轴承建库毕业设计.docx

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轴承建库毕业设计

毕业设计（论文）

系别

机械工程系

专业班级

学生姓名

指导教师

基于SolidWorks的滚动轴承

标准零件库的建立

摘要

CAD软件的二次开发对于机械设计过程的简化有着重要作用，能够大大节省开发人员的精力和时间.本课题将以SolidWorks为开发软件，以滚动轴承标准零件库的开发过程为例，详尽介绍和探讨了一种CAD软件的二次开发过程。

首先，详细介绍了CAD的发展过程和SolidWorks这种软件的特点，与其他一些CAD软件进行比较，指出在SolidWorks上二次开发的优点。

其次，选取滚动轴承开发对象，查阅机械设计手册，对各式滚动轴承的机械特性进行查阅和分析。

再次，截取草图和已经生成的实体图形，介绍深沟球轴承和圆柱滚子轴承在SolidWorks中的造型过程，了解轴承在这种软件中的画法，为后面的零件库的建立打下基础。

最后，完成零件库的数据和先前的造型结合，完成SolidWorks中滚动轴承的二次开发，并对SolidWorks的二次开发进行总结和展望。

关键词：

SolidWorks；二次开发；滚动轴承；零件库

EstablishmentofStandardizedElementsofRollingBearingBasedonSolidWorks

Abstract

Re-developingabouttheCADsoftwareisveryimportantofsimplifyingmachinedesign.Developercouldsparemuchmoreenergyandtime.ThisissuewilltalkaboutRe-developingabouttheCADsoftwarewhichdevelopingstandardizedelementsofantifrictionbearingfromSolidWorks

First，thecharacteristicfeatureofSolidWorksshouldbetalkedabout，whichdifferentofotherCADsoftwares，andshowclearlyadvantageofSolidWorksinsecondarydevelopment.Second，selectingantifrictionbearingsinthemachinedesignhandbook，analysingthemechanicalcharacteristicofantifrictionbearings.Third,introducinghowtomouldingdeepgrooveballbearingsandcylindricalrollerbearinginSolidWorks，ourstandardizedelementswillbaseonthat.Theend，linkingdataandstandardizedelements，finishedthedevelopingstandardizedelementsofantifrictionbearing，andlookintothedistancethefutureofSolidWorksinsecondarydevelopment

Keywords：

SolidWorks；Secondarydevelopment；rollingbearing；Standardizedelement

1绪论

1.1CAD技术介绍

CAD技术起源于美国，它经历了一个由二维设计技术向三维设计技术发展的过程。

早期的二维CAD技术实际上是计算机辅助绘图，在工作过程中需要第一象限平行正投影的二维视图表达规则，用有限个相关联的二维投影图表达自己的三维设想，没有达到真正意义上的计算机辅助设计的功能，这就为三维CAD技术的产生提供了可能性。

1.2发展历程

三维CAD技术发展到现在已经历了4次技术革命：

第一次技术革命是曲面造型系统。

20世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，只能表达零件的基本几何信息，不能有效表达零件几何数据间的拓扑关系，缺乏形体的表面信息。

20世纪70年代出现的曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的工作方式，使人们可以用计算机进行曲线、曲面的处理操作。

它的出现，首次实现了计算机完整描述产品零件的主要信息，这对于

第二次技术革命是实体造型技术。

由于曲面造型技术只能描述零件形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、转动惯量等，对与之相关的CAE技术十分不利。

于是，1979年美国的SDRC公司推出了世界上第一个基于实体造型技术的大型CAD／CAM软件——I—DEAS。

因为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，因而给设计带来了惊人的方便。

第三次技术革命是参数化设计。

20世纪80年代末期，美国的参数技术公司PTC研制出名为Pro／ENGI—NEER的参数化软件，从而引领三维CAD技术进入了参数化时代，其主要特点是：

基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

第四次技术革命是变量化技术。

SDRC公司以参数化技术为蓝本，提出了更为先进的实体造型技术——变量化技术。

变量化技术既保持了参数化技术的优点，同时又克服了它的不足之处。

它的成功应用，将为CAD技术的发展提供更大的空间和机遇。

CAD发展的历史至今已逾40年，目前流行的CAD技术基础理论主要有Pro／ENGINEER为代表的参数化造型理论和以I—DEAS为代表的变量化造型理论两大流派，它们都属于基于约束的实体造型技术。

