畢業(yè)設計滑動軸承計算機輔助設計研究

1、目 錄摘要ABSTRACT TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327531807 第一章緒論 PAGEREF _Toc327531807 h 1 HYPERLINK l _Toc327531808 1.1 機械設計計算機輔助設計概況 PAGEREF _Toc327531808 h 1 HYPERLINK l _Toc327531809 1.1.1 計算機輔助設計的概念 PAGEREF _Toc327531809 h 1 HYPERLINK l _Toc327531810 1.1.2 計算機輔助設計國內外發(fā)展概況 PAGEREF _Toc327531810 h 1

2、HYPERLINK l _Toc327531811 1.1.3 計算機輔助設計對于機械設計的意義 PAGEREF _Toc327531811 h 2 HYPERLINK l _Toc327531812 1.2 本課題的主要內容 PAGEREF _Toc327531812 h 3 HYPERLINK l _Toc327531813 1.3 計算機輔助設計開發(fā)平臺的選擇 PAGEREF _Toc327531813 h 3 HYPERLINK l _Toc327531814 第二章計算機輔助設計圖表的處理方法 PAGEREF _Toc327531814 h 6 HYPERLINK l _Toc327

3、531815 2.1 數(shù)表的處理方法 PAGEREF _Toc327531815 h 6 HYPERLINK l _Toc327531816 2.1.1 常用數(shù)表類型 PAGEREF _Toc327531816 h 6 HYPERLINK l _Toc327531817 2.1.2 數(shù)表的程序化處理 PAGEREF _Toc327531817 h 6 HYPERLINK l _Toc327531818 2.2 線圖的程序化處理 PAGEREF _Toc327531818 h 8 HYPERLINK l _Toc327531819 2.2.1 直線線圖的處理方法 PAGEREF _Toc3275

4、31819 h 9 HYPERLINK l _Toc327531820 2.2 .2 曲線線圖的處理方法 PAGEREF _Toc327531820 h 9 HYPERLINK l _Toc327531821 第三章液體動壓徑向滑動軸承的設計 PAGEREF _Toc327531821 h 11 HYPERLINK l _Toc327531822 3.1 滑動軸承的主要類型和結構 PAGEREF _Toc327531822 h 11 HYPERLINK l _Toc327531823 3.2 液體動壓潤滑的基本原理 PAGEREF _Toc327531823 h 12 HYPERLINK l

5、_Toc327531824 3.2.1 液體動壓油膜形成的原理 PAGEREF _Toc327531824 h 12 HYPERLINK l _Toc327531825 3.2.2 液體動壓潤滑的基本方程 PAGEREF _Toc327531825 h 12 HYPERLINK l _Toc327531826 3.3 徑向滑動軸承液體動壓基本原理 PAGEREF _Toc327531826 h 13 HYPERLINK l _Toc327531827 3.3.1 徑向滑動軸承液體動壓潤滑的建立過程 PAGEREF _Toc327531827 h 13 HYPERLINK l _Toc32753

6、1828 3.3.2 徑向滑動軸承的幾何關系和承載能力 PAGEREF _Toc327531828 h 14 HYPERLINK l _Toc327531829 3.3.3 徑向滑動軸承的參數(shù)選擇 PAGEREF _Toc327531829 h 15 HYPERLINK l _Toc327531830 3.3.4 徑向滑動軸承的供油結構 PAGEREF _Toc327531830 h 16 HYPERLINK l _Toc327531831 3.4 液體動壓徑向滑動軸承設計舉例 PAGEREF _Toc327531831 h 17 HYPERLINK l _Toc327531832 3.4.1

7、 主要技術指標 PAGEREF _Toc327531832 h 17 HYPERLINK l _Toc327531833 3.4.2 選擇軸承材料和結構 PAGEREF _Toc327531833 h 17 HYPERLINK l _Toc327531834 3.4.3 潤滑劑和潤滑方法的選擇 PAGEREF _Toc327531834 h 18 HYPERLINK l _Toc327531835 3.4.4 確定軸承相對間隙 PAGEREF _Toc327531835 h 18 HYPERLINK l _Toc327531836 3.4.5 計算承載系數(shù) PAGEREF _Toc327531

8、836 h 18 HYPERLINK l _Toc327531837 3.4.6 求偏心率 PAGEREF _Toc327531837 h 18 HYPERLINK l _Toc327531838 3.4.7 計算最小油膜厚度 PAGEREF _Toc327531838 h 19 HYPERLINK l _Toc327531839 3.4.8 計算許用最小油膜厚度 PAGEREF _Toc327531839 h 19 HYPERLINK l _Toc327531840 3.4.9 計算摩擦系數(shù) PAGEREF _Toc327531840 h 19 HYPERLINK l _Toc3275318

9、41 3.4.10 計算潤滑油流量 PAGEREF _Toc327531841 h 19 HYPERLINK l _Toc327531842 3.4.11 溫升計算 PAGEREF _Toc327531842 h 19 HYPERLINK l _Toc327531843 計算摩擦功率 PAGEREF _Toc327531843 h 19 HYPERLINK l _Toc327531844 第四章滑動軸承程序設計 PAGEREF _Toc327531844 h 20 HYPERLINK l _Toc327531845 4.1 主程序設計 PAGEREF _Toc327531845 h 20 HY

10、PERLINK l _Toc327531846 4.1.1 設計流程圖 PAGEREF _Toc327531846 h 20 HYPERLINK l _Toc327531847 4.1.2 界面設計: PAGEREF _Toc327531847 h 20 HYPERLINK l _Toc327531848 4.1.3 圖表處理 PAGEREF _Toc327531848 h 24 HYPERLINK l _Toc327531849 程序運行實例 PAGEREF _Toc327531849 h 29 HYPERLINK l _Toc327531850 第五章結論 PAGEREF _Toc3275

