基于PROE的 风扇造型设计.doc

摘 要本文应用Pro/E软件完成了风扇的三维建模设计。其中利用Pro/E的草绘模块、曲面模块、零件模块共同完成了风扇叶片、前盖、后盖、支架和本体五个组成部件的建模设计。同时利用Pro/E的组件模块完成了组成部件的装配和干涉检验。通过对各部件的设计，证明Pro/E软件在进行复杂的典型产品开发过程中具有简单、方便、快捷等特点，同时装配过程中能够对某一个零部件进行修饰，使装配效果更加完善。 关键词：风扇，Pro/E，三维建模设计The fan of modeling design based on Pro/EAbstractIn this paper, the three-dimensional modeling design of the fan was designed by the software of Pro / E. The design of five modeling Which include the fan blades, the front cover, the back cover, the fame and body components was completed by the Sketch of the module, surface modules, module parts of Pro / E.At the same time, module assembly components and interference testing was complete through the component of Pro / E. Through the design of the component, which prove that Pro / E software is simple, convenient, and fast in a typical complex product development process. At the same time, the assembly process can be carried out on a modified parts so that the effect of complete assembly become more perfect. Keywords: Fan, Pro / E, Three-dimensional modeling design目 录1 绪论41.1 三维造型设计的现状和发展51.2 常用三维造型软件介绍51.3 Pro/E软件介绍61.4 本文主要研究的内容72 风扇造型设计与装配72.1 风扇组成部件设计72.1.1 风扇叶片设计72.1.2 风扇后盖设计102.1.3 风扇前盖设计122.1.4 风扇本体设计142.1.5 支架设计172.2 风扇装配182.2.1 新建组件文件182.2.2 在缺省位置装配支架零件192.2.3 装配风扇本体192.2.4 装配风扇后盖192.2.5 装配风扇叶片192.2.6 装配风扇前盖192.2.7 生成装配爆炸图202.2.8 干涉检查203 结束语21致谢21参考文献221 绪论计算机辅助设计是一种将人和计算机的最佳特性结合起来以辅助进行产品的设计与分析的技术，是综合了计算机与工程设计方法的最新发展成果而形成的一门新兴学科。它的产生和不断发展，对工业生产、工程设计、科学研究等领域的技术进步和发展产生了巨大影响。1.1 三维造型设计的现状和发展经过四十多年的发展，CAD/CAM技术有了长足的进步。而三维CAD技术到目前为止共经历了5次大的技术革新，按顺序分别介绍如下。（1）三维线框系统20世纪60年代，新出现的三维CAD系统是简单的线框式系统，只能表达基本的几何信息，而不能有效表达几何数据间的拓扑关系4。（2）曲面造型系统法国达索飞机制造公司基于贝赛尔算法，在上世纪70年代开发出以表面模型为特点的三维造型系统CATIA，从而标志着CAD技术突破了单纯模仿工程图纸三视图的模式，首次实现完整描述产品零件的主要信息，使得CAD技术有了实现基础。