计算机辅助三维设计CAD作业.docx

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计算机辅助三维设计CAD作业

计算机辅助三维设计（CAD）作业

《计算机辅助三维设计》课程作业

姓名：

学号：

班级:

（1）应用UG软件，任意选择一对象，构建其模型，并写出其详细建模步骤

本人所画的模型是云内一款两缸机曲轴，下图是此曲轴的二维工程图

F面是建模步骤：

（1）固定一个基准平面并拉伸曲轴第一主轴颈

（2）拉伸左边的凸台，边倒圆，倒角

（3）

绘制曲拐的草图

（4）拉伸曲拐

（5）曲柄销的拉伸

（6）利用回转切曲拐使之减少离心力

（7）做一个曲柄销等分平面后，镜像体完成第二曲拐

（8）拉伸第二主轴颈，并进行边倒圆

（9）用移动对象生成第三曲拐和第二个曲柄销

（10）再以第三曲拐为体镜像第四曲拐

（11）第三主轴颈

（12）按图两次拉伸形成曲轴末端

个普通孔）

（13）给曲轴末端挖孔（一个大的沉头孔，六个小沉头孔,

（14）拉伸曲轴前端正时齿轮轴，并做孔，倒角

（15）用拉伸做一个键槽

（16）在末端曲拐标上’云内’字样

（2）文献综述（三维设计、建模技术等技术在车辆工程、交通运输工程专业的应用综述）

CAD技术发展现状及在车辆发动机中的应用

1.1本论文研究的目的和意义

近年来，随着人们的生活水平不断提高，广泛深入应用到国民经济的大多数设计和生产领域的CAD技术，在制造业、工程设计、电气和电子电路、仿真模拟和动画制作、轻工、纺织、家电、服装、医疗和医药乃至体育方而都能觅得其踪影，现代设计方法中CAD技术对于企业提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员劳动强度、缩短设计周期，对设计和生产领域生产力的解放起到了关键性的作用。

所以我们更应该学会使用和设计。

1.2国内外研究现状及发展趋势

计算机辅助设计，即英文ComputerAidedDesign，简称CAD。

它是一种利用计算机软、硬件系统辅助设计者对产品进行规划、分析计算、综合、模拟、评价、绘图和编写技术文件等设计活动的总称。

它将设计人员的思维、综合分析和创造能力与计算机的高速运算、巨大数据存储和快速图形生成等能力很好地结合起来，来完成设计工作。

因此，CAD是一个人机结合的设计系统。

在这个系统中，它充分利用设计者和计算机的各自优点来完成设计工作。

在以前由于CAD软件用户范围的相对狭小，导致软件的价格相对较高，使广大用户难以承受。

近几年来随着经济的发展，国家的大量推广以及由于竟争导致的软件价格下调，国内的CAD软件的使用范围越来越广，用户群小断扩大。

市场与用户群的扩大反过来推动了国产软件公司和制作者们不断地改进技术，增强软件的功能CAD技术经历了二维平而图形设计，交互式图形设计、二维线框模型设计、二维实体造型设计、自由曲而造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。

国内应用比较普遍的二维辅助设计与绘图软件包括北航海尔CAXA电子图板，

武汉华中理工大学开目软件公司的开目CAD，华中软件公司开发的InteCAD，

高华软件公司推出的GHCAD等。

CAXA电子图板因其价格低廉、操作方便、提供给予DLL动态连接库的二次开发接口而拥有了最广泛的国内用户。

开目CAD基于画法几何的新颖设计原则，较快的绘图速度，使用的参数化设计功能也吸引了不少用户。

InteCAD是基于AutoCAD的二次的开发产品，功能强大，其参数化建库工具很有特色。

GHCAD在技术上先进，命令与AutoCAD兼容提供的功能非常丰富，也占有一部分国内市场。

就目前的发展形势而言，集成化、智能化、参数化、标准化是CAD技术正的

主要方向。

以信息为中心的新工业正在兴起，主要是以电子计算机的应用为现代社会发展的标志，是现代设计方法的一个分支。

通用CAD软件：

AutoCAD和MDT（MechanicalDesktop）:

美国AutoDesk公司

Pro/Engineer:

美国PTC（ParametricTechnologyCorporation）公司

I-DEAS:

美国SDRC（StructuralDynamicsResearchCorporation）公司

Unigraphics（UG）和SolidEdge:

美国麦道公司

SolidWorks:

美国SolidWorks公司

1.3CAD在车辆及发动机中的应用

CAD是一种十分重要的现代设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。

CAD技术是现代设计方法及手段的综合体现。

计算机辅助设计（CAD）涉及

以下一些基础技术：

图形处理技术、工程分析技术、数据管理与数据交换技术、文档处理技术、软件设计技术等。

下图为车辆CAD框架系统：

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1图形支持系统，用于部件选型，总体布置，干涉检查，进行动画分析和绘制曲线。

