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計算機輔助范文1
計算機輔助生物制造，也稱為快速原型法、分層制造或自由形態固體制造，是一門新技術，包括三維可累加的逐層制造技術，結合添加劑材料的選擇，可制造出具有生物特性的結構，這種技術充分運用了計算機輔助設計系統。計算機輔助生物制造誕生于20世紀后期，由幾個研究組獨立研究發展而來，包括三維系統公司、Stratsys公司、MIT和德州大學Austin分校。在計算機輔助生物制造中，計算機輔助設計的表面被轉化為一系列的多邊形逼近（稱為鑲嵌技術）并且切分成一系列的橫截面。計算機輔助生物制造分為直接型和間接型兩種。直接型方法包括固態、液態和粉末狀的輔助添加材料；間接型方法包括用計算機處理可用于計算機生物制造的模型或模具，例如計算機輔助生物制造方法可以用于創建用于熔模鑄造、砂型鑄造或注塑成型的結構。間接型方法與直接型方法相比，優勢在于在結構最終成型之前可以節省具有某些化學的、腐蝕性的、生物的和機械的特性的材料，因為這些材料并不需要在計算機輔助生物制造中出現。本書旨在闡述最近由計算機輔助生物制造技術所制造的大量醫療設備所投入的技術，包括病人特制義肢，微型結構醫療設備，人造組織等。計算機輔助生物制造在未來10年將在醫療護理方面發揮更大的作用，它將主導著生物和醫療設備的結構設計制造。
本書內容共有14章：1.計算機輔助生物制造：導論；2.多尺度骨頭診斷的計算機系統：二維微觀尺度的有限元分析系統；3.基于淀粉的分層纖維支架結構在骨組織工程中的應用；4.快速原型法制作三維支架的細菌和應用白念珠菌粘附技術制造骨頭更替材料；5.生物黏合劑的噴墨式打印技術；6.羥基磷灰石造骨細胞復合的激光細微加工；7.雙光子聚會物與陶瓷混合材料在皮膚滲透型藥物研制中的應用；8.生物陶瓷藥物釋放體在三維粉末印刷期間的生物活性的同時穩定性；9.選擇性激光熔化工藝制造鈦椎間融合器的拓撲結構優化和機械進化過程；10.CT攝像機監控電流刺激切除神經的退化肌肉的生長情況和由電流刺激誘導的組織結構改變及其立體平版的三維建模；11.燒蝕鼻子腫瘤手術后利用計算機輔助設計（CAD）-計算機輔助制造（CAM）技術構造臨時假鼻體：一個試驗案例的報道；12.個人預制的重構上顎骨假體；13.快速原型法教學模型在胎兒畸形研究中的應用；14.骨架材料通過CT掃描的非入侵性考古和三維結構重建。
本書適合計算機生物輔助設計、生物醫療設備設計、醫療護理等領域相關研究人員閱讀。
陳濤，
博士生
（中國傳媒大學理學院）
計算機輔助范文2
論文摘要：齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個較復雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關控制參數的公差值，是齒輪設計的關鍵所在。
傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對齒輪的幾何參數進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。
引言
現行的機械行業中在齒輪設計的過程里，非常缺乏對幾何參數計算的比較統一的軟件，很多時候只是采用手工計算、取大概的數值，對于一些比較復雜的齒輪來說，制造出來的齒輪存在誤差較大。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。
1.漸開線圓柱齒輪幾何參數計算相關研究綜述
1.1漸開線圓柱齒輪國內的研究現狀
1.1.1齒輪的簡介
標準齒輪的結構構造圖如圖1。
圖1齒輪構造圖
齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。
輪齒簡稱齒，是齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續嚙合運轉；基圓是形成漸開線的發生線作純滾動的圓；分度圓，是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。
漸開線齒輪比較容易制造，且傳動平穩，傳遞速度穩定，傳動比準確，漸開線圓柱齒輪是機械傳動量大而廣的基礎零部件，廣泛在汽車、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農機、輕工、建工、建材和軍工等領域中應用。因此現代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較小。
1.1.2研究現狀
我國1960年以前沒有圓柱齒輪精度標準，直接應用蘇聯TOCT1643—46標準，1958年起原第一機械工業部組織力量著手研究，經過分析、研究和驗證蘇聯TOCT1643—56標準，制訂和頒布JB179—60《圓柱齒輪傳動公差》機械工業部部標準。對當時機械工業的發展起到積極推動作用，很快達到世界五十年代水平，在七十年代末國家機械工業改革開放，要求迅速趕上世界齒輪發展步伐，機械工業部領導下決心，直接以ISO1328—1975國際基礎修訂JB179—60標準，以等效采用ISO1328—1975標準，頒布JB179—81和JB179—83漸開線圓柱齒輪精度機械工業部部標準，大力進行宣貫，促進圓柱齒輪精度質量明顯的提高。同時帶動國內齒輪機床、刀具和量儀的發展，于1998年由技術監督局頒布為GB10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準。我國在改革開放，發展經濟的政策指示下，大量引進德國、日本等西方工業發達國家的工業機械產品，而配件需要國產化，JB179—83和GB10095—88標準已不相適應，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標準，另一方面以宣貫行政文件形式進行補充。提出齒距偏差、齒距累計誤差、齒向誤差四個為必檢項目評定齒輪精度等級。宣貫中發現達到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規定不夠合理，齒形精度達到要求但齒距精度尚有一定的富余而不相協調。部分先進企業總結國內外技術經驗，采取積極的技術措施，生產出與世界水平相當的齒輪產品。以上這些與ISO1328-1997標準相對照，在很多關鍵地方是不謀而合。當前我國在重大機械裝備中所需漸開線齒輪都可以國產化?，F行GB10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準是等效采用ISO1328—1975國際標準的，現在國際上已將ISO1328—1975標準作廢由ISO1328-1997標準代替。1997年由國家技術監督局下任務對GB10095—88標準進行修訂，經過對ISO1328-1997標準翻譯、消化和征求各方面意見，絕大多數認為我國齒輪產品應與國際接軌，促進國際和國內齒輪產品的貿易，發展齒輪生產。修訂GB10095—88國家標準應等同采用ISO1328-1997國際標準。
目前國家技術監督局和國家機械工業局鼓勵要求技術進步迫切和有條件的齒輪制造企業，直接采用ISO1328-1997國際標準作為企業標準生產齒輪先行一步，深入、充分發揮ISO1328-1997國際標準作用，為本企業真正提高齒輪性能質量、降低制造成本提高經濟效益，走入國際市場
。
我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。
1.2課題研究的意義
齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個較復雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關控制參數的公差值，是齒輪設計的關鍵所在。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。
