《计算机绘图》《机械优化设计》实验指导书

最新 精品 Word 欢迎下载 可修改三维实体造型计算机绘图机械优化设计实验指导书三维实体造型实验指导书前 言实验是掌握科学技术的重要手段。通过三维实体造型课程实验，使学生受到实验方法和实验技能的基本训练，加深对三维实体造型方法的理解，掌握用ProE软件进行实体造型的基本技能，做到理论与实践相结合。本实验指导书内容包括：实验一，草绘截面；实验二，创建零件特征模型；实验三，创建装配体模型；实验四，工程图的生成与编辑。目 录实验一 草绘截面实验二 创建零件特征模型实验三 创建装配体模型实验四 工程图的生成与编辑 实验一 草绘截面1实验目的(1) 了解Pro/E软件的安装方法；(2) 熟悉Pro/E软件的草绘和三维模型创建界面；(3) 掌握零件截面的草绘方法；2实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。3实验方法草绘、约束4实验内容(1）熟悉Pro/E软件界面(2）绘制一个截面草图吊钩平面图5.实验步骤(1）进入Pro/E软件界面，熟悉界面各区域； (2) 由“新建”进入草绘界面，熟悉各图元绘制、尺寸标注与编辑、约束等工具 (3) 按先已知线段，再中间线段，后连接线段；先直线后弧线的顺序绘制吊钩 注意：灵活使用约束方法将大大提高绘图速度。6.考核要求当场评定成绩。根据操作规范情况、草图质量给出优、良、中、及格和不及格，并及时登记成绩。实验二 创建零件特征模型1实验目的(1) 熟悉三维模型创建界面；(2) 掌握各种三维零件特征模型的创建方法；（3）掌握零件表面渲染方法；（4）掌握基准点、轴、面的创建方法；(5) 培养学生的空间构思能力和创新设计能力。2实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。3实验方法拉伸、旋转、扫描、圆角、拔模、渲染、创建基准。4实验内容用各种方法创建：连杆、瓶口座、酒瓶、法兰盘、斜面模型、沙发、变形接头、吊钩、螺栓、斜孔模型5.实验步骤(1)由“新建”“零件”进入零件建模界面(2)用拉伸方法创建： 连杆模型； 两圆柱筒相贯模型四通管接头（自行设计）。(3)用旋转法、圆角等方法创建： 瓶口座模型； 酒瓶模型。要求结构合理，比例协调，具有观赏性（自行设计）。(4)用拉伸、旋转、扫描、圆角、阵列、渲染方法创建： 12孔均布的法兰盘模型； 纵向和横向尺寸按一定规律变化的阶梯模型。(5)用创建筋和拔模特征方法创建：斜面模型(6)用拉伸、旋转、扫描、圆角、阵列、渲染方法创建：沙发模型沙发或椅子，要求结构合理，比例协调，美观大方，实用性强（自行设计）。 (7)用扫描和混合方法创建： 变形接头模型； 吊钩。要求结构合理，比例协调，实用性强（自行设计）； （8）用拉伸或旋转、螺旋扫描、基准特征方法创建： 螺栓模型； 斜孔模型。要求结构合理，比例协调（自行设计）。6.考核要求：提交实验报告共7分和电子文档。根据评分细则给出优、良、中、及格和不及格，并及时登记成绩。实验三 创建装配体模型1实验目的(1) 熟悉装配体模型创建界面；(2) 掌握三维装配体的装配方法；（3）培养学生创新思维和创新能力。2实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。3实验方法移动、匹配、对齐、相切。4.实验内容自行设计创建一个4个有以上零件并有螺纹连接的装配体模型。5.实验步骤 (1) 创建各零件模型； （2）由“新建”“组件”进入装配界面； （3）创建装配体； （4）进行干涉检查。6.考核要求(1) 要求结构合理，比例协调，有实用性。(2) 提交实验报告和电子文档。