11、31850 h 32 HYPERLINK l _Toc327531851 5.1 本程序的特點 PAGEREF _Toc327531851 h 32 HYPERLINK l _Toc327531852 5.2 設計展望 PAGEREF _Toc327531852 h 32 HYPERLINK l _Toc327531853 參考文獻 PAGEREF _Toc327531853 h 33 HYPERLINK l _Toc327531854 致謝 PAGEREF _Toc327531854 h 34 HYPERLINK l _Toc327531855 附錄一 主程序 PAGEREF _Toc327

12、531855 h 35 HYPERLINK l _Toc327531856 附錄二 外文翻譯 PAGEREF _Toc327531856 h 56滑動軸承計算機輔助設計研究摘要本文主要研究了液體動壓徑向滑動軸承計算的計算機程序設計方法，以VB為開發(fā)平臺編制了液體動壓徑向滑動軸承的設計軟件，討論了機械設計過程中圖表的程序化處理方法，并用于滑動軸承的設計軟件中。本軟件按照機械設計手冊上的設計方法，分為十二個設計模塊，每個模塊相互關聯(lián)合理分布，使設計過程簡單明了。同時，該軟件提供了一個良好的人機交流界面，實現(xiàn)了計算機自動完成滑動軸承設計中的計算過程，以及設計數(shù)據(jù)的自動存儲功能。該軟件的使用，可以使液

13、體動壓滑動軸承的設計更加便捷，極大減輕設計人員的工作強度，提高機械設計效率。經(jīng)過實例運算驗證，本軟件的實例結果與傳統(tǒng)設計結果相一致。關鍵詞：滑動軸承；VB程序設計；圖表處理SLIDING BEARING COMPUTER-AIDED DESIGN ABSTRACTThe hydrodynamic radial sliding bearing calculation of the computer program design method using VB as a development platform for compiling sliding bearing design softwa

14、re is studied in this thesis, and discusses the mechanical design process chart program method, and used to the sliding bearing design software. The interface of software divided into twelve design module relay on mechanical design manual. Each module is interconnected with reasonable distribution,

15、making the design process simple and clear. At the same time, the software provides a good human-computer interaction interface, realizing the computer automatically completes the sliding bearing design calculation process, and the design of automatic data storage function. The use of the software,

16、can make hydrodynamic radial sliding bearing design more convenient, and greatly reduce the work intensity of designer, improving the efficiency of mechanical design.Through the verification of instance operation, it is concluded that the software instance is consistent with the traditional designKe

17、y words: sliding bearings；VB programming；chart processing第一章緒論 機械設計計算機輔助設計概況計算機輔助設計10即在計算機及其相應的計算機輔助設計系統(tǒng)的支持下，進行工業(yè)設計領域的各類創(chuàng)造性活動。它是以計算機技術為支柱的信息時代環(huán)境下的產物，與傳統(tǒng)的工業(yè)設計相比，CAD在設計方法、設計過程、設計質量和效率等各方面都發(fā)生了質的變化。由于計算機輔助設計技術是一門綜合性的交叉性學科，涉及到諸多學科領域，因而計算機輔助設計技術也涉及到了人工智能技術、多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術、優(yōu)化技術、模糊技術、人機工程學等信息技術領域。 計算機輔助設計的概念計算

18、機輔助設計是指工程技術人員以計算機為輔助工具，完成產品設計構思和論證、產品總體設計、技術設計、零部件設計，有關零件的強度、剛度、熱、電、磁的分析計算和產品圖繪制等工作11。即10利用計算機完成對不同的設計方案進行大量的分析、計算和比較，以決定最優(yōu)方案；存儲和檢索各種設計信息，不論是文本、圖形或數(shù)字信息；用計算機草圖代替人工草圖；繪制和編輯各種二維模型和三維模型，包括零件圖和裝配圖，利用分析軟件/模塊，對設計模型的強度、剛度、振動等物理性能進行分析；實現(xiàn)計算說明、圖紙、分析結果等設計文檔的快速處理。 計算機輔助設計國內外發(fā)展概況50-60年代初CAD技術處于準備和醞釀時期，被動式的圖形處理是這階

19、段CAD技術的特征。60年代CAD技術得到蓬勃發(fā)展并進入應用時期，這階段提出了計算機圖形學、交互技術、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結構等新思想，從而為CAD技術的進一步發(fā)展和應用打下了理論基礎。70年代CAD技術進入廣泛使用時期，1970年美國Applicon公司首先推出了面向企業(yè)的CAD商品化系統(tǒng)。80年代CAD技術進入迅猛發(fā)展時期，這階段的技術特征是CAD技術從大中企業(yè)向小企業(yè)擴展；從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展；從用于產品設計發(fā)展到用于工程設計和工藝設計。90年代以后CAD技術進入開放式、標準化、集成化和智能化的發(fā)展時期，這階段的CAD技術都具有良好的開放性，圖形接口、功能日趨標準化。微機加視窗操作系

20、統(tǒng)與工作站加Unix操作系統(tǒng)在因特網(wǎng)的環(huán)境下構成CAD系統(tǒng)的主流工作平臺，同時網(wǎng)絡技術的發(fā)展使得CAD/CAE/CAM集成化體系擺脫空間的約束，能夠更好地適應現(xiàn)代企業(yè)的生產布局及生產管理的要求。在CAD系統(tǒng)中，正文、圖形、圖像、語音等多媒體技術和人工智能、專家系統(tǒng)等高新技術得到綜合應用，大大提高了CAD自動化設計的程度，智能CAD應運而生。智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)、知識庫及專家系統(tǒng)、擬人化用戶介面管理系統(tǒng)集于一體。 經(jīng)過多年的發(fā)展，計算機輔助設計技術已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術（Computer A

