基于Proe風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)題目：基于Pro/E風(fēng)扇設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真班級：機(jī)械07-6班姓名：徐寶元指導(dǎo)教師：曹艷麗完成日期：2011年1月13日遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 摘要電風(fēng)扇是一種常見的家用電器，本次設(shè)計(jì)以臺式電風(fēng)扇為例，來詳細(xì)講述Pro/E設(shè)計(jì)電風(fēng)扇的全過程。其外型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如果用傳統(tǒng)的CAD繪圖軟件設(shè)計(jì)非常困難，Pro/E可以輕松解決這個(gè)問題，Pro/E軟件具有很強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬產(chǎn)品裝配仿真、工程圖生成等功能。本文主要講述電風(fēng)扇外形實(shí)體建模、電風(fēng)扇的組件裝配、電風(fēng)扇的葉片的轉(zhuǎn)動仿真。設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了拉伸、掃描、混合等實(shí)體建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、實(shí)體化等復(fù)雜的

2、建模方法；裝配的的設(shè)計(jì)方法用到了無連接口的約束和有連接口的約束。在電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)總體上是采用了自底向上的設(shè)計(jì)方法，在組件在設(shè)計(jì)過程中也采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法。我們在學(xué)習(xí)電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)過程中，除了學(xué)習(xí)建模方法外，更重要的是學(xué)習(xí)這種模型設(shè)計(jì)思想。關(guān)鍵詞：電風(fēng)扇、Pro/E、實(shí)體建模、裝配、運(yùn)動仿真AbstractElectriefanisacommonhouseholdappliances,thisdesigntodesktopelectriefan,forexample,toexpoundPro/Edesignfanprocess.Itsexteriorstruetureisrelativ

3、elycomplex,ifusethetraditionalCADdrawingsoftwaredesignisverydifficult,Pro/Ecanbeeasytosolvethisproblem,Pro/Esoftwarehasverypowerfulentitiesmodelling,surfacemodeling,virtualassemblingsimulation,engineeringdrawinggeneration,andotherfunctions.Thisarticlemainlydescribedentitymodeling,electriefanshapeofc

4、omponentassembly,electriefanbladerotationsimulation.Designcomprehensiveusethetensile,scanning,mixingentitymodelingthebasicmethod,Surfacetrim,merger,offset,substantiatecomplexmodelingmethod,Assemblydesignmethodusedwithamouthofnonartesianartesianconstraintsandconnectionmouthconstraints.Thefanmodelingd

5、esignwasgenerallyadoptedabottomupwarddesignmethods,inthecomponentinthedesignprocessalsoUSESatopdowndesignmethod.Wearestudyingthefannermodelingdesignprocess,besidesstudymodelingmethodoutside,moreimportantistolearnthismodeldesignthought.Keywords:electriefan,Pro/E,entitymodeling,assembling,movementsimu

6、lation一、設(shè)計(jì)任務(wù)電風(fēng)扇是一種常見的家用電器，也是我國最早生產(chǎn)和使用的的家用電器之一。電風(fēng)扇是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動葉片高速旋轉(zhuǎn)，從而強(qiáng)制空氣流動，改善人與周圍空間的熱交換條件；它被廣泛的運(yùn)用于各種生活和工作環(huán)境，起通風(fēng)散熱、循環(huán)空氣、防暑降溫作用。本次設(shè)計(jì)任務(wù)以臺式電風(fēng)扇為例來詳細(xì)講述Pro/E設(shè)計(jì)風(fēng)扇的全過程。1.1電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)總體上來說是使用了有底而上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用了拉伸、掃描、混合等實(shí)體建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、實(shí)體化等復(fù)雜的建模方法。我們在學(xué)習(xí)電風(fēng)扇建模設(shè)計(jì)過程中，除了學(xué)習(xí)建模方法外，更多的是學(xué)習(xí)這種設(shè)計(jì)模型的思想。1.2電風(fēng)扇

7、的裝配與機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真利用Pro/E裝配模塊，把電風(fēng)扇的各個(gè)零件裝配好，裝配的約束可分為兩大類，分別是無連接接口約束與有連接接口約束。無連接接口的主要用于一般的裝配中，使用這種裝配方法裝配的零件不具有自由度，零件之間不能做任何相對運(yùn)動；有連接接口的約束主要是用于解決機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動。電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)仿真主要是模擬電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動，應(yīng)該采用有連接接口的約束，電風(fēng)扇的最終設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示：二、實(shí)體建模進(jìn)入Pro/Engineer系統(tǒng)后，首先在標(biāo)準(zhǔn)工具列點(diǎn)選口（新建文檔）建立一個(gè)文檔，接著點(diǎn)選零件模塊并輸入新建文件名Fan-1，之后點(diǎn)選確定按鈕，進(jìn)入實(shí)體建模環(huán)境。注：在繪制其他零件時(shí)，新建零件文檔與此操作