(3) 根据操作规范情况、模型的质量以及是否有创新给出优、良、中、及格和不及格。 实验四 工程图样的生成和编辑1实验目的(1) 熟悉工程图模块界面；(2) 掌握工程图生成方法；（3）熟练编辑工程图。2实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。3实验方法插入普通视图、锁定、移动、草绘。4实验内容将实验三中所创建的装配体生成二维工程图，并对其进行编辑；将该图样转换为AutoCAD并进行修改与完善。5.实验步骤 (1) 由“新建”“绘图”进入工程图界面； （2）创建三视图； （3）创建局部视图和局部放大图； （4）创建剖视图； （5）将工程图转换至AutoCAD中，修改尺寸并保存。6.考核要求（1）提交实验报告和电子文档；（2）根据操作规范情况、图纸的质量给出优、良、中、及格和不及格，并及时登记成绩。 计算机绘图实验指导书全腊珍 编湖南农业大学工学院前 言实验是掌握科学技术的重要手段。通过计算机绘图课程实验，使学生受到实验方法和实验技能的基本训练，加深对图学基本概念理解，掌握计算机绘图的基本技能，做到理论与实践相结合。本实验指导书内容包括：实验一，绘图设置；实验二，工程图的绘制与编辑。教学实验须知为了确保实验顺利进行，达到预定的目的，应做到下列几点：一、作好实验的准备工作1预习实验指导书，明确本次实验的目的，方法和步骤。2复习教材，弄清本次实验有关的知识原理。二、遵守实验室的规章制度：1实验时应严肃认真，保持安静和整洁，不准乱抛纸屑，不随地吐痰。2爱护设备及仪器，并严格遵守操作规程。3凡与本次实验无关的设备及仪器切勿任意动用。4实验完毕后，应将设备及仪器恢复到原来正常状态。三、认真做好实验：1注意听好指导教师对本次实验的讲解，实验时，应有严格的科学作风，认真细致地按照实验指导书中所要求的实验方法与步骤进行。2在实验过程中，应注意观察分析所绘图样，若发现异常现象，应及时总结。3教学实验是培养学生动手操作技能的重要环节，因此每个学生务必自己动手，完成所有实验环节。4每次实验后一定要认真地，独立地完成实验报告，交指导老师批改。四、实验报告 按学校统一的实验报告形式提交实验报告，实验报告内容包括：实验目的、实验原理、主要设备器材、实验步骤及图纸。五、实验成绩1根据学生参加实验的态度和表现，在教师批阅完实验报告的基础上，按优、良、中、及格、不及格五级评定实验成绩。2未完成所规定的实验或实验成绩不合格者，应补做或重作实验，否则不准参加本课程的期终考试。3本课程的实验成绩，按比例计入本课程考试的总评成绩。目 录实验一 绘图设置实验二 工程图绘制与编辑实验一 绘图设置1实验目的(1) 掌握AutoCAD图层设置方法； (2) 熟练掌握尺寸和文字的设置、标注与编辑；(3) 掌握图块设置方法；2实验仪器AutoCAD软件，品牌P4计算机。3实验内容(1) AutoCAD图层设置； (2) 简单图形绘制； (3) 尺寸和文字的设置、标注与编辑；(4) 分别设置1个表面粗糙度符号和1个标题栏图块；4实验方法 集中讲解和个别辅导。5实验步骤 第一步 进入AutoCAD界面，熟悉各工具的作用； 第二步 选择合适的模版； 第三步 进行图层设置；第四步 熟悉各项绘图工具，进行简单图形绘制； 第五步 文字设置、尺寸设置； 第六步 绘制一个平面图形并进行文字与尺寸标注和编辑； 第七步 绘制1个表面粗糙度符号和1个标题栏，并设置为块。6考核要求 本实验项目8学时，分两次课进行，第一次课熟悉各项命令和工具的使用；第二次课绘制1个标高符号和1个标题栏，设置为块，并当场评定成绩，根据各项设置速度和质量给出优、良、中、及格、不及格。