毕业设计论文-在机械工程中CAD的应用和分析

合肥通用职业技术学院毕业设计论文题目：在机械工程中CAD的应用和分悉系别：机械工程系专业：机电一体化学制：三年姓名：陈萌萌学号：11090302指导教师：房老师二O一一年十月十六日指导教师评语及成绩：指导教师：20年月日摘要目前，随着制造业的迅猛发展，人们逐渐意识到计算机辅助设计的广泛实用性。本文介绍了当前CAD的相关基本知识，以及当前企业机械设计过程中存在的几个问题及相应的解决方法。为企业提高机械设计水平提供借鉴作用。计算机辅助设计以其强大的辅助图形设计和三维实体造型功能必将改变传统的绘图方式，使绘图工作变得更轻松而高效。关键词计算机辅助设计（CAD）机械设计机械工程目录第一章机械工程中计算机辅助设计（CAD）概论分析1.1概述...................................11.2CAD的基本概念.................................11.3CAD技术现状........................................2第二章CAD技术在机械设计的应用2.1概述.................................................32.2CAD技术在结构设计及分析中的应用.....................32.3CAD技术在齿轮传动设计中的应用.......................3总结..............................................9参考文献..........................................9致谢词............................................10第一章机械工程中计算机辅助设计（CAD）概论分析1.1概述工程计算机辅助设计（EngineeringComputerAidedDesign，简称工程CAD）是用计算机硬件、软件系统辅助工程技术人员进行产品或工程设计、修改、输出的一门多学科的综合性应用新技术。它是随计算机、外围设备及其软件的发展逐步形成的高技术领域。经过最近40多年的发展，CAD技术在国内外被广泛应用于机械、电子、航空、建筑、纺织、化工、环境及工程建设等各个领域。从20世纪80年代开始，CAD技术应用工作在我国逐步得到开展，经过“七五”的努力，取得了明显的经济效益。采用CAD技术后，工程设计行业提高功效3~10倍，航空、航天部门二科研试制周期缩短了1~3倍，机械行业的科研和产品设计周期缩短了1/3~1/2，提高功效5倍以上；特别市近些年，我国在CAD应用和开发方面，取得了相当大的进展，二维CAD技术已经趋于成熟，三维CAD技术正处于蓬勃发展时期。当然，从总体水平上讲，我国CAD技术水平与国外工业发达国家相比还有很大的差距；各地、各行业CAD技术的应用、发展上不尽一致，特别是在CAD技术应用的广度和深度上，以及对CAD普及发展作用的认识方面，仍然存在着需要解决的问题众所周知，人才培训是开展CAD应用工程的重要环节之一，只有广大的工程技术人员掌握了CAD技术，才有可能使之转化为生产力，促进CAD技术向纵深方向发展。20世纪90年代初期国家科委、国家教委等八部就开始联合推广“CAD应用工程”，先后建立了八大CAD培训基地、几百个培训网点，开展CAD技术的普及推广工作。推广CAD技术的重要意义:它是加快经济发展和现代化的一项关键性技术，是提高产品和工程设计的技术水平，降低消耗，缩短科研和新产品开发以及工程建设周期，大幅度提高劳动生产率的重要手段；是科研单位提高自主研究开发能力，企业提高应变能力和管理水平，参与国际合作和竞争的重要条件；也是进一步向计算机辅助制造(CAM）、计算机集成制造系统(CIMS)发展的重要基础。CAD技术及其应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。了解CAD的发展历史，有助于我们更好地、更有效地应用这门新型技术。