（3）实体造型技术实体造型技术带来了算法改进和未来发展和希望，同时也带来了数据计算量的极度膨胀。（4）参数化技术进入20世纪80年代中期，由于设计理念上的冲突，策划参数化技术的人员单独成立了参数化技术公司，开始研制名为PRO/ENGINEER的参数化软件，并第一次实现了尺寸驱动零件设计修改。（5）变量化技术变量化技术既保持了参数化技术的原有优点，同量又克服了它的许多不足。它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间的机遇5。 从我国目前的应用现状看，以PRO/ENGINEER为首的参数化设计技术占据着主导地位，并且还在迅速膨胀，其发展势头犹如AUTOCAD刚刚进入中国时一样。随着变量化技术的逐步扩展和完善，预计在不远的将来会进入新的应用时期。1.2 常用三维造型软件介绍三维软件技术经过几十多年的发展，每个时代都有当时流行的软件。现在，工作站的微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀的商业化软件。（1）Unigraphics(UG)UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数三维设计软件厂商所采用。（2）SolidWorksSolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中。（3）Pro/EPro/E系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation，简称PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/E软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。1.3 Pro/E软件介绍Pro/E是美国PTC（参数化技术公司）开发的大型CAD/CAE/CAM软件，与其他CAD软件相比，Pro/E问世较晚，有条件采用近几年来CAD领域的一些先进理论和技术，因此具有较高的起点。Pro/E采用了先进的干基于特征的参数化设计思想，设计操作灵活简便7。同时，Pro/E所有功能模块建立在统一的工程数据库上，所有工程项目具有全关联性，真正实现了CAD/CAE/CAM的有效集成。在当今众多的CAD软件中，Pro/E以其强大的三维处理功能和先进的设计理念以及简单实用的操作而被众多设计者接受和推崇，在机械设计与加工制造领域中应用广泛。与其他CAD软件相比，Pro/E具在鲜明的特点，在设计过程中，只有很好把握这些特点，才能充分发挥软件的长处，提高设计效率。之所以选择Pro/E软件是因为它具有以下技术优势： （1）全相关性（FullAssociativity） 所有Pro/E解决方案完全相互关联。即在设计阶段任何时候所做的更改，都会扩展到整个制造过程中，自动更新所有的工程文件，让你将错误减少到最小。 （2）基于特征的参数化建模（Feature-basedParametricModeling） Pro/E以智能特征作为产品几何造型的构造基础。特征皆是具有一定机械功能的机械构件，可根据使用者的预期方式变更。装配、加工、制造及其它领域，都使用最适合该领域的特征13。 （3）单一数据库思想 单一数据库的最大特点就是实时性。1.4 本文主要研究的内容（1）用Pro/E进行风扇的所有零部件的实体造型生成三维实体（包括：叶片、前盖、后盖、本体、支架）（2）用Pro/E对风扇的所有零部件的虚拟装配设计（3）用Pro/E对风扇的虚拟装配体生成爆炸图（4）用Pro/E进行风扇的所有零部件进行全局干涉的检查2 风扇造型设计与装配本设计为实用新型电风扇，电风扇是由风扇头和支架组成，风扇头由本体、前盖、后盖、叶片组成，本体连接在支架上，此结构设计简单实用，降低成本，安全可靠，是一种新型的电风扇。