实验二 工程图绘制与编辑1实验目的(1) 精确绘制与编辑图形；(2) 熟练掌握尺寸和文字的设置、标注与编辑； (3) 熟练掌握工程图的绘制与编辑。2实验仪器AutoCAD软件，品牌P4计算机。3实验内容绘制建筑类的工程图样3张；4实验方法 集中讲解和个别辅导。5实验步骤 第一步 进入AutoCAD界面； 第二步 设置图层、文字和标注样式；第三步 建筑类工程图样的绘制与编辑。6考核要求本实验项目12学时，3张工程图样分三次课进行，三次课均当场评定成绩，根据各项设置速度和质量给出优、良、中、及格、不及格。 编写人：全腊珍机械优化设计实验指导书陶栋材 吴明亮 编湖南农业大学工学院实验规则1上实验课前，学生必须复习教科书有关章节，预习实验指导书。了解本次实验目的、要求、方法和步骤。2学生上实验课必须带上实验有关的东西，按规定时间进入机房。不得迟到早退和缺席。有特殊原因必须请假。3进入实验后要保持安静，不高声谈笑、打闹，不准抽烟及乱扔纸屑脏物。4学生在实验过程中，必须严格遵守设备操作规程，防止发生事故。计算机发生故障应立即报告指导教师处理，不准私自乱拆。5学生在实验过程中，必须独立思考、认真进行编程调试，不得马虎从事，不得抄袭别人的程序。6实验结束后，当场请指导教师检查验收程序及结果，并将所有计算机正常关机，整理实验场地，经指导教师检查同意后，方可离开机房。目 录1、总论 12、实验一 优化方法编程23、实验二 优化技术在机械设计中的应用 11总 论一、实验基本要求1、理论知识要求机械优化设计是二十世纪六十年代迅速发展起来的一种新的设计方法，它建立在近代数学最优化方法与计算机程序设计的基础上，成为解决复杂设计问题的一种有效的工具。它是一门跨学科的课程，横跨了机械设计，计算数学、计算机应用等学科。因而要求同学有较好的数学基础，尤其高等数学和线性代数能运用自如，能理解最优化计算方法的基本原理；有较好的力学基础和机械设计基础，能建立简单的机械优化设计数学模型；有较好的计算机知识基础，精通一门高级编程语言，能上机编制程序。2、实验时的基本要求实验前，学生必须复习教科书有关章节，预习实验指导书，了解实验目的、要求、方法和步骤。实验中，不上网聊天、玩游戏；不交头接耳、随意走动。二、实验目的1、加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解。 2、掌握几种常用的最优化计算方法。 3、能运用计算机语言来编程上机解答，培养学生独立编制、调试计算机程序的能力。 4、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。三、实验软件及设备1、一种应用软件，如Visual Basic 6.0 、C+或VC+。（本书以Visual Basic 6.0 为基础进行上机指导）2、计算机各一台。3、投影机一台。四、注意事项上机过程中，随时保存，以免程序运行调试死机时丢失数据。五、实验报告机械优化设计实验报告采用口头报告的形式，程序调试运行后，直接报告以下内容：1、简述优化方法的基本原理，根据程序框图简述其算法步骤。2、运行所编制的优化方法程序，得出考核题的答案。实验一 优化方法编程机械优化设计中优化方法有多种，由于实验学时的限制，学生可从一下优化方法中任选两种，进行编程、调试和运行，学时4学时。一） 外推法、黄金分割法程序的编制和解题一、实验目的1、明确常用一维搜索方法的种类和数值寻优方法。2、理解掌握外推法的基本原理及程序框图，能编外推法程序确定考核题的搜索区间。3、理解掌握黄金分割法的基本原理及程序框图，能编黄金分割法程序求解考核题的最优解。二、实验内容1、用外推法确定函数f(a)=2a 2-4a +8的单谷区间，取初始点a1=0，h0=0.1。