1.3設計的研究思路與研究的重點
本設計的研究重點是漸開線圓柱齒輪傳動設計的計算。研究外嚙合齒輪和內嚙合齒輪傳動的主要幾何參數計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實現齒輪的合理設計。
2.漸開線圓柱齒輪幾何參數計算的輔助軟件的主要研究內容
2.1齒輪傳動設計步驟
齒輪傳動設計步驟：
1、簡化設計：根據齒輪傳動的齒數、嚙合角和模數等，確定中心距等主要參數。
2、幾何設計計算：設計和計算齒輪的基本參數，并進行幾何尺寸計算。如：計算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。
3、齒厚測量尺寸計算：根據上步的計算結果和已知參數，計算齒輪的齒厚參數。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數。
4、精度計算：計算出齒輪的精度測量參數，如：各級精度等級、齒厚上/下偏差、側隙公差、最小/大極限側隙等。
5、強度校核：在基本參數確定后，進行精確的齒面接觸強度和齒根彎曲強度校核。分別將計算出的接觸/彎曲強度允許傳遞功率與已知功率相比較，如果都大于實際功率，則所設計的齒輪強度過關。
6、如果校核不滿足強度要求，可以返回2)，修改參數，重新計算。課題研究的主要內容就是設計一個進行齒輪設計的計算軟件，現在課題是幾何尺寸計算，主要應集中在此，精度只是其中一部分。在設計漸開線圓柱齒輪時會計算出其齒數、齒形和齒高等。
2.2漸開線圓柱齒輪幾何參數2.2.1外嚙合標準圓柱齒輪傳動幾何尺寸計算
外嚙合標準圓柱齒輪傳動參數計算如表1。
表1外嚙合標準圓柱齒輪傳動參數
名稱
符號
直齒輪
螺旋齒輪
原始參數
基準齒形
齒形角
α=20°
tgαt=tgα/cosβ
齒頂高系數
ha*=1
hat*=ha*cosβ=cosβ
徑向間隙系數
C*=0.25
Ct*=C*cosβ=0.25cosβ
齒根圓角半徑系數
γ*=0.38
γt*=γ*cosβ=0.38cosβ
模數
m由強度計算或結構設計確定，一般傳遞動力的齒輪m>=1
mt=m/cosβ
齒數
Z
設計時選定
設計時選定
分度圓螺旋角
β
β=0°
β按推薦值或按中心距條件確定
主要幾何參數的計算（mm）
中心距
a
a=m/2(Z1+Z2)
=1/2(d1+d2)
a=m/2cosβ(Z1+Z2)
=1/2(d1+d2)
一般希望a為標準數值或圓整的數值
分度圓直徑
d
d=mZ
d=mZ/cosβ
名稱
符號
直齒輪
螺旋齒輪
主要幾何參數的計算（mm）
齒頂高
ha
ha=ha*m
齒頂圓直徑
da
da=d+2ha=(Z+2)m
da=d+2ha=(Z/cosβ+2)m
齒根高
hf
hf=(ha*+C*)m=1.25m
齒根圓直徑
df
df=d-2ht
=(Z-2.5)m
df=d-2ht
=(Z/cosβ-2.5)m
齒高
h
h=ha+hf
基圓直徑
db
db=dcosα
db=dcosαt
2.2.2外嚙合高度變位齒輪傳動的幾何尺寸計算
外嚙合高度變位齒輪傳動的參數計算如表2。
表2外嚙合高度變位齒輪傳動的參數
項目名稱
符號
原始參數
齒數
小輪
Z1
大輪
Z2
模數
m
螺旋角
β
基準齒形
齒形角
α
齒頂高系數
ha*
徑向間隙系數
c*
齒根圓半徑系數
r*
變位系數
小輪
x1
大輪
x2
切齒方法
小輪及大輪均用滾刀切制
齒寬
小輪
b1
大輪
b2
主要幾何參數的計算（mm）
項目名稱
符號
計算公式
中心距
a
a=(Z1+Z2)m/2cosβ
端面齒形角
αt
tgαt=tgα/cosβ
分度圓直徑
d
d=mZ/cosβ
齒頂高
ha
ha=m(ha*+x)
齒高
h
h=m(2ha*+c*)
齒根高
hf
hf=h-ha=m(ha*+c*-x)
齒頂圓直徑
da
da=d+2ha
齒根圓直徑
df
df=d-2hf
基圓直徑
db
db=dcosαt
基圓螺旋角
βb
sinβb=sinβcosα
法面分度圓齒厚
sn
sn=(0.5π+2xtgα)m
齒厚測量尺寸的計算(mm)
固定弦齒厚
s(_)c
s(_)c=(0.5πcos2α+xsin2α)m或
s(_)c=s(_)c*m(s(_)c*可查表)
固定弦齒高
h(_)c
h(_)c=0.5(da-d-s(_)ctgα)或
h(_)c=0.5(da-d)-h(_)*m(h(_)*可查表)
斜齒輪當量齒數
Zn
Zn=Zn/cos3β
分度圓弦齒厚
s(_)
s(_)=Zsin/cosβ*m,式中
=(π/2Z+2xtgα/z)*cos3β
分度圓弦齒高
h(_)a
h(_)a=0.5[da-(cos-sin2β)
/cos2β*d]
2.2.3內嚙合標準齒輪傳動的幾何尺寸計算
內嚙合標準齒輪傳動的參數計算如表3。
表3內嚙合標準齒輪傳動的參數
項目名稱
符號
原始參數
齒數
小輪
Z1
內齒輪
Z2
模數
m
基準齒形
齒形角
α
齒頂高系數
ha*
徑向間隙系數
c*
齒根圓半徑系數
r*
插齒刀
齒數
Z02
齒頂圓直徑
da02
齒頂高系數
ha02*
切齒方法
小輪及大輪均用滾刀切制
齒寬
小輪
b1
大輪
b2
工作齒寬
bw
主要幾何參數的計算（mm）
項目名稱
符號
計算公式
中心距
a
a=(Z2-Z1)m/2
分度圓直徑
小輪
d1=mZ1
大輪
d2=mZ2
插齒刀變位系數
X02
X02=da02/2m-(Z02+2ha02*)/2
內齒輪與插齒刀嚙合角
invαw02
invαw02=2(x2-x02)tgα/(Z2-Z02)+invα
內齒輪與插齒刀中心距
aw02
aw02=(Z2-Z02)mcosα/2cosaw02
中心距分離系數
y02
y02=aw02/m-(Z2-Z02)/2
主要幾何參數的計算（mm）
項目名稱
符號
計算公式
齒高
h1
h1=0.5(da1-df1)
h2
h2=0.5(df2-da2)
齒根高
hf
hf=h-ha=m(ha*+c*-x)
齒頂圓直徑
da1
da1=d1+2(ha*-Δy02)m
da2
da2=d2-2(ha*-k2)m
齒根圓直徑
df1
df1=d1-2(ha*+c*)m
df2
df2=2aw02+da02
齒厚測量尺寸的計算(mm)
固定弦齒厚
s(_)c
s(_)c=0.5πmcos2α或
s(_)c=s(_)c*m(s(_)c*可查表)
固定弦齒高
h(_)c
h(_)c=0.5(da-d-s(_)ctgα)或
h(_)c=0.5(da-d)-h(_)*m(h(_)*可查表)
分度圓弦齒厚
s(_)
s(_)=Zsin/cosβ*m,式中
=(π/2Z+2xtgα/z)*cos3β
分度圓弦齒高
h(_)a
h(_)a=0.5[da-(cos-sin2β)
/cos2β*d]
2.2.4內嚙合高度變位齒輪傳動的幾何尺寸計算
內嚙合高度變位齒輪傳動的參數計算如表4。
表4內嚙合高度變位齒輪傳動的參數
項目名稱
符號
原始參數
齒數
小輪
Z1
大輪
Z2
項目名稱
符號
原始參數
模數
m
螺旋角
β
基準齒形
齒形角
α
齒頂高系數
ha*
徑向間隙系數
c*
齒根圓半徑系數
r*
斜齒輪當量齒數
Zn
Zn=Z/cos3β
變位系數
小輪
x1
大輪
x2
切齒方法
小輪及大輪均用滾刀切制
插齒刀
齒數
Z02
分度圓直徑
d02
齒頂圓直徑
da02
齒頂高系數
ha02*
主要幾何參數的計算（mm）
項目名稱
符號
計算公式
中心距
a
a=(Z1+Z2)m/2cosβ
端面齒形角
αt
tgαtw=tgα/cosβ
分度圓直徑
d
d=mZ/cosβ
齒數比
u
u=Z2/Z1
齒頂高
ha
ha=m(ha*+x)
齒高
h
h=m(2ha*+c*)
齒根高
hf
hf=h-ha=m(ha*+c*-x)
齒頂圓直徑
da
da=d+2ha
齒根圓直徑
df
df=d-2hf
