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1、兰州理工大学硕士毕业论文第一章绪论第一章绪论1 1C A D 技术的发展及在机械方面的应用计算机辅助设计( C o m p u t e rA i d e dD e s i g n ) 是电子信息技术的一个重要的组成 部分；是促进科研成果的开发和转化，实现设计自动化，加快国民经济发展和现代 化建设的项关键新技术。从1 9 6 3 年美国麻省理工学院( M I T ) 的I E S u t h e r l a n d 首次提出计算机辅助设计( C A D ) 的术语和概念以来，C A D 已经发展为一门新兴的高 技术学科并且已经成为一种独立的产业。以C A D 为核心，发展出了C A M ( 计算
2、机辅助 制造) ；C A P P ( 计算机辅助工艺规划) 和C I M ( 计算机集成制造) 等一系列相关概念。 近4 0 年来，随着科学技术的发展和市场的驱动，C A D 及其相关技术有了高速的 发展并逐步走向成熟。本世纪4 0 年代中期，计算机的问世和发展，推动了许多学 科的发展和新学科的建立，C A D 技术就是在这种环境下兴起的。19 6 3 年，I E 萨瑟兰德博士在他发表的论文人机图形通用系统中，提出了S K E T c H P A D 系统， 开辟了交互式图形技术这个富有生命力的研究领域。他所提出的基本理论和技术至 今仍被公认为是C A D 技术的基础。绘图机、光笔等硬件设备的
3、问世和发展及对图形 数据处理方法的深入研究，促使C A D 技术开始形成。6 0 年代中期后，美国的一些大 公司及航空航天部门都十分重视这一高新技术，并投入相当资金对C A D 进行研究 和开发。由于最初研究和开发C A D 的部门都是为了促进机械设计工作，因而C A D 自诞生之日起便紧紧地与机械设计结合起来，机械C A D 也伴随着C A D 技术的发展 而逐步完善。这个时期的c A D 系统的特点是规模庞大、价格昂贵，其主要功能是二 维绘图。从6 0 年代末期至7 0 年代中期是C A D 技术的成熟阶段。随着计算机硬件 的性价比不断提高，以小型和超小型计算机为主的机械C A D 系统进
4、入市场并形成 主流。与大型计算机的C A D 系统相比，其价格便宜、维护方便，其主要功能仍为二 维绘图，人们也开始对三维几何造型进行研究。从7 0 年代末期到9 0 年代初期， 以32 位工作站为基础的机械C A D 系统发展很快。该系统响应速度快，价格便宜、 硬件投资相对较低、维护方便，很快便进入中、小型企业推广使用，其主要功能已 发展到二维绘图、三维造型设计及基本分析计算。进入9 0 年代后。随着微型计算 机技术的飞速发 展，使适用于微机的C A D 系统应运而生并成为发展的主流。该系统的特点是价格便 宜、维护方便，适合于中、小型企业、高校和个人使用。随着C P U 速度及内存、硬 盘容量
5、的增加，其功能已非常全面，可以集成全部的绘图和编辑、三维造型、分析 计算及后处理等功能。这个时期比较流行的软件系统有：A u t oC A D 、P r o E n g i n e e r i n g 、A n s y s 、A d a m s 等。 我国在c A D 技术方面的研究始于7 0 年代中期，当时主要是研究开发二维绘图 软件，并利用绘图机输出二维图形，主要研究单位是高校，主要应用单位是航空和造 船工业。8 0 年代初有些大型企业和设计院成套地引进机械C A D 系统，并在此基础上 进行开发和应用，取得了一定的成果。近20 年来，我国许多高等院校、科研单位及 一些大企业都为机械C A