21、ided Manufacturing，CAM）和產品數(shù)據(jù)管理技術（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一體。產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結合人工智能技術的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。以智

22、能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設計技術、智能活動是由設計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。CAD技術正從二維CAD向三維CAD過渡。三維設計軟件具有工程及產品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形，工程數(shù)據(jù)庫的管理，生成設計文件等功能。三維CAD技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率得以迅速提高。

23、我國CAD技術的研究、開發(fā)和推廣已取得較大進展，產品設計已全面完成二維CAD技術的普及，結束了手工繪圖的歷史，對減輕人工勞動強度、提高經(jīng)濟效益起到了明顯的作用。有相當一部分CAD應用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉換，并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著市場經(jīng)濟的逐步深入，市場競爭日趨激烈，加強自身的設計能力是提高企業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力的關鍵。 計算機輔助設計對于機械設計的意義（1） 縮短了產品設計周期10采用CAD技術，產品設計時間縮短了近1/3，大幅度地提高了設計和生產效率。在用CAD系統(tǒng)進行新產品的開發(fā)設計時，只需對其中部分零部件進行重新設計和制造

24、，而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息，使整個設計的效率提高了35倍。節(jié)約了生產在設計階段的成本，有效的實現(xiàn)資源的最大化利用，很適合我們現(xiàn)在節(jié)約型社會。（2） 提高了新產品開發(fā)能力CAD系統(tǒng)具有高度變型設計能力，能夠通過快速重構，得到一種全新的產品，對新產品的開發(fā)提供了一個和好的平臺。傳統(tǒng)設計中改型設計多，只能改變現(xiàn)有產品中某些尺寸，或只能消化某些產品，仿照生產，因此無法實現(xiàn)創(chuàng)新構思，使得產品從根本上沒有質的飛躍。而CAD技術在方案設計階段，充分利用專家系統(tǒng)及現(xiàn)代科技新理論，建立多種機構進行構型對比，立體感強、效果逼真，更能激發(fā)設計人員的新穎構思。（3） 整體觀念的提高和仿真技術將所有之前設

25、計好的零部件，在CAD系統(tǒng)中進行裝配，可通過電腦顯示其直觀的觀看到整個產品的外形和部分的內部結構。在現(xiàn)在的各類CAD軟件中都有仿真的功能。完全可以在不生產的情況對實體進行各類測試,如運動測試、產品材質的計算，是個方面性能在原有的基礎上得到和大的提升。碰到檢驗不足的可以及時對設計進行更改，將各樣的損失扼殺于搖籃之中，避免了產品生產后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。對生產商生產效率有很大的提高。（4） 設計和生產的一體化計算機技術在設計中的應用已從以往的繪圖發(fā)展到當今的三維建模、虛擬制造、智能設計及CAD/CAE/CAM集成階段。三維設計軟件是當今最先進的CAD軟件，在發(fā)達國家與工程設計有關的各個領域得到

26、了廣泛應用。比如:美國福特公司應用三維CAD技術后將新型汽車開發(fā)周期從18個月壓縮到12個月，減少了90%的實物模型，減少新產品的設計更改50%以上，減少新汽車試制成本50%，提高投資效益30%。波音公司新一代777客機生產中實現(xiàn)了“無圖紙設計”，其先進的CAD技術走在了全世界的前面。（5） 設計過程的并行化和智能化自20 世紀90 年代以來，計算機網(wǎng)絡已成為了計算機發(fā)展進入新時代的標志。所謂計算機網(wǎng)絡，就是用通信線路和通信設備將分散在不同地點的多臺計算機，按一定的網(wǎng)絡結構和順序連接起來的。這些功能使獨立的計算機按照網(wǎng)絡協(xié)議進行通信，實現(xiàn)信息交換、資源共享，他是實現(xiàn)CAD/CAM 集成的基礎。

27、隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可針對某一特定的產品，將分散在不同的地區(qū)的現(xiàn)有智力資源和生產設備資源迅速聯(lián)系起來并結合，建立動態(tài)的制造體系將成為全球制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。設計和制造是一項創(chuàng)造性的活動，在這一活動過程中，很多工作是非數(shù)據(jù)、非算法的，所以，應用人工智能技術是實現(xiàn)產品生命周期（整個過程）各個環(huán)節(jié)的智能化是非常重要的。將人工智能技術、專家系統(tǒng)應用于 CAD 系統(tǒng)中，形成智能的 CAD/CAM系統(tǒng)，使其具有人類專家的經(jīng)驗和知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷功能及智能化的視覺、聽覺、語言能力，從而解決那些我們以前由技術人員才能解決的難題。 本課題的主要內容1、學習VB語言經(jīng)過較短時間的學習，能熟練地使用VB

28、語言編制程序。2、數(shù)表或圖表的程序化處理對設計中所需的數(shù)表和圖表，提出程序化的處理方案，并編制相應的查詢程序、3、通用工況下的滑動軸承設計計算的程序設計按照通用的實際工況編制滑動軸承設計計算的程序，設計結果正確，界面美觀大方，人機互動良好。 計算機輔助設計開發(fā)平臺的選擇選擇開發(fā)平臺，需要考慮具體的機械設計任務內容。一方面， 機械設計任務內容比較復雜，比如，需要大量計算、查詢大量的數(shù)表和線圖， 繪制零件工作圖等；另一方面，每種計算機開發(fā)語言都有特長與不足，而且不同開發(fā)人員的基礎各有差別。 因此選擇開發(fā)平臺要綜合考慮上述三方面因素。Visual Basic9,簡稱VB，是Microsoft公司推出

