机械设计及理论篇

机械工程及自动化专业导论机械设计及理论篇

第一部分 机械设计专业导论第一讲 机械产品设计基本概念 设计目的和要求----产品的用途和达到技术 水平； 市场和技术调研----通过市场调研分析用户 需求和现有产品的技术状态；

方案设计(总体设计)----通过方案的构思、 分析和论证，确定一组可行原理性方案；

机构设计----确定各运动部件的机构形式， 进行机构的运动参数分析计算和优化； 结构设计(详细设计)----确定设计对象的 细节结构，进行零部件的结构设计，完成 产品的工程描述； 产品试制和测试----完成产品样机生产及有 关测试项目，并进行设计反馈与修改； 市场(用户)反馈意见

产品改进、完善、定型

传统机械产品设计方法用纸、铅笔或 二维绘图软件 制造实物零件 并装配 建造实验环境，用传感器测 量载荷、变形和运动状态

设计绘图

制造实物 样机

实物样机 实验

产品定型 生产

发现问题、重新修改设计

现代机械产品设计方法验证产品中的运动机 构原理是否正确 验证产品是否有强刚 度振动等问题

产品概念设计

三维结构设计

运动学、动力学 仿真分析

有限元分析、尺 寸、结构优化

运动学问题 虚拟样机

动力学问题

第二讲 现代机械产品设计基本概念 1. CAD----Computer Aided Design (计算机辅助设计),使用计算机系 统进行设计的全过程，包括资料检索、 方案构思、零件造型、工程分析、工 程制图、文档汇编

CAD概念的产生和发展 20世纪60年代初，美国麻省理工 学院开发了名为Sketchpad的计算机交互 图形处理系统，形成了CAD的最初概 念：科学计算、绘图。 20世纪70年代中期，CAD开始进 入实用阶段，主要技术特点是二维、 三维线框造型，只能表达基本的几何 信息。不能有效表达几何数据的拓扑 关系，价格昂贵。

20世纪70年代后期，CAD进入 发展时期。飞机和汽车制造中的大 量自由曲面问题促进了CAD的自由 曲面造型技术发展。曲面造型系统 为人类带来了第一次CAD技术革命。 20世纪80年代初，CAD实现了 实体造型技术，能够精确表达零件 的属性(如质量、质心、惯性矩 等)。称之为CAD发展史上第二次 革命。

20世纪80年代中期，CAD实现 了参数化实体造型技术，其特点是： 基于特征、全尺寸约束、全数据相 关、尺寸驱动设计修改等。参数化 技术的应用主导了CAD发展史上 的第三次技术革命。 20世纪90年代初期，由于参 数化技术存在许多不足，提出了比 参数化更为先进的实体造型技术---变量化技术。CAD技术发展的第 四次技术革命。

CAD的定义： 1973年国际信息联合会：CAD

是将 人和机器混编在解题作业中的一种技术， 从而使人和机器的最好特性联系起来。 20世纪80年代初，第二届国际CAD 会议：CAD是一个系统的概念，包括计 算、图形、信息自动交换、分析和文件 处理五个方面。 1984年国际设计及综合讨论会： CAD不仅是设计手段，而且是一种新的 设计方法和思维。

典型的CAD/CAE软件简介1)CATIA(Computer Aided Threedimensional Interface Application) 由法国达索飞机公司与IBM合作 开发的CAD/CAE/CAM软件系统，主 要用于机械制造、工程设计、电子行 业。主要特点是具有很强的三维复杂 曲面造型和加工编程能力。

2)UGⅡ(UNIGRAPHICSⅡ) 由美国EDS公司开发的CAD/CAE/CAM 软件，适用于飞机、汽车、通用机械 以及模具的设计、分析和制造。 3)Pro/ENGINEER 美国PTC公司开发的机械设计自动化软 件系统，主要用于汽车及运输机械、 宇航、飞机制造、电子及计算机设备 行业。

4)Solidworks 美国Solidworks公司产品，具有高级曲 面造型、大型装配能力。 5)Solidedge 美国EDS公司产品。 6)Autocad 美国Autodesk公司产品。著名的二维设 计软件。 7)CAXA 北航海尔软件公司产品。国产二维、三 维设计软件

2.CAE ----Computer Aided Engineering (计算机辅助工程),以现代计算力学 为基础，以计算机仿真为手段的工程 技术分析，主要内容包括有限元分析、 边界法、运动机构分析、气动和流场 分析、电磁场分析等。CAE在工程分析 中的作用已从分析和校核扩展到优化 设计。CAE属于广义CAD的重要部分。

计算机辅助设计与制造(CAD/CAM), 产品数据管理(PDM) 计算机辅助工艺规程设计(CAPP), 柔性制造系统(FMS) 计算机数控技术(CNC), 管理信息系统(MIS) 计算机集成制造系统(CIMS)

第三讲机械工程及自动化专业人才培养规范 一、专业培养目标：培养适应社会主义现代化建设需 要的德、智、体、美全面发展的，能 够从事机械(或机电)产品(或系统) 的设计制造、科技开发、应用研究、 运行管理和销售经营等方面工作的， 具有创新意识和团队精神的宽厚型、 复合型高级工程人才。