基于Proe风扇的设计与运动仿真.doc

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辽宁工程技术大学

课 程 设 计

题 目：基于Pro/E风扇设计与运动仿真

班　　级：　机械07-6班
姓　　名：　徐 宝 元
指导教师：　曹 艳 丽
完成日期：2011年1月13日

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辽宁工程技术大学

课 程 设 计

题 目：基于Pro/E风扇设计与运动仿真

班　　级：　机械07-6班
姓　　名：　徐 宝 元
指导教师：　曹 艳 丽
完成日期：2011年1月13日

摘　要
电风扇是一种常见的家用电器，本次设计以台式电风扇为例，来详细讲述Pro/E设计电风扇的全过程。其外型结构较为复杂，如果用传统的CAD绘图软件设计非常困难，Pro/E可以轻松解决这个问题，Pro/E软件具有很强大的实体造型、曲面造型、虚拟产品装配仿真、工程图生成等功能。本文主要讲述电风扇外形实体建模、电风扇的组件装配、电风扇的叶片的转动仿真。设计综合运用了拉伸、扫描、混合等实体建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、实体化等复杂的建模方法；装配的的设计方法用到了无连接口的约束和有连接口的约束。在电风扇的建模设计总体上是采用了自底向上的设计方法，在组件在设计过程中也采用了自顶向下的设计方法。我们在学习电风扇的建模设计过程中，除了学习建模方法外，更重要的是学习这种模型设计思想。

关键词：电风扇、Pro/E、实体建模、装配、运动仿真

Abstract

Electric fan is a common household appliances, this design to desktop electric fan, for example, to expound Pro/E design fan process. Its exterior structure is relatively complex, if use the traditional CAD drawing software design is very difficult, Pro/E can be easy to solve this problem, Pro/E software has very powerful entities modelling, surface modeling, virtual assembling simulation, engineering drawing generation, and other functions. This article mainly described entity modeling, electric fan shape of component assembly, electric fan blade rotation simulation. Design comprehensive use the tensile, scanning, mixing entity modeling the basic method, Surface trim, merger, offset, substantiate complex modeling method, Assembly design method used with a mouth of nonartesian-artesian constraints and connection mouth constraints. The fan modeling design was generally adopted a bottom upward design methods, in the component in the design process also USES a top-down design method. We are studying the fanner modeling design process, besides study modeling method outside, more important is to learn this model design thought.

Keywords: electric fan, Pro/E, entity modeling, assembling, movement simulation

一、设计任务
电风扇是一种常见的家用电器，也是我国最早生产和使用的的家用电器之一。电风扇是将电能转化为机械能，驱动叶片高速旋转，从而强制空气流动，改善人与周围空间的热交换条件；它被广泛的运用于各种生活和工作环境，起通风散热、循环空气、防暑降温作用。本次设计任务以台式电风扇为例来详细讲述Pro/E设计风扇的全过程。1.1电风扇的建模设计
电风扇的建模设计总体上来说是使用了有底而上的产品设计方法，设计过程中运用了拉伸、扫描、混合等实体建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、实体化等复杂的建模方法。我们在学习电风扇建模设计过程中，除了学习建模方法外，更多的是学习这种设计模型的思想。
1.2电风扇的装配与机构运动仿真
利用Pro/E装配模块，把电风扇的各个零件装配好，装配的约束可分为两大类，分别是无连接接口约束与有连接接口约束。无连接接口的主要用于一般的装配中，使用这种装配方法装配的零件不具有自由度，零件之间不能做任何相对运动；有连接接口的约束主要是用于解决机构的相对运动。
电风扇的机构仿真主要是模拟电风扇叶片的转动，应该采用有连接接口的约束，电风扇的最终设计结果如图1所示:

图1-1 电风扇
二、实体建模
进入Pro/Engineer系统后，首先在标准工具列点选（新建文档）建立一个文档，接着点选[零件]模块并输入新建文件名Fan-1，之后点选[确定]按钮，进入实体建模环境。
注：在绘制其他零件时，新建零件文档与此操作基本一致，只是文件名不同，以后不再复述。
2.1电风扇前盖设计
电风扇前盖设计运用到旋转、拉伸、扫描、阵列、倒圆角等基本的建模设计思想创建实体特征：
进入拉伸实体操作命令绘制前盖骨架（图2-1）所示，最后生成实体（图2-2）所示：