随着计算机技术的不断发展，模块与网络的运用，使三维CAD技术更加全面而实用。

1.3现代CAD技术的特征：

（1）参数化造型技术

参数化即可以定义建立实体的参数，参数化技术，顾名思义，即为可以参数化设计实体模型。

参数化设计亦叫尺寸驱动，可十分便利地实现复杂的三维零件实体造型，生成复杂的装配图和工程图。

利用参数化设计手段开发，可使设计者从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，并可以大大提高设计速度，减少信息存储量。

（2）变量化造型技术

变量化造型技术是在参数化造型技术基础上的进一步改进，保留了参数化设计的基本特征及全数据相关的特点，在全尺寸约束方面变为将形状约束和尺寸约束分开来单独考虑。

如此一来，可以让设计者对实体上的任意特征实时地进行编辑修改，操作更便捷，可更好地表达设计意图。

变量化造型技术的基础是主模型技术，包括几何信息、形状特征、拓扑关系等，实现了整个产品设计过程中数据结构的完全一致，为之后的协同设计与丙型设计打下良好基础，解决了参数化技术中的曲面问题。

（3）大型组件设计技术

组件，即应用模块，至少应满足两个技术条件：

一是功能上自足，互不重叠对象；二是各模块之间的接口定义清晰。

几乎所有的三维CAD软件都有由下而上的设计功能，即先设计零件，再逐步建立组件。

新的组件技术则是先以组件外观为基础，对半组件或是零件去做设计，产生了由上而下的设计效果。

通过双向设计方法及理念，由于此技术是将组件与实体分隔，因此在同一环境中可包括多个实体，使用者可以将不同实体定义为一个组件去完成由上而下的组件设计。

（4）Internet技术

运用此技术，使设计可在设计室和绘图室以外进行，并且可以使设计贯通于企业的完整生产和销售过程之中。

Internet技术是最为高效的设计集成方式，令设计具有高度的互动性，并使协同化设计和并行化设计成为可能，大大缩短了开发时间。

2SolidWorks简介

2.1SolidWorks的特点

SolidWorks是达索系统开发的基于Windows平台上的一款三维造型CAD软件，是实行数字化设计的软件，在国际上得到设计者的广泛应用。

它同时具有一个开放的系统，可以添加各式插件，而添加各种插件之后，可以实现产品的三维建模，装配校验，运动元仿真，有限元仿真，加工模拟，数控加工及加工工艺的制定，以保证产品从设计，工程分析，工艺分析，加工过程与制造过程中的数据一致性，从而真正的实现产品的数字化设计和制造，并大幅提高产品的设计效率和质量。

SolidWorks的操作界面完全使用Windows风格，具有人性化的操作界面，从而拥有使用简单，操作方便的特点，它是一个基于特征，参数化的实体造型系统，具有强大的实体建模功能，同时也提供二次开发环境和开放的数据结构。

Solidworks软件具有如下主要特点：

1）“全动感的”用于界面

该软件提供了一套完整的动态界面和鼠标拖动控制，利用FeatureManager设计树可以很好地通过管理和修改特征来控制零件、装配和工程图；PropertyManager提供了非常方便的查看和修改属性操作，减少了图形区域的对话框，是设计界面简捷、明快；ConfigurationManager可以很容易地建立和修改零件或装配的不同形态，大大提高了操作效率。

2）完全关联性

该软件所有模块完全关联。

用于在产品开发过程中的任何一个环节进行的修改都会被传送到整个设计中，同时自动将另建模型、装配模型、工程图等文档进行更新。

3）配置管理

配置管理可在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体，是该软件非常独特的功能，设计零件设计、装配设计和工程图。

4）数据交换

Solidworks提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换，通过标准数据格式可以与其他CAD软件如Pro/ENGINEER、UG、MDT和AutoCAD等进行数据交换。

