西安奧益達石油技術(shù)開發(fā)有限公司 楊 明

作為先進制造技術(shù)設(shè)計的首選，CAD計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)可以根據(jù)不同的設(shè)計模型，采用二維或三維CAD系統(tǒng)進行建模。為了盡早發(fā)現(xiàn)機械零件設(shè)計存在的缺陷，并進行及時的改善與修正，需要對機械零件設(shè)計模型進行仿真、分析與判斷，設(shè)計模型的仿真大都采用基于CAD的Pro/E設(shè)計軟件，該設(shè)計軟件可以對機械零件進行設(shè)計與優(yōu)化。基于CAD的Pro/E設(shè)計改變了傳統(tǒng)的機械設(shè)計方式，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

一、基于CAD的機械零件設(shè)計的優(yōu)勢

1.縮短了機械零件的設(shè)計周期。在機械零件設(shè)計中，采用CAD技術(shù)不僅能夠通過裝配環(huán)境對零件進行設(shè)計，還能夠通過相鄰零件的位置與形狀對零件進行設(shè)計，在機械設(shè)計時，周期被縮短了近1/3。這樣一來，大大提高了機械零件的設(shè)計與生產(chǎn)效率。由于利用CAD進行機械零件設(shè)計時，只有少部分零件需要重新設(shè)計與制造，因此只需要通過CAD快速重構(gòu)零件的模型即可，在有效防止單獨零件設(shè)計造成裝配失敗的條件下，就能夠快速獲得全新的機械產(chǎn)品。利用CAD技術(shù)可以有效提高產(chǎn)品的技術(shù)含量與設(shè)計質(zhì)量，隨著信息技術(shù)與機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的不斷融合，機械產(chǎn)品設(shè)計也有了新的發(fā)展，如采用有限元受力分析，可以確保機械零件設(shè)計的質(zhì)量，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

2.裝配零件更為便捷。根據(jù)裝配方式的不同將各機械零件進行裝配，通過資源查找器可以查找所記錄下來的零件裝配關(guān)系，有利于機械零件的正確裝配。在裝配過程中，如果裝配出現(xiàn)錯誤或被干涉，那么資源查找器就會及時顯示，并進行靜干澀檢查，一旦發(fā)現(xiàn)干澀就要進行修改，以確保機械零件設(shè)計的準確性。除此之外，CAD還能夠?qū)C械外部的零件進行隱藏。當(dāng)零件隱藏后，機械內(nèi)部裝配的結(jié)構(gòu)就清楚可見。同時，在整個機械部件完成裝配后，還能夠?qū)崿F(xiàn)運動演示，并檢驗運動行程是否與實際要求相符合，如有不符，可及時對機械零件設(shè)計進行修改，防止產(chǎn)品在生產(chǎn)以后才察覺問題，造成損失或報廢。

二、基于Pro/E軟件的機械零件設(shè)計

Pro/E軟件是一種一體化的三維軟件，是當(dāng)今世界CAD領(lǐng)域的新標準，在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。利用Pro/E軟件對機械零件進行設(shè)計時，機械零件與整個機械零件建模相連通，能夠更直觀的獲得更多的關(guān)于零件的信息。利用Pro/E軟件對機械零件的分析實質(zhì)上是用節(jié)點間的單元組合體分析來替換連續(xù)體分析。同時在對其數(shù)值分析時，用有限維空間替代無限維空間，并采用場函數(shù)分片多項式的模式，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散型的結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)，這樣一來，有限元方式將依靠有限維子空間來進行計算分析。由于函數(shù)系是由微小的支集所形成，局部地點變量存在相互依存的關(guān)系，不管是哪一個局部地點所存在的影響函數(shù)或區(qū)域都將屬于基函數(shù)與支集。因此，通過離散型結(jié)構(gòu)得到的方程系數(shù)矩陣較稀疏，在計算的過程中將更為便捷。不僅能夠利用常規(guī)的計算對大型的復(fù)雜靜力進行分析，而且還解決了固體力學(xué)中存在的各種動力和非線性的問題，是機械零件設(shè)計中最佳的設(shè)計軟件。

利用Pro/E軟件設(shè)計零件時，是在模擬真實機械環(huán)境條件下構(gòu)建的模型，并施加了約束和荷載，以預(yù)算確定模型中所存在的應(yīng)力、應(yīng)變以及移位等相關(guān)參數(shù)，有利于對機械結(jié)構(gòu)進行靜態(tài)與動態(tài)分析。以法蘭盤的設(shè)計為例，利用CAD 通過Pro/E軟件新建一個法蘭盤的設(shè)計文件，然后根據(jù)法蘭盤中的旋轉(zhuǎn)和孔、陣列、筋以及倒角等特點，完成三維造型的設(shè)計，最后將設(shè)計存入存儲盤中。其中，在進行結(jié)構(gòu)分析時，可以采用對稱簡化模型方式中的拉伸特征截取一半的法蘭盤進行實體化分析。同時，通過Pro/E軟件應(yīng)用程序中的mechanical約束法蘭盤的表面、截面及螺栓孔。當(dāng)螺栓孔受到外力時，就可以對法蘭盤的應(yīng)力、移位和應(yīng)變進行分析。在CAD彩色直觀分析圖中，通過對法蘭盤圖中各種數(shù)據(jù)色條的分析，還能夠獲知法蘭盤各零件部位的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況。

三、基于CAD的機械零件運動仿真分析

通過利用CAD技術(shù)中的Pro/E軟件，可對真實機械環(huán)境進行系統(tǒng)模擬，可以根據(jù)零件的動力學(xué)特征來驗證機械零件設(shè)計方案與特性參數(shù)的合理性，可以檢驗運動構(gòu)建是否被干澀。一旦出現(xiàn)不合理狀況就要對設(shè)計進行改善和完善。如，對齒輪副進行運動仿真分析時，在利用Pro/E軟件進行三維造型設(shè)計后，可以通過裝配齒輪副構(gòu)建運動連接，并在驅(qū)動中設(shè)置速度。同時還可以在設(shè)定齒輪副運動分析條件（設(shè)定好動態(tài)和結(jié)束時間，以及貼頻）后運行齒輪，選取其中一點進行動態(tài)作用力和速度等參數(shù)的測量，并獲取曲線數(shù)據(jù)圖形。然后與設(shè)計要求進行對比，以完善機械零件的設(shè)計。

四、結(jié)論

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)及多媒體技術(shù)與CAD技術(shù)不斷融合，大大提高了機械零件設(shè)計的智能化水平，同時也提高了企業(yè)機械零件設(shè)計的效率和質(zhì)量，減少了設(shè)計周期，促進了機械零件設(shè)計標準化的進一步發(fā)展。CAD技術(shù)的融入真正實現(xiàn)了機械零件設(shè)計的高效率、智能化，必將成為機械設(shè)計發(fā)展的主流方向。