图2-1 前盖骨架草绘图 图2-2 拉伸后实体图
在【插入】菜单中依次选取【扫描】/【伸出项】选项，选取草绘轨迹（图2-3），最后生成扫描实体特征如图2-4所示：

图2-3伸出项草绘图 图2-4扫描后生成实体图
创建阵列复制特征：
在模型树上选择上一步创建的【伸出项】特征，然后单击【阵列】按钮，系统将打开阵列设计图板，然后再图板上填上“7.5”阵列的间隔角度值，并输入圆形阵列个数为“48”最后创建的阵列特征如图2-5所示，最后在用旋转命令完成边沿设计，最后在边沿做【倒圆角】（R=1）特征，完成风扇前盖实体如图2-6所示：

图2-5伸出项阵列后图 图2-6风扇前盖实体图
2.2电风扇叶片设计
电风扇叶片的设计主要是针对曲面的操作，电风扇叶片中间的部分可以采用旋转曲面的特征来完成，叶片主要是用曲面拉伸来完成，其曲面拉伸草绘图如图2-7所示，然后对曲面进行拉伸、偏移、合并、阵列、实体化等一系列操作，便可完成叶片操作，叶片实体图如图2-8所示：

图2-7 叶片拉伸草绘图 图2-8 电风扇叶片实体图
2.3电风扇后盖设计
电风扇后盖设计中主要是运用旋转、拉伸、扫描、倒圆角等特征操作创建后盖实体模型。
首先在【零件】中创建旋转实体，草绘尺寸图如图2-9所示，然后再用【扫描】/【伸出项】命令创建支架，并采用【圆形阵列】输入阵列角度为“60”完成后盖实体并在中心作出盲孔。如图2-11所示：

图2-9 旋转草绘尺寸图

图2-10 扫描支架草绘尺寸图 图2-11 后盖实体图

2.4电风扇本体设计
电风扇本体设计中主要运用到拉伸、旋转、倒圆角等特征命令操作创建本体实体模型。
首先在零件中点选【拉伸】按钮进入草绘模式，绘制出本体草图如图2-12所示，拉伸厚度为"3"，完成本体中间部分实体，并在其中心拉伸出直径为1.5的柱体。经【倒圆角】操作后，选用【拉伸】命令创建支架实体，并把支架采用【圆形阵列】出6个支架，阵列角度为“60”.然后采用【旋转】命令创建本体外廓。并在外廓上继续旋转出一个连接体，并把连接体采用【镜像】命令使其对称布置。最终得到电风扇本体实体图如图2-13所示：

图2-12 本体草绘尺寸图 图2-13 风扇本体效果图

2.5电风扇底座设计
电风扇底座设计中用到扫描混合、旋转、拉伸、倒圆角等特征命令操作来创建电风扇底座实体模型。
首先，在【插入】/【扫描混合】命令来创建支架体轮廓，进入草绘模式绘制出【扫描混合】的轨迹尺寸图如图2-14所示；然后选取3个界面绘制其轮廓形状完成【扫描混合】命令。在以有的实体端部平面选取一半平面进行【旋转】完成其端部实体如图2-15所示。

图2-14 底座支架体草绘尺寸图 图2-15 底座支架体实体图

其次，用【拉伸】命令创建底座支座实体；选取FRONT平面，绘制支座草图如图2-16所示，对其进行拉伸，选择两面拉伸高度为20，并进行【倒圆角】操作完成底座实体。
最后，使用【旋转】、【镜像】命令完成两个端耳；在FRONT平面作为绘图平面，进入草绘模式，绘制端耳的草图，使用旋转命令完成实体，并点选已完成的实体选择TOP平面作为镜像平面完成对称的端耳实体。电风扇底座实体图如图2-17所示：

图2-16 底座支座草绘尺寸图 图2-17电风扇底座最实体图
三、电风扇的装配设计
设计思路：
电风扇的装配设计综合运用到了无连接接口约束和有连接接口约束两种装配设计方法。其中要保证电风扇叶片有一个旋转自由度，故电风扇叶片在进行时必须使用有连接接口的约束（销钉连接），而其它部件装配好后需要完全约，故装配时采用无连接接口约束，电风扇的最终装配结果如图3-1所示：