29、的一種Windows應用程序開發(fā)工具。是當今世界上使用最廣泛的編程語言之一，它也被公認為是編程效率最高的一種編程方法。無論是開發(fā)功能強大、性能可靠的商務軟件，還是編寫能處理實際問題的實用小程序，VB都是最快速、最簡便的方法。Visual Basic受到了廣大編程愛好者及專業(yè)編程人員的青睞，這是因為它具有以下一些特點： （1） 面向對象 VB采用了面向對象的程序設計思想。它的基本思路是把復雜的程序設計問題分解為一個個能夠完成獨立功能的相對簡單的對象集合，所謂“對象”就是一個可操作的實體，如窗體、窗體中的命令按鈕、標簽、文本框等。面向對象的編程就好像搭積木一樣，程序員可根據(jù)程序和界面設計要求，直接

30、在屏幕上“畫出窗口、菜單、按鈕等不同類型的對象，并為每個對象設置屬性。 （2） 事件驅動 在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅動方式運行的，每個對象都能響應多個不同的事件，每個事件都能驅動一段代碼事件過程，該代碼決定了對象的功能。通常稱這種機制為事件驅動。事件可由用戶的操作觸發(fā)，也可以由系統(tǒng)或應用程序觸發(fā)。例如，單擊一個命令按鈕，就觸發(fā)了按鈕的Click(單擊)事件，該事件中的代碼就會被執(zhí)行。若用戶未進行任何操作(未觸發(fā)事件)，則程序就處于等待狀態(tài)。整個應用程序就是由彼此獨立的事件過程構成。 （3） 軟件的集成式開發(fā) VB為編程提供了一個集成開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中，編程者可設計界面、編寫代碼

31、、調試程序，直至把應用程序編譯成可在Windows中運行的可執(zhí)行文件，并為它生成安裝程序。VB的集成開發(fā)環(huán)境為編程者提供了很大的方便。 （4） 結構化的程序設計語言 VB具有豐富的數(shù)據(jù)類型，是一種符合結構化程序設計思想的語言，而且簡單易學。此外作為一種程序設計語言，VB還有許多獨到之處。 （5） 強大的數(shù)據(jù)庫訪問功能 VB利用數(shù)據(jù)控件可以訪問多種數(shù)據(jù)庫，VB 6.O提供的ADO控件，不但可以用最少的代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作和控制，也可以取代Data控件和RDO控件。 （6） 支持對象的鏈接與嵌入技術 VB的核心是對對象的鏈接與嵌入(OLE)技術的支持，它是訪問所有對象的一種方法。利用OLE技術，能夠

32、開發(fā)集聲音、圖像、動畫、字處理、Web等對象于一體的程序。 （7） 網(wǎng)絡功能 VB 6.O提供了DltTML(DynamictTML)設計工具。利用這種技術可以動態(tài)創(chuàng)建和編輯Web頁面，使用戶在VB中開發(fā)多功能的網(wǎng)絡應用軟件。 （8） 多個應用程序向導 VB提供了多種向導，如應用程序向導、安裝向導、數(shù)據(jù)對象向導和數(shù)據(jù)窗體向導，通過它們可以快速地創(chuàng)建不同類型、不同功能的應用程序。 （9） 支持動態(tài)交換、動態(tài)鏈接技術 在綜合考慮各方面的優(yōu)劣后，我們最終選擇VB作為本次設計的開發(fā)平臺。第二章計算機輔助設計圖表的處理方法機械零部件的計算機輔助設計是隨著計算機技術的迅猛發(fā)展得到廣泛應用的一種現(xiàn)代機械設計

33、方法，它已成為提高設計水平，縮短產品開發(fā)周期的重要手段。利用計算機輔助機械產品設計，其基礎工作是程序設計，而程序設計過程中對經(jīng)常用到的數(shù)表和線圖的巧妙處理則成為機械零部件程序設計編程的關鍵問題之一。2.1 數(shù)表的處理方法.1 常用數(shù)表類型在傳統(tǒng)的機械零部件設計9中，為便于設計和計算，常采用大量資料表和規(guī)格表，這里統(tǒng)稱為數(shù)表。這些數(shù)表，往往是一些離散數(shù)據(jù)的集合。但歸納起來有如下兩種類型的數(shù)表：（1） 列表函數(shù)型數(shù)表這種數(shù)表是有一些離散的自變量xi (i=0,1,2, n) 和對應著的函數(shù)值yi=f(xi)(i=0,1,2,n)組成的列表函數(shù)。例如表2-1 所列出的螺栓的公稱直徑d 和內徑d1.

34、這類數(shù)表有的是通過理論公式或經(jīng)驗公式計算得到的，而有的雖然來源無據(jù)可查，但仔細分析推敲，就可找出一個近似的函數(shù)關系式加以描述，最終也可歸結列表函數(shù)。表2-1 螺栓公稱直徑及內徑參數(shù)表（2） 非列表函數(shù)型數(shù)表不論是追本溯源查出數(shù)表的原始公式，還是經(jīng)過仔細推敲導出數(shù)表的近似關系式，這類數(shù)表都屬列表函數(shù)型數(shù)表。而有一些數(shù)表，既無原始公式，又難以推導出近似關系式，這類數(shù)表統(tǒng)一稱為非函數(shù)型數(shù)表。如表2-2 列出的各種材料的彈性模量E、剪切彈性模量G 及泊松比。表2-2 各種材料性能參數(shù) 數(shù)表的程序化處理對各種常用數(shù)表的計算機程序化處理有兩方面內容，一是數(shù)表數(shù)據(jù)的輸入，二是數(shù)表數(shù)據(jù)的檢索。下面是針對以上兩

