计出较好的工艺过程，这样 不仅可以弥补有经验的工艺师从目前繁琐的重复劳动中解放处来，取从事不断研究新 ：艺和改进现有工艺的工作，促进工厂技术进步，提高生产率。 其次，采用c a p p 系统不仅可以成分发挥计算机高速处理信息的能力，而且由于 将工艺专家的集体智慧融合在c a p p 系统中，所以保证了高速获得高质量优化的工艺 规程。据些工厂统计，一般可将工艺设计的时间缩短到原来的1 7 1 1 0 。此外， 若工艺规程由专用排印模块输出，工序图由绘图机绘制，则工艺规程的外观也将是规 范化和高质量的。工艺过程标准化、优化、工艺用语和文件规范化也将促进企业文明 生产。 第三，应用c a p p 系统还可获得综合经济效益。据美国联邦技术研究中心的报告 称，一个先进的c a p p 系统可以在几个方面获得节约。例如，在一个零件的成本中， 其费用组成以及运用c a p p 系统可以节省的百分比如下( 表2 2 ) ： 表2 - 2 运用c a p p 节省的百分比【2 】2 t a b 2 - 2s a v e dp e r c e n t a g ea f t e ru s i n gc a p p 项目费用占总费用的百分比节省的百分比 工艺过程设计费 8 5 8 材料费 2 3 4 工时费 2 8 1 0 返修及废品费 4 l o 刀具费 7 l o 管理、利润等 3 0 根据上面的数字可以算出，采用c a p p 可以使零件生成成本降低9 6 。虽然以 上国外统计计算并不完全符合国内情况，但是采用优化的工艺路线以及优化的c a p p 系统可以减少加工时间，降低零件返修和刀具费用等还使客观存在的。 内燃机滑动轴承薄壁轴乩畸翻边轴瓦c , e d ) 及c a d l p 软件设计 第一二章 2 6b a d 及o a p p 在产品设计与制造中的应用前景 随着计算机技术的进一步发展，c a d c a p p c a m 技术越来越凸现出其重要性。因 为它推动了几乎一切领域的设计革命，c a d 技术的发展和应用水平已成为衡量一个国 家科技现代化水平的重要标准之一。c a d c a p p c a m 技术从根本上改变