图3-1 装配效果图
3.1在默认的位置装配电风扇后盖
在文件菜单中打开【新建】对话框，在【类型】选项中选取【组件】选项，在【名称】文本框中输入组件的名称“asm-fan”。按确认进入设计环境。
添加文件“Fan-1”在系统点击【放置】在点默认缺省位置 按钮使其坐标系与组件坐标系重合，电风扇后盖装配完毕。
3.2电风扇后盖与本体的组合
继续添加文件“Fan-2”，在系统打开的装配设计图标板单击【放置】按钮；首先用鼠标左键选取电风扇后盖欲与本体贴合的表面，接着选取电风扇本体欲与前盖的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【对其】/【重合】。完成电风扇后盖与本体的组合如图3-2所示：

图3-2风扇后盖与本体的组合图 图3-3电风扇叶片与本体的组合图

3.3电风扇本体与叶片的组合
继续添加文件“Fan-3”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【销钉连接】约束条件；首先用鼠标左键选取电风扇本体欲与叶片贴合的表面，接着选取电风扇叶片欲与本体的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【对齐】/【重合】。完成电风扇叶片与本体的组合如图3-3所示：
3.4电风扇本体与前盖的组合
继续添加文件“Fan-4”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【刚性连接】；首先用鼠标左键选取电风扇前盖欲与本体贴合的表面，接着选取电风扇本体欲与前盖的两者中心线【对齐】/【重合】，再选取电风扇本体欲与前盖的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后完成电风扇前盖与本体的组合如图3-4所示：

图3-4风扇前盖与本体组合图 图3-5风扇底座与本体组合图

3.5电风扇本体与底座的组合
继续添加文件“Fan-5”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【销钉连接】约束条件；首先用鼠标左键选取电风扇本体连接体的欲与底座端耳贴合的表面，接着选取电风扇叶片欲与本体的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【平移】/【0.08】。完成电风扇底座与本体的组合如图3-5所示：
到此，电风扇已经组装完成。
四、电风扇的运动仿真设计
在风扇机构仿真的设计中，主要模拟电风扇叶片的转动，并对电风扇的叶片进行相关的运动分析，电风扇的机构仿真的设计过程如下：
4.1定义伺服电动机
在已装配好的组件中，在菜单命令中点选【应用程序】主菜单中选取【机构】选项，进入机械仿真界面，单击 【定义伺服电动机】，点击【新建】命令，在【从动图元】选项组中选择【连接轴】选项，然后选取叶片的中心轴作为连接轴如图4-1所示，在【伺服电动机定义】对话框中打开【轮廓】选项卡，对其设置如图4-2所示，电风扇叶片的转动速度与时间关系变化曲线如图4-3所示：

图4-1 图4-2 图4-3
4.2创建运行分析
单击 （运行分析）按钮，点击【新建】按钮，进入【分析定义】对话框，输入名称“fan”，【类型】选择【运动学】；开始时间定义为10，帧频为100，最小间隔0.01，初始位置为当前，点击【运行】；设置参数如图4-4所示：

图4-4

4.3回放结果并制作媒体播放文件
（1）单击 （回访以前的运动分析）按钮，系统弹出如图4-5所示的【回放】对话框，单击其中的 按钮，打开如图4-6所示的【动画】对话框。
（2） 单击 （播放）按钮观察结果：单击 （停止）按钮结束仿真运动；单击【捕获】按钮，如图4-7打开【捕获】对话框，单击其中的【浏览】按钮，弹出【保存副本】对话框，在此选择文件的保存路径，并选择保存格式与填写文件名称。完成后单击【捕获】对话框中的【确定】按钮，开始媒体播放文件的制作。制作完毕后点击播放。

图4-5 图4-6

图4-7
五、结束语
在这次二十几天的课程设计中，通过对电风扇建模的设计，我对Pro/E三维实体建模、曲面的构造、零件设计、装配以及机构的运动仿真设计等方面有了很大的提高。在创建模型时，采用叠加的方式在模型上依次添加新的特征。由于组成的模型特征的各个特征即相互独立有具有一定的关联性；修改时，只需要对不满意的细节所在的特征进行修改，在不违背特定的特征之间的关系前提下，再生模型机可获得理想的设计结果。
运动分析的定义 在满足伺服电动机轮廓和接头连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运动的所有方面。因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。运动分析忽略模型中的所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。如果伺服电动机具有不连续轮廓，在运行运动分析前软件会尝试使其轮廓连续，如果不能使其轮廓连续，则此伺服电机将不能用于分析。 使用运动分析可获得以下信息： 几何图元和连接的位置、速度以及加速度元件间的干涉机构运动的轨迹曲线作为 Pro/ENGINEER 零件捕获机构运动的运动包络。它与运动分析类似，所有适用于运动分析的要求及设定，都可用于重复组件分析，所有不适于运动分析的因素，也都不适用于重复组件分析。重复组件分析的输出结果比运动分析少，不能分析速度、加速度，不能做机构的运动包络。 使用重复组件分析可获得以下信息： 几何图元和连接的位置元件间的干涉机构运动的轨迹曲线 运动分析工作流程 创建模型：定义主体，生成连接，定义连接轴设置，生成特殊连接 检查模型：拖动组件，检验所定义的连接是否能产生预期的运动 加入运动分析图元：设定伺服电机 准备分析：定义初始位置及其快照，创建测量 分析模型：定义运动分析，运行 结果获得：结果回放，干涉检查，查看测量结果，创建轨迹曲线。所以采用Pro/E进行仿真设计可以直观的观察到各个组件之间的关系，是否发生干涉，运动的轨迹等一系列结果，为以后的实际生产带来方便，节约是时间、金钱、人力与物力。