2、用黄金分割法求函数f(a)=3a 26a +4的最优点，已知单谷区间：-3，4单谷区间，e =0.4。三、实验步骤及程序框图1、作好上机时的准备工作。了解本次实验的内容，熟悉外推法确定搜索区间的基本原理、算法步骤，如图1所示；熟悉黄金分割法求函数最优点的基本思路。如图2所示 a) 正向搜索 b)反向搜索 图1 外推法的基本原理图2 黄金分割法2、编制外推法和黄金分割法程序。1) 建立可操作性的页面及其各控件属性。例：如图3所示。2) 定义函数和变量数据类型。3) 根据程序框图编制程序。程序框图如图4所示。4) 运行调试，输出运行结果。如图5所示。四、实验分析与实验报告分析实验运行结果是否正确，得到的优化值是否与理论值相符合。当场作出实验口头报告。可进一步优化工作界面或程序，使它具有通用性。图3 外推法和黄金分割法的工作界面 图4 外推法和黄金分割法的程序框图 图5 外推法和黄金分割法的运行结果二） 二次插值法程序的编制和解题一、实验目的理解掌握二次插值法的基本原理及程序框图，能编二次插值法程序求解考核题的最优解。二、实验内容用二次插值法求函数 的最优点，已知单谷区间1，3，收敛精度e =0.2。四、实验步骤及程序框图1、作好上机时的准备工作。了解本次实验的内容，熟悉二次插值法求函数最优点的基本思路（如图6所示）：利用函数y=f(a)在单谷区间中的三点作出如下二次函数：根据公式插入点ap ，ap 为y=f(a)极小点a*的近似解。如果区间长度| a3a1 |足够小，则由| ap a* | | a3 a1 |便得出我们所要求的近似极小点a* ap 。如果不满足上述要求，则必须根据区间消去法原理缩小区间a1，a3 。a）第一次迭代 b）第二次迭代图6 二次插值法2、编制二次插值法程序。1) 建立可操作性的页面及其各控件属性。例：如图7所示。2) 定义函数和变量数据类型。3) 根据程序框图编制程序。程序框图如图8所示。4) 运行调试，输出运行结果。如图9所示。图7 二次插值法的工作界面图8 二次插值法程序框图图9 二次插值法的运行结果四、实验分析与实验报告分析实验运行结果是否正确，得到的优化值是否与理论值相符合。当场作出实验口头报告。可进一步优化工作界面或程序，使它具有通用性。三） 最速下降法程序的编制和解题一、实验目的理解掌握最速下降法的基本原理及程序框图，能编最速下降法程序求解考核题的最优解。二、实验内容编程用最速下降法求y=sin(x1)+cos(x1)+sin(x2)+cos(x2)+sin(x1)*cos(x2)的最优解四、实验步骤及程序框图1、作好上机时的准备工作。了解本次实验的内容，熟悉最速下降法求函数最优点的基本思路（如图10所示）。 关键点：取负梯度方向作为搜索方向， ；在最速下降法中相邻两个搜索方向相互垂直，即 。图10 最速下降法的搜索路径2、编制最速下降法程序。1) 建立可操作性的页面及其各控件属性。例：如图11所示。2) 定义函数和变量数据类型。3) 根据程序框图编制程序。程序框图如图12所示。4) 运行调试，输出运行结果。如图13所示。四、实验分析与实验报告分析实验运行结果是否正确，得到的优化值是否与理论值相符合。当场作出实验口头报告。可进一步优化工作界面或程序，使它具有通用性。图13 最速下降法的运行结果图11 最速下降法的工作界面图12 最速下降法的程序框图 四） 共轭梯度法程序的编制和解题一、实验目的理解掌握共轭梯度法的基本原理及程序框图，能编共轭梯度法程序求解考核题的最优解。二、实验内容编程用共轭梯度法求y=sin(x1)+cos(x1)+sin(x2)+cos(x2)+sin(x1)*cos(x2)的最优解四、实验步骤及程序框图1、作好上机时的准备工作。