可制成台式、落地式电风扇，该设计的主要优点是省去了现有产品中的摇头装置，从而简化了机械结构、降低了生产成本、减少了故障因素。2.1 风扇组成部件设计 2.1.1 风扇叶片设计 （1）新建零件文件 （2）创建旋转实体特征 单击按钮，选取FRONT基准平面为草绘平面，在草绘平面中绘制如图 1所示草绘截面。设置旋转角度为360，单击，最后生成如图2所示旋转实体模型。（3）创建风扇叶片纵向拉伸曲面单击拉伸按钮，选取TOP基准平面为草绘平面，绘制如图3所示的截面图。绘制完草绘截面后，单击，完成草绘。选取深度参照,生成如图4所示的曲面。（4）创建风扇叶片横向拉伸曲面图1 叶片中心草绘截面 图2 叶片中心旋转实体牲征图3 叶片纵向拉伸草绘截面 图4 叶片纵向拉伸生成的曲面1）单击按钮，选取FRONT基准平面为草绘平面，绘制如图5所示的草绘曲线，创建如图6所示的基准曲线。图5创建叶片横向拉伸曲面基准曲线图 图6 横向拉伸曲面生成的基准曲线2）单击按钮，选取FRONT基准平面为草绘平面，进入草绘模式。3）单击按钮，选取要偏移复制的线段，接着输入偏移距离：“3”，方向如图7所示，将断面上下端封闭。4）设置曲面深度值：“150”，最后生成如图8所示。 图7 横向拉伸曲面截面 图8叶片横向拉伸生成的曲面（5）合并曲面特征并实体化1）选取刚刚创建的两曲面，然后单击按钮合并曲面。确定合并曲面要保留的方向，完成合并。2）选中上一步合并好的曲面，对曲面进行实体化操作，最后生成的结果如图9所示。图9曲面合并实体化后的结果 图10 选取特征创建局部组（6）创建局部组选取【局部组】选项，然后根据系统提示输入局部组的名字：“Single-vane”。在模型树中依次选取：【拉伸1】、【草绘1】【草绘2】、【拉伸2】、【合并1】、【实体化1】，如图10所示。（7）旋转阵列叶片选中合并得到的叶片，单击按钮，选择“轴”，选取中心轴线，设置阵列数为：“3”，角度为：“120”。单击结束，如图11所示。图11 阵列后的风扇叶片 图12 风扇叶片设计结果 （8）创建倒角特征1）单击按钮，分别在中心圆上设置倒圆角半径：“1”、“4”。2）使用同样的方法在使用陈列方法创建的叶片上添加倒圆角特征。3）在模型树中选中基准曲线，右击选择“隐藏”，完成对基准曲线的隐藏。4）选取“视图”“视图编辑器”，编辑颜色如图12所示。2.1.2 风扇后盖设计（1）新建零件文件（2）使用旋转方法创建风扇后盖主体。选取基准平面FRONT作为草绘平面，绘制如图13所示的旋转截面图，最后创建如图14所示的实体特征。图13 绘制后盖主体截面图图14 后盖主体旋转实体特征（3）使用扫描方法创建后盖栅格结构1）选取“插入”/“扫描”/“伸出项”，选取FRONT基准平面作为草绘平面，在草绘平面中绘制如图15所示的扫描轨迹线。图15 后盖栅格扫描轨迹图2）设置扫描属性为【自由端点】。接着绘制如图16所示的扫描截面，最后创建如图17所示的扫描实体特征。（4）使用旋转复制方法复制栅格结构 使用旋转方法复制上一步创建的栅格结构，设置旋转角度：“40”。（5）使用旋转阵列方法创建栅格结构选取扫描创建的栅格结构特征，单击，设置为“轴”，选取中心轴线，在工作区选取角度为“60”，输入阵列特征总数为：“3”，结果如图18所示。图16栅格结构扫描截面图 扫描截面局部放大图图17扫描创建的后盖栅格结构 图18 阵列后的后盖栅格结构（6）使用平移复制方法创建栅格结构1）选取上一步创建的特征作为复制对象，然后选取基准平面FRONT作为阵列参照，设置移动距离为15.00。复制后的结果如图19所示。 图19特征复制后的后盖栅格结构 图20 阵列后的栅格结构（7）使用阵列方法创建栅格结构1）选取扫描创建的特征作为阵列对象，单击,然后选取基准平面FRONT作为阵列参照。在图标板中设置阵列数为：“9，设置移动距离为15.00。阵列后的结果如图20所示。