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弹簧
CAD
软件
开发
机械设计
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弹簧CAD软件的开发机械设计,弹簧,CAD,软件,开发,机械设计
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盐城工学院 本科毕业设计文献综述 20041 弹簧CAD系统的研制本文献介绍了在微机上开发弹簧CAD系统的方法,给出了弹簧的CAD设计过程,并对二次开发中的技术问题进行了阐述。弹簧广泛应用于机械、仪表、电器、交通运输工具等方面,它是一个影响面比较广的基础零件。传统的弹簧设计方法是用人工进行设计计算、校核、绘图、改图等一系列反复的过程,设计周期长,设计质量难以保证。由于弹簧的设计计算属常规设计,较适合CAD开发,因此,利用CAD技术开发弹簧CAD系统是必要的,也是可行的。该系统的实现对于减轻技术人员的劳动,提高产品的设计质量,加快开发的速度具有十分重要的意义。 弹簧CAD系统根据弹簧的主要类型分为拉伸螺旋弹簧、压缩螺旋弹簧、扭转螺旋弹簧三个子系统,下面以压缩螺旋弹簧的设计流程图为例说明弹簧的设计过程。首先要通过信息输入模快获取以下信息。a) 结构类型 ;b) 计算类型; c)弹簧类型 ;d) 已知数据输入。其次是设计计算。正计算是已知弹簧所受的载荷和变形来设计一个未知的弹簧。计算的内容:弹簧的几何参数,包括弹簧丝直径、弹簧的有效圈数和总圈数、弹簧的自由高度和展开长度等;计算弹簧的刚度;计算弹簧切变应力,已此校核弹簧的强度;验算弹簧的稳定性。反计算是已知弹簧的几何参数,计算其负载的变形特性。计算的内容:弹簧的总圈数、弹簧的自由高度及展开长度;载荷、变形、切变应力和刚度。 系统开发过程中的关键技术:a) 数据库的建立; b) 图形库。 弹簧CAD系统具有良好的用户界面,使用方便,操作者只需输入几个参数既可完成弹簧的设计计算和绘图工作,弹簧工作图可达到工程实用化。该系统应用可靠,具有一定的推广价值。2 弹簧的优化设计 本文叙述了在弹簧设计中采用了优化设计方法的原因,弹簧优化设计的步骤,并列举了实例来阐述弹簧的优化设计。 弹簧是重要的机械零件之一,作为一种具有弹力的机械元件,它广泛用于各种机械装置及结构中。它主要有如下功能:控制机械运动、吸收振动和冲击能量、储蓄能量、测试力的大小等。 现在最优化设计是在计算机飞速发展和广泛应用的基础上发展起来的一项新技术。是根据最优化原理和方法,综合各方面的因素,以人机配合方式和自动探索方式,在计算机上进行的半自动或自动设计,以选出现有工程条件下的最佳设计反案的一种现代设计方法。 弹簧的优化设计主要包括以下几步: a) 数学模型的建立 首先,根据实际的应用情况,确定弹簧的约束条件并且建立目标函数。其次,合理选择设计变量,最后,对数学模型做规格化处理。 b) 优化方法的选择 在选择优化方法时要考虑以下三个方面的因素: :优化设计问题的规模和复杂程度; 计算方法的收敛速度、计算精度、计算稳定性及编制和使用该计算方法的程序的费用; 该项设计的经济效率或重要程度。 c) 计算结果的分析在优化设计过程中,除了上述步骤外,还要对计算结果进行详细的分析和比较。 在设计中要注意,设计变量的选取能影响设计的质量和结果,因此,应对影响设计指标的所有参数进行分析、比较,从中选择对设计质量确有显著影响且能直接控制的独立参数做为设计变量,其它参数则做常量处理。实践证明,最优化设计是保证产品具有优良的性能,减轻自重或体积的一种有效方法。对弹簧的优化设计更为如此,不但可使设计者从大量的烦琐和复杂的工作中解脱出来,而且可得到优秀的设计产品。3 在VB下实现AUTOCAD图形信息管理 本文介绍了VB使用OLE技术管理AUTOCAD图形信息的方法,详细阐述了管理软件的具体的设计思路及功能要求。VB提供访问各种不同数据库的强大功能,可用于设计数据库应用程序,同时可应用VB提供的OLE技术实现VB和AUTOCAD的链接,实现图形数据信息入库、编辑、修改等功能,实现图形信息的计算机管理。 软件的开发思路:AUTOCAD 图形信息管理,主要包括图形及相关数据库信息的统一、界面的设计,管理程序的实现。本软件利用VB提供的数据库功能,实现图形信息的建库,并由VB下的OLE技术实现VB和AUTOCAD的链接。从而实现图形和相关信息的统一。