现代汽车设计方法 教学课件 ppt 作者 李胜琴 第二章

计算机辅助设计,主要内容,第一节 概述,第二节 CAD系统结构,第三节 CAD系统的功能和种类,第四节 常见CAD软件,第五节 CAD技术在汽车设计中的应用,第一节 概述,CAD的概念,CAD技术的 优点,CAD技术的 发展史,一、概念,CAD是计算机辅助设计 （Computer Aided Design）的缩写，是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。,CAD是产品或工程的设计系统。CAD系统应支持设计过程的各个阶段，即从方案设计入手，使设计对象模型化；依据提供的设计技术参数进行总体设计和总图设计；通过对结构的静态或动态性能分析，最后确定技术参数；在此基础上，完成详细设计和产品设计。所以，CAD系统应能支持包括：创新、变形、分析、综合和模拟等各项基本设计活动。,二、CAD技术的优点,（1）设计向“无纸笔化”转变 （2）设计方案交流方便快捷 （3）整体设计程序更具有灵活性和高效性 （4）产品开发周期缩短，设计成果更为真实可靠 （5）设计仿真和设计检验 （6）设计与制造的紧密配合,三、CAD技术的发展历史,（1）第一次CAD技术革命曲面造型系统 （2）第二次CAD技术革命实体造型技术 （3）第三次CAD技术革命参数化技术 （4）第四次CAD技术革命变量化技术,第二节 CAD系统结构,一个CAD系统由硬件和软件两部分组成，见下图。,一、CAD系统硬件环境,工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器，广泛采用精简指令（RISC）超标量、超流水线及超长指令技术，具有UNIX操作系统和X窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。因此其性能优越，图形处理能力强，速度快，但价格昂贵。,以前，个人计算机和工作站相比在计算、图形、网络及并行处理等方面均有较大的差别，然而，随着计算机硬件技术的飞速发展、个人计算机的计算能力、图形处理能力的不断提高和操作系统的逐渐完善，使其与专业RISC/UNIX工作站的性能差距逐渐缩小，同时由于个人计算机价格低廉，这使其在普及CAD应用中起到了工作站不能代替的作用。,当前CAD系统的硬件环境主要是工程工作站和个人计算机。,二、CAD系统硬件,CAD系统的硬件组成见下图。,CAD系统硬件,（1）随机扫描系统的DPU。 随机扫描系统的DPU差别很大，复杂度各有不同。这种DPU可以设有缓存，也可不设，不设缓存时，由主机CPU运行程序，形成DPU的显示文件，并由主机CPU把显示文件的起始地址送入DPU的指令计数器。DPU按这个起始地址从内存中依次读出显示指令，并送入指令寄存器，然后对操作码译码，在控制逻辑的参与下执行指令，这种DPU较简单。而具有缓存的则较复杂，功能也较强。,（2）光栅扫描系统的DPU。简单的光栅扫描系统是由CPU先计算出每个象素点坐标所对应的帧缓存地址，并赋以亮度或颜色值，但功能弱、效率低。具有独立DPU的光栅扫描系统可以克服上述缺陷。 这种DPU专门用来将输出图素扫描转换成象素位图，同时执行一些如象素或象素块的移位、拷贝、修改等光栅操作。具有独立DPU的光栅扫描系统有三个存储器：系统存储器、显示处理机存储器、帧缓冲存储器。,1.显示处理机（DPU）,2.显示设备,显示设备是最终产生图形显示效果的部件，目前已有多种类型和技术的显示设备出现，但占统治地位的仍是阴极射线管（CRT）。,（1）单色CRT 原理：利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕表面的不同部位，以产生可见图形。 组成：电子枪、偏转系统和荧光屏。 （2）彩色CRT 产生彩色显示的基本方法有两种：射线穿透法、影孔板法。 （3）直视型存储管DVST 优点：价格低、不需高刷新； 缺点：不能做选择性修改。,（4）随机扫描显示器 优点：分辨率高、对比明显、软件丰富；缺点：价格贵。 （5）光栅扫描显示器 优点：线、面图形，图感真实；价格低；缺点：转换费时、软件复杂。 （6）其它类型显示器件 等离子板显示器 优点：重量轻、不需要刷新缓存；缺点：分辨率低、价格高。 液晶显示器件LCD 优点：低价、重量轻、尺寸小且耗低；缺点：被动显示。 电子发光显示器 优点：亮度高、通断迅速；缺点：价格高、功耗大。,图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换为电信号，并传递给计算机。从逻辑上看，可分为六种功能，即定位、笔划、送值、选择、拾取及字符串，也称六种逻辑设备。所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，并非具体的物理设备，实际的物理设备往往是某些逻辑设备的组合。 （1）定位器；（2）拾取器；（3）定值器；（4）键盘 （5）按键；（6）其它设备：如语音识别器等。,3.硬拷贝设备,硬拷贝设备主要包括打印机和绘图机,4.输入设备,5.存储设备,存储设备分为内存和外存。