CAD技術在機械工程設計中的應用

田樹金 李海深 張濤

◆摘? 要：機械工程設計內容復雜，不僅僅是機械零部件的圖形設計，還需進行設計計算、分析，運動機構之間的協調改進，以及力學傳遞方式的設計等，以為后續機械產品的生產提供指導與參考。CAD基于計算機運行，具有輔助機械工程設計的作用，采用CAD技術的繪圖功能、圖形庫、計算功能等，進行機械工程設計的繪圖、建模、分析、調整等，有利于機械工程設計質量的提升，加快設計的速度，進而產生良好的設計效益。

◆關鍵詞：CAD技術;機械工程設計;機械設計

1CAD技術在機械工程設計中的應用途徑

1.1使用CAD繪制圖形

機械工程設計受到二維平面設計圖本身的限制，一個機械零部件的設計，需采用不同的視圖，在尺寸標注環節增加了出錯的概率，而且同一部件的尺寸數據標注在不同的平面視圖中，使得錯誤不容易被發現，進而牽連到后續的機械設計進度，甚至形成返工問題。因此，在機械工程設計中，使用CAD技術的繪圖功能，構建零部件的三維模型，使設計的零部件直觀的呈現出來，設計人員使用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，而且設計零部件上標注的尺寸，可靈活的調整，尺寸數據之間具有關聯性，調整一個尺寸，關聯的其他尺寸可自動調整，設計人員可直觀看到設計模型的變化，提高了設計繪圖的效率與質量。

1.2開展機械工程設計分析

CAD技術在其中的應用，不僅可進行模型的建造和出圖，還可利用其進行產品構思、功能設計、結構分析，使機械工程設計的過程成為設計分析、完善的過程。其中，CAD與建模后的有限元分析是設計分析中的重點，CAD與有限元分析軟件相連接，對機械設計開展零件之間接頭測試，精確模擬關節，以及檢測不同部分之間的連接情況等。通過設計的有限元分析，對CAD模型進行細節性的調整與優化，以達到設計精確度提升的目的。

1.3借助CAD建模

CAD屬于計算機輔助設計軟件，已經具備了三維模型設計功能，建模技術發展日益成熟，在CAD軟件操作界面專門設有建模工具欄，通過拉伸、放樣等操作，以完成線框模型、表面模型、實體模型等的構建。CAD技術建模可基于二維設計圖，通過設計人員的空間想象力，將二維圖形三維化處理，設計細節處理到位，并可使用不同形式的三維模型進行機械工程設計作品的線框、外觀、內部結構的展示，三維模型的直觀性、可調整性較好，設計參數更為的準確，為后續的設計優化與生產打好前期鋪墊。

1.4進行設計質量控制

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計的質量。在CAD繪制機械圖形過程中，實時呈現設計的效果，設計人員根據圖形觀察，結合機械工程設計的需要，及時糾正設計中的錯誤與偏差，以提高設計的質量與效率。

2CAD技術在機械工程設計中的應用實例

2.1設計實例

以農業機械CAD設計為例，采用CAD技術設計拖拉機的液壓懸掛裝置，組成結構主要有液壓系統與懸掛機構兩個部分，以下針對懸掛機構中的提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿，采用CAD技術進行設計。

2.2設計要求

①懸掛機構中的提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿等的尺寸，需符合農業機械設計手冊的要求，保證牽引裝置的通用性;②牽引力需穩定、可靠，確保作業深度的靈活有效控制;③應具有限位設計，形成懸掛機構擺動的有效控制;④整個機構需方便于拖拉機的行駛。

2.3設計方案

本次采用三點懸掛設計，懸掛機構結構如圖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具;2為上拉桿，主要用于農具俯仰的調整;3為提升臂，提升臂具有提升農具的作用，帶動提升桿與上拉桿進行動作;4是提升桿，其為中間構件，主要的功能是傳遞牽引力。

2.4CAD結構設計

采用CAD進行拖拉機三點懸掛機構的結構設計，使用CAD繪制出機構結構圖，在圖中進行懸掛結構尺寸與文字的標注，具體設計內容如下，①提升臂、上拉桿、提升桿、下拉桿等繪圖、尺寸標注，以及設計下懸掛點動作范圍，與拖拉機的相對位置等;②提升高度設計，整個機構的動作幅度、原始高度、可調節范圍等;③瞬心位置設計，依據拖拉機的規格查看農業機械設計手冊進行具體參數的設定，如果牽引的農具較為特殊，可在CAD設計圖中進行尺寸的調整。

3結語

CAD技術屬于計算機輔助設計軟件，設有繪制圖形、編輯圖形、三維建模、標注尺寸、書寫文字等功能，使其具備在機械工程設計中應用的優勢。機械工程設計人員基于計算機與CAD軟件進行機械產品的設計，突破傳統二維圖形設計的制約，在機械工程繪制圖形、建模、設計分析、設計質量控制等中應用CAD技術，全面提高了機械工程設計的精度與質效。

參考文獻

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[2]閻樹彤，張晨，荀武墨.基于CAD技術的機械工藝設計優勢分析[J].南方農機，2020，51（07）：1.