主要幾何參數的計算（mm）
項目名稱
符號
計算公式
基圓直徑
db
db=dcosαt
基圓螺旋角
βb
sinβb=sinβcosα
法面分度圓齒厚
sn
sn=(0.5π+2xtgα)m
齒厚測量尺寸的計算(mm)
固定弦齒厚
s(_)c
s(_)c=(0.5πcos2α+xsin2α)m或
s(_)c=s(_)c*m(s(_)c*可查表)
固定弦齒高
h(_)c
h(_)c=0.5(da-d-s(_)ctgα)或
h(_)c=0.5(da-d)-h(_)*m(h(_)*可查表)
斜齒輪當量齒數
Zn
Zn=Zn/cos3β
分度圓弦齒厚
s(_)
s(_)=Zsin/cosβ*m,式中
=(π/2Z+2xtgα/z)*cos3β
分度圓弦齒高
h(_)a
h(_)a=0.5[da-(cos-sin2β)
/cos2β*d]
2.3本課題研究目標
計算出漸開線齒輪的模數、齒數、齒形、齒高、變位、基準齒形和參數（GB/T1356-1988）、模數系列（GB/T1357-1987）、傳動類型和基本參數、變位系數的選擇、漸開線圓柱齒輪的齒厚測量計算、精度選擇和強度計算。
本課題研究的幾何尺寸計算的適用范圍包括：
1、標準圓柱齒輪（直，螺旋）
2、外嚙合(高度變位)圓柱齒輪（直，螺旋）
3、內嚙合標準齒輪（直齒）
4、內嚙合(高度變位)圓柱齒輪(直，螺旋)
3.軟件的具體實現3.1系統實現的環境
本設計軟件使用C#語言開發，開發平臺為VS2005軟件，運行環境是WindowsXP
3.2軟件的總流程圖
圖2程序總流程圖
3.3軟件實現的主界面
圖3計算外嚙合齒輪副時的界面
圖4計算外嚙合齒輪副時的界面
圖5精度計算時的運行界面
3.4實現的部分代碼3.4.1實現的主要功能
1、外嚙合齒輪幾何參數和齒厚計算的功能模塊
privatevoidbutton1_Click(objectsender,EventArgse)//外嚙合計算
{
if(tBoxα.Text!="20")//判斷輸入是否為標準輸入
str="請輸入標準齒形角α！\n";
elseif(Convert.ToInt32(tBoxβ.Text)<0||Convert.ToInt32(tBoxβ.Text)>45)
str+="請選擇合理的螺旋角β！\n";
elseif(Convert.ToInt32(tBoxha.Text)!=1)
str+="請選擇合理的齒頂高系數！\n";
elseif(Convert.ToDouble(tBoxc.Text)!=0.25)
str+="徑向間隙系數選擇不正確，請重新填寫！\n";
elseif(Convert.ToDouble(tBoxr.Text)!=0.38)
str+="齒根圓角半徑系數選擇不夠準確！\n";
elseif(Convert.ToDouble(Convert.ToInt32(Convert.ToDouble(tBoxZ1.Text)))!=Convert.ToDouble(tBoxZ1.Text)||Convert.ToDouble(Convert.ToInt32(Convert.ToDouble(tBoxZ2.Text)))!=Convert.ToDouble(tBoxZ2.Text))
str+="齒數請輸入為整數！\n";
else//分別把輸入的值賦給各變量
{
α1=Convert.ToInt32(tBoxα.Text);
β1=Convert.ToDouble(tBoxβ.Text);
α2=Math.PI*α1/180;
β2=Math.PI*β1/180;
n=Math.Cos(β2);
u=1;
m=Convert.ToDouble(tBoxm.Text);
ha=Convert.ToInt32(tBoxha.Text);
hat=ha*n;
c=Convert.ToDouble(tBoxc.Text);
ct=c*n;
r=Convert.ToDouble(tBoxr.Text);
rt=r*n;
if(tBoxpa_s.Enabled)//標準齒輪幾何參數計算
{
Z0=Convert.ToInt32(tBoxZ1.Text);
ha01=ha*m;
hf0=1.25*m;
h0=ha01+hf0;
if(tBoxβ.Text!="0")
{
a0=Z0*m/n;
d0=m*Z0/n;
}
else
{
a0=Z0*m;
d0=m*Z0;
}
a=a0;
da0=d0+2*ha01;
df0=d0-2*hf0;
db0=d0+Math.Cos(α2);
pa=Math.PI*m*Math.Cos(α2);
//標準齒輪齒厚計算
sc0=0.5*Math.PI*m*Math.Cos(α2)*Math.Cos(α2);
hc0=ha01-Math.PI*m*Math.Sin(2*α2)/8;
invαt=Math.Tan(α2)-α2;
if(tBoxβ.Text!="0")
{
s0=m*Z0*Math.Sin(Math.PI*n*n*n/(2*Z0))/(n*n*n);
ha02=0.5*da0-(0.5*m*Z0/(n*n*n))*(Math.Cos(Math.PI*n*n*n/(2*Z0))-Math.Sin(β2)*Math.Sin(β2));
k0=(α1/180)*Z0+1;
W0=(Math.PI*(k0-0.5)+Z0*invαt)*m*Math.Cos(α2);
}
else
{
s0=m*Z0*Math.Sin(Math.PI/(2*Z0));
ha02=0.5*da0-0.5*m*Z0*Math.Cos(Math.PI/(2*Z0));
k0=(α1/180)*Z0+1;
W0=(Math.PI*(k0-0.5)+Z0*invαt)*m*Math.Cos(α2);
}
}
計算外嚙合和內嚙合各種齒輪，原理基本一樣，重點注意的是取值的精確度問題，以及弄清各參數之間的關系，以便于計算，避免數值的混淆。
2、確定部分重要精度參數的取值函數
publicstaticintfpb_value(doublex,doubley,stringz)//基節極限偏差fpb取值
{…}
publicstaticintFβ_value(intx,stringy)//齒向公差Fβ取值
{…}
publicstaticdoublefa_value(doublex,stringy)//中心距極限偏差fa取值
{…}
publicstaticintfpt_value(doublex,doubley,stringz)//齒距極限偏差fpb取值
{…}
publicstaticintFr_value(doublex,doubley,stringz)//齒圈徑向跳動公差Fr取值
{…}
publicstaticdoublebr_value(stringx,doubled)//切齒徑向進刀公差br取值
{…}
publicstaticcharcode_value(doublex)//偏差代號
{…}
3.4.2軟件實現和傳統人工計算的比較
對齒輪進行設計時，傳統的人工計算具有很大的局限性，下面就列舉兩個比較突出的例子進行比較說明。
1、在計算幾何參數時，已知參數invα且invα=tanα-α,要番過來求α的值，此設計中我使用的二分法查找的思想來求解（代碼如下），其中取值的精度精確到了10-8。如果如此龐大的計算量進行人工計算，工作量可想而知，而且有存在很大的誤差甚至是錯誤的可能，但借用了此計算機輔助軟件，立刻就可以得到滿意的答案。
privatedoubleinv(doublex)
{
doublef=0,r=Math.PI/2,b,fun;//設置變量f,r,b,fun
b=Math.PI/4;//因為0<α<(π/2),所以取第一個二分時b=π/4
fun=Math.Tan(b)-b;//求出當b=π/4時fun的值
while(Math.Abs(fun-x)>0.00000001)//當誤差小于10-8時跳出循環
{