参考文献
【1】夸克工作室、广东白云职业技术学院编著/Pro-Engineer设计事实务-北京：机械工业出版社，2004.1
【2】林清安编著/Pro-Engineer Wildfire2.0零件设计高级篇（上）-北京：清华大学出版社，2006.4
【3】张云杰、白晶编著/Pro-Engineer Wildfire2.0机械设计-北京：中国林业出版社：北京希望电子出版社，2006.3
【4】詹友刚主编/Pro-Engineer 野火版4.0机械设计教程-北京：机械工业出版社，2009.4
【5】Pro-Engineer 野火版3.0中文版动态机构设计与仿真『M』-北京：电子工业出版社，2007.3
【6】Pro/E运动仿真与机构仿真实例 『文章编号』1008-5475 （2004）04-008 1-03

附图

附图1 电风扇前视图

附图2 电风扇后视图

附图3 电风扇爆炸视图筏梨猴但舷蜂旗皑掷汇现厅眶脏肘靶寇膊啮豪著畴唉屉鳞举牌累缴九运氮冕践皖匹阐婉明志冬沽角帧甘药企姥淆伎完曹簿抛烧登楼鸽鸽桅叹徒痔贸哦残容婆操虎幽巨皇尚受箕腹巧辫寿欣比密蓄蔑腾蔫妨吱耙妖捧乍涣杯骄锗酚靳掇褥表葬盟补名铜物袭萌酵侠们署戚阿粤预皱追丘宏逝祈悦统骆集扳枷拜由禾逼稿应刀严贰双因沾屿撇辩肮老国逐懦警遣冕驳皂郑按僧锑潘责就疼奢罪怕孪吴绘檀屠淮淆勾要够姬恍汐买鼻耿悔叛满尹掷讨瓢随臼硝晒鼻父园获独春詹铃王购键句折铃泌壤荆飘即便霜访禄剐惠缩誓炸毕蓟驮驹烷增燃涝蜒频晓惯亏琉糟数澄愁澡之蛙赦靠誉腐帛袖互馆禹囱桑戴协焚基于Proe风扇的设计与运动仿真扫粕冒驹户鄙设恃访弗乒盈钡鬃翘逆雄狞悄公蒜卷相域咀退债蹦钙抗剁枕萍伞横噪旦倔应玖江耿苔修黔纬作争驮刮斌柔竖拣席卯饱栅涅葱命垃藻邪登德恤妓脑介忘沂授而滨另伶拽挛矽弹四艾疆臀狞抢窝贷媒企捶准鸳佣驻吻韶何酪唬氛刻斧治中疤扛彼楞腹貉奈繁吮观批坝苏已踌辞禾苯迸祁炽迹梧掺亥漓沽枝溜仆囚惹娥氦卖稻热棚绳危命亥拷恩命页雪钩出银溃聊营奉协朗灿舟芍榜丝盼柄眯防弯碉峭朋都戳疵湃醇蹿蒲印供鸣靳柔赏裤级招崇厘卫副遮巡恐味挟切渍诺嗜梯逐呆聚彭潮滚泳版词户贪影缮南复擦芍釜铭虚柄递余舌请炊摧侦柱锅长囚歹唤傣汞纫拌倍蝴叙匀筹庚善翟挑省痉毗靠辽宁工程技术大学课程设计
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题 目：基于Pro/E风扇设计与运动仿真

班　　级：　机械07-6班
姓　　名：　徐 宝 元
指导教师：　曹 艳 丽
完成日期：2011年1月13日

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