该系统采用I-DEAS软件，这是一个较为封闭的系统，它本身是一个独立运行的软件。

所有执行映象文件都较大，用的是终端驱动技术（建立终端驱动进程、建立模型文件及激活映象等），计算机开销很大。

在应

用程序、报告系统和图形交叉应用时，反复调用I-DEAS,候机时间长，使用

不便。

为此我们对I-DEAS软件做一些局部修改，并采用I-DEAS进程驻留技术，使图形系统在系统初始化时，在XTerminal是引导I-DEAS运行，占用三个窗口（见图2G一图形窗口，L一列表窗口，I一输人窗户。

），并使之与I-DEASManager进程建立Director,Observsr联系，控制I-DEAS运行，I-DEASManager是一个活跃进程，对于交互式用户它是一个X客户程序，在其下层它维护着一个GOM（GraphicOperationMessage队列，当队列

为空时，I-DEASMANAGER进程处于SLEEP状态，仅被GOM和X事件唤醒，并由此解释GOM消息。

根据相关的虚拟图形操作文件内容，解释为

I-DEAS的操作序列，这里称作类PRG文件（PseudoProgramFile一虚拟图形操作）。

这样用户可以得到完全交互式的I-DEAS环境，不需花费大量时

间进出I-DEAS系统。

对于计算机所要求的曲线，我们应用XLIB编制了独立的曲线生成X客户程序。

2.报告系统，是一个交互式文档检索、查询、格式报文输出、打印服务系

统。

报告系统底层直接和数据库系统打交道。

在不用时，它是一个Icon,它给

用户一个“图书馆“的作用。

报告系统的另一个重要功能是作系统管理员的工作，包括系统完整性、数据库操作（用户授权、数据库维护、系统运行监督

3.程序管理器是X-Window下的一个X客户程序，其功能为版本管理及运行管理。

（1）版本管理：

在模型库中，存放的是各种应用程序和数据库接口程序（源代码、目标文件、可执行映象等），这些程序的版本维护是保证系统正确性的关键。

（2）运行管理：

各应用程序所需从数据库中取出数据的接口程序的运行及运行策略（如访问程序的权限检查等）、运行环境的设定，使程序库中某一被激活的程序运行和提供运行窗口。

4.数据库接口程序集。

数据库有工程数据库、图形库、文档库、程序库（模型库）等各种类型，是一个支持面向对象的演译数据库。

为使用方便和安全，我们不能期望各应用程序了解数据的结构，并用SQL查询语言去获取它所要

的数据。

因而，我们对于每类查询，编制其查询接口程序（或可调用函数）。

将所需的数据项集合取出来。

现已编完全部可调用函数，给系统提供了查询、增删和修改的功能，提供了方便的数据库维护的工具。

5•开发了三维机械零件库和CAD内码汉字标注系统。

所谓内码汉字标注系统是指在进行汉字标注时，在屏幕和绘图机上能输出汉字字形，而在图形存储时仅存汉字内码。

这不仅给系统的窗口汉化打下基础，而且给日益发展的BCM和NRP11系统创造了条件。

现在的CAD功能越来越强大，内燃机现代设计方法中虚拟设计几乎可在同一软件进行如模型设计、计算机辅助制造、有限元分析等。

其实就是CAD/CAM/CAE。

CAD/CAM/CAE技术的应用水平是衡量一个国家汽车工业水平的重要指标之一。

汽车工业作为国家支柱产业,理应成为CAD/CAM/CAE技术应用的先锋和大户。

国际上,一些大的汽车生产厂家在CAD/CAM/CAE技术应用上取得了显著的成绩，如美国福特汽车公司、美国通用汽车公司、日本三菱汽车公司、法国雷诺汽车公司以及德国各大汽车公司等。