1.2CAD的基本概念1973年，当CAD处于发展初期的时候，国际信息联合会给CAD一个广义的定义：“CAD是将人和计算机混编在解题专业组中的一种技术，从而将人和计算机的最佳特性结合起来。”人具有图形识别的能力，具有学习、联想、思维、决策和创造能力，而计算机具有巨大的信息存储和记忆能力，有丰富灵活的图形和文字处理功能和高速精确的运算能力，上述人和计算机最佳特性的结合是CAD的目的。CAD有广义和狭义之分，广义CAD即指国际信息联合会给CAD定义的一切设计活动；而狭义的CAD是指工程CAD，是在产品及工程设计领域应用计算机系统，协助工程技术人员完成产品及工程设计的整个过程。在方案设计及技术设计阶段，CAD应用尤为广泛。CAD系统则是指进行CAD作业时，所需的硬件及软件两大部分集合。一个完整CAD系统的硬件部分应包括主机、图形输入设备、图形显示器及自动绘图机。它区别于一般事务处理计算机系统之处，主要在于CAD系统具有较强的图形处理能力。在CAD工作中，计算机的任务是、实质是进行大量的信息加工、管理和交换。也就是在设计人员初步构思、判断、决策的基础上，由计算机对数据中的大量设计资料进行检索，根据设计要求进行计算、分析及优化，将初步设计结果显示在图形显示器上，以人机交互方式反复加以修改，经设计人员确认后，在自动绘图机及打印机上输出设计结果。1.3CAD技术现状CAD技术经历了二维绘图、三维线框、曲面造型、实体建模、变量化设计、参数化造型、特征建模、复合建模、准配及参数化、智能化设计等阶段。随着计算机硬件的不断发展，目前CAD软件技术的发展具有如下几个方面特点。易用性硬件平台微机性性能大大提高，价格大幅度下降，使得原来只能在UNIX操作系统上运行的高档CAD软件纷纷转移到微机平台上，从而大大降低了CAD系统的总投资。软件环境大量的计算机用户非常熟悉微机的操作系统，它几乎成为无需培训便可使用的软件环境。由于大量的CAD软件采用微机操作系统作为平台，因此提高了CAD系统的易用性。网络环境并行工程和协同工作已经成为CAD行业无可争议的发展方向，因此CAD软件还需要解决不同人员，不同地点之间的数据共享问题。Wed技术是解决这个问题的理想手段，是CAD软件广泛采用的重要技术。（2）成熟性经过30多年的发展，CAD的核心技术——几何拓补学几经趋于成熟，并且逐步形成公认的图形标准。目前使用最广泛的有Parasoid和ACIS等图形核心软件。CAD软件供应商把主要精力集中在如何给用户提供更加方便、有效、快速的设计与分析的使用工具。软件的成熟性还表现在通用CAD系统的功能几乎大同小异，用户无需在软件功能的比较和选型方面下很大功夫，而应该把更多的精力放在该软件的发展策略和技术服务能力的考察上面。（3）智能型随着CAD技术不断发展，设计知识从一个零件的关键尺寸参数化逐渐发展到零件特征的参数化和装配件关键尺寸的参数化等几何知识。近几年设计知识进一步扩充到整体几何设计知识，如零件的体积、表面积、转动惯量等参数控制，甚至于控制非几何的设计知识，如规定装配件中零件的连接方式、运动部分的活动范围，从而大大提高了设计水平和设计效率。（4）集成性为了实现并行工程和协同工作，作为设计的龙头CAD软件必须尽早与下游的各项目工作进行快速有效地通信，因此CAD和CAM、CAPP、CAE的集成一直是CAD供应商追求的目标。随着产品数据管理要求的日益高涨，CAD集成到PDM系统（产品数据管理系统）也成为当前的重要课题之一。人们普遍认识到各个软件孤岛将会给整个企业的管理带来没完没了的麻烦。在实际CAD应用系统中用户通常采用混合应用模式，及一般高档的CAD软件负责复杂的零件设计、分析与加工编程；中档软件负责对一般零件的设计；抵挡软件负责绘制工程图纸；最后在高档或中档CAD软件中实现装配、虚拟样机和干涉检查。这种混合型的应用是比较经济的，但是必须解决好这三档CAD软件之间的数据交换，最好选用同一个供应商推出的无缝联接的CAD系列软件。第二章CAD技术在机械设计的应用2.1概述CAD技术在机械制造业的应用最早，也是最为广泛。