機械畢業(yè)設計（論文）-基于PROE的電風扇的設計與仿真【全套圖紙PROE三維】

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1、目 錄 全套圖紙，加153893706 1 緒論 1 2 設計任務 3 3 實體建模 4 3.1 電風扇前蓋的設計 4 3.2 電風扇葉片的設計： 5 3.3電風扇后蓋的設計 5 3.4電風扇電機罩的設計 6 3.5 電風扇底座的設計 7 3.6 電風扇底座修飾結構的設計 9 4 電風扇的裝配設計 10 5 電風扇的機構仿真設計 14 5.1創(chuàng)建驅(qū)動器 14 5.2 創(chuàng)建連接 15 5.3 拖動與創(chuàng)建快照 15 5.4 創(chuàng)建運行分析 15 5.5 回放結果并制作媒體播放文件 16 6 結束語 17 致謝 17 參考文獻 17 附圖 18 1

2、緒論 本世紀的一個重大變革是全球市場的統(tǒng)一，它使市場競爭更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產(chǎn)品的需求日益增加，使你合很難保持市場分額。在這種背景下，CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE（計算機輔助測量）技術得到迅速普及和極大發(fā)展。海灣戰(zhàn)爭結束當年，美國評出的最具影響的十大技術中，CAD/CAM/CAE技術便榜上有名。在為數(shù)眾多的CAD/CAM/CAE軟件中， 主流軟件包種類繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是個中極品，但PRO/E工業(yè)解決方案地位顯赫，它是美國PTC公司的拳頭產(chǎn)品，技術領先，在機械、電

3、子、航空、航天、郵電、兵工、紡織等各行各業(yè)都有應用，是CAD/CAM/CAE領域少有的頂尖“人物”。 PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行為建模技術使其成為把夢想變?yōu)楝F(xiàn)實的杰出工具。 PRO/E軟件可運行于Windows/NT和UNIX平臺上，共有六大主模塊，下面我把它們逐一介紹給大家。 （1）工業(yè)設計(CAID)模塊[8] 工業(yè)設計模塊主要用于對產(chǎn)品進

4、行幾何設計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。 （2）機械設計(CAD)模塊 機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/

5、E可以迅速建立任何復雜曲面。 （3） 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎上，便可充分優(yōu)化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結果使瓶體質(zhì)量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng)濟效益。 （4） 制造(CAM)模塊 在機械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工

6、)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進了一套五座標數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。 PRO/E的數(shù)控模塊包括：PRO/CASTING（鑄造模具設計）、PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設計）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（鈑金設計）。 （5） 數(shù)據(jù)管

7、理(PDM)模塊 PRO/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進產(chǎn)品設計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。 （6） 數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 在實際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的C

8、AD數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 20 2 設計任務 電風扇是一種常見的家用電器，也是我國最早生產(chǎn)和使用的家用電器之一，電風扇通過電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動葉片高速旋轉(zhuǎn)，從而強制空氣流動，改善人與周圍空間的熱交換條件，它被廣泛的運用于各種生活和工作環(huán)境，做通風散熱，循環(huán)空氣，防暑降溫只用。本次設計任務以家庭常用的臺式電風扇為例，來詳細講述Pro/E設計電風扇的全過程[7]。 （1）電風扇的建模設計 電風扇的建模設計總體上來說是使用了有底而上的產(chǎn)品設計方法，在電風扇底座的設計過程中滲透了有頂向下產(chǎn)品設計方法的基本思想。我們在學習電風扇的建模設計過程中，除

9、了學習建模方法外，更多的是學習這種模型設思想。 電風扇的設計綜合運用到拉伸、掃描、混合、等基本建模方法；曲面修剪、合并、偏移、曲面替換實體等復雜曲面建模方法；剖面圓頂?shù)雀呒壗７椒ā? （2）電風扇的裝配與機構運動仿真 利用Pro/E裝配模塊，把電風扇的各個零件裝配好，裝配的約束可分成兩大類，分別是無連接接口的約束和有連接接口的約束，無連接口的約束主要用于一般的裝配中，使用這種裝配方法裝配上去的零件不具有自由度，零件之間不能做任何相對運動，有連接口的約束主要是用于解決機構的相對運動問題[1]。 電風扇的機構仿真主要是模擬電風扇的葉片的轉(zhuǎn)動，

