机械设计基础第15章 计算机辅助设计
计算机辅助设计的基础知识
第2章计算机辅助设计的基础知识2.1 几何建模2.1.1 图形元素的概念一个几何模型或一个图形，不管它有多么复杂，都是由基本的图形元素组成的，这些基本图形元素简称为图元（primitive或entity）对于一个计算机辅助设计系统，基本的绘图工具就是这些图元的建立工具2.1.2 图元的几何信息尺寸的大小图元的主要几何信息包括：位置的关系图形的大小是由尺寸标注表示的，尺寸标注是图形设计中的一项重要内容2.1.3 尺寸驱动的概念尺寸标注——只是对已有图形标注上尺寸图形的变化不一定引起尺寸标注的变化，反之，尺寸标注的变化也不会引起图形的变化尺寸驱动——将图形与尺寸标注关联起来图形的变化将会引起尺寸标注的变化，同样，尺寸标注的变化也会引起图形的变化这样就为设计提供了极大的方便2.1.4 图元的拓扑信息图元的相对位置图元的拓扑信息主要包括连接关系拓扑（Topology）是将各种物体的位置表示成抽象位置这些关系除了可以用尺寸进行约束以外，一般还可以使用一些约定的几何约束关系来实现这些几何约束这些几何约束关系一般包括水平、垂直、平行、共线、相切、同心、相等和对称等2.1.5 坐标系的概念♦1）世界坐标系其原点和坐标轴的方向始终固定不变世界坐标系有时又被称为绝对坐标系♦2）用户坐标系用户坐标系又称相对坐标系它是由用户自己创建的坐标系2.1.6 图块与图组的概念图块或图组就是将一组整体的图形，组成一个独立的图形块或图形组，在需要的时候把这一组图形按指定的位置插入到当前的图形中，从而避免每次重复绘制相同的图形，这样可以大大的提高绘图的效率。
2.1.7 几何模型的概念用计算机绘制的表示三维对象的图形一般称为三维几何模型。
根据造型方法不同，可以将三维几何模型分为线框模型、表面模型和实体模型2.1.8线框模型线框模型是对三维对象的轮廓描述由描述对象的线段和曲线组成线框模型的结构简单，但不能表达三维对象的面和体的特征优点：存储的数据量少，生成的速度快。
机械设计基础计算机辅助设计与制造技术
机械设计基础计算机辅助设计与制造技术在当今工业领域中，机械设计基础和计算机辅助设计与制造技术的结合已成为提高产品质量和缩短生产周期的关键因素。
通过计算机辅助设计与制造技术，可以优化机械设计流程，提高设计效率，降低成本，并最终提供更高质量的产品。
一. 机械设计基础机械设计基础是机械工程师必备的知识体系。
它包括力学、材料力学、工程热力学、流体力学等等。
在机械设计中，合理的力学和材料力学分析可以为产品的承载能力和使用寿命提供保证。
工程热力学是对机械设备和系统的热力特性研究，它在设计过程中帮助工程师选择合适的热交换器和传感器。
此外，流体力学的应用也是机械设计基础中不可忽视的一部分，帮助工程师设计液压系统和流体传输系统。
二. 计算机辅助设计计算机辅助设计（CAD）使用计算机来辅助进行机械设计工作。
通过CAD软件，工程师可以进行三维建模、设计分析、动态模拟和可视化展示等一系列操作。
CAD软件具有丰富的设计工具和模块，用于创建并修改三维模型，进行设计评估和优化。
此外，CAD软件还可以与其他工程软件集成，如计算机辅助工程、数据管理和项目管理等，以实现更高效的设计流程。
三. 计算机辅助制造计算机辅助制造（CAM）是计算机辅助设计技术的延伸，主要用于通过计算机控制自动化机械设备实现产品的制造。
CAM涵盖了数控加工、机器人技术、材料切割等多个领域。
通过CAM技术，制造过程可以更加精确和高效，并且可以减少人工操作所带来的误差。
此外，CAM软件还提供了优化的刀具路径和工艺规程，以提高加工效率和减少材料浪费。
四. 机械设计与制造技术的整合机械设计与制造技术的整合是提高产品设计和制造效率的关键。
通过CAD和CAM技术的有机结合，设计师可以在设计阶段就预先考虑到制造过程中的各种约束和需求。
例如，可以在CAD软件中模拟实际的加工和装配过程，优化设计方案，避免装配中的冲突。
此外，设计师还可以通过CAD/CAM技术生成制造指导和工艺指导，使制造过程更加准确和高效。