if(fun-x>0)//若fun大于x，取中間值的左邊區間進行循環
{
r=b;
b=(f+r)/2;//取新區間的中值
fun=Math.Tan(b)-b;
}
elseif(fun-x<0)//若fun小于x，取中間值的右邊區
{間進行循環
f=b;
b=(f+r)/2;//取新區間的中值
fun=Math.Tan(b)-b;
}
else//若fun與x的值相等，跳出循環
break;
}
return(b);
}
求解過程流程圖如下圖圖6。
圖6用二分法求解過程流程圖
2、求內嚙合高度變位齒輪的齒厚尺寸的大輪固定弦齒高和分度圓弦齒高時，公式如下：
1）固定弦齒高：
hc2=0.5*(d2-da2-sc2*Math.Tan(α2))+0.5*da2*(1-Math.Cos(δa2));
其中,有需要計算參數δa2：
δa2=Math.PI/(2*Z2)-invαt-2*Math.Tan(α2)*x2/Z2+invαa2;
2）分度圓弦齒高：
ha2L=0.5*d2*(Math.Cos(delta)-Math.Sin(β2)*Math.Sin(β2))/(n*n)-0.5*da2+0.5*da2*(1-Math.Cos(δa2));
其中，又需要計算參數delta：
delta=(Math.PI/(2*Z1)+2*x1*Math.Tan(α2)/Z1)*n*n*n;
如此繁雜、工作量大的計算量，進行人工計算同時也是件很苦難、很難實現的事情。
4.結論
正由于在產品的設計過程中齒輪幾何參數的選擇是影響產品具有良好的嚙合和節能低耗效果的重要因素，如果齒輪在設計時參數的選擇不夠精確，只是采用人工憑經驗的估算（而且有存在計算錯誤的風險），將直接影響所生產產品的質量，有損企業的發展。借助計算機輔助軟件，就可以很大程度上減低了這方面的成本和風險。在加工齒輪時，技術人員經常要進行各種齒輪幾何及嚙合參數的計算。傳統方法用手工、計算器及查表計算、速度慢、精度低,即使是價格較貴的可編程計算器也遠不能滿足高精度復雜計算的要求。而市場上用于齒輪計算的軟件都較貴,且不適合部分中小企業的設計需要。為此，設計了此漸開線圓柱齒輪的幾何參數計算的計算機輔助軟件。
參考文獻
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計算機輔助范文3
關鍵詞：計算機應用; 裝配規劃; 綜述; 虛擬現實; 軟計算; 協同裝配
裝配是產品生命周期的重要環節，是實現產品功能的主要過程。畢業論文 裝配成本占產品制造成本40%～50%，裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。裝配規劃是在給定產品與相關制造資源的完整描述前提下，得到產品詳細的裝配方案的過程，對指導產品可裝配性設計、提高產品裝配質量和降低裝配成本具有重要意義。產品的裝配規劃通常需要得到零部件的裝配序列、裝配路徑、使用的工裝夾具和裝配時間等內容[1]~[3]。
較早的傳統裝配規劃采用人工方式，工藝人員根據設計圖紙和技術文檔，通過分析產品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關系，必要時再和設計人員進行討論，進一步明確設計者的真正意圖，利用自己的經驗和知識規劃出產品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經濟性。
隨著計算機集成制造CIMS 和并行工程CE技術的發展和應用，一方面對裝配相關的設計技術提出了計算機化的要求，以提高和產品開發過程中其他環節的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優化以降低成本和縮短規劃時間以加快產品開發進程。受“需求牽引”和“技術推動”兩方面的影響，80 年代初，出現了對計算機輔助裝配規劃(Computer Aided Assembly Planning，CAAP)技術的研究。到目前為止，CAAP 經歷了幾個不同的發展階段，出現了4 種代表性的方法，按照出現的時間順序及方法的特點，筆者將其歸結為經典裝配規劃方法、虛擬裝配規劃方法、裝配規劃軟計算方法和協同裝配規劃方法。
1 經典裝配規劃方法
早期CAAP 的研究側重于裝配序列的規劃，以產品CAD 裝配模型為基礎，碩士論文 一般采用幾何推理的方法，通過產品裝配建模、裝配序列推理和表達以及裝配序列評價和選擇為產品面向裝配的設計和裝配工藝規劃提供指導和支持，其過程通常如圖1 所示。
1.1產品裝配建模
產品裝配模型是裝配規劃的基礎，為裝配規劃提供裝配體和零部件的相關信息。常用的裝配信息表達模型可分為圖模型和矩陣模型。法國學者Bourjauct 提出了聯系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關系定義為聯系即裝配關系，圖中的節點對應零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關系。關系模型[5]進一步區分了零件之間的接觸關系和聯接關系，圖中包含3 種實體類型：零件、接觸和聯接，邊表達了實體間的關系。產品等級裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結構性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級子裝配體和零件的集合，以此表達產品的裝配組成。
矩陣比圖易于計算機表達和實現。Dini 和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達產品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標軸方向裝配時相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數量，Huang[8]等把6個干涉矩陣合并為一個拆卸矩陣，集成的表達零部件間沿坐標軸方向的干涉情況。
1.2裝配序列推理和表達
基于聯系圖模型，Bourjauct 采用人機交互“問答式”方法獲取裝配優先約束關系[4]，醫學論文 隨后De Fazio 和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進一步較少了需要由用戶回答問題的數量，然后通過對裝配優約束關系進行推理得到聯絡建立優先關系的層次模型表達產品的裝配序列。
“割集”法是基于拆卸策略的裝配規劃中通常采用的圖論算法。Homem de Mell 和Sanderson[5]通過對產品聯接圖進行縮并，利用“割集”算法對聯接圖進行循環分解，生成所有可能的子裝配體，直到不可再分。并提出了裝配序列的AND/OR 圖表達方法，圖中的節點對應裝配過程中的子裝配體或零件，超弧表達將子裝配體或零件聯接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因為“割集”算法的計算復雜性為O(3N) (N為零件個數)，因此，對于復雜產品的裝配順序規劃存在指數爆炸問題，這是難以讓人接受的。
1.3裝配序列評價和選擇
裝配序列的選擇對裝配線設計、裝配成本、裝配設備選擇有很大影響，職稱論文 而評價是選擇的基礎。裝配序列的評價可分為定性和定量兩方面因素[11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩定性和安全性、裝配操作任務間的并行性、子裝配體的結合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個裝配時間 (包括子裝配體的操作時間、運輸時間等 )、整個裝配成本 (包括勞動成本、夾緊和加工成本 )、產品在裝配中再定位的次數、夾具的數目、操作者的數目、機器人手爪的數目、工作臺的數目等。