5）协同设计

Solidworks提供了技术先进的工具，可通过互联网进行协同工作。

如通过eDrawings共享CAD文件；通过3DContentCentral为全球的机械工程师提供实时更新的模型零件库；通过三维托管网站展示生动的实体模型等。

6）用户

SolidWorks提供了自由、开放、功能完整的API开发工具接口，用户可根据实际情况利用VisualBasicforApplications、VisualC++，以及其他支持OLE的开发程序对其进行二次开发。

7）合作伙伴计划和集成软件

作为“基于Windows平台的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统”的核心软件，SolidWorks提供了产品的解决方案。

对于产品的加工、分析以及数据管理方面，SolidWorks公司“合作伙伴计划”大大拓展了SolidWorks在整个机械行业中的应用，是用户可以从更广的范围内选择各个方面的软件。

2.2SolidWorks实体建模思路简介

SolidWorks生成某一实体，其基本思路都是先绘制一个二维平面草图，而后通过拉伸，旋转等步骤，生成一个三维实体造型，而后，在生成的实体上，在绘制草图，继续修饰（如阵列，镜像，曲面等），最后就能得到我们所要的理想实体。

在创建实体的中，我们首先注意的问题是选择绘图平面，绘图平面可以是三个基准面或者已经存在的平面。

如果不能正确的选择绘图平面，那么我们就无法在绘制结束二维草图后，去获得理想的三维实体模型。

其次是草图方面问题，草图包含三方面的信息，即形状，几何关系和尺寸标注，它的作用在于为特征服务（离开了特征，草图就失去了存在的意义），草图服务于零件的各个特征。

如何合理而快速的建立零件的特征，与绘制草图的过程有很大的关系。

绘制草图时，应该注意以下几个问题：

1）零件的第一副草图应该和原点定位，以确定在特征空间的位置.

2）要非常清楚草图的平面位置，一般情况下采取正视于命令，使草图平面和屏幕平行

3）任何草图绘制时只需要绘制大概形状和位置关系，要利用几何关系和尺寸标注来确定几何体的大小和位置，有利于提高工作效率。

4）尽管SolidWorks不要求完全定义草图，在绘制草图中最好使用完全定义的草图。

合理的标注尺寸和添加几何关系反映了设计者的思维和机械设计能力。

5）善于利用属性管理器中的各元素参数，修改元素的形状和位置。

6）根据建立特征的不同以及特征间的相互关系，确定草图的绘图平面和基本形状。

7）每一幅草图应该尽量简单，不要包含复杂的嵌套，有利于草图的管理和修改

关于实体生成，有以下的一些介绍

1）旋转：

要有一条中心线和轮廓，在同一草图平面，轮廓不能和中心线交叉

2）扫描：

通过沿着一条路径移动轮廓（截面）来生成实体。

轮廓和路径不在同一平面

3）放样：

多个轮廓生成放样，仅第一个或最后一个轮廓可以是点

4）在许多种情况下，零件具有不同的变种和类型，两个或两个以上的零件具有相同的特征，但在一些局部特征或局部尺寸上存在差异，这种情况下可以对同一个零件的特征使用不同的尺寸，或者压缩其中一个特征以形成另一个零件，SolidWorks把这种方法称为配置。

5）可以使用系列零件设计表来控制草图的特征定义和尺寸

2.3SolidWorks与其他CAD软件比较

现在比较流行的CAD软件类型十分多，比如PROE，UG等等，现在以PROE为例，比较一下与SolidWorks的区别，说明采用SolidWorks的原因

1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。

1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。

经过10余年的发展，提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境，已经成为三维建模软件的领头羊。

Pro/ENGINEER的主要特点如下。

1）全相关性

Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。

这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。

2）基于特征的参数化造型

Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。

通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。

3）装配管理

Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。

高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。

4）易于使用

菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。

和Pro/ENGINEER相比，SolidWorks具有一下优点。

1）SolidWorks的易学易用提高了使用者的生产力。

易学易用是选择CAD软件的重要指针之一。

SolidWorks基于这样的理念开发了以Windows为操作平台与窗口一样易于操作的CAD软件，也因为这样的一个基础有许多的窗口操作功能与特性巧妙的融合于SolidWorks的操作之中，就像平常使用窗口软件的功能一般。