10、應該采用用連接口的約束。電風扇的最終設計結果如圖1 所示： 圖 1 電風扇 3 實體建模 在開始繪制零件之前，應該先新建一個零件文檔，以后每個零件繪制之都應該新建零件文檔，具體的操作如下[6]： （1）在文件菜單中打開【新建】對話框。在【類型】選項組中選取【零件】選項，在【子類型】選項組中選取【實體】，在【名稱】文本框中輸入零件名稱“Frontcover”。 （2） 取消【使用缺省模版】復選項，單擊確定按鈕。系統(tǒng)打開新文件對話框，選

11、取其中的【mmns_part_soid】選項，在單擊確定按鈕進入三維實體建模環(huán)境。 注：再繪制其他零件時，新建零件文檔與此步驟基本一致，只是文件名不同，以后不再復述。 3.1 電風扇前蓋的設計 電風扇前蓋的設計綜合運用到旋轉(zhuǎn)、掃描、殼體、等基本的建模設計想 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實體特征： 單擊【旋轉(zhuǎn)工具】按鈕打開設計圖標板，繪制旋轉(zhuǎn)剖面 圖2 最后生成圖的旋轉(zhuǎn)實體如圖3 圖（ 圖2 旋轉(zhuǎn)剖面圖

12、 圖3 旋轉(zhuǎn)實體 創(chuàng)建掃描實體特征： 在【插入】菜單中依次選取【掃描】/【伸出項】選項，選取掃描軌跡，然后繪制掃描截面，最后生成 掃描實體特征見圖4 . 圖4 掃描特征

13、圖 創(chuàng)建陣列復制特征： （1）在模型樹上選擇上一步創(chuàng)建的【伸出項】特征，然后單擊陣列 按鈕，系統(tǒng)打開陣列設計圖標版。 （2）在陣列設計圖標版上填上 “6°”的尺寸為陣列尺寸，接著在在陣列圖標版上輸入陣列個數(shù)“60”最后創(chuàng)建的陣列特征如 圖5所示 圖5 風扇前蓋 3.2 電風扇葉片的設計 電風扇葉片的設計主要是針對曲面的操作，電風扇葉片中間的部分可采用旋轉(zhuǎn)曲面特征來完成，葉片主要采用曲面拉伸來完成，其曲面拉伸剖面圖如圖6，然后對曲面進行拉伸，偏移，合并，實體化，旋轉(zhuǎn)復制

14、，陣列，加厚，等一系列的操作，便可完成葉片的制作，其設計結果如圖7所示 . 圖6 拉伸剖面圖 圖7風扇葉片 3.3電風扇后蓋的設計 電風扇后蓋的設計方法和前蓋的設計方法有點相似，所不同的是后蓋是連接在電機主軸上的，需要與電機主軸進行配合，所以用拉伸實體特征創(chuàng)建一個板，在板的中心利用孔特征在板的中心創(chuàng)建一個與電機主軸同軸的孔，如圖8

15、 圖8 后蓋板 然后創(chuàng)建基準曲線，基準面，基準點，運用旋轉(zhuǎn)實體，掃面實體，等特征（其作圖方法和前蓋的作圖方法一致），其最終的設計效果如圖9 ， 圖9 電風扇后蓋 3.4電風扇電機罩的設計 （1）電風扇電機罩外形設計[4] 先創(chuàng)建一個旋轉(zhuǎn)曲面，然后打開打開【基準平面】對話框。建立一系列的基準平面，以基準平面作為草繪平面創(chuàng)建拉伸曲面，對曲面進行拉伸，修剪，倒圓角，加厚，等一系列操作，建模如圖10 （2） 繪制散熱孔 用拉伸去除