更多的經典裝配規劃方法研究文獻可以參見Texas A&M 大學Wolter 教授的“Assembly Planning Bibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15 年經典裝配規劃方法的相關研究。經典方法一般表達出全部的序列解空間，這使它可能從中找出最優的裝配序列，但隨著產品中零件數量的增加，解空間的組合爆炸給序列的存儲、選優帶來極大困難；且序列的幾何推理方法不易融入人類的裝配知識，難免產生眾多幾何可行但工藝不可行的序列結果。
2虛擬裝配規劃方法
虛擬現實技術為裝配規劃的“人－機”協同工作提供了契機。虛擬裝配是指由操作者通過數據手套和三維立體顯示設備直接三維操作虛擬零部件來模擬裝配/拆卸過程，無需產品或支撐過程的物理實現，通過分析、先驗模型、可視化和數據表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關的工程決策[15]。虛擬裝配過程中，人機可以充分發揮各自的優勢，即人通過直覺/裝配經驗和知識決定產品的裝配過程，但不能精確地判斷當前所有可能裝配的零件，也不太可能準確判定裝配某一零件后裝配體的穩定性等因素，而通過一定算法和規則實現的機器智能剛好彌補人的不足。虛擬裝配方法得到的不僅僅是零件的順序，還可以包括零件路徑、裝配工具、夾具和工作臺等信息。圖2 為虛擬裝配規劃的工作步驟。
國外虛擬裝配規劃的研究以沉浸式虛擬裝配環境VADE[16]， [17](Virtual Assembly DesignEnvironment)為代表，英語論文 通過建立一個裝配規劃和評價的虛擬環境來探索運用虛擬現實技術進行設計、制造的潛在技術可能性，為機械系統裝配體的規劃、評價和驗證提供支持。在虛擬環境中，利用提取并導入的CAD 系統產生的裝配約束信息引導裝配過程；通過引入了質量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進行裝配建模，逼真地模擬真實裝配環境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過程中產生的掃體積和路徑信息并可進行編輯；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持裝配工具在虛擬裝配環境中的運用。
國內管強等[18]將虛擬現實技術與面向裝配設計的理論相結合，建立了一個虛擬環境下的面
向裝配設計系統（VirDFA）。萬華根等[19]建立了一個具有多通道界面的虛擬設計與虛擬裝配系統（VDVAS），通過直接三維操作和語音命令方便地對零件進行交互拆裝以建立零件的裝配順序和裝配路徑等裝配信息。在面向過程與歷史的虛擬設計與裝配環境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過識別裝配關系進行裝配運動的導航，實現虛擬拆卸/裝配順序規劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點出發，姚珺等[21]提出面向產品設計全過程的虛擬裝配體系結構，從方案設計、結構設計和裝配工藝設計3 個層次上分階段地對產品可裝配性進行分析與評價。田豐等[22]提出一個面向虛擬裝配的三維交互平臺（VAT），簡化了虛擬裝配應用系統的構造，便于應用的快速生成。
應用虛擬現實環境開展裝配規劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環境的構建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現實技術本身（如圖形的高速刷新）及其相關硬件技術（如力觸覺設備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。
3 裝配規劃軟計算方法
1994 年，Zadeh 教授將模糊邏輯與智能技術結合起來，提出了軟計算方法（soft computing）[23]。軟計算以模糊邏輯、神經網絡和概率推理為基礎，不追求問題的精確解，以近似性和不確定性為主要特征，所得到的是精確或不精確問題的近似解。為避免組合爆炸同時又能得到較優的裝配規劃方案，近來，基于建模、表達和尋優一體化的裝配規劃軟計算方法得到廣泛關注。
3.1 裝配規劃神經網絡方法
神經網絡是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經元廣泛互連而成的復雜網絡系統，留學生論文 單一神經元可以有許多輸入、輸出，神經元之間的相互作用通過連接的權值體現，神經元的輸出是其輸入的函數。若將優化計算問題的目標函數與網絡某種狀態函數(通常稱網絡能量函數)對應起來，網絡動態向能量函數極小值方向移動的過程就可視作優化問題的求解過程，穩態點則是優化問題的局部或全局最優解。
轉貼于 Hong 和Cho[24]用于機器人裝配順序優化的Hopfiled 神經網絡中，考慮裝配約束、子裝配體穩定性和裝配方向改變等因素建立網絡的能量方程，基于優先約束推理和專家系統提供的裝配成本驅動網絡的進化方程得到優化的序列。但由于神經網絡缺乏全局搜索能力，計算結果顯示，該方法容易產生不優化的裝配順序，且常常只能得到一個局部最優的裝配序列。另外，參數選擇和初始條件對網絡的靈敏度影響大；神經網絡在應用前須進行訓練，而訓練時要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產品，對其它類型的產品則不一定適用，該方法的應用范圍窄。
3.2 裝配規劃模擬退火算法
模擬退火算法源于固體退火思想，將一個優化問題比擬成一個熱力學系統，將目標函數比擬為系統的能量，將優化求解過程比擬成系統逐步降溫以達到最低能量狀態的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優化問題的全局最優解。
Saeid 等[25]利用模擬退火算法進行裝配序列規劃時，根據產品裝配模型獲得裝配優先關系，將裝配過程總裝配時間和重定向次數運用多屬性應用理論組合成單一目標函數，作為裝配序列優化的評價函數。Hong 和Cho[26]將裝配約束和裝配過程的成本映射為裝配序列能量函數，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數擾動地逐步減小，經過多次迭代，直到能量函數不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應用到一個電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經網絡[24]的裝配規劃方法進行了比較，結果顯示基于模擬退火的裝配序列優化方法可以產生較好的裝配序列并且在運算時間上優于人工神經網絡方法。
模擬退火算法具有較強的局部搜索能力，并能使搜索過程避免陷入局部最優，但模擬退火算法對整個搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過程進入最有希望的搜索區域，從而使得算法的運算效率不高。
3.3 裝配規劃遺傳算法
在眾多軟計算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。工作總結 遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個可能的解看作種群的個體，從一組隨機給定的初始種群開始，持續在整個種群空間內隨機搜索，按照一定的評估策略即適應度函數對每一個體進行評價，不斷通過復制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應度函數的約束下不斷進化，算法終止時得到最優/次最優的問題解。圖3 為裝配規劃遺傳算法的一般流程。