此外,VB语言具有使用方便,完善的面向用户界面开发功能,因此也适用于界面管理功能的开发。 软件系统由主菜单、系统说明窗体、信息资料管理窗体、图形数据库链接4部分构成。 软件主要功能的实现包括:a) 数据库的建立; b) 数据库的询问和图形编辑;c) 软件框图及操作方法。4 基于VB的数控车削图形仿真 本文介绍了如何利用Visual Basic 编译工具,模拟二维显示模式下数控加工环境的方法。归纳了开发动态图形仿真过程应解决的主要问题:NC 代码编译器功能的设计思想,VB与NC 加工程序的软件接口方法,虚拟车削刀具与虚拟工件动态图形处理。 利用计算机仿真技术进行数控加工仿真是在具有CRT屏幕图形显示的数控机床上实现NC程序校验的有效方法。它先用静态图形画面虚拟加工环境,再用动态图形画面模拟切削加工过程。采用该方法不仅能够检验NC编程轨迹的正确与否,还能检验切削刀具与工件及机床各部件之间是否发生干涉。 数控车床加工环境有四个部件构成,他们分别是夹具库、刀架库、刀具库和工件库。 在VB系统中形成车削加工环境,就是要在模拟动态加工前,先将上述各部件库中的部件用VB语言进行描述,使得各部件能够以其二维图形的概貌显示在屏幕上。 动态图形仿真就是使屏幕上的车削刀具在真实指令的驱动下,进行实际车削的模拟。仿真过程中,刀具需根据加工指令不断移动。当刀具和工件接触时,刀具和工件的公共部分即被屏幕背景色覆盖,看上去就是工件的加工余量被去除。 在VB环境中进行仿真需要解决三个方面的问题:NC代码编译;工件加工指令的调用;工件加工余量的去除。5 利用VB6.0和AUTOCAD处理工程图形 本文介绍了AUTOCAD的二次开发工具,重点阐述了VB6.0 利用Active Automation提供的接口访问和控制AUTOCAD 的所有对象,讨论了用VB6.0 来开发AUTOCAD2000 应用程序的方法和步骤,以及利用VB6.0访问数据库接口实现AUTOCAD参数化图形处理问题。 计算机技术在工程实际中得到了广泛的应用,往往有大量的堪探数据、观测数据等需要通过数据库进行管理,并根据需要从数据库中筛选数据形成有关的工程信息电子表格输出供用户使用。本文就实现工程信息图形化中关于VB和数据库的连接、VB与AUTOCAD的连接等几个技术的问题进行研究和探讨。 VB6.0与数据库的链接:VB6.0提供了多种和数据库连接的方法,其中最为常用的就是使用DATA控件。使用DATA控件可以显示、编辑、查询和更新来自多种已有的数据库信息,这些数据库包括:Miscosoft Access、Foxpro 等。 VB与AUTOCAD的链接:VB是一种面向对象的开发工具,AUTOCAD中的各种实体均以对象的形式提供给VB,AUTOCAD对象层次如5-1所示: 图1-1要在AUTOCAD使用ActiveX Automation 技术,前提条件是在VB中选择AUTOCAD作为其对象,然后编写模块代码,便于多次利用。 6 用空间曲线进行柱形凸轮的参数化设计 本文通过对能产生从动件二维运动的柱形凸轮分析,将曲线按等角度间隔方式展开进行求解,并运用VB进行参数话编程和调用AUTOCAD画图,再将图形数据转换文件格式后传送到MasterCAM中生成NC代码,可加工出具有空间曲线的柱形凸轮。 柱形凸轮机构是包装机械中一种常见的传动机构,可以通过凸轮轮廓将旋转运动转变为从动件的复杂运动。由于其具有机构紧凑、体积小、刚性好、可传动较大转距等优点,被广泛应用于机械领域。但目前常见的柱形凸轮只能产生从动件的一维直线运动,如果从动件具有两维直线运动方式,就可用两个凸轮来完成这个任务。这样不但占用很大的空间,而且要求两个凸轮的旋转进行密切配合,否则就会产生较大的偏差,影响工作精度。 结论: a) 实践证明,用一个凸轮代替两个凸轮来产成从动件的二维运动方式,不但节省了空间,减少了机构的复杂程度,而且能提高从动件的运动精度。b) 对于一条空间非圆曲线,利用直线逼近的方法进行求解,可以绘制出满足工程精度要求的曲线。采用此方法可以处理在CAD软件中难以绘出的已知曲线方程的复杂曲线。c) 可以利用VB进行参数化编程,并调用AUTOCAD进行绘图。7 柴油机气门弹簧的设计与计算 柴油机的气门弹簧一方面承受频繁的交变载荷,另一方面由于受结构、空间等条件的限制力求尺寸小,因此设计不妥会影响其工作寿命。若根据最大工作载荷、最大变形以及结构要求、可采用优化设计的方法来确定弹簧钢丝直径d、弹簧中径、工作圈数。同时,通过合理的设置目标函数和约束条件,筛选合格的结构参数,能充分利用材料潜能,并兼顾加工工艺,可以得到满意的设计效果。 