35、種類型數(shù)表的常用的程序化方法。（1） 數(shù)表公式化-列表函數(shù)型數(shù)表的輸入和檢索列表函數(shù)（形如表2-3）型數(shù)表因其有理論公式、經(jīng)驗公式或導出的近似關系式，所以在應用計算機程序設計時，則輸入時應還原為原來的公式，直接采用原計算公式編制程序。這樣可以大大簡化源程序，減少內存或外存量。表2-3 列表函數(shù)型數(shù)表而那些無原始公式的數(shù)表，則需要自己推導其近似關系式來對其進行近似擬合，工程中，通常采用的方法是最小二乘法多項式擬合，即建立該數(shù)表的函數(shù)關系多項式，將數(shù)表數(shù)據(jù)進行曲線擬合，所構造的曲線并不是嚴格通過所有節(jié)點，而是盡可能反映所給數(shù)據(jù)的趨勢。通過曲線擬合方法，可以得到一個表示數(shù)表中各數(shù)據(jù)函數(shù)關系的數(shù)學表達

36、式，這給計算機處理帶來了極大的方便。最小二乘法多項式擬合原理。所謂最小二乘法多項式擬合，就是對于給定的一組數(shù)據(jù)（xi，yi）（i=1，2，,n）,求作m（mn）次多項式：y=j=0majxij使得總誤差 Q=j=0n（yi-j=0majxij）2為最小。由于Q 可以看作是關于a j ( j =1,2,n)的多元函數(shù),故上述多項式的構造問題可歸結為多元函數(shù)的極值問題。令 Qak=0，k=0,1,2,m （2-1） 得 Qak=i=1n（yi-j=0majxij）xik=0 k=0,1,2,m （2-2） 即有 a0n+a1xi+ .+a1xim=yi (k=0) （2-3） a0 xi+a1xi

37、2 +amxim+1=xiyi (k=1) （2-4） a0 xim+a1xim+1+amxi2m=ximyi (k=m) （2-5）這個關于系數(shù)aj的線性方程組通常稱為正則方程組,式中 表示下標i 從1 到n 求和。此方程組中xi, yi為已知，最終可通過正則方程組解出a0, a1, am，從而擬合多項式y(tǒng)=j=0majxij可以求出。通常，擬合一組數(shù)據(jù)的多項式次數(shù)n 越高，則精度越高，但計算量也會越對于機械設計的一般數(shù)表，取n3 既可滿足設計要求。(2) 數(shù)表的最小二乘法多項式擬合實例下面以表2-4所示的圓弧錐齒輪幾何系數(shù)表為例，說明采用最小二乘法將這類數(shù)表擬合為函數(shù)表達式的方法。表2-4

38、 圓弧錐齒輪幾何系數(shù)表此處將擬合多項式的次數(shù)取為2. 則正則方程組為： a0n+a1xi+a2xi2=yi （2-6） a0 xi+a1xi2+a3xi3=xiyi （2-7） a0 xi2+a1xi3+a2xi4=xi2yi （2-8）式中：n=9, 表示下標 i 從1 到9 求和。（xi，yi）分別對應表中（z1,J）,將n 值和各求和結果帶入方程組，解得a0=0.118 626 3, a1=0.003 489 113， a2=-0.000 006 114 9 相應的對該數(shù)表進行最小二乘法擬合的函數(shù)表達式為:J389z1- z12 （2-9）（3） 列表函數(shù)數(shù)表的數(shù)據(jù)檢索數(shù)表程序化后，若要

39、檢索其中數(shù)據(jù)，可采用直接檢索法或函數(shù)差值法來進行。當要求檢索自變量點xi 的對應函數(shù)值yi時，就用直接檢索法，直接由xi 值檢取對應的yi 值；當檢索的函數(shù)值y 不是列表函數(shù)中自變量點xi,而是其中某兩點，例如xi 和xi-1 之間的x 值的對應值時，如果沒有精度要求，也可以采用直接檢索法，檢取接近的yi 值。當要求精確地檢索所對應的列表函數(shù)值，則應采取函數(shù)差值法來檢索。常用的差值方法有線性插值、拋物線插值等,線性插值是最簡單的插值方法, 其檢索數(shù)據(jù)的精度能滿足設計的要求,因而常被采用。對于列表函數(shù)的一般形式, 當插值點x 處在表中的xi-1 和xi 之間,則由線性插值公式, 即可得x 所對應

40、的函數(shù)值y:y=yi+yi-yi-1xi-xi-1(x-xi) （2-10）（4） 數(shù)表數(shù)組化非列表函數(shù)型數(shù)表的計算機處理方法非列表函數(shù)型數(shù)表中的數(shù)據(jù)間無任何聯(lián)系,整個表格只是一些數(shù)據(jù)的集合。在將其程序化時則多用數(shù)組形式存貯數(shù)表值，并用結合數(shù)據(jù)的直接檢索法編入程序，所以可以把這種以數(shù)組形式實現(xiàn)數(shù)表程序化的方法稱為數(shù)表數(shù)組化。數(shù)組維數(shù)和大小根據(jù)具體的表格確定,一般維數(shù)最多為3維就能夠存儲表格中數(shù)據(jù)了。這樣表格中的數(shù)據(jù)就以數(shù)組形式直接存儲到程序中了, 檢索時用程序對數(shù)組數(shù)據(jù)進行查詢即可。 線圖的程序化處理線圖是函數(shù)關系12的一種常用表示方法。它的特點是直觀形象，能直接看出函數(shù)變化規(guī)律。因此在設計資

41、料中有些函數(shù)間的函數(shù)關系式用線圖來表示，包括用直線、折線和各種曲線圖。線圖本身不能用來直接解題，在解題時參與解題的是根據(jù)線圖查得的一些相應數(shù)據(jù)。但線圖的形式不能直接存儲在計算機內備用,故在編制程序時, 必須把線圖程序化，把線圖變換成相應的數(shù)據(jù)形式, 存儲在CAD系統(tǒng)中, 供設計時檢索和調用。其一般做法是：(1)若能查找到該曲線的數(shù)學表達式y(tǒng)=f(x),則只需將其以賦值語句形式寫入程序中；(2)將線圖變換成相應的數(shù)據(jù)表格,然后再用前面所討論的方法進行處理。2.2.1 直線線圖的處理方法線圖中最簡單的是直線，它可以通過取直線上兩點的坐標值來求其斜率，并寫出其直線方程式。如圖2-1為齒輪承載能力簡化

