CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用

田樹金 李海深 張濤

◆摘? 要：機械工程設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，不僅僅是機械零部件的圖形設(shè)計，還需進行設(shè)計計算、分析，運動機構(gòu)之間的協(xié)調(diào)改進，以及力學(xué)傳遞方式的設(shè)計等，以為后續(xù)機械產(chǎn)品的生產(chǎn)提供指導(dǎo)與參考。CAD基于計算機運行，具有輔助機械工程設(shè)計的作用，采用CAD技術(shù)的繪圖功能、圖形庫、計算功能等，進行機械工程設(shè)計的繪圖、建模、分析、調(diào)整等，有利于機械工程設(shè)計質(zhì)量的提升，加快設(shè)計的速度，進而產(chǎn)生良好的設(shè)計效益。

◆關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);機械工程設(shè)計;機械設(shè)計

1CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用途徑

1.1使用CAD繪制圖形

機械工程設(shè)計受到二維平面設(shè)計圖本身的限制，一個機械零部件的設(shè)計，需采用不同的視圖，在尺寸標(biāo)注環(huán)節(jié)增加了出錯的概率，而且同一部件的尺寸數(shù)據(jù)標(biāo)注在不同的平面視圖中，使得錯誤不容易被發(fā)現(xiàn)，進而牽連到后續(xù)的機械設(shè)計進度，甚至形成返工問題。因此，在機械工程設(shè)計中，使用CAD技術(shù)的繪圖功能，構(gòu)建零部件的三維模型，使設(shè)計的零部件直觀的呈現(xiàn)出來，設(shè)計人員使用CAD軟件的圖形繪制功能、圖形編輯功能、圖形庫等，快速的繪制出機械工程想要的三維模型，而且設(shè)計零部件上標(biāo)注的尺寸，可靈活的調(diào)整，尺寸數(shù)據(jù)之間具有關(guān)聯(lián)性，調(diào)整一個尺寸，關(guān)聯(lián)的其他尺寸可自動調(diào)整，設(shè)計人員可直觀看到設(shè)計模型的變化，提高了設(shè)計繪圖的效率與質(zhì)量。

1.2開展機械工程設(shè)計分析

CAD技術(shù)在其中的應(yīng)用，不僅可進行模型的建造和出圖，還可利用其進行產(chǎn)品構(gòu)思、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析，使機械工程設(shè)計的過程成為設(shè)計分析、完善的過程。其中，CAD與建模后的有限元分析是設(shè)計分析中的重點，CAD與有限元分析軟件相連接，對機械設(shè)計開展零件之間接頭測試，精確模擬關(guān)節(jié)，以及檢測不同部分之間的連接情況等。通過設(shè)計的有限元分析，對CAD模型進行細節(jié)性的調(diào)整與優(yōu)化，以達到設(shè)計精確度提升的目的。

1.3借助CAD建模

CAD屬于計算機輔助設(shè)計軟件，已經(jīng)具備了三維模型設(shè)計功能，建模技術(shù)發(fā)展日益成熟，在CAD軟件操作界面專門設(shè)有建模工具欄，通過拉伸、放樣等操作，以完成線框模型、表面模型、實體模型等的構(gòu)建。CAD技術(shù)建模可基于二維設(shè)計圖，通過設(shè)計人員的空間想象力，將二維圖形三維化處理，設(shè)計細節(jié)處理到位，并可使用不同形式的三維模型進行機械工程設(shè)計作品的線框、外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展示，三維模型的直觀性、可調(diào)整性較好，設(shè)計參數(shù)更為的準(zhǔn)確，為后續(xù)的設(shè)計優(yōu)化與生產(chǎn)打好前期鋪墊。

1.4進行設(shè)計質(zhì)量控制

CAD有著強大的幾何造型、特征計算、繪圖等功能，使用這些功能可以有效控制機械工程設(shè)計的質(zhì)量。在CAD繪制機械圖形過程中，實時呈現(xiàn)設(shè)計的效果，設(shè)計人員根據(jù)圖形觀察，結(jié)合機械工程設(shè)計的需要，及時糾正設(shè)計中的錯誤與偏差，以提高設(shè)計的質(zhì)量與效率。

2CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用實例

2.1設(shè)計實例

以農(nóng)業(yè)機械CAD設(shè)計為例，采用CAD技術(shù)設(shè)計拖拉機的液壓懸掛裝置，組成結(jié)構(gòu)主要有液壓系統(tǒng)與懸掛機構(gòu)兩個部分，以下針對懸掛機構(gòu)中的提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿，采用CAD技術(shù)進行設(shè)計。

2.2設(shè)計要求

①懸掛機構(gòu)中的提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿等的尺寸，需符合農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊的要求，保證牽引裝置的通用性;②牽引力需穩(wěn)定、可靠，確保作業(yè)深度的靈活有效控制;③應(yīng)具有限位設(shè)計，形成懸掛機構(gòu)擺動的有效控制;④整個機構(gòu)需方便于拖拉機的行駛。

2.3設(shè)計方案

本次采用三點懸掛設(shè)計，懸掛機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中的1為下拉桿，主要的功能是傳遞牽引力，并可輔助提升臂提升農(nóng)具;2為上拉桿，主要用于農(nóng)具俯仰的調(diào)整;3為提升臂，提升臂具有提升農(nóng)具的作用，帶動提升桿與上拉桿進行動作;4是提升桿，其為中間構(gòu)件，主要的功能是傳遞牽引力。

2.4CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用CAD進行拖拉機三點懸掛機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用CAD繪制出機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，在圖中進行懸掛結(jié)構(gòu)尺寸與文字的標(biāo)注，具體設(shè)計內(nèi)容如下，①提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿等繪圖、尺寸標(biāo)注，以及設(shè)計下懸掛點動作范圍，與拖拉機的相對位置等;②提升高度設(shè)計，整個機構(gòu)的動作幅度、原始高度、可調(diào)節(jié)范圍等;③瞬心位置設(shè)計，依據(jù)拖拉機的規(guī)格查看農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊進行具體參數(shù)的設(shè)定，如果牽引的農(nóng)具較為特殊，可在CAD設(shè)計圖中進行尺寸的調(diào)整。

3結(jié)語

CAD技術(shù)屬于計算機輔助設(shè)計軟件，設(shè)有繪制圖形、編輯圖形、三維建模、標(biāo)注尺寸、書寫文字等功能，使其具備在機械工程設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢。機械工程設(shè)計人員基于計算機與CAD軟件進行機械產(chǎn)品的設(shè)計，突破傳統(tǒng)二維圖形設(shè)計的制約，在機械工程繪制圖形、建模、設(shè)計分析、設(shè)計質(zhì)量控制等中應(yīng)用CAD技術(shù)，全面提高了機械工程設(shè)計的精度與質(zhì)效。

參考文獻

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