8、基本一致，只是文件名不同，以后不再復(fù)述。2.1電風(fēng)扇前蓋設(shè)計(jì)電風(fēng)扇前蓋設(shè)計(jì)運(yùn)用到旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、陣列、倒圓角等基本的建模設(shè)計(jì)思想創(chuàng)建實(shí)體特征：進(jìn)入拉伸實(shí)體操作命令繪制前蓋骨架（圖2-1）所示，最后生成實(shí)體（圖2-2）所示：圖2-1前蓋骨架草繪圖圖2-2拉伸后實(shí)體圖在【插入】菜單中依次選取【掃描】/【伸出項(xiàng)】選項(xiàng)，選取草繪軌跡（圖2-3），最后生成掃描實(shí)體特征如圖2-4所示：圖2-6風(fēng)扇前蓋實(shí)體圖創(chuàng)建陣列復(fù)制特征：在模型樹上選擇上一步創(chuàng)建的【伸出項(xiàng)】特征，然后單擊口【陣列】按鈕，系統(tǒng)將打開陣列設(shè)計(jì)圖板，然后再圖板上填上“7.5”陣列的間隔角度值，并輸入圓形陣列個(gè)數(shù)為“48”最后創(chuàng)建的陣列特征如

9、圖2-5所示，最后在用旋轉(zhuǎn)命令完成邊沿設(shè)計(jì)，最后在邊沿做【倒圓角】（R=1）特征，完成風(fēng)扇前蓋實(shí)體如圖2-6所示：圖2-5伸出項(xiàng)陣列后圖2.2電風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)圖2-7葉片拉伸草繪圖圖2-8電風(fēng)扇葉片實(shí)體圖電風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)主要是針對曲面的操作，電風(fēng)扇葉片中間的部分可以采用旋轉(zhuǎn)曲面的特征來完成，葉片主要是用曲面拉伸來完成，其曲面拉伸草繪圖如圖2-7所示，然后對曲面進(jìn)行拉伸、偏移、合并、陣列、實(shí)體化等一系列操作，便可完成葉片操作，葉片實(shí)體圖如圖2-8所示：2.3電風(fēng)扇后蓋設(shè)計(jì)電風(fēng)扇后蓋設(shè)計(jì)中主要是運(yùn)用旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、倒圓角等特征操作創(chuàng)建后蓋實(shí)體模型。首先在【零件】中創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體，草繪尺寸圖如圖2-9

10、所示，然后再用【掃描】/【伸出項(xiàng)】命令創(chuàng)建支架，并采用【圓形陣列】輸入陣列角度為“60”完成后蓋實(shí)體并在中心作出盲孔。如圖2-11所示：圖2-9旋轉(zhuǎn)草繪尺寸圖圖2-10掃描支架草繪尺寸圖圖2-11后蓋實(shí)體圖2.4電風(fēng)扇本體設(shè)計(jì)電風(fēng)扇本體設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用到拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒圓角等特征命令操作創(chuàng)建本體實(shí)體模型。首先在零件中點(diǎn)選【拉伸】按鈕進(jìn)入草繪模式，繪制出本體草圖如圖2-12所示，拉伸厚度為3，完成本體中間部分實(shí)體，并在其中心拉伸出直徑為1.5的柱體。經(jīng)【倒圓角】操作后，選用【拉伸】命令創(chuàng)建支架實(shí)體，并把支架采用【圓形陣列】出6個(gè)支架，陣列角度為“60”.然后采用【旋轉(zhuǎn)】命令創(chuàng)建本體外廓。并在外廓上繼

