我是机械工程的新手，尽管我具有科学背景（数学的研究生学历），并且（大部分）我以谋生为目的。

我有一个创建机械设备的想法；我预计它将需要齿轮，连杆和致动器。

我对适合的地方有一个大概的想法，但是我希望能够在构建实际设备之前在软件中测试和调整设计。需要澄清的是，当我说“测试”时，我的意思是通过动画查看，例如，两个项目在运动时是否会发生碰撞，或者在它们彼此移动时它们之间是否有足够的回旋余地。

这使我可以在完成设计并从设计中构建物理系统之前，进行零件的设计和仿真测试。

这些阶段是：

1. 用软件构建3D设计
2. 运行仿真以查看其是否“有效”，如果无法修复设计并进行迭代
3. 从“可行”的设计构建物理系统

我已经知道，该系统由三个协同工作的子系统组成。

因此，我想先设计和测试每个子组件，然后再将它们集成到完整的系统中。

我的问题是这样的：

• 这是在现实世界中完成设计的方式吗？
• 我计划的方案有什么利弊？

我打算使用FreeCAD进行设计和测试。

答：是的，这确实是在现实世界中完成的。您所描述的是我在工作中检查CAD系统的工作。

由于您表示希望我逐步完成设计过程，因此下面将对其进行详细介绍。请注意，其中大多数不涉及CAD。CAD是无价的，但前提是您准备先拿出铅笔和纸。还要注意，这只是我的设计过程，绝不是解决问题的唯一方法。

制备

当我开始任何设计时，我首先要弄清楚一般参数，例如它需要适应什么空间，它需要与什么接口，输入和输出是什么。让我们说（为了一个具体的例子），我正在制造一台机器，该机器需要一长段管道并将其切成预定的部分。我的第一步将是确定要输入的管道的尺寸和材料，机器将管道切成的长度，要用于切割管道的方法以及在管道上有多少空间。车间说机器。

然后，我将对我的想法做一个非常粗略的草图。在切管器示例中，它可能很简单，如标有“ cutter”的框和标有管子重量直径和长度的直线。

下一步是做一些数学运算以确定所需的力，速度等。既然您说过您是数学背景的人，那么我就不会太在意。

我通常在这里再做一个草图，除了现在我对我的部件需要多大有一些感觉，因为我知道所涉及的力量。

完成数学运算后，我会寻找满足我需求的商业零件，并（如果可能）下载这些零件的CAD文件或机械图纸。

一旦有了一些商业零件，我将再做一个草图，这次展示了我的商业零件的相对位置，并标明了它们的接口，这样我就知道我必须建立什么样的支撑结构。

3D建模

至此，我终于打开了CAD包装。首先，我制作任何我没有在线可用的3D模型的商业零件的3D模型，然后继续进行支撑结构零件并将所有零件最终组装成一个装配体。

如果您以前从未使用过CAD，那么您可能会对这部分感到好奇。

在3D CAD中，您应该绘制每个零件（通常是作为商业零件而来的零件，或者是在其自己的零件文件中由单件材料制成的零件。一旦有了零件文件，就可以制作所谓的装配体。）程序集允许您选择几个零件文件并定义它们之间的链接CAD程序没有“碰撞”的感觉，因此您必须告诉程序哪些面与其他面对齐，它们之间的距离等等，每个零件开始六个自由度，每个约束都会减少一定程度的自由度，指定两个面平行会删除一个自由度，而配合（两个曲面重合）会删除两个或三个，依此类推。

FreeCad

我没有使用过FreeCad，所以我无法就优缺点进行专门的评论，但是我的猜测是：优点是它是免费的，您将看到哪些尺寸有效，哪些无效，缺点是商业软件更容易使用。

CAD对于确定几何干扰和特殊设计至关重要。如果在CAD软件包中使用了有限元，则该数据可用于应力和应变计算（确定系统是否可以承受载荷）。这会变得很复杂，因为如果系统要是动态的，则会有静态负载和动态负载。当模型承受变化的载荷时，需要计算动载荷。

除了机械强度外，还需要使用模拟来确定其他参数。假设您正在设计一个悬挂系统。弹簧的弹簧常数和阻尼器的阻尼常数需要通过仿真来选择。可以使用Simulink或以计算机语言对其进行编码来开发数学模拟。使用预期的力分布和测试条件，可以使用模拟确定参数。

我为一家财富500强的机械工程公司工作。

机械系统中产品的开发过程大致如下：

我假设您对力，温度，压力等有完整的说明，可以立即开始设计。首先是开始生成可能符合或不符合规范的设计概念。这是选择可以完成任务的几何形状，可以在所有操作条件下简化制造和性能的材料，以及可以在指定设计寿命内持续使用的正确结构完整性的组合。

此设计在CAD软件包中完成，其中对实体零件进行了建模。

从那里可以制作装配图和生产图，但是首先我们必须通过一些分析来验证我们的设计。这可以是基本的数学和物理学，以显示尺寸将在设计范围内，基本运动学和动力学或在处理流体的设计中达到质量平衡。

更准确的分析需要使用在称为CAE（计算机辅助工程）或ALD（分析主导设计）的软件中实施的复杂方法。

为了研究应力和应变，温度以及一定程度上的流体，有限元方法用于基于网格模型和某些边界条件来计算局部特性。

为了研究流体与几何体的相互作用并查看压力，温度以及其他流体和热特性，使用了计算流体动力学。这是最常见的有限体积方法的实现。

您暗示要进行模拟和迭代。从本质上讲，这就是过程的完成方式。但是，使用实验设计理论使用经过统计验证的方法来生成优化的设计配置。

不知道你怎么走，但我在同一条船上，陷入了困境...

“这将需要齿轮，连杆和致动器”，对于爱好者来说，这是非常困难的。此级别的建模需要花费££££的专业设计软件。如果能够做到这一点，那么在您参与3D建模思维方式后一切都将很好。这不像2D制图。

具体来说，我一直在测试FreeCAD 0.16（当前的stable [？]版本），但对此感到失望。这还不是真的可用。我认为它可能永远无法达到可用性，因为很多开源软件包都没有，例如2D LibreCAD。它也不能处理多个部分，因此只能尝试对链接建模，而不能对链接建模。

与您建立了学术联系后，我是否建议您为SolidWorks或SolidEdge之类的学生获得学生/学术许可。可能还会有Fusion360。它们运行良好，并且具有适合链接等功能的特性。它们还允许对运动范围进行建模。不幸的是，作为Linux用户，我目前没有免费的可用3D建模软件包。

我是机械工程的新手，尽管我具有科学背景（数学的研究生学历），并且（大部分）我以谋生为目的。

我的观察是，在软件的设计，测试，编码（按此顺序）和分布之间以及在CAD中如何描述机械模型之间，有很多类似的东西。也许是因为我所做的大部分工作都是参数化建模，例如，描述计算机如何根据参数生成模型的方法，然后可以对其进行测试。

您当然听起来很正确。

与软件工具一样，您需要很好地选择和了解您的工具，以便与它们一起使用而不是与之对抗。

注意：这个问题与StackOverflow 之旅背道而驰。它建议，例如，反对自以为是的答案以及那些“ ..答案太多或将需要非常长的答案”的建议。这可能意味着某人最终关闭了该条目。