裝配規劃遺傳算法的研究重點集中于設計裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設計基因操作的形式和改進遺傳算法的局部搜索能力上。Lazzerini 等[27]的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3 段編碼，第1 段表示參與裝配的零件編號，第2 段表示零件的可行裝配方向，第3 段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了提高算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進行裝配，減少了參加裝配序列規劃的零件數目；Guan 等[28]采用基因團編碼方式，一個基因團表達一個零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴大采樣空間選擇下一代種群的基礎上，通過交叉和多層次變異實現裝配序列并行優化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規劃遺傳算法中設計了復制、交叉、變異、剪貼和斷連5 種遺傳算子尋找裝配序列優化解。在Smith 等[30]的增強型遺傳算法中，選擇下一代個體并不完全依靠適應度，而是先把一定數量較優的個體復制到下一代，將適應度低但幾何可行的序列用于繼續產生序列，直到滿足下一代種群中序列個數的需求，從而使算法能跳出局部最優點，在全局范圍內搜索最優解。
理論上，找到全局最優裝配序列要求參加演化計算的種群規模要足夠大，迭代次數要無限
多，但在計算資源和時間限制下是達不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規劃問題的效率和結果依賴于初始種群規模及其質量、遺傳算子及其操作概率等因素。
4 協同裝配規劃方法
裝配體作為實現產品功能的載體，零部件可能由不同的企業設計，零部件和產品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設計團隊的協同工作和決策以保證裝配質量和降低裝配成本。計算機和網絡技術的快速發展縮短了異地人員在時間和空間上的距離，為實時的“人－機－人”協同裝配工作提供了可能。
Wisconsin-Madison 大學[31]提出網絡環境下的電子化裝配（ e-Assembly ），探討在Internet/Intranet 上利用3D 模型進行協同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實現的關鍵技術包括3D 交互可視化、協同裝配/拆卸/維護/回收等。目前已開發了Motive3D 系統，利用Synthesizer模塊可以交互/自動進行產品的裝配建模和規劃，Visualizer 模塊為用戶在Web 平臺上提供裝配序列規劃結果的可視化仿真，但缺少交互修改、調整功能。在ATS 項目[32]實施中，為了向異地的開發人員展示裝配設計和裝配規劃結果，嘗試利用VRML 作為可視化工具，一方面供設計團隊瀏覽零部件設計，另外將裝配模型用文本編輯軟件進行編輯，生成裝配序列的VRML 仿真文件，供異地的設計團隊實時進行評價和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費的時間長達一周，而且每次設計修改后都必須重新編輯；同時，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進行交互修改。
Web 環境下的協同裝配規劃方法[33]采用協同工作環境下的裝配建模、裝配規劃任務分配和裝配序列合成等技術，通過對復雜產品裝配規劃問題的分解，即降低了單機規劃工作模式的復雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經驗進行裝配規劃方案的協同決策。面向協同廣義裝配[34]通過確定裝配子任務編碼方法、裝配人員評價指數和制定協同裝配協議，以VRML 為產品模型載體實現協同裝配系統。在裝配知識和規則的支撐下，支持局域網內多用戶實施產品預裝配、驗證零部件可裝配性，相關的裝配人員能夠協同討論裝配方案。Web 環境下3D 交互裝配可視化仿真結構是一個符合開放技術標準的可視化裝配系統[35]，它基于VRML-Java 實現裝配場景的動態生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗證方式。但該系統屬于單用戶系統，不能支持多用戶的實時協同裝配工作。
5 結論與展望
CAAP 的研究在理論上取得了一定的成果，在工業界也得到了一定的應用，但相對而言還很少，這說明該技術距離工業實用還存在較大差距。裝配規劃是一個經驗和知識密集型的工作，同時又與具體行業和產品有緊密的關系。經典裝配規劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優勢，而軟計算技術能夠將人的模糊知識融入規劃過程中，使得結果具有更好的工藝可行性，兩者的適當結合將有利于模仿人類裝配專家的實際裝配規劃過程，從而得到合理的裝配方案。
跨地域、跨國家的網絡化、協同化產品設計和制造新模式的形成使產品裝配成為一個需要協同工作和決策的問題。隨著虛擬現實技術和網絡技術的進一步發展，建立基于網絡的協同裝配決策平臺和虛擬環境，支持異地多人員協同裝配方案決策將是新形勢下裝配規劃研究的新趨勢。 參考文獻
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計算機輔助范文4
在機械工程中進行機械設計是非常重要的環節，它是進行生產工作的前提，它也關系到機械性能問題，因為機械的性能關系到設計質量的問題。從狹義的角度分析，機械設計主要是進行技術設計的工作，在廣義的角度來分析，機械設計就是按照現有的條件以及設計者的需求進行設計。所以，本文將會對機械相關零件形狀、能量大小的傳遞方式、機械相關的工作原理、結構材料的質量等內容進行分析。然后將這些形成較為具體的描述當做進行機械制造的依據。該工作屬于一種創造性的設計，同時也是在成功的經驗上進行的，所以兩種因素更好的結合，才能提高機器制造的質量。在進行機械制造時都是需要計算機進行輔助，比如:計算數據和編輯圖片等內容都需要使用計算機中的軟件進行。除了這些內容在計算機上完成，還可以現在計算機上把一些圖紙數據模擬出來，這樣可以利用計算機來分析產品的受力和性能，之后在根據表現的情況進行相應的改善，從而提高產品的質量。在機械設計加工中計算機技術越來越受歡迎了，因此，本文將會對該技術進行詳細的分析。
2在機械設計中計算機輔助技術的使用
2．1CAD逆向工程的使用
逆向工程在機械設計領域屬于一種的新型的科學技術設計，它對機械設備的使用成效具有很大的幫助。但是在實際的研發過程中，卻遇到了很多的現實問題，比如:研發的成本比較高，還有市場中各種因素的限制等，這些因素嚴重的影響逆向工程研發的時間以及作用的發揮。針對這些問題，在進行機械設計中，研發人員要充分的利用現代科技成果，將新的科技成果和機械技術更好的融合。在機械設計中使用計算機軟件技術有利于提高生產的技術，在建設逆向工程時，通過利用仿真模型的方法對實物進行分析。這樣以來設計人員可以根據產品的基本特點，對逆向工程相關的零部件進行模型設計。實現逆向工程的基礎是要在實物的條件下，對產品相關的零部件逆向構成模型進行了解，從而實現產品生產的創新。在以往的逆向工程研究中主要是對實物進行分析，研究者主要是在原有的產品上，創新實物模型的設計，從而來提高產品的性能，也有通過測量坐標的方式，利用CAD軟件進行制圖將實物轉變成虛擬的模型。而利用計算機輔助技術對產品進行加工，可以實現多種技術的逆向轉換進行設計。它主要是通過數據進行網格繪制，然后根據各種數據點進行模擬，如此會得出一個連續的曲面，然后在對曲面進行不同的修復，進而得到事物的模型。之后再利用SCAN－TOOLS技術對已經生成的曲面實施延伸和裁剪的工作，然后將曲面轉變成實體，通過計算機軟件實現設計的參數化，最后實現重建的模型。