6、 D 系统的研究和开发做出了不懈的努力，推出了许多成功 的用于绘图、分析计算及图纸档案管理的机械C A D 软件，例如，华中理工大学的 I n t e c a d 软件、东大阿尔派的通用机械C A D 软件、大恒C A D 软件、博士c A D 软件、 专用于二维绘图的C A X A 电子图板及其他一些专门进行有限元分析和机构运动分析 的软件。兰州理工大学硕士毕业论文第一章绪论在机械制造业，起初是利用机械C A D 进行二维图纸的绘制，随着计算机硬件和 软件的发展，目前已能用三维几何造型技术描述和分析产品及其零部件的形状和 结构以及生成数控加工信息等。航空工业是国内外最早应用机械C A D 技
7、术的领域之 一。早在6 0 年代，美国的洛克希德公司就自行开发了用于飞机设计的机械C A D 软 件C A D A M ，并利用该软件成功地设计了各型战斗机。在波音7 7 7 飞机的设计中，波音 公司花了上亿美元的资金，采用法国达索T B M 的C A T I A 三维设计与仿真系统， 组织综合设计队，用并行方式进行设计，实现了整架飞机外形及有关零部件的三 维数字化定义，并用三维实体模型数字化预装配以检验它们之闻是否有干涉情况 做到在零件制造以前甚至在设计图纸发放以前就消除了干涉现象。使其精确度达 到了前所未有的程度，并减少了许多因设计、变更、错误或误工而引起的浪费。我 国的航空航天部门早在7
8、 0 年代中期就已开始使用机械C A D 技术，西安、成都等飞 机制造工业公司都积累了相当的经验，建立了先进的用于飞机设计的机械C A D 系 统，该系统在各型飞机的研制过程中发挥了重要作用。造船工业也是国内外应用机 械C A D 技术较早的部门之一。在设计中，首先应用机械C A D 系统进行船体几何外 形的设计，然后以船体外形几何数据为依据，计算出船体零件图并生成切割钢板 所需的数控加工信息。我国的造船工业也是应用机械C A D 技术较好的领域之一， 早在19 7 3 年，我国造船行业就引进了大型机械C A D 系统，开始研制用于船体设 计的C A D 软件。该系统能显著提高下料精度，并且能
9、利用它来进行管路布置、干涉 检查，大大提高设计效率。国内外汽车制造业也是应用机械C A D 技术较早的领域之 一。早在6 0 年代，美国通用汽车公司为设计汽车车身和外形而开发了c A D 一1 系 统，该系统成为该公司设计小轿车和卡车的必不可少的工具。目前，我国汽车制造 部门运用机械C A D 系统也开发了许多新车型。利用机械C A D 系统的三维造型进行 车体及零部件的设计，并用机构运动仿真软件来模拟分析车体的碰撞等些成本 较高的试验项目，获取有指导性的数据，对改进汽车的舒适性、安全性、动力性、 经济性等有重大的指导价值。国外工程机械制造业利用机械C A D 技术具有相对较早 的历史，而我国
10、工程机械制造部门应用机械C A D 技术起步较晚，直到近年来才基本 普及机械C A D 的应用。目前，我国工程机械行业应用机械C A D 技术主要可分为两个 层次：一是主要利用机械C A D 的巨大作用和潜力，并会逐渐利用全过程机械C A D 系统进行产品的设计和制造。1 2 机械C A D 的发展趋势1 2 1 机械C A D 系统的集成化机械C A D 系统集成化是当前机械C A D 技术发展的主要趋势之一，目标是提高 产品设计和制造的自动化程度，主要体现在以下3 个方面：l 提高C A D 系统的集成 度。即要求整个产品在设计过程中的每个阶段，每一设计步骤都能有效地使用C A D 技术，
11、这就要求一个C A D 系统( 硬件和软件) 功能要齐全，软件集成度要离；2C A D 和C A M ( 计算机辅助制造) 集成，即要求设计信息能自动地转换成C A M 系统的信息： 3 逐步形成一个以工厂生产自动化为目标的C I M S 。1 2 2 机械C A D 系统的智能化众所周知，机械设计过程是一个复杂的综合、分析和反复修改的过程，设计人 员只有具备多学科的专门知识与丰富的经验才能得到一个较好的设计结果。机械设兰州理工大学硕士毕业论文第一章绪论计是一项创造性活动，设计过程中的很多工作是利用数据计算无法得到的。因此， 目前以分析计算和图形为核心的机械C A D 系统是不能解决上述问题的