例如：

在Word中要将文字做搬移、复制到其它的位置；你可以使用非常熟悉的窗口Icon指令：

剪下、复制然后再贴上。

同样的你也可以使用或键来复制或搬移到新的位置。

SolidWorks让这方便的技巧遍及整个系统的操作，使用者可以复制、贴上或是拖曳到所需的位置上，就如同使用Word或Excel一样简单、方便。

在SolidWorks中使用者可以利用拖曳置放的操作特性快速的将圆角、除料（孔）、填料伸长等特征复制或搬移到另一新的位置。

使用者可以运用这样的操作方式横跨不同的档案间的操作；甚至是经由因特网也可以进行这样的操作。

SolidWorks这样易于操作的特性让使用者可以全心的专注于设计工作上而不是专注如何学习操作软体。

而这些令人熟悉且又简单方便的操作方式并不完全可以在Pro/E的野火版之中（之前的版本更不用说），当然有些操作是如窗口操作一般但是这些操作仍有大量的使用如下拉菜单（菜单）、或必须透过多次鼠标的点选来达到目的。

Pro/E原本是建构于UNIX系统，虽然PTC尝试着让Pro/E的野火版能够融入如窗口操作般的易学易用，但是野火也仅是将使用者接口仿真为Windows的窗口接口，但是也只有少数几个功能有支持这样的操作；所以Pro/E的使用者将必须学习二种不同的操作接口：

一个是旧有的下拉式选单，一个是视窗的操作方式。

所以无形之间有越来越多的Pro/E使用者喜欢使用像SolidWorks这样与窗口操作一样简便的CAD软件。

2）非常低的版本更新率非常多的Pro/E使用者尚未升级到野火（Wildfire）

到2003年11月大约只有25%的使用者升级到野火版。

如果以野火从2003年的二月开始交货的日期来看，这样的升级比率并不高。

非常多具有Pro/E操作经验的使用者，他们使用野火后发现这版本使得其生产力、使用效率大幅下降；例如找不到相关功能的位置…等等。

因为新的版本接口出现非常大的变化：

如指令的位置的改变、指令名称变更、甚至连操作方式、选取方式都与旧有的操作方式大相径庭。

这些有经验的

Pro/e使用者正在努力的重新学习新的操作技巧，也就因为必须重新接受训练所以连带的使得使用效率与生产力大幅的滑落，所以很多用户选择了不予升级的决定。

当部份用户决定升级到野火版的同时其中却有大多数的用户无法确切的体认到新版的生产效率到底在哪里？

而这除了消耗了宝贵的效率也虚掷了升级费用。

大多数的使用者其实只想要有快速运用于工作上的实用功能，而不是去研究新版有什么可用的功能。

3）Wildfire的不稳定性与少量的新增功能让Pro/E使用者裹足不前

对于已经发行的野火版质量的疑问这已经不是一个秘密了，也就是说当用户花了为数不小的维护费用所换来的确是非常少的特点或创新功能。

而且据说野火的原始码有超过三分之一是重新撰写的；这也就说明了为什么野火版的质量与效能上一直让人无法放心的原因，用户对于这样的技术发展的采用也相对的裹足不前。

在2003年底时有Pro/E的用户发现了严重的问题（Bug），使得暂停野火的出货直到2004年的一月。

也就是说中间有一段很长的时间使用野火是有严重的问题的，而这整个问题的发生与Pro/E原先是架构在UNIX下的应用软件有极大的关系。

4）SolidWorks的采购成本低于Pro/E

严格说来采购成本不单单只是第一次采购的费用；没错它是一个重要因素之一可是其中还有很多是要考虑进去的。

如训练费用、软件维护费用（甚至维护收费的方式）；更重要的是使用者上线的速度（牵涉到整体使用效率）等等这些都是当要选用一个好的设计工具应该要列入考虑的范围。

而SolidWorks除了提供较低的采购成本，另外SolidWorks的易学易用特性也就相对减少人员训练的直接费用成本与时间上的成本，而维护成本的计算方式也与Pro/E有着不一样的方式；所以SolidWorks不论是直接或间接的成本都远低于野火版，对于用户的冲击也降至最低。