7.1 设置目标函数与设计变量 柴油机气门压缩弹簧在优化设计时,以质量最轻、体积最小以及高度最小作为追求目标,建立单目标或多目标函数。 a) 以质量最轻设置目标函数 b) 以体积最小设置目标函数 c) 以高度最小设置目标函数7.2 约束函数 a) 弹簧旋绕比的约束 b) 弹簧刚度的约束 c) 强度条件的约束 d) 稳定条件的约束 e) 无共振条件的约束 f) 最小工作圈数的约束 g) 弹簧中径尺寸的约束 h) 钢丝直径大小的约束 7.3 50CrVA钢气门弹簧优化设计方法 a) 数学模型 b) 约束随机方向法的求解步骤8 弹簧CAD技术研究 本文通过对弹簧设计与绘图在工程设计中地位和作用的分析,提出了一个基于弹簧设计与绘图一体化的总体方案,从而建立了弹簧CAD系统。通过对弹簧设计与绘图一体化的总体方案,用以解决弹簧设计与绘图的问题。通过分析,可将弹簧的设计分解为界面的设计、设计资料的计算机处理、用优化的方法获取计算机结果及设计结果的保存。通过对设计与绘图一体化的研究,提出了实现与设计与绘图一体化的数据传递方法,从工程实用化的观点出发,探讨了参数化图库系统实现工程化和实用化所面临的问题和可能的解决途径。 弹簧CAD系统的组成:根据弹簧设计与绘图的特点,结合弹簧设计与绘图在工程CAD中的应用情况,将弹簧的设计和绘图弹簧的零件图的设计为九个模块;因为有时要单独绘制弹簧的零件图或在装配图中,经常要绘制弹簧,所以必须要建立一个弹簧图库模块,弹簧的设计与绘图的一体化,用框图表示如8-1所示: 图1-2 弹簧CAD应用程序设计方法:弹簧CAD应用程序设计采用ARX编程;界面设计采用对话框技术;设计资料的计算机处理;采用优化方法确定设计参数:存盘、打印输出。 弹簧设计与绘图之间的数据传递方法有:利用数据库;利用数据文件;利用全程变量。9 弹簧的应用及设计计算 本文主要介绍了各种弹簧的应用及圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的试算法、等效公式法及查表法,后两种方法计算很简捷。 设计弹簧时应分析载荷的性质和工作条件,在常温、静载荷或载荷循环次数在1000以下,应力计算可以不考虑曲度指数K和应力集中的影响。但实验证明,局部应力会造成永久变形。多数弹簧会在变载荷下工作,由负荷的最小值和最大值来决定应力范围,这是衡量疲劳寿命最重要的依据,这种情况必须考虑K和应力的影响。 弹簧制造后,除必要的热处理外,为了提高其承载能力,可进行压强和喷丸处理。为了防腐蚀,应在表面加各种形式的保护层。 弹簧的设计步骤和应遵循的条件大致为: a) 选择结构和材料; b) 根据原始数据绘制示意图; c) 根据示性图,考虑强度、刚度、制造及行程条件,从而计算弹簧的主要尺寸。 d) 根据主要尺寸计算次要尺寸。 e) 必要时需验算弹簧的稳定性、振动、疲劳强度和静强度。 f) 绘制弹簧工作图。 螺旋压缩弹簧的设计方法有三种:a) 试算法 b) 等效公式查表法 c) 查表法。等效公式法比试算法快捷,且适用于I、II、III类弹簧,查表法比前两种方法更简捷,但计算出的有效圈数比前两种要小点。这三种方法对圆柱螺旋的拉簧、压簧、扭簧等都适用,而且计算结果都很接近,对一般用途的弹簧完全符合要求。10 再谈圆柱螺旋弹簧设计方法的改进 10.1 弹簧材料的选择 材料的选择是弹簧设计的重要环节。正确选择材料的目的是要保证弹簧良好的工作性能及低廉的价格。 a) 从提高弹簧工作性能的角度选择材料材料为65Mn的钢丝因为淬透性高且价格便宜,故被现有弹簧设计方法当作“重要用途的弹簧钢丝”来推荐;但通过实践发现,它具有过热勉感性和回火脆性等缺点,又易产生回火裂纹,近来国外已不采用。60Si2Mn等一类硅锰钢虽具有较强的强度和淬透性,但当碳和钢的含量较高及热处理不高时,易产生石墨化现象和增加表面脱碳倾向,同时易产生硅酸盐夹杂物而引起淬火开裂,在美国和日本很少使用。上述材料应慎用。60Si2CrA不仅具有较高的强度和淬透性,而且没有硅锰钢的石墨化危害,其回火稳定性也较好,是较好的弹簧材料。对于承载交变载荷、不易维修及疲劳寿命要求较高的重要弹簧,仍应优先考虑选用强硬性较好的50CrVA、60Si2CrA及60Si2CrVA。 选择弹簧材料除了注意其化学特性外,还应特别注意其冶金及热处理的工艺质量。同样成分的材料由于冶金及热处理工艺质量的不同,其机械性能往
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