2．2CAD汽車覆蓋件設計
汽車覆蓋件相關的設計關系到汽車的車型以及個性化設計等方面。在進行汽車模具的設計和實物設計中，經常會出現設計和工藝施工方面不相符合的情況。設計者在設計工作中沒有充分的考慮加工和生產方面的問題，從而造成返工現象頻繁出現，這樣在一定程度上會增加設計的成本，如此生產的時間也會延長，最終會嚴重的影響企業在市場中的競爭。想要在設計環節避免出現這種現象，首先在汽車模具的設計中要做到幾個方面的考慮:在模具的設計中要充分的分析市場需求，還有關于汽車模具的熱度和結構都要進行分析，并建立圖紙。這樣在模具結構的設計中可以根據圖紙進行，通過對事物的改造，一旦在設計中出現問題可以及時改正。在事物造型的建設中CAD造型設計技術的使用是關鍵，在這個過程中出現了問題將會直接影響汽車的生產，因此，提高CAD設計質量非常重要。比如對汽車的車門部位進行設計時，首先要對汽車相關的零部件設計進行相應的了解并建議一個幾何模型，通過測量方法的分析，以及將采集到的數據進行處理。然后利用相應的技術對模型進行重建，之后在對模具進行數控控制或是加工，從而實現對汽車車門部位的加工和設計。關于機械設計繪圖方面，一般都是設計師通過手繪完成的，這個方法非常的浪費時間，同時也降低了設計者的工作效率。但是通過計算機輔助技術對機械進行設計時，可以利用計算機中的繪圖軟件進行繪圖工作的操作，比如CAD軟件，使用計算機中的繪圖軟件能夠在很大程度上提高工作的效率。
2．3觀察零件配置的使用
在進行機械的設計中，可以根據裝配的不同關聯，進行不同效果的設計，同時還能利用計算機將各種裝配關系演示出來，如果出現與裝配要求不相符的，利用計算機中的查找器就是可以查出來，這樣能夠減少設計者的修改時間。另外，還可以通過計算機將一些零部件運行的情況進行演示，這樣會更加方便設計者對錯誤修改，而且利用計算實現演示，也能夠相應的減少使用產品的費用。利用計算機輔助能夠很大程度上加強產品的質量，以此來促進設計質量的提高。
3結語
綜上所述，在機械設計中進行計算機的輔助，能夠對設計具有很大的幫助。通過計算機能夠完成復雜圖形的設計，所以，對于企業要注重機械設計相關的計算機技術的研發，以此來提高企業的市場競爭力。
作者:劉昊 單位:山東理工大學國防教育學院
參考文獻:
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計算機輔助范文5
關鍵詞:曲柄滑塊;VB;計算機輔助分析;運動仿真
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)05-1184-02
Computer Aided Analysis of Slider-crank Mechanism
REN Xiao-dan
(Electrical Engineering Department, Inner Mongolia Machine Electricity Occupation Technical College, Hohhot 010051, China)
Abstract: In this paper, VB has been used to develop a simple interface andstrong interactive features slider-crank mechanism analysis software. The software can achieve the motion simulation of slider-crank mechanism directly and accurately, and parameter analysis can be carried out during the motion process of slider-crank mechanism. The results show that computer-aided analysis of slider-crank mechanism can provide accurate and reliable parameter solution for mechanical design, and can shorten the design cycle and improve design accuracy.
Key words: slider-crank; visual basic; computer aided analysis; motion simulation
計算機輔助分析是在計算機技術、應用數學和模擬理論的基礎上發展起來的一門綜合性很強的新興技術學科,廣泛應用于機械工程、自動化控制工程等領域,已成為研究、設計和分析復雜問題的重要工具。隨著計算機技術的飛速發展,特別是計算機處理速度的大幅度提高,為數學模型的建立和實驗提供了更大的靈活性。
機械工程中最常用的機構之一是平面連桿機構,其中由曲柄搖桿機構演化而來的曲柄滑塊機構應用比較廣泛。運用計算機輔助分析技術對曲柄滑塊機構進行了運動仿真研究,將靜態機構變為動態機構,能精確地描繪出整個曲柄滑塊機構的運動過程及運動曲線,為曲柄滑塊機構的研究設計提供可靠的依據。
1 曲柄滑塊機構的運動分析
平面連桿機構是一種應用十分廣泛的機構,它在工農業機械和工程機械中得到了廣泛的應用,其中尤其以曲柄搖桿機構、曲柄滑塊機構最為常見,例如東風聯合收割機曲柄連桿切割機構、曲柄搖桿式水稻分插機構、往復式抽水機、內燃機及沖床等機器中都應用了曲柄滑塊機構。曲柄滑塊機構又分為偏置曲柄滑塊機構和對心曲柄滑塊機構。
平面機構的運動分析方法主要有圖解法和解析法。如果要精確了解機構在整個運動循環過程中的運動特性時,就需要采用解析法并借助于計算機進行輔助分析。因此,首先應利用矢量方程解析法對曲柄滑塊機構進行運動分析,將為后續程序的開發和運動仿真做好準備。
曲柄滑塊機構的運動過程如圖1所示,已知各構件的尺寸及原動件1的方位角和等角速度。其中:l1為曲柄半徑;l2為連桿長度;e為偏距;ω1為曲柄角速度;φ1為曲柄方位角;φ2為連桿方位角;sc為滑塊位移;vc為滑塊移動速度;ac為滑塊移動加速度。
由圖1建立矢量方程:
l1+l2=e+sc
取直角坐標系XOY,各構件的矢量方向和轉角如圖1所示,向X軸和Y軸投影得:
l1cosφ1+l2cosφ2=sc(1)
l1sinφ1+l2sinφ2=e (2)
將式(1)和式(2)整理得滑塊和連桿的位置方程:
將位移對時間進行一次和二次求導,即可得到滑塊速度 和加速度 的方程。
2 程序開發及運動仿真
程序開發采用Visual Basic 6.0,根據曲柄滑塊的運動分析所建立的數學模型進行程序設計,主界面如圖2所示。
曲柄滑塊機構的運動仿真主要利用Picture控件,其主要設計內容包括:
1) 對圖片框定義坐標系,采用了Scale方法來實現坐標系的定義;
2) 用Line方法繪制水平坐標軸和箭頭;
3) 通過循環語句及Circle方法繪制所需要的曲線。
在曲柄滑塊機構的計算機輔助分析界面輸入參數進行計算機輔助分析。已知參數曲柄長l1=38mm、連桿長l2=960mm、曲柄轉速n=300r/min、偏距e=0,點擊運動分析按鈕,在曲柄滑塊運動分析示意圖中對曲柄滑塊機構(對心曲柄滑塊機構)進行運動仿真,同時在滑塊瞬時計算分析當中顯示滑塊在任意位置時的瞬時位移、速度及加速度。點擊繪制曲線按鈕,在窗體的右側顯示滑塊的運動曲線,并以不同的顏色進行區分。
3 結束語
本軟件界面友好,操作簡單,當需要對曲柄滑塊機構進行運動分析時,只需要輸入曲柄長、連桿長、曲柄轉速及偏距等,就能夠對曲柄滑塊機構進行運動仿真,觀察到整個機構運動過程中滑塊的位移、速度和加速度的瞬時值,并繪制出滑塊的位移、速度和加速度變化曲線圖。因此曲柄滑塊機構的計算機輔助分析可實現機構的動態模擬及運動分析,設計者可根據工作要求,鍵盤輸入設計參數即可完成。
參考文獻:
[1] 孫桓,陳作模.機械原理教程[M].西安:西北工業大學出版社,2001.