（8）使用镜像复制方法创建栅格结构选取上一步创建的阵列特征作为镜像复制对象，选取基准平面FRONT作为镜像平面，镜像复制后的结果如图21所示。（9）创建剪切材料的拉伸实体特征使用去除材料的拉伸方法切去后盖四周多余的材料，结果如图22所示。 图21镜像复制后的后盖栅格 图22 切去多余材料后的后盖（10）创建孔特征创建与圆盘同轴的孔特征，设置孔的直径参数为“15” ，孔的深度参数为“10” ，结果如图23所示。 图23 生成的孔特征 图24 后盖设计结果（11）创建倒圆角特征1）在模型上添加半径为“3”的圆角特征。2）选取“视图”“视图编辑器”，编辑颜色，设计结果如图24所示。2.1.3 风扇前盖设计（1）新建零件文件（2）使用拉伸方法创建前盖基本框架 选取基准平面FRONT作为草绘平面，首先绘制如图25所示的剖面图，设置拉伸深度为“5” ，最后创建的拉伸实体特征如图26所示。 图25前盖基本框架拉伸剖面图 图26前盖拉伸实体特征（3）使用扫描方法创建前盖上的栅格结构1）选取基准平面RIGHT作为草绘平面，绘制如图27所示的扫描轨迹线。2）绘制如图28所示的扫描截面，最后创建的扫描实体特征如图29所示。（4）使用旋转复制方法创建栅格结构选取上一步创建的栅格结构作为旋转复制对象，设置旋转角度为“8” ，最后生成的设计结果如图30所示。图27绘制栅格扫描轨迹线 图28 绘制栅格扫描截面图29 创建的栅格扫描实体特征 图30 特征复制后的前盖（5）使用旋转阵列方法创建栅格结构选取上一步创建的栅格结构特征，单击，设置为“轴”，选取中心轴线，在工作区选取角度为“8”，输入阵列特征总数为：“44”，结果如图31所示。图31 特征阵列后的前盖 图32草绘前盖主体剖面图（6）使用旋转方法创建前盖主体特征 选取基准平面RIGHT作为草绘平面，绘制如图32所示的剖面图，最后生成的旋转实体特征如图33所示。（7）创建倒圆角特征1)在模型上添加半径为“3”的圆角特征。2)选取“视图”“视图编辑器”，编辑颜色如图34所示。图33 前盖旋转实体特征 图34 前盖设计结果2.1.4 风扇本体设计（1）新建零件文件（2）创建拉伸曲面特征选取基准平面FRONT作为草绘平面，首先绘制如图35所示的剖面图，设置拉伸深度为“30”，最后创建的拉伸实体特征如图36所示。（3）创建基准曲线图35 绘制拉伸剖面图 图36 创建的拉伸实体特征1）选取基准平面FRONT作为草绘平面，在草绘平面中绘制如图37所示的草绘曲线。图37 草绘曲线 图38 创建的基准曲线特征2）选取基准平面RIGHT作为镜像平面，镜像复制前一步骤创建的基准曲线。3）单击右工具栏中的按钮，打开【曲线选项】菜单，接受菜单中缺省，在工作区中参照点。4）在【曲线：通过点】对话框中选取【扭曲】选项，接着在【移动平面】复选项中选取【视图平面】选项。然后单击上工具箱中的“保存的的视图列表”按钮，在下拉菜单中选取RIGHT基准平面，把RIGHT基准平面作为前视图，接着用鼠标将控制点拉伸到适当位置。最后创建如图38所示的基准曲线。（4）创建边界混合曲面特征1）单击右工具箱中的 按钮，打开设计图标板。2）按住Ctrl键的同时依次选取曲线作为边界曲线，创建如图39边界混合曲面。 图39 创建本体边界混合曲面面 图40 创建本体倒圆角特征后的模型 3）选取上一步创建的边界混合曲面作为复制对象，并选取TOP作为镜像平面，镜像复制特征。4）将刚刚创建的两曲面作为旋转复制的对象，旋转90度进行复制。5）把前面创建的所有曲面合并成一个单一曲面。（5）对上一步合并后的曲面进行实体化操作，结果如图40所示。（6）使用拉伸创建支架 选取基准平面RIGHT作为草绘平面，绘制如图41剖面图，设置拉伸方式为双侧拉伸，拉伸深度为“3”，创建的拉伸实体特征如图42所示。 图41 支架拉伸剖面图 图42 生成的支架拉伸实体特征（7）旋转复制的阵列支架选取上一步创建的支架作为旋转复制对象，单击，设置为“轴”，选取中心轴线，在工作区选取角度为“90”，输入阵列特征总数为：“4”，结果如图43所示。