采用CAD技术进行产品设计，不但可以是设计人员“甩掉图版”，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争力；还可以使企业建立一种全新的设计和生产技术管理体制，采用并进行工程，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。当今世界各大机械制造企业（如航空、航天及汽车等制造业巨头）不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。CAD技术在机械行业中的应用取得了重大成果，主要体现在以下几个方面。工程绘图和文档生成。为产品的设计提供二维工程图纸和其他设计文档。这是CAD技术在机械设计中应用最广泛、最成熟的一方面，设计人员甩掉图板在许多企业成为现实。三维造型。采用各种实体造型（如特征造型）系统来设计产品的结构，可以在计算机上得到逼真的效果，为设计者进行设计分析时提供了极大的方便。图形库的建立。为了提高设计效率，可以将标准件、通用件、常用件、符号等图形做成w图块存入图形库中，在进行产品设计时随时可将其导入。参数化和变量化设计。再设计过程中，又是零部件的形状是相同的，而它的尺寸经常发生改变。利用参数化和变量花设计工具，再设计过程中不仅可以建立图形库，而且可以改变某些零部件的尺寸，得到设计效果。如螺栓的简化画法，只需给出螺栓的直径、螺杆长度，各部分尺寸随之确定，用参数化绘图非常方便。有限元分析。有限元方法是强有力的复杂工程结构分析手段。正是有了计算机高数值计算能力，有限元分析的计算方法才得以实现。利用有限元方法可以对复杂的工程结构应力和应变分析，从而设计出良好的机器。产品数据管理(ProductDataManagement,PDM)。随着企业对计算机辅助设计技术日益广泛和成熟，各个自动化单元体系需要建立有效的信息沟通与协调方法。采用PDM技术，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术，可以提高企业的竞争力。2.2CAD技术在结构设计及分析中的应用在机械原理学科中传统的机构设计及分析通常有图解法和解析法。解析法精度较高，但常需要建立复杂的数学关系式，编写大量的计算程序，工作量很大；图解法尽管概念清楚、简单易行，但作图精度较差、效率低，有时作图也很烦琐。应用CAD技术，基于图解法的设计思路，用交互式绘图进行平面机构的设计及分析，方法简单、使用、效率高，并能达到较高的精度。2.3CAD技术在齿轮传动设计中的应用齿轮传动由于其传动准确可靠，效率高，被广泛应用于现代机械中。在齿轮设计中，通常根据使用要求、工作条件，选取设计参数，进行强度计算和几何尺寸计算，最终绘出用于加工的齿轮工作图，如图2-1所示圆柱齿轮工作图一般包括主视图、左视图、尺寸标注、形位公差标注、参数表、技术说明、标题栏等内容，如图2-2所示。图2.1圆柱齿轮工作图圆柱齿轮工作图的绘制步骤如下。开始新图作业输入命令new或图标，弹出“选择样板”对话框。选择“acadsio.dwg”样板图，开始新图作业。创建图层、并设置其颜色、线性等输入命令layer或点击图标，弹出图2-2所示对话框，单击“新建”按钮，创建图示新层。绘制图形绘制中心线打开“中心线”层，用line命令绘制中心线。绘制左视图如图2-2所示，分别在“中心线”层和“粗实线”层，用arc命令绘制相应的园。在“细实线”层，用spline命令绘制截断线4。用trim命令一线4为修剪边界，修剪图形。用break命令将园1上下处中心线打断，以便阵列出要求效果。命令：BR选择对象：（在园1上方或下方合适位置选择直线2）指定第二打断点或[第一点（F）]：@用array命令将园1和其垂直中心线环形阵列，如图2.3所示，选中“环形阵列”单选框，单击“选择对象”选择按钮选择园1和其垂直中心线，单击“中心线”选择按钮选择大圆圆心，指定“项目总数”为4、“填充角度”为-180°文本框1和其垂直中心线，阵列数目为4，用offset命令，根据要求尺寸将中心线偏移复制辅助线组3，再将其转换到“粗实线”层，然后用trim命令修即可。