他们把CAD/CAM/

CAE这一先进的科学技术应用于车身设计、发动机设计以及其他零部件设计上,开发出了先进的汽车产品，在世界汽车产品市场上占到了主导地位。

由于我国的CAD/CAM/CAE技术在汽车产品开发中的应用起步较晚，在深度和广度上与国外先进水平差距深远。

企业在激烈的市场竞争中要想立于不败之地，就必须以CAD/CAM/CAE技术为手段,大力开发新产品,使新技术转化为生产力，推动企业快速发展。

在发动机方面，制造厂家都希望在尽可能短的时期内将产品投放市场，尤其是与其它竞争者之前能够开发市场,获得良好的投资效益。

因此,国外从开始设计到售出第一台发动机所需的时间，已由原来的8年减少到4年甚至更短。

CAD用于发动机中可用设计实体模型、变参数设计、变结构变参数设计及设计的自动化、规范化和集成化、并行工作、快速原型及制造、有限兀分析。

实体模型：

现代CAD软件系统以实体模型为基础，其它功能大都可在实体模型上实现。

实体模型定义了零件完整的表面和本身的属性，诸如零件的表面积、体积和密度等。

构造零件的实体模型时必须严格地处理零件的每个细节，零件

的每一部分都需要完整的定义。

虽然初始定义一个复杂的零件要花费一定的时间，但此时的完整定义为以后的设计和制造过程提供了必要的基础。

实体模型的一个明显的特点是能够计算零件关于质量方面的属性，诸如质心位置、品质、质量、绕某轴的转动惯量和极惯性矩等等。

变参数设计：

随着计算机技术的迅速发展，大部分机械CAD最强大和最富有革命性的功能是产品的参数化设计，没有参数化功能的CAD已经失去了存在和发展的可能性。

在参数化设计中，零件尺寸和属性由设计者定义，如果尺寸链中的某一尺寸发生变化，则其它尺寸会根据设计者定义的关系自动进行更新，节省大量的设计时间。

但是，参数化设计技术只能解决某零件的一种结构类型的参数设计问题，而零件可能有不同的结构型式，对于该零件不同的结构型式如何进行参数化设计在国内外都是一个非常复杂的课题。

关于这一问题，采用

变结构变参数设计方法可得到｝较好的解决。

变结构变参数设计及设计的自动化、规范化和集成化：

在机械零件的设计过程中，设计人员首先构思结构型式然后确定结构参数。

结构型式的变化就是所谓的变结构，结构参数数值的变化就是所谓的变参数。

实施变结构变参数设计的一般过程是：

结构类型化、类型参数化、参数规律化及参数联动化。

结构类型化是把零件分割为几个组成部分，列出每个组成部分可能存在的结构类型。

将各部分的结构进行组合,即可变化出不同类型的零件；类型参数化是针对每种结构类型，分析描述该类型结构所需的所有几何尺寸并以参数代之；参数规律化是从各种角度出发分析参数之间存在的数值关系，分析各参数之间的几何约束及取值限制范围；参数联动化是指建立独立参数与非独立参数间的关系表达式,建立结构参数在几何上的约束关系。

变结构变参数设计突出的特点是设计、分析和绘图过程的自动化、规范化和集成化。

设计自动化设计人员通过交互方式组合零件的各个部分生成某种结构类型，给其独立参数赋值（或调用数据库中的参数）,则可由程序自动实现三维实体建模、有限元网格剖分、加载、施加约束、

有限元分析、后处理和结构形状优化及二维工程绘图。

这样得到的不同结构类型不同结构参数数值下的结果可供设计人员分析、参考。

所谓的自动化，是专

为一般的工程设计师考虑的。

设计规范化按照变结构变参数设计方法进行产品设计时，参数之间的函数关系及联动方式一经礴定后，一般用户不能随意改变必须按照共同遵守的规范来进行，因此变结构变参数设计是一种规范化设计。

设计集成化产品的整个设计过程，包括三维实体建模、工程分析和二维工程绘图,是在同一个软件环境下基于同乞数据库实现的，亦即集成的；用户确定的结构参数在实体建模、结构分析及绘图中是统一的、一致的，贯穿整个设计过程

始终。

并行工作:

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图3并行工程中设计分析软件的St向关曠性

有限元分析：

结构有限元分析用于确定应力集中和结构临界热负荷已经30多年

了。

在有限元模型中，有六面体、锲形、四棱锥形和四面体4种形状的实体单元可用以建立网格。

其中优先使用的当属砖形（六面体单元），因为从某种程度上讲它的变形最好地体现了材料真实的弹性变形。

利用四面体单元求出的解精度较低，因为它的奇异的刚性不能提供最精确的数值解。

但是，四面体单元在

网格生成软件中是最容易自动形成的要建立复杂的有限元网格是十分费时的，

直到最近几年，人们仍需一一定义每一个节点和单元，以致于常需几周或更长的时间来生成发动机整个机体的网格。

现在,CAD和有限元软件大都具有自动生成网格的功

能，尽管大多数软件只能对结构生成四面体单元，而对较复杂的结构难以生成六面体单元。

由于四面体单元精度较低，目前自动生成网格的功能是不能令人十分满意的。

由于有限元分析专业性较强，一般的设计天员难以胜任该项任务，所以有必要对通用型CAD软件进行二次开发。

针对具体的零部件，研制专用的CAD软件系统，实现参数化建模和分析的自动化，用户只需交互式输入简单的参数即可完成工作，这无疑可节省大量的时间和精力闭。

参考文献

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[2].方奋奇.浅析CAD技术的发展现状与趋势.

[3].杨世文,苏铁熊.现代CAD技术与发动机设计方法.

[4].只德风.用于汽车产品开发的CAD/CAM/

CAE系统设计.

[5].张俊红.现代内燃机设计理论与方法