图43 阵列支架后的本体 图44 绘制旋转剖面图 （8）创建旋转实体特征选取基准平面TOP作为草绘平面，绘制如图44所示的旋转剖面图，设置旋转角度为360，最后创建的旋转实体特征如图45所示。（9）创建旋转实体特征1）将基准平面FRONT偏移距离12.5后创建基准平面DTM1。2）选取上一步创建的基准平面作为草绘平面，绘制如图46所示的剖面图，设置旋转角度为360。3）镜像复制刚刚创建的旋转实体特征，结果如图47所示。图45 本体旋转实体特征 图46 绘制凸台剖面图 图47 镜像凸台后的本体 图48 创建的拉伸实体特征（10）创建拉伸实体特征在模型中部分别创建圆柱形突起，首先绘制直径为15的圆形剖面，两侧拉伸深度分别为“20”和“40”，最后结果如图48所示。（11）要模型上创建倒圆角特征1）在模型是添加半径为“5”的倒圆角特征。2）选中草绘的曲线的曲线标识，右击隐藏。3）选取“视图”“视图编辑器”，编辑颜色如图49所示。图49 风扇本体设计结果 图50 绘制支架主体扫描轨迹线2.1.5 支架设计（1）使用扫描混合方法创建支架主体1）依次选取【插入】/【扫描混合】/【伸出项】选项，选取FRONT基准平面作为草绘平面，绘制如图50所示的扫描轨迹。2）选择参照点，根据系统提示分别为截面1、截面2、截面3输入绕z轴旋转角度0，然后绘制如图51所示的截面，最后创建如图52所示的扫描混合特征。 截面1 绘制截图2 绘制截面3图51 绘制各截面图52 创建的扫描混合特征 图53 草绘截面图（2）创建旋转实体特征完善支架主体选取旋转实体端面作为草绘平面，绘制如图53所示的剖面图，设置旋转角度为180，最后创建如图54所示旋转实体特征。（3） 使用拉伸方法创建支架基座选取基准平面RIGHT作为草绘平面，绘制如图55所示的剖面图，设置为双向拉伸，拉伸深度为“200”，最后创建如图56所示的拉伸实体特征。 图54 生成的旋转实体 图55 绘制支架拉伸剖面图图56 创建支架拉伸实体特征 图57 绘制安装座旋转剖面图（4）使用旋转方法创建风扇安装座1）选取基准平面FRONT作为草绘平面，绘制如图57所示的剖面图，设置旋转角度为360，最后创建旋转实体特征。2）选取基准平面TOP作为镜像平面镜像复制上一步创建的旋转实体特征，结果如图58所示。图58 镜像复制后的模型 图59 支架设计结果（5）创建倒圆角特征1）在模型上添加半径为“5”的倒圆角特征。2）选取“视图”“视图编辑器”，编辑颜色，如图59所示。2.2 风扇装配2.2.1 新建组件文件 新建文件名为“FAN”的组件文件。2.2.2 在缺省位置装配支架零件在使用浏览方式打开附盘中的支架，在系统缺省位置固定此零件。2.2.3 装配风扇本体单击Assemble(装配) 图标，把本体打开，约束类型选择对齐，使两个轴对齐，新建一个约束选择匹配，使两个相配合的面相匹配,如图60所示。图60装配本体的结果 图61 后盖的装配结果2.2.4 装配风扇后盖单击图标，把后盖打开，约束类型选择对齐，使两个轴对齐，新建一个约束选择匹配，使两个相配合的面相匹配,如图61示。2.2.5 装配风扇叶片单击图标，把叶片打开，约束类型选择对齐，分别使两个轴和两个面相对齐,如图62示。2.2.6 装配风扇前盖单击图标，把前盖打开，约束类型选择对齐，分别使两个轴和两个面相对齐,此时装配已完成，得到风扇完整的虚拟装配体，最终装配结果如图63示。图62 生成的装配结果 图63 最后生成的装配结果2.2.7 生成装配爆炸图装配爆炸图其实是组件的分解视图。建立表达清晰的装配爆炸图，有助于分析产品结构、规划零件以及给生产工艺的指导工作带来方便等。本文用爆炸图来辅助说明风扇的组成和装配情况。生成爆炸视图的步骤如下：（1）从菜单栏中选择“视图”“分解”“编辑位置”命令，打开分解位置对话框；（2）在“分解位置”对话框中，设置“运动类型”等选项组用来调整爆炸图中个元件的位置，得到满意位置后，点击“确定”按钮。