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素复杂，具有装配设计功能的系统需要采用的技术和手段也较 多，如前面提及的特征设计、参数化设计、相关性设计等。对 于具有装配设计功能的系统还应能够提供有关装配方面的管理 能力，如装配零件逻辑关系、装配件干涉检查、生成装配材料 明细表、零件装配关系展开图等。
⑦ CAD系统的集成化 CAD系统的集成化是将CAD和CAM集成为一个CAD/CAM
一个典型的智能CAD系统的组成如图1-6所示。
领域专家
知识获取
专家系统部分
人机界面
知识库 模式性知识 数值分析法 规则性知识
自学习机
推理机
设计资料 数据库
逻辑推理 模式联想
分析计算
CAD部分
用户
图形交互 输入输出
绘图及文 件编写
动者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
⑤ NURBS几何构型技术 NURBS（Non-Unifrom Rational B-Spilnes,即非均匀有理B
样条曲线)在CAD中用来定义复杂的几何曲面。运用NURBS技 术可以使系统在描述自由曲线、曲面以及精确的二次曲线、曲 面时，能够采用统一的算法和表示方法。用NURBS技术构造 的曲面易于生成、修改和存储，为系统提高对曲面的构造能力 和编辑修改能力打下了基础。
机械设计基础中的CAD与设计软件应用
机械设计基础中的CAD与设计软件应用在机械设计基础中，计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）和设计软件的应用是不可或缺的一部分。
CAD和设计软件的使用可以大大提高机械设计的效率和精度，同时也给设计师提供了更多的创作空间和可能性。
本文将探讨CAD和设计软件在机械设计中的应用，并介绍其在不同阶段的具体操作和技巧。
第一部分：CAD和设计软件的概述CAD是一种通过计算机技术来进行产品设计和工程制图的方法。
它通过三维实体建模、参数化设计和虚拟模拟等功能，帮助设计师在计算机上进行产品的设计和分析。
设计软件则是CAD的具体工具，包括AutoCAD、Solidworks、Creo等等。
第二部分：CAD和设计软件在机械设计的初期应用CAD和设计软件在机械设计的初期应用主要包括产品概念设计和初步的三维建模。
在产品概念设计阶段，设计师可以通过CAD软件绘制草图或进行手绘的数字化，进一步展开产品设计的构思。
在初步的三维建模中，设计师可以使用CAD软件创建基本的几何体，如球、圆柱、立方体等，并通过操作软件的工具和命令进行组合和修整，逐步形成产品的整体结构。
第三部分：CAD和设计软件在机械设计的详细建模和分析CAD和设计软件在机械设计的详细建模和分析阶段中具有重要的作用。
在详细建模中，设计师需要根据产品的实际要求和功能需求进行更加精细的三维建模，包括添加零部件、构建装配体和进行材料属性等设定。
CAD软件提供了丰富的工具和功能，使得设计师可以更加准确地模拟和展示产品的结构和形态。
在分析阶段，设计师可以借助CAD软件进行各项工程分析，如强度分析、运动仿真、流体分析等。
通过对产品的分析，设计师可以评估产品的可靠性和性能表现，并在此基础上进行优化和改进。
第四部分：CAD和设计软件在机械设计的工程制图和文档输出CAD和设计软件在机械设计的工程制图和文档输出中也起到了关键的作用。
设计师可以利用CAD软件生成二维制图，包括零件图和装配图等。
机械设计基础中的CAD原理与应用
机械设计基础中的CAD原理与应用在当今科技发展迅猛的时代，机械设计在各个领域中扮演着重要的角色。
而在机械设计中，计算机辅助设计（CAD）技术更是不可或缺的一部分，它的原理与应用在机械设计基础中具有重要意义。
本文将探讨CAD在机械设计中的原理与应用。
一、CAD的基本原理CAD是"Computer-Aided Design"的缩写，即计算机辅助设计。
它是一种通过计算机软件来辅助进行产品设计的技术。
CAD的基本原理包括几何建模、计算机图形学和数据库管理等方面。
1. 几何建模：CAD系统通过数学模型和数据结构来描述和存储设计对象。
常见的几何建模方法有参数化设计、实体建模和曲面建模等。
通过这些方法，设计师可以通过计算机精确地描述出产品的形状、尺寸和结构等信息。