野火版有一个简易版（Pro/Foundation）虽然与SolidWorks的价格差不多，可是如果将野火简易版的功能（Pro/Foundation）提升到与SolidWorks差不多的功能时其价格将约是SolidWorks的四倍之多。

野火版有一个简易版（Pro/FoWindchillProjectLinkundation）并不包括进阶曲面、进阶组合件的功能，同时也不包含WindchillPDMLink或WindchillProjectLink。

5）SolidWorks更具发展潜力以及完整的解决方案

另外要考虑的重要因素：

公司健全的财务将使得用户使用设计工具没有后顾之忧。

从SolidWorks宣布的财务报告看来不论收入或套数每年都是呈现成长的状态；尤其自从SolidWorks加入达梭集团（DassaultSystemes）后从达梭获得更多的技术支持（如撷取CATIA强大的功能至SolidWorks中），因此使得SolidWorks已建立起如旗鉴级的产品，并于财务的贡献有强大的帮助。

由年度的报告可以预知SolidWorks仍将是达梭集团中高成长的一员。

相对来看，从PTC的财务报告来看就不是如此的强大，我们从以下的报告来看

PTC已经连续10个月呈现下滑的现象，大约亏损$220（百万美元）。

在2003年的第四季，PTC亏损$38（百万美元）。

从1999年9月以来收入已减少39%，也就是从$280$170（百万美元）。

在1998年年底PTC全球大约销售6000套/（季），但是现在大概不到3000套/（季）。

CAD新套数的收入也从$150（百万美元）降到$55（百万美元），几乎是原来的三分之一；若以同期来比较大约只有12%是属于新用户，由此可见目前PTC的重点已不在新用户的开发，而仅是照顾其现有的用户。

由于以上的事实也使得PTC的股价一度从最高中35美元跌破$4（美元）。

6）SolidWorks已居3D软件领导地位

使用者应该要考虑对于开发他们下一代产品要使用何种设计工具以及简易的训练就能有效的提升他们的效率。

SolidWorks已经非常快速的成为3D设计软件的领导地位；现在已经有超过380,000个使用者

选择了SolidWorks来当作他们的设计工具。

事实上采用SolidWorks为使用的工具其速度远超过任何的3D产品，而其每年销售的套数更几乎是Pro/E的2倍。

从最近的五年来看：

PTC的市场占有率已逐渐被SolidWorks所取代。

这点非常重要；因为一套软体要能持续的增强所依赖的就是新的销售与维护的费用而来，而当这二个重要的收入来源严重下滑的话将使增强软件功能所需的经费受到影响，当然相对的将使其竞争力跟着下滑；这点我们可以从

Pro/E2.0版到目前的野火版这五年之间仅小幅的增强功能中看出端倪。

PTC目前正寄望野火版的推出可以停止销售下滑的趋势，只是以目前的状况看来似乎仍有很大的困难。

7）100%的专注

当用户在选择他们的产品设计工具的另一个重点是：

这家公司是否全心全意的专注于软件功能的开发上。

从一开始到现在SolidWorks都是专注于软件功能的增强、创新以及提供最佳的产品效能上。

而这个很容易的反应在SolidWorks的成长数据上。

反观PTC现在把重心移转到“Windchill”以及相关的解决方案上，而这是属于ERP、SCM以及CRM的范围，所以长久以来直到野火版才加上少许的易用方面的接口与功能。

PTC在2003年的10月23日宣称以MCAD市场来看已经是处于”相当饱和的状态，而且PTC也不期待以后会有显着的成长曲线，所以这成长曲线将依靠“Windchill”来带动；假如PTC是这样的认为我们又如何期待野火有更佳的效能与功能。

8）拥有最佳的合作伙伴

工程师除了需要好用的设计工具之外其它的应用工具也是不可少的；例如CAE（线性/非线性有限元素分析、机构运动仿真、流体）、CAM、ERP、PDM等等。

从一开始SolidWorks就提供良好的应用软件开发环境，透过开放的开发环境让各种应用程序可以与SolidWorks完整的整合在一起；并且透过SolidWorks的认证使得这些应用程序得以在“单