（3）编辑爆炸图完成后，得到分解视图下的风扇装配爆炸图，效果如图64所示。图64 装配爆炸图2.2.8 干涉检查干涉检查在产品结构设计中非常重要。运用传统的二维设计方法，检查零件之间是否干涉难度较大，甚至在产品装配调试时才能发现，一旦有问题就要返修或改进设计，有时候造成无法更改的错误，导致设计的失败。运用Pro/E的模型分析功能对装配体进行干涉检查，可以直观地获得零件间的干涉情况，很方便地找到干涉点的位置并进行修改，保证了设计结果的准确性。（1）从菜单栏中选择“分析”“模型”“全局干涉”命令，打开分解位置对话框；（2）接受默认设置，单击（计算当前分析以供预览）按钮，计算结果为“”（3）关闭“全局干涉”对话框。干涉检查完成后，结果如图65所示。图65 干涉检查3 结束语（1）用Pro/E软件全局为先的设计理念进行新产品开发，先确定产品的总体结构再详细设计各部件、零件，使设计过程更趋于合理化。（2） 设计直接从三维角度观察、分析问题，避免了二维设计的一些弊端（如装配干涉检测不直观，空间想象不够等），大大提高了设计效率。（3）利用虚拟装配模型来表现物理样机，缩短了产品开发周期，也大幅降低设计成本。（4）虽然利用Pro/E软件给设计带来方便，但加工精度、装配顺序等与实际操作并不完全相同，所以在设计过程中一定要结合实际操作来考虑，这样才能使设计过程更顺利、更合理。致谢本论文是指导老师的悉心指导和帮助下完成的，从软件的学习、结构分析、零件的设计及装配过程中问题的解决到最后动画制作成功后的审阅修正，指导老师都给予了殷切指导和关注，并提出许多中肯的建议，使论文和动画演示得以最终完善。指导老师学识渊博，治学严谨，开拓进取、责任心强，毕业设计期间，我除了学到许多专业知识外，还从导师身上学到对工作高度负责的精神和对知识一丝不苟的态度。所有这些都将使我受益终生。在此，我要衷心感谢我的指导老师，感谢他们在指导我做毕业设计期间对我们无私的关怀和耐心细致的指导，同时，也衷心的感谢在毕业设计期间关心、支持、帮助过我的全体同学！并向他们致以崇高的敬意！参考文献1李晓辉等. Pro/Engineer Wildfire3.0中文版完全自学 M.北京：机械工业出版社，20072 卢建平，张道林，杨洪峰，张继磊等.基于Pro/E玉米联合收获机的虚拟设计J. 农机化研究，2008（03）51533 孙江宏. Pro/ Engineer Wildfire 3.0 典型实例、专业精讲M.电子工业出版社，20064 郑伯学，吴俊海.现代制造环境下的CAD技术J.煤矿机械，2006（09）5 周文超，张信禹，胡亚蓉等.特征造型在模具CAD/CAM中的应用研究J.机电产品开发与创新，2006（02）33346 蒋金云.模具CAD/CAM技术的应用现状及发展趋势J.科技资讯，2006（01）22297 谭雪松等. Pro/ Engineer Wildfire 3.0 机械设计实战训练M.人民邮电出版社，20048 林黎明.CAD技术在机械设计中的应用J.电脑知识与技术，2006（14）18209 宋玉银.蔡复之，张伯鹏.面向并行工程的产品装配模型J.清华大学学报(自然科学版)，1999，39(4)，495210 范军.基于ProENGINEER的计算机机构运动分析J.四川职业技术学院学报，2006 （03）657211 杨青，陈东祥，胡冬梅等. 基于Pro/Engineer的三维零件模型的参数化设计J.机械设计，2006（09）596012 朱新云，顾寄南.基于Pro/E三维模型的参数化设计技术J.中国制造业信息化，2006 525613零点工作室. Pro/ Engineer Wildfire 3.0 机械设计实例教程M.电子工业出版社，200714龙马工作室. Pro/ Engineer Wildfire 2.0 完全自学手册M.人民邮电出版社，2005 (05)15钟日铭. 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