2. 计算机图形学：CAD系统利用计算机图形学原理实现对设计模型的可视化和显示。
这包括三维图形的渲染、光照效果的模拟和动画展示等。
计算机图形学的应用使得设计师可以直观地观察设计模型，更好地理解和修改设计。
3. 数据库管理：CAD系统通过数据库管理设计的各种信息，包括设计规范、材料性能和生产工艺等。
数据库的应用使得设计师可以方便地查找和修改设计信息，提高设计的效率和一致性。
二、CAD的应用领域CAD技术在机械设计中的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域。
1. 产品设计：CAD可以帮助设计师快速地创建、修改和验证产品的三维模型。
设计师可以通过CAD软件进行虚拟样机的创建，从而避免了传统制造方式下的试错成本和时间成本。
2. 工装设计：CAD可以帮助设计师进行工装的设计和优化。
通过CAD软件，设计师可以在模型中模拟工装的使用情况，从而减少设计错误和提高工装的效率。
3. 设备布局：CAD可以帮助工程师进行设备布局的规划和优化。
通过CAD软件，工程师可以在模型中模拟设备的摆放和连接，从而优化设备的布局和工作效率。
4. 结构分析：CAD可以与其他工程分析软件进行集成，帮助工程师进行结构分析和仿真。
机械设计基础中的计算机辅助设计
机械设计基础中的计算机辅助设计近年来，计算机科学的迅速发展已经深深地渗透到各个领域，机械设计也不例外。
计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）成为机械设计领域一个不可或缺的工具。
它为设计师提供了准确、高效的设计方法，帮助他们更好地完成机械产品的设计工作。
在机械设计中，计算机辅助设计的应用主要体现在以下几个方面：1. 三维建模计算机辅助设计软件提供了强大的三维建模功能，设计师可以通过鼠标和键盘操作，迅速创建一个完整的三维模型。
与传统的手绘设计相比，CAD软件能够更精确地表达设计意图，并且在设计过程中可以随时修改和调整。
2. 零件装配机械产品往往由多个零件组装而成，计算机辅助设计软件可以帮助设计师完成零件的布局和装配工作。
只需要将各个零件的CAD模型导入到软件中，设计师就可以通过简单的操作实现零件的组装和调整，大大提高了装配的效率。
3. 运动仿真在机械设计中，运动仿真是一个重要的环节。
通过计算机辅助设计软件，设计师可以对机械产品进行运动仿真，模拟机械产品在不同工况下的运动状态和相应的性能参数。
这对于验证设计的合理性和优化设计方案非常有帮助。
4. 工程图纸生成设计师通常需要将设计好的产品转化成详细的工程图纸，以便于生产制造。
计算机辅助设计软件可以自动生成符合标准的工程图纸，包括视图图、剖视图、细节图等，准确地表达设计意图，方便制造商和工程师的沟通与理解。
5. 数据管理在机械设计中，往往会产生大量的设计数据，包括零件参数、装配关系、材料信息等。
计算机辅助设计软件可以帮助设计师管理这些设计数据，包括存储、查找、修改和重用等。
这样不仅提高了设计师的工作效率，也有利于日后设计的追溯和历史记录。
总之，计算机辅助设计在机械设计中扮演着重要角色。
它不仅提高了设计的精确度和效率，也极大地推动了机械设计的创新和发展。
未来随着计算机技术的进一步发展，计算机辅助设计的功能和应用还会不断扩展，给机械设计师带来更多的便利和机遇。
机械设计基础计算机辅助设计与制造
机械设计基础计算机辅助设计与制造机械设计基础：计算机辅助设计与制造随着科技的不断发展，计算机辅助设计与制造（Computer-Aided Design and Manufacturing，简称CAD/CAM）在机械设计领域扮演越来越重要的角色。
它不仅提高了设计制造的精度和效率，还从根本上改变了机械设计的方式。
本文旨在介绍机械设计基础以及CAD/CAM在设计制造过程中的应用。
一、机械设计基础机械设计是指通过研究材料、结构、运动和力学等相关知识，设计出满足特定功能要求的机械产品或系统的过程。
它的核心在于如何合理地利用材料和力学原理，以达到设计目标。
1.1 机械设计的基本原则机械设计需要遵循以下基本原则：1.1.1 功能性原则机械产品的设计首先要满足其预定的功能要求。
