CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

田樹金 李海深 張濤

◆摘? 要：機(jī)械工程設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)雜，不僅僅是機(jī)械零部件的圖形設(shè)計(jì)，還需進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、分析，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)改進(jìn)，以及力學(xué)傳遞方式的設(shè)計(jì)等，以為后續(xù)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)提供指導(dǎo)與參考。CAD基于計(jì)算機(jī)運(yùn)行，具有輔助機(jī)械工程設(shè)計(jì)的作用，采用CAD技術(shù)的繪圖功能、圖形庫(kù)、計(jì)算功能等，進(jìn)行機(jī)械工程設(shè)計(jì)的繪圖、建模、分析、調(diào)整等，有利于機(jī)械工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，加快設(shè)計(jì)的速度，進(jìn)而產(chǎn)生良好的設(shè)計(jì)效益。

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

1CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑

1.1使用CAD繪制圖形

機(jī)械工程設(shè)計(jì)受到二維平面設(shè)計(jì)圖本身的限制，一個(gè)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，需采用不同的視圖，在尺寸標(biāo)注環(huán)節(jié)增加了出錯(cuò)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(cuò)誤不容易被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而牽連到后續(xù)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)度，甚至形成返工問題。因此，在機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)的零部件直觀的呈現(xiàn)出來，設(shè)計(jì)人員使用CAD軟件的圖形繪制功能、圖形編輯功能、圖形庫(kù)等，快速的繪制出機(jī)械工程想要的三維模型，而且設(shè)計(jì)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(gè)尺寸，關(guān)聯(lián)的其他尺寸可自動(dòng)調(diào)整，設(shè)計(jì)人員可直觀看到設(shè)計(jì)模型的變化，提高了設(shè)計(jì)繪圖的效率與質(zhì)量。

1.2開展機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析

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

1.3借助CAD建模

CAD屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，已經(jīng)具備了三維模型設(shè)計(jì)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(shí)體模型等的構(gòu)建。CAD技術(shù)建模可基于二維設(shè)計(jì)圖，通過設(shè)計(jì)人員的空間想象力，將二維圖形三維化處理，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)處理到位，并可使用不同形式的三維模型進(jìn)行機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)更為的準(zhǔn)確，為后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與生產(chǎn)打好前期鋪墊。

1.4進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量控制

CAD有著強(qiáng)大的幾何造型、特征計(jì)算、繪圖等功能，使用這些功能可以有效控制機(jī)械工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在CAD繪制機(jī)械圖形過程中，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)的效果，設(shè)計(jì)人員根據(jù)圖形觀察，結(jié)合機(jī)械工程設(shè)計(jì)的需要，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤與偏差，以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。

2CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

2.1設(shè)計(jì)實(shí)例

以農(nóng)業(yè)機(jī)械CAD設(shè)計(jì)為例，采用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)拖拉機(jī)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(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，以下針對(duì)懸掛機(jī)構(gòu)中的提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿，采用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2設(shè)計(jì)要求

①懸掛機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)，形成懸掛機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的有效控制;④整個(gè)機(jī)構(gòu)需方便于拖拉機(jī)的行駛。

2.3設(shè)計(jì)方案

本次采用三點(diǎn)懸掛設(shè)計(jì)，懸掛機(jī)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(dòng)提升桿與上拉桿進(jìn)行動(dòng)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(jì)

采用CAD進(jìn)行拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用CAD繪制出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，在圖中進(jìn)行懸掛結(jié)構(gòu)尺寸與文字的標(biāo)注，具體設(shè)計(jì)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(jì)下懸掛點(diǎn)動(dòng)作范圍，與拖拉機(jī)的相對(duì)位置等;②提升高度設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作幅度、原始高度、可調(diào)節(jié)范圍等;③瞬心位置設(shè)計(jì)，依據(jù)拖拉機(jī)的規(guī)格查看農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)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(jì)圖中進(jìn)行尺寸的調(diào)整。

3結(jié)語

CAD技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jī)械工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員基于計(jì)算機(jī)與CAD軟件進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，突破傳統(tǒng)二維圖形設(shè)計(jì)的制約，在機(jī)械工程繪制圖形、建模、設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)質(zhì)量控制等中應(yīng)用CAD技術(shù)，全面提高了機(jī)械工程設(shè)計(jì)的精度與質(zhì)效。

參考文獻(xiàn)

[1]尹超義.關(guān)于CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].河北農(nóng)機(jī)，2021（14）：2.

[2]閻樹彤，張晨，荀武墨.基于CAD技術(shù)的機(jī)械工藝設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（07）：1.