16、材料的方法繪制電風扇電機罩散熱孔，然后對以拉伸的孔進行陣列復制，其最終設計結果如圖11 圖10 電機罩外形 圖11 孔特征 3.5 電風扇底座的設計 （1）電風扇底座基座部分 草繪一個封閉的基準曲線，然后對其拉伸，拉伸高度為45，然后利用【插入】主菜單中選取【高級】/【剖面原頂】選項，選取園頂曲面，繪制剖面圖最后生成截

17、面圓頂特征,利用實體邊界偏移創(chuàng)建基座凸起部分的基準曲線，對其進行拉伸，拉伸高度為18，最終設計結果如圖12 圖 12 底座基座 （2）創(chuàng)建電風扇底座支撐柱 在【插入】主菜單中選取【混合】/【伸出項】選項，打開【混合選項】菜單，其具體設置如下圖13 圖 13 【通過邊界創(chuàng)建按鈕】繪制混合截面，最后創(chuàng)建的混合特征如 圖14 圖14 混合特征 （3）創(chuàng)建基準曲線 繪制如圖15的基準曲線

18、 圖 15基準曲線 將所繪的曲線拉伸剪切，選取去除材料，生成的實體如圖16 圖16 風扇底座 （4） 電風扇的銘牌輸入 單擊按鈕，根據(jù)系統(tǒng)提示，在【文本】對話框中輸入“寶鉆風扇” 圖17 電風扇底座最后設計結果如圖18 圖18 電風扇的底座 3.6 電風扇底座修飾結構的設計 電風扇底座修飾結構的設計綜合運用到拉伸，去面偏移，實體替換面和曲面實體化等建模方法，

19、電風扇修飾結構最終設計結果 如圖19，如圖20 圖 19 風扇修飾　　　　　　　　　 圖 20 風扇修飾 4 電風扇的裝配設計 設計思路： 電風扇的裝配設計綜合運用到無連接接口約束和有連接接口約束兩種裝配設計方法。其中要保證電風扇葉片有一個旋轉(zhuǎn)自由度，故電風扇的葉片在進行裝配設計時必須使用有連接接口的約束，而電風扇的其他部件裝配好后需要完全約束，因此裝配需采用不連接扣約束，電風扇的最后裝配結果如圖20 設計過程： 4.1 新建組件文檔 （1） 在文

20、件菜單中打開 圖20 裝配效果 【新建】對話框。在【類型】選項組中選取【組件】選項，在選項組中選取【設計】，在【名稱】文本框中輸入組件名稱“Fan”。 （2）取消【使用缺省模版】復選項，單擊確定按鈕。系統(tǒng)【打開新文件】對話框，選取其中的【mmns_part_soid】選項，在單擊確定按鈕進入設計環(huán)境。 4.2 在默認的位置裝配電風扇底座[10] 添加底座文件base，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖21 圖21 4.3 向組件中裝配連接結構 添加連接結構文件Sustain，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標

21、板單擊放置按鈕【放置】列表見圖22 圖22 4.4 向組件中裝配銷 添加連接結構文件Pin，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖23 圖 23 4.5 向組件中裝配電動機 添加連接結構文件Ele_motor，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖24 圖 24 4.6 向組件中裝配電動機殼罩 添加連接結構文件Cover，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖25 圖25 4.7 向組件中裝配電動機后蓋 添加連

22、接結構文件Backcover，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖26 圖26 4.8 向組件中裝配葉片 添加連接結構文件Vane，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板上的【用戶定義】 下拉菜單中選取【銷釘】連接類型，【放置】列表見圖27 圖27 4.9 向組件中裝配電動機前蓋 添加連接結構文件Frontcover，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖28 圖28 4.10 向組件中裝配電風扇底座裝飾 添加連接結構文件Decorate_1

23、，和Decorate_2，在系統(tǒng)打開的裝配設計圖標板單擊放置按鈕，【放置】列表見圖29 圖29 至此，電風扇已經(jīng)安裝完成，裝配結果如圖30 圖30 電風扇裝配結果 5 電風扇的機構仿真設計 在電風扇機構仿真的設計中，主要模擬電風扇葉片的轉(zhuǎn)動，并對電風扇的葉片進行相關的運動分析，電風扇的機構仿真的設計步驟如下[3]： 5.1創(chuàng)建驅(qū)動器 進入“機構”模塊 在【應用程序】主菜單中選