不仅要确保产品能够正常工作，还需要优化其性能以提升竞争力。
1.1.2 经济性原则设计中需要考虑制造成本、使用成本、维护成本等经济因素，以实现经济性的设计。
1.1.3 安全性原则机械产品的设计必须保证其在正常使用时没有危险性，以保障操作人员的安全。
1.2 机械设计的基本流程机械设计通常包括以下几个基本步骤：1.2.1 需求分析与概念设计根据设计需求，进行功能分析、市场调研等，确定设计方案并进行初步设计。
1.2.2 详细设计根据概念设计结果，进行结构设计、尺寸设计、材料选择等，绘制详细的工程图纸。
1.2.3 制造与加工根据工程图纸进行零件的制造和加工，包括铣削、车削、冲压等工艺。
1.2.4 装配与测试将零部件按照设计要求进行装配，并进行功能测试和性能验证。
1.2.5 优化改进根据测试结果和用户反馈，对设计方案进行优化改进，提高产品性能和质量。
二、CAD/CAM在机械设计制造中的应用CAD/CAM是计算机辅助设计和计算机辅助制造的缩写，它将计算机技术应用于机械设计制造过程中，提高了设计和制造的效率和精度，并降低了成本。
2.1 CAD在机械设计中的应用CAD技术通过借助计算机绘图软件，实现了机械产品的三维模型设计。
机械设计基础了解机械设计中的常见柔性制造技术
机械设计基础了解机械设计中的常见柔性制造技术机械设计基础：了解机械设计中的常见柔性制造技术机械设计中的柔性制造技术是指用于适应多变产品需求和生产环境的制造方法和工艺。
柔性制造技术的应用可以提高生产效率、降低生产成本，并加强产品的竞争力。
本文将介绍一些常见的柔性制造技术，帮助读者了解机械设计基础知识。
以下是其中一些常见的柔性制造技术。
1.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）计算机辅助设计与制造是利用计算机技术来进行产品设计和制造的方法。
CAD（Computer-Aided Design）可以用于三维建模和设计，方便设计师进行产品设计。
CAM（Computer-Aided Manufacturing）则利用计算机来控制机械设备的加工过程，提高生产效率。
CAD/CAM技术的应用可以缩短设计和制造周期，减少错误和浪费。
2.数控加工技术（CNC）数控加工技术是指利用计算机数控系统来控制机床进行加工的技术。
相比于传统的人工操作，数控加工技术具有高精度、高效率和灵活性等优势。
通过预先编写数控程序，可以实现复杂零件的加工，并且可以随时修改加工参数和路径来满足多变的产品需求。
3.快速成型技术（Rapid Prototyping）快速成型技术是一种将数字模型快速转化为实体模型的方法。
这种技术利用层层叠加材料的方式，通过控制设备的运动来实现模型的构建。
常见的快速成型技术包括三维打印、激光烧结和激光固化等。
快速成型技术的应用可以快速制造出产品样品或模型，以验证设计的正确性或进行展示。
4.自适应控制技术（Adaptive Control）自适应控制技术是指针对变化的工件和切削过程，通过实时监测和分析数据来自动调整系统参数实现最佳控制的技术。
自适应控制技术可以提高加工精度和稳定性，并且能够适应各种复杂的切削条件。
该技术通常应用于机床的切削过程中。
5.计算机集成制造系统（CIMS）计算机集成制造系统是指利用计算机和网络技术来建立全面集成的制造信息管理系统。
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15.2 CAD硬件和软件系统
15.2.1 CAD的硬件系统 CAD系统中的硬件是指计算机及其所属外围设备。 根据硬件系统的不同配置和构成方式不同，可以分为大 型主机系统、小型主机系统、工作站系统和微型主机系 统等。 大型主机系统以大型通用机为主机，几十个终端直 接与主机联接或通过远程分时终端与主机联接，还配备 有磁带机、磁盘机等大容量存储设备。这种系统主要用 于大型的、复杂的CAD作业，适用于于大中型企业。但 由于是多用户分享主机，所以系统响应不够稳定。
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图15.3.4 渐开线圆柱齿轮传动设计主界面