42、計算時用到的齒輪系數(shù)kv-vz/100 關系圖, 圖上的各條直線代表不同齒輪精度等級(第公差組)的函數(shù)關系，可先從線圖中分別求出各種精度下的直線斜率，將其存放在數(shù)組Kv(I)中, I 表示齒輪精度等級。因此只要已知齒輪的精度等級，即可又下式求出kv值:kv=Kv(I )vz1/100如圖2 是直齒錐齒輪動載系數(shù)kv與線速度v 的關系。從圖上取5個離散點的坐標值，轉換成表5，然后再按數(shù)表程序化的方法進一步處理，此處不再贅述。圖2-1 齒輪系數(shù):kv- vz1/100關系圖 圖2-2 直錐齒輪動載系數(shù)kv2.2 .2 曲線線圖的處理方法曲線線圖通常是采用擬合方法建立與之對應的關系式，用近似表達式來

43、擬合曲線，然后編制計算機程序。近似式的建立方法很多，簡單常用的方法是最小二乘法。其步驟是：(1)先在給定的取線圖上讀取離散的若干節(jié)點坐標值，轉化成數(shù)表形式。(2)采用最小二乘法，用多項式將數(shù)表擬合為表達式。在機械設計中，有時需要從設計資料提供的圖形中查詢數(shù)據(jù)。圖3為蝸桿傳動的相對滑動速度概略值查詢圖。由于圖中曲線的形狀類型未知， 不易建立精確的數(shù)學模型，因此，可以從曲線上均勻地采集一些結點，用這些結點建立一個數(shù)表，然后對這個數(shù)表進行二次插值處理，也可得到所需的近似數(shù)據(jù)。 這種方法稱為曲線的數(shù)表化處理。對于圖2-3， 從各條曲線上分別采集若干結點， 將其坐標值填于表2-4。 圖2-3 滑動速度概

44、略值表2-4 相對滑動速度v由輸入的參數(shù)（功率p和蝸桿轉速n1）所確定的坐標點有可能不在曲線上，因此，需要采用二次插值法求出輸出參數(shù)（相對滑動速度v）。 總之，機械設計CAD 程序編制中，對于常用工程數(shù)據(jù)的形式進行歸納分析，將其計算機化, 一直是廣大機械設計CAD 人員的一個主要研究內容之一。目前針對于各種各樣的圖表形式，其處理方法也在不斷的變化?？梢哉f數(shù)表與線圖的程序化處理有定法也無定法，它需要在工程實際中不斷歸納、分析、總結，能夠以準確、實用、高效的形式和手段輔助工程數(shù)據(jù)的處理是機械CAD 開發(fā)者的目的。第三章液體動壓徑向滑動軸承的設計目前，滑動軸承是機械零件中的重要部件，在鐵路、汽車、機

45、床、農機等行業(yè)有廣范的應用?；瑒虞S承，是在滑動摩擦下工作的軸承，具有工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲等優(yōu)點。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開而不發(fā)生直接接觸，還可以大大減小摩擦損失和表面磨損，油膜還具有一定的吸振能力。但起動摩擦阻力較大。軸被軸承支承的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦。為了改善軸瓦表面的摩擦性質而在其內表面上澆鑄的減摩材料層稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動軸承材料?；瑒虞S承應用場合一般在低速重載工況條件下，或者是維護保養(yǎng)及加注潤滑油困難的運轉部位。隨著滑動軸承應用范圍的日益增大，如何提高其壽命、工作可靠性以及如何更方便去設計和選取軸承越來越成為人們普遍關注的問題。這里

46、存在著兩方面的工作:一是不斷研制新的軸承材料及結構，以適應軸承的工作特點及其負荷指標不斷提高的要求，同時深入地研究發(fā)生在軸承內部的各種工作狀態(tài)，從而在設計中采取相應的措施，保證軸承在最理想的條件下運轉；而是，利用日益發(fā)達的計算機輔助設計技術，提高設計的效率。這就涉及研究諸如流體動壓潤滑軸承中的潤滑油膜的壓力分布、最小油膜厚度、計算機輔助設計等若干方面的問題。軸承是軸系中的重要部件，其功用一是支承軸及軸上零件并保證軸的旋轉精度，二是減小轉動軸與其固定支承之間的摩擦與磨損。因此，軸承既要有小的摩擦阻力，又要有一定的強度。3.1 滑動軸承的主要類型和結構按受載荷方5向不同，滑動軸承可分為徑向滑動軸承

47、和止推滑動軸承。（1） 徑向滑動軸承徑向滑動軸承用于承受徑向載荷。圖3-1所示為整體式徑向滑動軸承，圖3-2所示為剖分式徑向滑動軸承。剖分式徑向滑動軸承裝拆方便，軸瓦磨損后可方便更換及調整間隙，因而應用廣泛。 圖3-1整體式滑動軸承圖3-2 剖分式滑動軸承（2） 止推滑動軸承止推滑動軸承用來承受軸向載荷。按軸頸支承面的形式不同，分為實心式、空心式、環(huán)形式三種。當軸旋轉時，實心止推軸頸由于端面上不同半徑處的線速度不相等，因而使端面中心部的磨損很小，而邊緣的磨損卻很大，結果造成軸頸端面中心處應力集中。實際結構中多數(shù)采用空心軸頸，可使其端面上壓力的分布明顯改善，并有利于儲存潤滑油。3.2 液體動壓潤