11、續(xù)旋轉(zhuǎn)出一個(gè)連接體，并把連接體采用【鏡像】命令使其對稱布置。最終得到電風(fēng)扇本體實(shí)體圖如圖2-13所示：圖2-13風(fēng)扇本體效果圖圖2-12本體草繪尺寸圖2.5電風(fēng)扇底座設(shè)計(jì)電風(fēng)扇底座設(shè)計(jì)中用到掃描混合、旋轉(zhuǎn)、拉伸、倒圓角等特征命令操作來創(chuàng)建電風(fēng)扇底座實(shí)體模型。首先，在【插入】/【掃描混合】命令來創(chuàng)建支架體輪廓，進(jìn)入草繪模式繪制出【掃描混合】的軌跡尺寸圖如圖2-14所示；然后選取3個(gè)界面繪制其輪廓形狀完成【掃描混合】命令。在以有的實(shí)體端部平面選取一半平面進(jìn)行【旋轉(zhuǎn)】完成其端部實(shí)體如圖2-15所示。圖2-15底座支架體實(shí)體圖其次，用【拉伸】命令創(chuàng)建底座支座實(shí)體；選取FRONT平面，繪制支座草圖如圖2

12、-16所示，對其進(jìn)行拉伸，選擇兩面拉伸高度為20，并進(jìn)行【倒圓角】操作完成底座實(shí)體。最后，使用【旋轉(zhuǎn)】、【鏡像】命令完成兩個(gè)端耳；在FRONT平面作為繪圖平面，進(jìn)入草繪模式，繪制端耳的草圖，使用旋轉(zhuǎn)命令完成實(shí)體，并點(diǎn)選已完成的實(shí)體選擇TOP平面作為鏡像平面完成對稱的端耳實(shí)體。電風(fēng)扇底座實(shí)體圖如圖2-17所示：圖2-16底座支座草繪尺寸圖三、電風(fēng)扇的裝配設(shè)計(jì)圖2-17電風(fēng)扇底座最實(shí)體圖設(shè)計(jì)思路：電風(fēng)扇的裝配設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用到了無連接接口約束和有連接接口約束兩種裝配設(shè)計(jì)方法。其中要保證電風(fēng)扇葉片有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，故電風(fēng)扇葉片在進(jìn)行時(shí)必須使用有連接接口的約束（銷釘連接），而其它部件裝配好后需要完全約，故

13、裝配時(shí)采用無連接接口約束，電風(fēng)扇的最終裝配結(jié)果如圖3-1所示：圖3-1裝配效果圖31在默認(rèn)的位置裝配電風(fēng)扇后蓋在文件菜單中打開【新建】對話框，在【類型】選項(xiàng)中選取【組件】選項(xiàng)，在【名稱】文本框中輸入組件的名稱“asm-fan”。按確認(rèn)進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)境。添加文件“Fan-1”在系統(tǒng)點(diǎn)擊【放置】在點(diǎn)默認(rèn)缺省位置江按鈕使其坐標(biāo)系與組件坐標(biāo)系重合，電風(fēng)扇后蓋裝配完畢。3.2電風(fēng)扇后蓋與本體的組合繼續(xù)添加文件“Fan-2”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【放置】按鈕；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇后蓋欲與本體貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】。然后在選取兩者中心線【對其】/

14、【重合】。完成電風(fēng)扇后蓋與本體的組合如圖3-2所示：3.3電風(fēng)扇本體與葉片的組合繼續(xù)添加文件“Fan-3”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連接】按鈕，選用【銷釘連接】約束條件；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇本體欲與葉片貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇葉片欲與本體的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】。然后在選取兩者中心線【對齊】/【重合】。完成電風(fēng)扇葉片與本體的組合如圖3-3所示：3.4電風(fēng)扇本體與前蓋的組合繼續(xù)添加文件“Fan-4”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連接】按鈕，選用【剛性連接】；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇前蓋欲與本體貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的兩者中心線【對齊】/【重合】，再選

15、取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】然后完成電風(fēng)扇前蓋與本體的組合如圖3-4所示：圖3-4風(fēng)扇前蓋與本體組合圖圖3-5風(fēng)扇底座與本體組合圖3.5電風(fēng)扇本體與底座的組合繼續(xù)添加文件“Fan-5”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連接】按鈕，選用【銷釘連接】約束條件；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇本體連接體的欲與底座端耳貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇葉片欲與本體的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】。然后在選取兩者中心線【平移】/【0.08】完成電風(fēng)扇底座與本體的組合如圖3-5所示：到此，電風(fēng)扇已經(jīng)組裝完成。四、電風(fēng)扇的運(yùn)動仿真設(shè)計(jì)在風(fēng)扇機(jī)構(gòu)仿真的設(shè)計(jì)中，主要模擬電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動，并對電風(fēng)