常见的外存储器有：软盘；光盘；硬盘；磁带,三、CAD软件系统,CAD系统的软件按照功能可分为三个层次，即系统软件（System Software）支撑软件（Support Software）和应用软件（Application Software）。CAD 系统的软件组成如下图。,CAD支撑软件主要包括图形处理软件、工程分析与计算软件、模拟仿真软件、数据库管理系统、计算机网络工程软件、NC编程软件等。,1系统软件,系统软件是指与计算机硬件直接关联的软件，主要是指操作系统和编译系统等，它处在整个软件的内层，用于计算机的管理、控制、运行和维护。,2支撑软件,3应用软件,应用软件是在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一特定应用领域而专门开发的软件。这类软件通常由用户结合当前设计工作的需要自行研究开发或委托相关开发商进行开发。例如，冲压模CAD/ CAM软件、机床设计软件等都属于应用软件。,第三节 CAD系统的功能和种类,第四节 常见CAD软件,SolidWorks,Unigraphics（UG）,CATIA,Pro/Engineer,I-DEAS Master Series,Auto CAD 及 MDT,第四节 常见CAD软件,国内二次开发的主要软件,PICAD,高华CAD,清华XTMCAD,开目CAD,金银花系统,第五节 CAD技术在汽车设计中的应用,一、汽车模具覆盖件CAD技术,现代覆盖件模具设计包括模具型面设计和模具结构设计。模具型面设计主要是指在计算机中冲压件的三维设计以及工艺补充面的三维设计。型面设计主要在汽车覆盖件产品设计过程中应用较多。如图是某汽车模具。,1、汽车覆盖件模具CAD内容,模具结构设计是指除了型面之外的所有模具部件的设计。模具设计一般包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等的设计。 一般覆盖件都要经过拉延、修边、整形、翻边冲孔等几道工序。第一道工序拉延模设计中最重要的是工艺补充面设计。工艺补充面设计的好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，从而减少调试模具时间，缩短整个模具生产周期。 大型模具结构一般都比较复杂，一副模具有上百个零件，模具外形尺寸也比较大。模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，两种方法各有其优、缺点。,（1）模具结构的通用化与模具零件的标准化 （2）特征技术的应用 （3）参数化造型方法 （4）模具CAD的智能化 （5）模具CAD的专业化,2、汽车覆盖件模具CAD的发展趋势,二、汽车车身CAD技术,车身是汽车的一个非常重要的组成，车身CAD技术以三维造型为基础。设计人员通过与CAD系统的交互，将自己脑中的概念模式转化为清晰的视觉模式几何实体，易于优化和改进，提高了工作效率和设计质量。 车身CAD技术基于PDM。在车身部件的开发中，可能会有多个车型设计要交替进行，产生多种数据版本，因此引入产品数据管理技术建立统一的CAD工程数据库，消除车身开发中各部分内部信息和数据间的矛盾和数据冗余，从而保证开发过程顺利进行。某小型客车车身三维模型及承载式车身见下图。,三、汽车底盘总体布置CAD技术,汽车总布置是汽车设计中重要的一环，它对汽车的设计质量、汽车的性能和产品的生命力有着决定性影响。应用CAD技术，总体布置采用模块化设计，模块之间互相联系，彼此间可以交换数据。在进行布置设计时，都是在三维空间内进行，因此必须确定零部件位置，这对建立整车坐标系及总称的坐标系很有必要。在已建立的坐标系中建立数学模型，用坐标点的方法完成总称装配。待设计完成后，要进行干涉检查，一般分为位置干涉检查和运动干涉检查。汽车动力性、操纵稳定性、制动性都是性能分析的重要工作。某汽车离合器总成及传动轴见下图。,四、汽车轻量化CAD技术,1.实体结构设计和布局 汽车轻量化的手段之一就是对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。因而，在考虑轻量化时，要协调总成与整车、总成与总成之间可能出现的各种矛盾。利用CAD技术，可准确地实现车身实体结构设计和布局设计，对各构件的形状、配置、板材厚度的变化进行分析，并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关数据进行工程分析和强度、刚度计算。,2.以仿真模拟代替实车试验利用CAD/CAE/CAM一体化技术，可实现整车实体造型、车身的三维设计、程控加工、整车振动和疲劳分析。也可利用超级计算仿真技术代替实车的测试及破坏性碰撞试验，对汽车的正面、侧面、后部和顶部在高速冲撞情况下的变化进行分析。 3.噪声、振动分析 汽车运动零部件的轻量化，可减轻汽车的噪声和振动。利用噪声振动分析CAE系统，可对轻量化设计的汽车进行噪声和振动分析。以发动机设计为例，在设计开始，就应把降低噪声和振动列入轻量化的开发目标中，以合理的结构和选材，运用振动和噪声计算分析手段，从系统、结构、激振、噪声及其传递路线、振动等方面对发动机及其配套装置进行综合分析和计算，以快速完成对运动零部件的减重极限设计,谢 谢！,