48、滑的基本原理3 液體動壓油膜形成的原理圖3-3 動壓油膜形成原理圖液體動壓油膜形成原理是利用摩擦副表面的相對運動，將液體帶進摩擦表面之間，形成壓力油膜，將摩擦表面隔開，如圖3-3所示。兩個互相傾斜的平板，在它們之間充滿具有一定粘度的液體。當AB以速度V向左移動，而CD保持靜止時，液體在此楔形間隙中作層流流動。當各流層的速度分布規(guī)律為直線時，由于進口間隙大于出口間隙，則進口流量必大于出口流量;但液體是不可壓縮的，因此，在楔形間隙內形成油壓，迫使大口的進油速度減小，小口的出油速度增大，從而使流經(jīng)各截面的液體流量相等。同時，楔形油膜產生的內壓將與外載荷相平衡。3 液體動壓潤滑的基本方程雷諾方程是液體

49、動壓潤滑基本方程，是研究流體動力潤滑的基礎。它是根據(jù)粘性流體動力學基本方程出發(fā)，作了一些假設條件后簡化而得的。圖 3-4 液體單元壓力分析如圖3-4所示，兩平板被潤滑油隔開，設板A以速度v、沿x方向滑動，另一平板B靜止不動，設平板正方向尺寸為無窮大(流體沿z方向無流動)，從油層中取出長、寬、高分別為dx、dy、dz的單元體進行力平衡分析。根據(jù)牛頓粘性流體定律得 = （3-1）一維雷諾流體動力潤滑方程： （3-2）3.3 徑向滑動軸承液體動壓基本原理3.3.1 徑向滑動軸承液體動壓潤滑的建立過程徑向滑動軸承2的軸頸與軸承孔間留有間隙，軸頸靜止時，在自重及載荷作用下自然下沉，處于軸承孔的最低位置，

50、并與軸瓦接觸，上表面間有直徑的間隙空間，此時，兩表面間自然形成由大到小收斂的楔形空間，所以滑動軸承滿足形成液體動力潤滑的收斂楔形的條件。當軸頸轉動時(無論正反轉)，同樣滿足使?jié)櫥蛷拇罂诘叫】诘臈l件。因此，滑動軸承滿足形成液體動力潤滑的三個必要條件。圖 3-5 徑向滑動軸承液體動壓潤滑油膜形成過程徑向滑動軸承液體動壓潤滑油膜形成過程經(jīng)歷起動、不穩(wěn)定運轉、穩(wěn)定運轉三個階段。（1） 起動時(n0)剛開始啟動時，由于速度低，軸頸與軸瓦金屬直接接觸，在摩擦力作用下，軸頸沿軸瓦內壁向右上方爬行。(由圖3-5(a)、(c)（2） 不穩(wěn)定運轉階段隨著n增大，從油楔大口帶入小口的油逐漸增多，形成壓力油膜，把軸

51、頸浮起推向左上方。(由圖3-5(b)、(c)（3） 穩(wěn)定運轉階段逐漸增大的油膜壓力的垂直分量與外載荷廠相等時，軸頸穩(wěn)定在某一位置上運轉。n越高，軸頸中心穩(wěn)定位置愈靠近軸孔中心。但兩中心永遠不能重合，因為當兩心重合時，油楔消失，不滿足液體動壓潤滑油膜形成的第一個條件，油膜將失去承載能力。(如圖3-5(c)3 徑向滑動軸承的幾何關系和承載能力圖 3-6 滑動軸承幾何關系圖徑向滑動軸承的幾何關系，如圖3-6所示?；緟?shù): -軸頸中心，一軸承中心，起始位置F與重合，軸頸直徑d，軸承孔直徑D根據(jù)以上基本參數(shù)可以直接計算出:直徑間隙：=D一d半徑間隙：相對間隙：偏心距：偏心率：整理得任意位置時油膜厚度為

52、 h=+ecos=1+cos=r1+cos （3-3） 壓力最大處時油膜厚度 h0=1+cos0=r1+cos0 （3-4） 當時，油膜最小厚度 （3-5） 3 徑向滑動軸承的參數(shù)選擇影響滑動軸承油膜壓力的因素很多，根據(jù)液體動壓潤滑理論，影響壓力分布的參數(shù)主要有軸承寬徑比、相對間隙、油槽開設形式、徑向載荷、潤滑油主軸轉速等。（1） 寬徑比B/d一般軸承的寬徑比B/d在范圍內。寬徑比小，有利于提高運轉穩(wěn)定性，增大端泄漏量以降低溫升。但軸承寬度減小，軸承承載力也隨之降低。高速重載軸承溫升高，寬徑比宜取小值；需要對軸有較大支承剛性，寬徑比宜取大值；高速輕載軸承，如對軸承剛性無過高要求，可取小值；需要

53、對軸有較大支承剛性的機床軸承，宜取較大值。一般機器常用的B/d值為：汽輪機B/d1；電動機、發(fā)電機、離心泵，齒輪變速器B/d一；機床、拖拉機B/d；軋鋼機B/d。（2） 相對間隙相對間隙主要根據(jù)載荷和速度選取。速度越高，值應越大；載荷越大，值應越小。此外，直徑大、寬徑比小，調心性能好，加工精度高時，值取小值，反之取大值。一般軸承，按轉速取值的經(jīng)驗公式為(n/60)4/91031/9 （3-6）式中：n為軸頸轉速，r/min。一般機器中常用的值為：汽輪機、電動機、齒輪減速器；軋鋼機、鐵路車輛；機床、內燃機；鼓風機、離心泵。（3） 粘度粘度是軸承設計中的一個重要參數(shù)。它對軸承的承載能力、功耗和軸承