16、扇的葉片進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)動分析，電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)仿真的設(shè)計(jì)過程如下：4.1定義伺服電動機(jī)在已裝配好的組件中，在菜單命令中點(diǎn)選【應(yīng)用程序】主菜單中選取【機(jī)構(gòu)】選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)械仿真界面，單擊G【定義伺服電動機(jī)】點(diǎn)擊【新建】命令，在【從動圖元】選項(xiàng)組中選擇【連接軸】選項(xiàng)，然后選取葉片的中心軸作為連接軸如圖4-1所示，在【伺服電動機(jī)定義】對話框中打開【輪廓】選項(xiàng)卡，對其設(shè)置如圖4-2所示，電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動速度與時(shí)間關(guān)系變化曲線如圖4-3所示：遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)圖4-14.2創(chuàng)建運(yùn)行分析圖4-2單擊（運(yùn)行分析）按鈕，點(diǎn)擊【新建】按鈕，進(jìn)入【分析定義】對話框，輸入名稱“fan”，【類型】選擇【運(yùn)動學(xué)】；開始時(shí)

17、間定義為10，幀頻為100，最小間隔0.01，初始位置為當(dāng)前，點(diǎn)擊【運(yùn)行】；設(shè)置參數(shù)如圖4-4所示：遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4.3回放結(jié)果并制作媒體播放文件（1）單擊（回訪以前的運(yùn)動分析）按鈕，系統(tǒng)彈出如圖4-5所示的【回放】對話框，單擊其中的按鈕，打開如圖4-6所示的【動畫】對話框。卜（播放）按鈕觀察結(jié)果：單擊（停止）按鈕2）單擊結(jié)束仿真運(yùn)動；單擊【捕獲】按鈕，如圖4-7打開【捕獲】對話框，單擊其中的【瀏覽】按鈕，彈出【保存副本】對話框，在此選擇文件的保存路徑，并選擇保存格式與填寫文件名稱。完成后單擊【捕獲】對話框中的【確定】按鈕，開始媒體播放文件的制作。制作完畢后點(diǎn)擊播放。圖4-5圖4-

18、6圖4-7五、結(jié)束語在這次二十幾天的課程設(shè)計(jì)中，通過對電風(fēng)扇建模的設(shè)計(jì)，我對Pro/E三維實(shí)體建模、曲面的構(gòu)造、零件設(shè)計(jì)、裝配以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真設(shè)計(jì)等方面有了很大的提高。在創(chuàng)建模型時(shí)，采用疊加的方式在模型上依次添加新的特征。由于組成的模型特征的各個(gè)特征即相互獨(dú)立有具有一定的關(guān)聯(lián)性；修改時(shí)，只需要對不滿意的細(xì)節(jié)所在的特征進(jìn)行修改，在不違背特定的特征之間的關(guān)系前提下，再生模型機(jī)可獲得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。運(yùn)動分析的定義在滿足伺服電動機(jī)輪廓和接頭連接、凸輪從動機(jī)構(gòu)、槽從動機(jī)構(gòu)或齒輪副連接的要求的情況下，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。運(yùn)動分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力之外的運(yùn)動的所有方面。因此，運(yùn)動分析不能使用執(zhí)行電動

19、機(jī)，也不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn)動分析忽略模型中的所有動態(tài)圖元，如彈簧、阻尼器、重力、力/力矩以及執(zhí)行電動機(jī)等，所有動態(tài)圖元都不影響運(yùn)動分析結(jié)果。如果伺服電動機(jī)具有不連續(xù)輪廓，在運(yùn)行運(yùn)動分析前軟件會嘗試使其輪廓連續(xù)，如果不能使其輪廓連續(xù)，則此伺服電機(jī)將不能用于分析。使用運(yùn)動分析可獲得以下信息：幾何圖元和連接的位置、速度以及加速度元件間的干涉機(jī)構(gòu)運(yùn)動的軌跡曲線作為Pro/ENGINEER零件捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動的運(yùn)動包絡(luò)。它與運(yùn)動分析類似，所有適用于運(yùn)動分析的要求及設(shè)定，都可用于重復(fù)組件分析，所有不適于運(yùn)動分析的因素，也都不適用于重復(fù)組件分析。重復(fù)組件分析的輸出結(jié)果比運(yùn)動分析少，不能分析速度、加速度，不能做機(jī)構(gòu)的運(yùn)動包絡(luò)。