12、。为了使计算 机发挥更强大的作用，在机械C A D 系统中引入人工智能技术，使机械C A D 系统利 用专家的经验，模仿人的行为进行思考和推理。1 2 3 机械C A D 系统的标准化标准化除了CAD 支撑软件逐步实现ISO 标准和工业标准外，面向应用的标 准构件( 零部件库) 、标准化方法也己成为cAD 系统中的必备内容，且向着合理化 工程设计的应用方向发展。CAD 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为 了支持异构跨平台的环境，就要求它应有一个丌放的系统，主要是靠标准化技术解 决这个问题。目前标准有两大类：一是公用标准，二是市场标准或行业标准，前者 注重标准的开放性和所采用技术的先进性
13、，而后者以市场为导向，注重考虑有效性 和经济利益。“1 另外，可视化、网络化等也是机械C A D 系统的发展方向。1 3 三维机械C A D 系统的二次开发由于国外的cAD 系统发展早、技术先进、产品成熟、售后服务周到，仍占据 着主要的市场份额。国际和国内知名的cAD CA M 软件如Pro Er lgii qeer 、uGI I 、I DEAS 、SoiidWorks 以及国内的华正cA xA 系统等，都是商品化的通用平台，基本上覆盖了整个制造行业，专业针对性差，因而不 能满足各种各样具体产品的设计需要，在实际的工程设计中难以达到理想效果，几 乎不能真正实现cAD 灵活高效的特点。因此cAD
14、 CA M 软件的二次开发问题 就成为CAD CAM 技术推广应用过程中所必须面对和解决的课题之一。二次开 发就是把商品化、通用化的cAD CA M 系统用户化、本地化的过程，即以优秀 的CAD CA M 系统为基础平台，研制开发符合国家标准、适合企业实际应用的 用户化、专业化、集成化软件。1 4 风机的发展概况风机是透平机械的一种，它广泛应用于国民经济的各个领域。据t 9 7 9 年机械 工业部通用机械局的统计资料表明三机一泵( 压缩机、鼓风机、通风机和水泵) 在 各行业的总装机容量占全国发电量的3 4 。1 。1 9 8 2 年机械工业部的调查风机用电量 约占全国发电量的1 0 。据1 9
15、 8 8 年冶金部有关资料表明，当前我国金属矿山的风机 用电量占采矿用电量的3 0 9 6 “1 。可见风机是主要的耗能机械之一。当前，能源短缺 和环境污染问题日益严重，据日本国际贸易工业部委员会初步估算，到2 0 1 0 年同 本每年二氧化碳生成4 0 2 1 0 8 吨，为现在的1 3 7 倍。环绕地球的诸如二氧化碳、 甲烷和臭氧等少量气体的增加，在地球表面引起温室效应，这会对全球的生态造成 更大的破坏。因此，人们对节能和环境保护的关注也日益增加。这就要求我们设计 和制造出效率更高，噪音更小的风机产品，以满足市场的需求。 1 4 1 国外发达国家的发展概况 美国煤矿使用的主风机以轴流式为主
16、，离心式主风机占总数的3 以下。美国赫 德森制造协会开发研制“T ”系列风机产品。在此基础上，该协会又相继开发研制 了T B 、T c 、T D 、T w 系列。其风机最高全压效率可达8 5 ，噪声般小于或等于兰州理工大学硕士毕业论文第一章绪论8 5 d B ( A ) 。1 。 俄罗斯是以使用离心式矿井风机为主的国家，最近十几年来致力于改进离心 式通风机的气动性能，使最大静压效率从7 2 增加到8 8 ，平均静压效率从5 2 0 A 增至 7 5 ，最大流量从3 0 m 3 s 增至7 0 0 m 3 s ，最大功率从2 0 0 0 K w 增至5 0 0 0 K w ，使总功率 增加了2 3 倍。风机的外形尺寸却减少了1 5 4 、2 倍。 欧洲在媳桃方面发展领先的国家当属联邦德国、丹麦和英国。联邦德国 T T L ( T u r b oL u f t t e c h i n k ) 公司是欧洲一家有代表性的矿井风机制造公司，该公司在 液压式动时可调解技术方面积累了一定经验。采用液压调