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图15.3.5 “输入设计参数”对话框
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图15.3.6 “布置与结构”对话框
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(3)材料及热处理
图15.3.7 “材料及热处理”对话框
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(4)精度等级
图15.3.8 “精度等级”对话框
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(5)基本参数
图15.3.9 “基本参数”对话框
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(6)齿轮接触强度计算
图15.3.10 “计算接触强度用系数”对话框
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图15.3.11 “接触强度校核”对话框
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(7)弯曲强度校核
图15.3.12 “弯曲强度用参数”对话框
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图15.3.13 “弯曲强度校核”对话框
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图15.2.1 微机CAD系统的硬件配置
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15.2.2 CAD的软件系统 CAD的软件系统可分为两大部分系统管理软件和应 用软件。 (1)系统管理软件 (2)应用软件 1)AutoCAD 2)Solid Edge 3)PRO/E 4)UG5.0
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15.3 机械设计手册（软件版）使用简介
15.3.1 概述 《机械设计手册（软件版）》是由我国研制开发的 。它主要面向对象是广大的机械工程设计人员，力争使 设计人员能够从传统的翻阅手册、手工计算等复杂的工 程设计过程中“挣脱”出来，使设计更加轻松而富有活力。
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图15.3.1 智能导航“目录”界面
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图15.3.2 典型传动设计、计算目录展开
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图15.3.3 智能导航“索引“界面
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15.3.2 典型传动设计、计算应用举例 本节以“圆柱渐开线齿轮传动设计”为例说明软件 的使用方法。该设计程序基于一般设计手册推荐的计算 方法，用于渐开线圆柱外啮合、直齿或斜齿及变位齿轮 传动设计。进入模块后显示设计的主界面，如图15.3.4 所示。下面以实例说明该程序的使用。 (1)输入设计参数 (2)布置与结构
第15章 计算机辅助设计
15.1 概 述
传统的设计过程是由设计者借助计算器和绘图工具 在图板上完成的，不仅繁琐、复杂，而且对于精确计算 往往无能为力。随着电子计算机技术的发展，机械设计 与计算机技术有机结合使机械设计逐渐实现了现代化， 出现了有限元分析、动态分析、优化设计、可靠性设计 等现代设计方法。应用这些方法都要进行大量的数值计 算工作，没有计算机的参与是不可想象的。