了解本次实验的内容，熟悉共轭梯度法求函数最优点的基本思路（如图14所示）：关键点：共轭方向与梯度之间的关系 ，此式表明沿方向d k进行一维搜索，其终点x k+1与始点x k的梯度之差g k+1 - g k与d k的共轭方向dj正交。第一个搜索方向取x0点的负梯度g0 ，即 d 0 g0，然后沿着 这些共轭方向一直搜索下去，直到最后迭代点处梯度的模小于给定允许值为止。若目标函数为非二次函数，经n次搜索还未达到最优点时，则以最后得到的点作为初始点，重新计算共轭方向，一直到满足精度要求为止。 图14 共轭梯度法的几何说明2、编制共轭梯度法程序。1) 建立可操作性的页面及其各控件属性。例：如图15所示。2) 定义函数和变量数据类型。3) 根据程序框图编制程序。程序框图如图16所示。4) 运行调试，输出运行结果。如图17所示。四、实验分析与实验报告分析实验运行结果是否正确，得到的优化值是否与理论值相符合。当场作出实验口头报告。可进一步优化工作界面或程序，使它具有通用性。图15 共轭梯度法的工作界面图16 共轭梯度法程序框图图17 共轭梯度法的运行结果实验二 优化技术在机械设计中的应用一 实验目的1.通过实验进一步掌握各种优化设计方法2.通过对具体实例的分析，进一步掌握各种优化设计方法在机械设计中应用，掌握机械优化设计的一般过程二 实验内容根据学生本人具体情况，学生可对一下实验题目任选一个，应用计算机语言上机编程、调试、输入适当参数，运行出结果，学时4学时。1.曲柄摇杆机构的最优化设计2.曲柄滑块机构的最优化设计3.偏心直动尖顶推杆盘形凸轮机构基圆半径及偏心距的最优化设计4.二级圆柱齿轮（斜齿）减速箱的最优化设计5.链传动的最优化设计6.螺旋压缩弹簧的最优化设计7.机床主轴的优化设计三 实验指导 以链传动的最优化设计为例，简要阐述机械优化设计的一般过程以及实验步骤。1.基本知识链传动是机械中应用极为普遍的一种传动形式，链传动的传统设计，通常的设计步骤是先凭经验确定链轮的齿数、链传动中心距、链的传动列数，然后根据传动条件计算功率、小齿轮的转速，由链极限功率曲线查出单排链在特定条件下传递的最大功率，最后选择链的节距号。这种传统的设计方法试凑盲目、设计周期长，设计结果难以最优。链传动的最优设计首先为了充分发挥链的最大传递功率，确定出所需的最少链排数，然后在此基础上紧凑尺寸优选其他设计参数。链传动的基本设计公式为： kW式中 ：链的列数； ：特定条件下单列链传递的功率，kW； ：链传动的额定功率，kW； ：工作情况系数； ：小齿轮齿数系数； ：中心距系数； ：传动比系数； ：多列链系数。还需上述参数的数表和线图用数学函数公式化处理： kW 式中 ：小链轮齿数； ：小链轮转速， ：链节距，mm； ：链传动比； ：大链轮转速，； ：中心距链节数，； ：链传动中心距，mm。2.设计变量的确定一般设计问题已知条件为传递功率，小链轮的转速，链传动比，原动机或工作机的工作情况系数，若以单列链为基础，则链传动的设计变量为：小链轮齿数，链节距，中心链节数。即： 。3.目标函数的确定为了在已知条件下充分发挥链的最佳传动能力，以单列链传动功率最大或以链的列数最少为寻优目标函数，即： 或4.约束条件的确定 小链轮齿数的限制： 链节距的限制：中心距的限制：链速的限制：5.设计实例电动机通过链传动带动运输机，传动功率,电机转速，从动轮转速。希望链节距，中心距。原有设计方案用三排链，链节距，中心距，小链轮。为发挥链的最大传动功率，试改良原设计方案。其数学模型为：建议采用内点惩罚函数法，选用，计算结果为：。较好的设计方案为：2367127202四、实验分析与实验报告分析实验运行结果是否正确，得到的优化值是否与理论值相符合，当场作出实验口头报告。可进一步优化工作界面或程序，使它具有通用性。