CAD技术在机械工程设计中的应用

田树金 李海深 张涛

◆摘  要：機械工程设计内容复杂，不仅仅是机械零部件的图形设计，还需进行设计计算、分析，运动机构之间的协调改进，以及力学传递方式的设计等，以为后续机械产品的生产提供指导与参考。CAD基于计算机运行，具有辅助机械工程设计的作用，采用CAD技术的绘图功能、图形库、计算功能等，进行机械工程设计的绘图、建模、分析、调整等，有利于机械工程设计质量的提升，加快设计的速度，进而产生良好的设计效益。

◆关键词：CAD技术;机械工程设计;机械设计

1CAD技术在机械工程设计中的应用途径

1.1使用CAD绘制图形

机械工程设计受到二维平面设计图本身的限制，一个机械零部件的设计，需采用不同的视图，在尺寸标注环节增加了出错的概率，而且同一部件的尺寸数据标注在不同的平面视图中，使得错误不容易被发现，进而牵连到后续的机械设计进度，甚至形成返工问题。因此，在机械工程设计中，使用CAD技术的绘图功能，构建零部件的三维模型，使设计的零部件直观的呈现出来，设计人员使用CAD软件的图形绘制功能、图形编辑功能、图形库等，快速的绘制出机械工程想要的三维模型，而且设计零部件上标注的尺寸，可灵活的调整，尺寸数据之间具有关联性，调整一个尺寸，关联的其他尺寸可自动调整，设计人员可直观看到设计模型的变化，提高了设计绘图的效率与质量。

1.2开展机械工程设计分析

CAD技术在其中的应用，不仅可进行模型的建造和出图，还可利用其进行产品构思、功能设计、结构分析，使机械工程设计的过程成为设计分析、完善的过程。其中，CAD与建模后的有限元分析是设计分析中的重点，CAD与有限元分析软件相连接，对机械设计开展零件之间接头测试，精确模拟关节，以及检测不同部分之间的连接情况等。通过设计的有限元分析，对CAD模型进行细节性的调整与优化，以达到设计精确度提升的目的。

1.3借助CAD建模

CAD属于计算机辅助设计软件，已经具备了三维模型设计功能，建模技术发展日益成熟，在CAD软件操作界面专门设有建模工具栏，通过拉伸、放样等操作，以完成线框模型、表面模型、实体模型等的构建。CAD技术建模可基于二维设计图，通过设计人员的空间想象力，将二维图形三维化处理，设计细节处理到位，并可使用不同形式的三维模型进行机械工程设计作品的线框、外观、内部结构的展示，三维模型的直观性、可调整性较好，设计参数更为的准确，为后续的设计优化与生产打好前期铺垫。

1.4进行设计质量控制

CAD有着强大的几何造型、特征计算、绘图等功能，使用这些功能可以有效控制机械工程设计的质量。在CAD绘制机械图形过程中，实时呈现设计的效果，设计人员根据图形观察，结合机械工程设计的需要，及时纠正设计中的错误与偏差，以提高设计的质量与效率。

2CAD技术在机械工程设计中的应用实例

2.1设计实例

以农业机械CAD设计为例，采用CAD技术设计拖拉机的液压悬挂装置，组成结构主要有液压系统与悬挂机构两个部分，以下针对悬挂机构中的提升臂、上拉杆、提升杆、下拉杆，采用CAD技术进行设计。

2.2设计要求

①悬挂机构中的提升臂、上拉杆、提升杆、下拉杆等的尺寸，需符合农业机械设计手册的要求，保证牵引装置的通用性;②牵引力需稳定、可靠，确保作业深度的灵活有效控制;③应具有限位设计，形成悬挂机构摆动的有效控制;④整个机构需方便于拖拉机的行驶。

2.3设计方案

本次采用三点悬挂设计，悬挂机构结构如图1所示。图中的1为下拉杆，主要的功能是传递牵引力，并可辅助提升臂提升农具;2为上拉杆，主要用于农具俯仰的调整;3为提升臂，提升臂具有提升农具的作用，带动提升杆与上拉杆进行动作;4是提升杆，其为中间构件，主要的功能是传递牵引力。

2.4CAD结构设计

采用CAD进行拖拉机三点悬挂机构的结构设计，使用CAD绘制出机构结构图，在图中进行悬挂结构尺寸与文字的标注，具体设计内容如下，①提升臂、上拉杆、提升杆、下拉杆等绘图、尺寸标注，以及设计下悬挂点动作范围，与拖拉机的相对位置等;②提升高度设计，整个机构的动作幅度、原始高度、可调节范围等;③瞬心位置设计，依据拖拉机的规格查看农业机械设计手册进行具体参数的设定，如果牵引的农具较为特殊，可在CAD设计图中进行尺寸的调整。

3结语

CAD技术属于计算机辅助设计软件，设有绘制图形、编辑图形、三维建模、标注尺寸、书写文字等功能，使其具备在机械工程设计中应用的优势。机械工程设计人员基于计算机与CAD软件进行机械产品的设计，突破传统二维图形设计的制约，在机械工程绘制图形、建模、设计分析、设计质量控制等中应用CAD技术，全面提高了机械工程设计的精度与质效。

参考文献

[1]尹超义.关于CAD技术在农业机械工程设计中的应用研究[J].河北农机，2021（14）：2.

[2]阎树彤，张晨，荀武墨.基于CAD技术的机械工艺设计优势分析[J].南方农机，2020，51（07）：1.