计算机辅助设计在机械设计中的应用研究

[摘 要]随着计算机辅助设计技术的日益成熟与发展，在机械设计中的应用越来越广泛。本文将对计算机辅助技术在机械设计中的优势与主要应用进行具体分析与阐述。

[关键词]计算机辅助设计；机械设计；应用

中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0281-01

1.前言

机械设计是一项复杂、细致和科学性很强的工作，机械设计过程也不是一成不变的。随着科学技术的发展，对设计的理解在不断地深化，设计方法也在不断地发展。计算机辅助设计是指通过计算机使用一些绘图软件来帮助设计师进行机械设计。随着科学技术的发展，计算机辅助设计在机械设计中运用越来越广。

2.计算机辅助设计在机械设计中的重要性

机械设计是机械工程的重要组成部分，是机器生产的前提，同时也是决定机械性能的最主要因素，一部机器的质量及工作性能的好坏很大程度上取决于设计质量，狭义的机械设计仅指技术性的设计过程，广义的机械设计是指设计者根据使用要求和现有的条件，对机械的工作原理、结构、刚度和强度、各个零部件的材料和形状尺寸、以及方法、力和能量的传递方式等进行分析、构思和计算，并将其形成具体的描述以作为机械制造依据的工作过程。这不仅是一个创造性的工作，同时也是建立在丰富的成功经验基础上的工作，只有将两者结合起来，才能设计出高质量的机器。机械设计的所有步骤几乎都需要计算机的帮助。图形的编辑、修改，大量数据的计算和比较，对零部件动力、强度等方面的精确测试，都需要相应的计算机软件的支持。除了这些繁琐的工作可由计算机替代外，设计者还可以利用计算机进行虚拟样机的构建，也就是根据图纸，在计算机上制造一个模拟样机，对它的工作性能、受力情况、热度等各方面进行验证，根据出现的状况修改原设计，从而达到完善的程度。

3.计算机辅助设计在机械设计中主要应用的方面

计算机辅助应用虽然在机械设计中应用的非常广泛，但由于目前等一些相关因素的影响，计算机辅助设计主要应用在以下几个方面。

3.1 二维绘图方面的应用

绘图是机械设计中一个非常重要的方面，一直以来都是由设计师手工进行绘制，这就浪费了大量的时间，从而使得工作效率大大降低。而通过计算机，我们就可以来利用一些绘图软件进行操作，如PROE、CAD等，通过这些软件的使用，可以大大降低绘图的时间，从而使得工作效率提高，绘图的质量也大大提高。

3.2 渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模

建模的具体过程如下：

1）新建一个.prt文件（在ProE中，.prt文件代表零件）。在建立该文件的时候，不同的行业最好使用各自不同的模板，因为在模板中定义了不同的单位、参数和出图格式等，所以在建模之前应先选择合适的模板，以便于后续工作的进行。

2）进行参数设置，参数不用设置太多，只需设置影响齿轮外形的6个参数就可以了。它们分别是齿轮厚度、模数、压力角、齿数、齿根圆角半径以及变位系数。为了方便起见，需要把这些参数设为实数型。此外，还要为这些参数设定一个初始值，其中变位系数的初始值最好设为0，因为使用不变位齿轮的机会比较多，对其他参数的初始值并没有具体的要求。具体步骤是：在菜单中选择Set Up（设置）Parameters（参数）Creat（创建）。

3）建模。为了确定渐开线直齿圆柱齿轮的外形尺寸，最好先画出基圆、齿根圆、节圆和齿顶圆。

4）画出渐开线。在ProE中画渐开线的唯一方法就是通过方程画曲线。具体步骤是：在菜单中选择CRV OPTIONS（曲线选项）From Equation（从方程），然后选择基准平面（与基圆在同一平面），接着选择坐标系，然后再设置坐标系类型为Cylindrical（柱坐标），最后在弹出的窗口中输入曲线方程如下：

r=module×num_teeth×cos（pressure_ang）/[2×cos（45×t）]

theta=tan（45×t）×180/pi-（45×t）

z=0

插入一个基准平面DTM1，通过坐标系原点以及渐开线与节圆交点，并垂直于渐开线所在的平面，然后再插入一个基准轴A-1；通过坐标原点并垂直于渐开线所在的平面，接着再插入一个基准平面DTM2，通过基准轴A-1，与基准平面DTM1形成一个夹角（该夹角的尺寸通过程序来确定），使用基准平面DTM2对刚才所画的渐开线进行镜像操作，这样齿槽的形状就确定下来了。

3.3 图形和符号的使用

在机械设计的过程中，我们需要利用大量的符号。如果我们利用计算机辅助设计，我们可以事先把要用到的符号编辑成符号库，这样就可以供我们随时调用，这样我们进行设计时就比较方便。另外，在机械设计的过程中，我们还经常遇到一些标准化的零件或者一些只是尺寸方面和标准化零件不同的两件，这样我们可以把标准化的零件编入库中，进行应用时只做一些数据方面的调整。

3.4 三维造型、工程分析和报表方面的应用

采用实体造型进行机械设计时，通过计算机对实体造型进行处理将会给我们的设计带来很大的方便，通过软件的处理，可以使得实体造型更加清晰的展现在设计师的面前。机械设计中我们所必须要进行的分析，我们也可以通过计算机辅助来完成，这将会使得分析更加简化，从而提高工作效率。在机械设计中，有些问题我们需要利用报表和文档等进行特殊的说明，这些也可以通过计算机辅助来完成。

4.计算机辅助设计技术在机械设计中的优势

4.1 与人脑思维相适应

机械设计师在进行设计时，一般是先构思、后表达，由于在脑海中构造的产品形状是立体的，因此通过三维实体模型反映产品的真实几何形状，更利于思维的表达。这样，机械设计师会有更多的时间和精力用于产品设计，而不再费神于产品的图形表达，更利于激发机械设计师的创新思维能力，实现设计的连续性。通过计算机辅助设计技术，可获得更直观、更利于理解的三维立体图，促进设计的深入性，扩展设计思维，便于沟通交流。

4.2 提高设计效率

通过应用计算机辅助设计技术，减少工作设计工作强度，缩短设计周期，提高设计效率。在使用计算机辅助设计的三维CAD系统时，开发全新机械设计，只需要对其中的部分零件重新设计与制造即可，而更多的零部件设计可以应用以往信息，这样极大提高机械设计的效率，降低设计难度。另外，计算机辅助设计系统的变型设计能力极强，可以实现快速重构功能，获得全新机械产品。

4.3 便于零件设计与修改

利用计算机辅助设计软件，可以实现在装配环境下的新零件设计，也可根据相邻零件的形状、位置等设计新零件，提高方便性、快捷性，同时确保新零件和相邻零件之间的有机融合，减少单独设计而产生的错误或者不兼容。另外，在修改零件过程中，也可利用资源查找器的某一命令来完成，在装配环境下也可以修改零件，只需要点击需要修改的零件即可，非常方便。

4.4 提高机械产品的设计质量

通过计算机辅助设计技术，例如设计优化、分析有限元受力情况等，确保产品的设计质量。另外，一些大型企业的数控加工工作日益完善，再加上计算机辅助设计技术的配合，在机械零件加工方面的效果良好，提高产品应用质量。

5.结语

目前，计算机辅助设计随着社会的变化发展也比较迅速，设计人员必须要根据设计技术和设计理念的不断变化及时的更新自己，使得自己能够掌握新的技术和理念，这样才能使得设计的质量得到提高，使得设计的产品能够满足激烈市场竞争的需要。

参考文献

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