绘制主视图此图为左右对称图形，可先绘制出图形的左半边部分，然后镜像复制。用offset命令，根据要求尺寸将中心线偏移复制出相应的辅助线，齿跟圆6与分度圆5的距离。用line命令绘制出键槽处的辅助线，用trim命令修剪掉右侧多余线段，如图2-3所示。将辅助线转到“粗线层”。用fillet命令、“修剪”方式，一半径为3倒图中两处圆角。用chamfer命令、“修剪”方式，一倒角距离2倒图中3处倒角。用line命令，交点7开始，捕捉直线8垂足、捕捉交点9画线。如图2-3所示.。“图层特性管理器”对话框齿轮左视图的绘制图2-3齿轮主视图的绘制1齿轮主视图的绘制2图2-3Trim命令修剪多余线段，用line命令补齐缺少线段。用mirror命令以垂直中线镜像复制图形有半部分。用hatch命令，选择“ANSI31”图案样式，填充齿轮剖面线。在“细实线”层，用line命令，捕捉齿轮端面线上的点，绘制齿向线。如图2-4。标注标注包括尺寸标注、形位公差标注、粗糙度标注等，一般前述章节中方法绘制，下面介绍机械图中的标注技巧。线性直径尺寸标注机械图中，经常多处用到线性尺寸标注，都带有前缀，但各有不同的公差形式和公差值。处理这类问题，可先设置统一标注样式进行标注，然后分别修改。设置标注样式“线性直径”如图2-4所示，在“主单位”选项卡中，设置“前缀”为“%%C”；在“公差”选项卡中，设置“方式”为“极限偏差”、“高度比例”为“0.6”、“垂直位置”为“中”；再初设上、下公差值。齿轮主视图的绘制3形位公差示例图2-4在“线性直径”样式中标注所有此类尺寸类尺寸（各种公差类型、无公差标注等）。双击修改的标注，在图2-5所示的“特性”栏“公差”特性组中修改其属性和参数值。按“Esc”键退出，选择下一个修改的尺寸标注。形位公差标注以标注图2-4所示形位公差为例。“特性”窗口“引线设置”窗口图2-5命令：qleader（或点击“快速引线”标注图标)指定第一个引线点或[设置（S）]<设置>：S（弹出图2-5所示“引线设置”对话框，在“注释”选项卡中选中“公差”）指定第一个引线点或[设置（S)]<设置>：（指定起始点1）指定下一点：（指定折点2）指定下一点：（指定折点3）此时弹出图2-6所示的“形位公差”对话框，点击“符号”栏，弹出“符号”样式栏，选择所需符号，再在“公差”栏中输入公差值，在“基准”栏中输入基准代号，“确定”即可。图2-6“形位公差”与公差“符号”对话框标注粗糙度机械制图国家标注中规定了粗糙度符号与粗糙度值字高的关系，如图2-7（a）所示，以及粗糙度文本的书写方向，有2-7（b）所示两种。图2-7粗糙度的标注方法有多种。下面介绍常见且有效的两种。用“带属性的块”标注绘制粗糙度符号如图2-8（b）所示，用line命令绘制辅助线1；用offset命令，以偏移距离7复制辅助线2、3，打开“极轴跟踪”，设置跟踪角度30°，用line命令，通过捕捉端点4，极轴交点5、6，绘制粗糙度符号，修剪、删除多余线段。(b)定义属性在命令输入“ATT”命令，弹出图2-8（a）所示“属性定义”对话框，对于图2-9（a)所示属性，设置属性“标记”为“CD”、“提示”为“输入粗糙度值”、“初始值”为“3.2”、“对正”方式为“中下”、字体“高度”为“3.5”，其余采用默认值，点击“拾取点”按钮，在粗糙度符号中上方插入点，“确定”完成。(a)“属性定义”对话框（b）粗糙度符号的绘制图2-8对于图2-9（b）所示属性，设置“对正”方式为“中上”、在粗糙度符号中下方拾取插入点。（c)定义属性图快在命令行中输入“block”命令，将粗糙度符号和属性CD一起定义为快名“CCD”的图块，拾取点1为基点。（d）标注粗糙度插入图块“CCD”，指定“插入点”、“比例”、“转角”、“粗糙度值”即可。b.用LISP程序标注粗糙度使用LISP程序定义的函数标注粗糙度更方便，其源代码如图2-9(c)所示。图2-9标注时，在命令行输入“CCD”，用户只需按照提示输入“插入点”、“旋转角度”、“字高”、“粗糙度值”，程序会自动计算出粗糙度符号尺寸