24、取【機構】選項，進入機械仿真界面，單擊（定義伺服電動機），【在從動圖元】選項組中選擇【連接軸】選項，然后選擇葉片的中心軸作為連接軸如圖31 圖31 在【伺服電動機定義】對話框中打開【輪廓】選項卡，對其設置如圖 32 圖32 5.2 創(chuàng)建連接 在【編輯】菜單中選取【連接】選項，彈出如圖33 所示的 【連接組件】對話框。 單擊其中的運行按鈕，打開如圖34 所示的【確認】對話框，單擊是按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作。 圖33

25、 圖 34 5.3 拖動與創(chuàng)建快照 單擊工具箱中的（拖動封裝快照）按鈕，，在【拖動】對話框中，單擊其中的按鈕，既拍下快照Snpsshot1。單擊按鈕，在工作區(qū)中選中葉片。拖動鼠標并觀察葉片的旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)到一定角度時單擊鼠標中建，終止葉片的旋轉(zhuǎn)。單擊其中的按鈕，拍下快照Snpsshot2。 5.4 創(chuàng)建運行分析 單擊（運行分析）按鈕，打開【分析定義】對話框，對其進行設置如圖 35 圖35 5.5 回放結果并制作媒體播放文件 (一).單擊（回放以前的運動分析）按鈕，系統(tǒng)彈出如圖36 所示的【回放】對話框，單擊其中的按鈕，打開如圖37 所示的【動畫】對

26、話框。 （二）.單擊（播放）按鈕觀察結果：單擊（停止）按鈕結束仿真運動；單擊捕獲按鈕，如圖38 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，選擇保存格式并填寫文件名稱。完成后單擊【捕獲】對話框中確定按鈕，開始媒體播放文件的制作。完成后媒體文件便制作完成。 圖36 圖 37 圖38 制作媒體播放文件點擊播放

27、 6 結束語 在這次為期兩個月的畢業(yè)設計中，通過對電風扇建模的設計，本人對 PRO/E三維實體建模、曲面的構造、零件的裝配設計、以及機構的仿真設計等方面有很大的提高。在創(chuàng)建模型時，我是采用搭積木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特征既相互獨立，有具有一定的關聯(lián)性，修改時，只需要對不滿意的細節(jié)所在的特征進行修改，在不違背特定的特征之間基本關系的前提下，再生模型既可獲得理想的設計結果。三維實體造型是學 習PRO/E的基礎，也為我以后學習PRO/E其他高級功能打下基礎。 致謝 在本次畢業(yè)設計中，我得到了指導老師的熱心指導和

28、幫助，指導老師具有豐富的實踐經(jīng)驗和較高的理論水平，在整個設計過程中指導老師在設計思路和設計方法上給予我以充分的指導，在此表示衷心的感謝。同時我也要感謝我的同學，我們在一塊相互學習，一塊解決難題，這也讓我明白了一個道理，做任何工作都需要團隊力量。同時我也要感謝學院領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和良好的學習環(huán)境。通過這次畢業(yè)設計，我不僅學到本專業(yè)知識，也了解了一些非本專業(yè)的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文。在此，請允許我再次向給與我?guī)椭母魑恢笇Ю蠋熀透魑煌瑢W表

29、示感謝！ 參考文獻 [1] 朱金波.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 工業(yè)產(chǎn)品設計完全掌握[M].北京：兵器工業(yè)出版社.2007.3 [2] 葛正浩，胡志剛. Pro/E 三維機械設計實例教程 北京：化學工業(yè)出版社2007.8 [3] 林清安. Pro/ENGINEER野火3.0中文版動態(tài)機構設計與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社.2007.3 [4] 常旭睿. Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版 模具設計實例精講 北京：電子工業(yè)出版社.2006.12 [5] 簡琦昭,柳迎春.Pro/ E 工業(yè)造型設計［M］.北京:清華大學出版社 [6]

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