[2] 裴喜春,王健,周根寶.Visual Basic程序設計教程[M].內蒙古:內蒙古大學出版社,2002.
計算機輔助范文6
一、注意選擇性
CAI固然有其不可估量的優越性，但也并非所有的教學內容都適合CAI。作為教師，應該對適合CAI的內容加以精選。比如：四年級數學《平行與垂直》一課中，屬于概念課教學。教師先讓學生自己想象，再隨意畫兩條線，通過實物展示臺展示學生的畫法并進行歸納，然后把其中具有代表性的圖形通過電腦課件來展示，并編上序號，要求學生對這些圖形進行分類。在自主探究，構建新知的過程中，讓學生討論，交流，自主學習課本的知識，勾出重點字詞或不理解的地方，邊學習邊閱讀；在說明“同一平面”時，出示實物幫助理解。在鞏固時，利用多媒體課件出示精心設計的練習；在拓展部分，要求學生自己動手折出垂線與平行線。本節課運用多種教學手段，并不拘泥于單一地使用多媒體技術，而是充分使用展示臺、實物立體圖形，還將數學自主閱讀納入數學課堂教學的基本環節中，把傳統地教學手段與現代教學技術有機地結合起來，努力發揮它們各自的長處和使用價值。
二、注意輔
不管計算機發展到什么程度，它只能輔助教師的教，只能輔助學生的學。如數學例題的講解，教師不可能知道所有學生的想法和做法，單靠媒體顯然不能預料可能會發生的事情，因此有些必要的分析歸納過程和運算推理過程還應通過板書或板演充分地暴露給學生。在《數學課程標準》已明確指出：教學中，教師要讓學生在具體的操作活動中進行獨立思考，鼓勵學生發表自己的意見，并與同伴進行交流。有效的學習，需要學生進行，自主探索，合作交流，教師提供適當的幫助和指導。如果連最基本的實踐活動都被計算機代替，那么數學活動中本應由學生體驗感悟的知識，學生根本無法完成。又如：《對稱圖形》一課教學中，“動手做一做”板塊把傳統教學與多媒體教學有機結合起來，但對于剪刀的動畫既是精彩的“表演”，又是畫蛇添足，教師完全可以用一把真實的剪刀進行演示，何必費力調用Flas。多媒體輔助教學雖能實現一些現實中無法完成的任務，但在課堂教學中體現的是“輔助”的作用，借助計算機輔助教學促進學生形象思維與抽象思維、合理推理能力與邏輯推理能力的同步發展。
三、注意必要性
CAI可以向學生模擬演示逼真的現象和過程，提供給學生直觀、形象、生動的知識，具有其他媒體不可比擬的優勢。在運用時，最好不要將它與普通的媒體（如小黑板、幻燈片）等同用之，要注意運用的必要性。一般來說，教材中難以用言語表達的，學生缺少感情認識而難以領悟的，其他媒體無法呈現的，介入CAI就能起到畫龍點睛的作用，使學生茅塞頓開。計算機不可能解決教學中的所有問題。教學過程還是以學生為主體的、教學為主導的活動，師生雙邊的活動是聯接多種教學因素最活躍的因素，是教學過程的主宰，而CAI始終處在輔的作用。
四、適時、適量、適當
并非所有的教學內容都適合計算機輔助教學，有些可以由教師講清楚，由其他教學手段就可以解決的問題，就沒有必要讓教師花費大量的時間制作課件。在數學中有如下幾個方面的內容適合于進行多媒體教學：函數圖像問題、定值問題、軌跡問題、空間圖形問題和一些比較復雜的圖形或較難畫出的圖形。并非一堂課全程計算機輔助教學，這樣容易忽視教師的主導作用，在突出重點，突破難點時，其它教學手段又無法實現時，用計算機輔助教學更能體現其價值，防止為使用計算機而使用計算機。計算機輔助教學雖然有其它教學方式所不能比擬的優越性，但它對學生學習數學也會產生一定的負面影響。計算機教學生動活潑的方式雖然適合學生的特點，但是也容易使學生在課堂上僅僅“看熱鬧”而忽視知識的學習；此外工具軟件的應用也可能代替學生本身的思考，從而不利于其思維的訓練。針對這些情況，數學教師在課件制作過程中應注意課件形式上的簡潔明快，不要有過多的修飾效果，不要只注重外在形式，應注重實效，應遵循學生數學學習的心理特征、認知規律和注意力規律。
五、注重交互性、啟發性、針對性和及時反饋
計算機輔助教學最突出的特點，是計算機和學生可以進行對話（當然不是以人機對話取代人際對話），在設計課件時不要只出現簡單的“對話”，比如可以 采用超文本結構，學生與教師可以在課件運行時改變與控制教學活動的內容和順序，不僅能呈現信息，而且能接受學生對指定問題的回答，并對回答給予判斷和評價，提供反饋信息。可以根據學生的需要，為實現自主學習創造環境，避免出現好學生“吃不飽”，差生“吃不消”的現象，實現因材施教。