54、溫升都有不可忽視的影響。軸承工作時，油膜各處溫度是不同的，通常認為軸承溫度等于油膜的平均溫度。平均溫度的計算是否準確，將直接影響到潤滑油粘度的大小。平均溫度過低，則油的粘度較大，算出的承載能力偏高；反之，則承載能力偏低。設計時，可先假定軸承平均溫度，一般取t=5075初選粘度，進行初步設計計算。最后再通過熱平衡計算來驗算軸承人口油溫t是否在3 540之間，否則應重新選擇粘度再作計算。對于一般軸承，也可按軸頸轉速n (r/min)先初估油的動力粘度，即(n/60)-1/3107/6Pas （3-7）由計算相應的運動粘度，選定平均油溫t，參照機械設計手冊選定全損耗系統(tǒng)用油的牌號。然后查圖，重新確定

55、t時的運動粘度t及動力粘度t。最后再驗算入口油溫。3 徑向滑動軸承的供油結構在流體動壓徑向滑動軸承中，充足的供油量是產生動壓油膜的必要條件。向軸瓦內供油最常用的結構要素是油孔和油槽。油槽主要有兩種形式，軸向油槽和周向油槽。油孔和軸向油槽可以設計一個或兩個。軸向油槽為與直線平行的直線形油槽，其深度比軸承半徑間隙大得多，它能使?jié)櫥洼^均勻地分布在整個軸瓦寬度上，適用于載荷方向不變或變化不大，軸瓦比較寬的場合;周向油槽為環(huán)形槽，它能使?jié)櫥脱杆俜植嫉捷S瓦的整個圓周，適用于載荷方向變化超過180，甚至載荷旋轉的場合。當軸瓦較窄，可以不開設油槽，只設置供油孔。油槽(孔)的開設形式主要有以下幾種：（1）

56、單軸向油槽(孔)單軸向油槽(孔)的位置最好在最大油膜厚度處，但是，因為偏位角隨載荷、轉速和轉向變化，所以只有在穩(wěn)定工況下最大油膜厚度的位置方向穩(wěn)定。為此常把單軸向油槽(孔)設在載荷方向的反方向，該位置與最大油膜位置比較接近，沒有很不利的影響。當載荷方向不變時，可在與載荷作用方向垂直、靠近最大油膜厚度一側的半徑方向設供油槽(孔)。剖分軸瓦通常把該位置作為剖分面，這時供油槽就設在剖分處。這樣的單軸向油槽(孔)供油的軸承，軸頸只能按指定方向旋轉，如圖3-7所示。圖 3-7 單軸向油槽（2） 雙軸向油槽(孔)雙軸向油槽或雙油孔一般設在垂直于載荷方向的直徑上，這種軸承只能允許軸頸正、反兩個方向旋轉。通常

57、軸向油槽應較軸承寬度稍短，以便在軸瓦兩端流出封油面，防止?jié)櫥蛷亩瞬看罅苛魇?，如圖3-8所示。圖 3-8 雙軸向油槽（3） 周向油槽周向油槽一般設在沿寬度方向軸瓦中央的圓周上，有全周油槽和半周油槽。周向油槽適用于載荷方向變動范圍超過的場合，它常設在軸承寬度中部，把軸承分為兩個獨立的部分；當寬度相同時，設有周向油槽軸承的承載能力低于設有軸向油槽的軸承，如圖3-9所示。圖 3-9 周向油槽對軸承承載能力的影響3.4 液體動壓徑向滑動軸承設計舉例設計壓力供油包角為180的全周液體動壓軸承。已知徑向載荷F=100000N，軸頸直徑d=200mm、軸承寬度B=200mm、軸頸轉速n=500r/min，供

58、油壓力PE，進油溫度t1=35-40，軸剛度較高1。.1 主要技術指標原始數(shù)據(jù)：軸向載荷：F=100KN 軸徑直徑：d=200mm 軸轉速：n=500r/min 軸承寬度B=200mm.2 選擇軸承材料和結構選擇軸承結構為剖分式，由題意得，該軸承為全周液體動壓供油，軸承包角為1800選擇軸承寬徑比 由題目可得B/d=。計算軸承寬度 B=200mm計算軸頸圓周速度v=r1000=60100.51000=5.23m/s （3-8）計算軸承壓力P和PV值p=FBD=4800012096=2.5MPa （3-9）p=5.232.5=13.1MPam/s （3-10）選擇軸瓦材料 查機械設計手冊，選定軸

59、承材料為ZCuSn10P1。3.4.3 潤滑劑和潤滑方法的選擇1.選定潤滑油牌號 查機械設計手冊，選擇L-AN68全損耗系統(tǒng)用油2.選定平均油溫 現(xiàn)選平均油溫 tm=503下油的潤滑粘度：查機械設計手冊知=0.04Pas.4 確定軸承相對間隙1.計算相對間隙 =0.61.0410-3=0.61.045.2310-3 （3-11） =0.00090.00152.選用配合 F6d73.計算許用間隙 max=0.295200=0.001475min=0.22120=0.0011max=max-min2=0.001475-0.00112=0.0013 （3-12）4選擇間隙 =0.001253.4.5

60、 計算承載系數(shù) Sn=F2BD=2.075 （3-13）3.4.6 求偏心率 由Sn=2.075，BD=1，查手冊得=0.7133.4.7 計算最小油膜厚度hmin=R1-=0.00358mm （3-14）3.4.8 計算許用最小油膜厚度 1、選擇粗糙精度等級軸頸表面磨削，Rz1=3.2m軸瓦表面精鏜，Rz2=6.3m 2、計算y1、y2y1=1.595pDBD4+1.81BD2 （3-15） =1.5952.50.2(14+1.8112） =2.24m 由于軸剛度較大，y2忽略不計3、計算許用最小油膜厚度hmin=(Rz1+Rz2+y1+y2) （3-16）=1.21.5(3.2+6.4+2