机械工程基础第2章 现代设计方法概述.ppt

第2章 现代设计方法概述 2.1 计算机辅助设计 2.2 机械优化设计 2.3 机械创新设计 思考与练习 2.1 计算机辅助设计 2.1.1 概述 计算机辅助设计(简称CAD)是以计算机为工具进行的设计活动, 包括资料检索、 方案构思、 计算分析、 工程绘图和编制技术文件等, 它是随着计算机、 外围设备及其软件的发展而形成的一种综合性高新技术。 计算机辅助设计过程是一个信息管理、 信息加工和信息交换的过程。 因此, 一个完善的CAD系统, 包括下述三个部分: (1) 工程数据库, 用于存储和管理各种信息； (2) 多功能的交互式图形程序库, 用于进行图形信息的加工处理和交换； (3) 应用程序库, 用于完成各种类型的分析计算和数据处理等。 2.1.2 计算机辅助设计系统 1. 计算机辅助设计的硬件系统 图2 - 1表示了一个CAD系统硬件的基本构成, 主要由微型计算机、 图形输入设备和绘图输出设备三部分组成。 2. 计算机辅助设计的软件系统 CAD的软件系统包括系统软件、 支撑软件和应用软件三个层次。 目前美国公司推出的CAD/CAM集成化流行软件见表2 - 1。 2.1.3 CAD程序的编制方法 在掌握机械设计的常规方法和步骤、 程序设计语言和数据库系统的基础上, 可以编写相应的CAD程序, 由计算机自动地按照设计者拟定的设计步骤, 采用现代设计法和数值计算方法进行设计计算、 设计零件形状和绘制工程图等工作。 1. 编写CAD程序的一般步骤 (1) 建立数学模型： 采用计算机辅助设计时, 需重新建立适合于计算机使用的数学模型, 以便根据这个数学模型来编制相应的设计计算程序。 (2) 数表和图线的程序化： 机械零部件设计时需要从大量的数表和图线中查取有关的数据, 因此, 进行计算机辅助设计前必须先将数表和图线按照计算机能够接受的方式加以程序化, 以便输入计算机。 (3) 设计程序框图： 对于复杂的问题, 在编程之前应先画出程序框图, 使设计思路和设计过程能直观地表示出来, 帮助分析及理顺各设计步骤间的关系, 从而为编制源程序打好基础。 (4) 编制源程序： 按程序框图编程时, 要给程序中用到的所有变量都规定好程序变量名。 (5) 调试并修改程序： 将编写好的程序上机调试, 并在调试过程中进行适当修改, 直到调通为止。 (6) 运算并进行结果分析： 若设计计算结果合适, 即可结束计算； 否则, 要分析原因, 修改程序, 重新运算, 以便获得预设的计算结果。 2. 数表和图线的程序化 (1) 数表的程序化: 可以直接用数组的形式进行程序化, 将其存入计算机。 例如, 表2 - 2所示是一元列表函数, 可将它用一维数组的形式存储。 对表2 - 2, 用程序变量名bt代替蜗杆模数m, 用ft代替直径d1, 编程如下: … float bt ［9］={1.0, 1.6, 2.0, 2.5, 3.15, 4.0, 5.0, 6.3, 8.0}； float ft ［9］={18.0, 20.0, 22.4, 28.0, 35.5, 40.0, 50.0, 63.0, 80.0}； ? … 对于二元列表函数， 它取决于两个自变量的值。 例如, 普通V带传动工作情况系数KA(见表2 - 3)的大小取决于载荷性质和工作时间, 可以将二元数表定义为一个二维数组来存储数表中各节点的数值。 将表2 - 3程序化时, 用二维数组a［4］［3］表示工作情况系数KA, 其程序如下: … float a［4］［3］ ={{1.0, 1.1, 1.2}, {1.1, 1.2, 1.3}, {1.2, 1.3, 1.4}, {1.3, 1.4, 1.5}}； … (2) 图线的程序