基于PROE的电风扇的设计与仿真

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1、 目 录 1 绪论 .1 2 设计任务 .3 3 实体建模 .4 3.1 电风扇前盖的设计 .4 3.2 电风扇叶片的设计： .5 3.3 电风扇后盖的设计 .5 3.4 电风扇电机罩的设计 .6 3.5 电风扇底座的设计 .7 3.6 电风扇底座修饰结构的设计 .9 4 电风扇的装配设计 .10 5 电风扇的机构仿真设计 .14 5.1 创建驱动器 .14 5.2 创建连接 .15 5.3 拖动与创建快照 .15 5.4 创建运行分析 .15 5.5 回放结果并制作媒体播放文件 .16 6 结束语 .17 致谢 .17 参考文献 .17 附图 .18 1 绪论 本世纪的一个重大变革是全球市场

2、的统一，它使市场竞争更加激烈， 产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需求日益增加， 使你合很难保持市场分额。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计) /CAM(计算机辅助制造)/CAE（计算机辅助测量）技术得到迅速普及和极大 发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中， CAD/CAM/CAE 技术便榜上有名。在为数众多的 CAD/CAM/CAE 软件中， 主流软件包种类繁多， PRO/E，UG， CIMATRON，MDT，IDEAS，MASTERCAM 都是个中极 品，但 PRO/E 工业解决方案地位显赫，它是美国 PTC 公司的拳头产品， 技术领先，在机械、电子、航

3、空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都 有应用，是 CAD/CAM/CAE 领域少有的顶尖“人物”。 PRO/ENGINEER 软 件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述 产品的外形、装配及其他功能。PRO/E 能够让多个部门同时致力于单一的 产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。 其中 PRO/E V2000I 更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰 出工具。 PRO/E 软件可运行于 Windows/NT 和 UNIX 平台上，共有六大主模块， 下面我把它们逐一介绍给大家。 （1）工业设计 (CAID)模块 8 工业设计模块主要

4、用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出 时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用 3DS 可以生成实体模型，但用 3DS 生成的模型在工程实际中是“中看不中 用”。用 PRO/E 生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上， PRO/E 后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。 （2）机械设计 (CAD)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形 状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，随着人们生活水平 的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。PRO/E 生成曲面的方法有：拉 伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由

5、于生成曲面的方法较多，因此 PRO/E 可以迅速建立任何复杂曲面。 （3） 功能仿真 (CAE)模块 功能仿真(CAE) 模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画 皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件 的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到” 零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充 分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶， 结果使瓶体质量减轻了近 20，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得 了极大的经济效益。 （4） 制造(CAM )模块 在机械行业中用到的 CAM 制造

6、模块中的功能是 NC Machining(数控 加工) 。说到数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏 联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件 CAMMAX，加 工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损 失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制 裁。在这一事件中出尽风头的 CAMMAX 软件就是一种数控模块。 PRO/E 的数控模块包括：PRO/CASTING （铸造模具设计） 、 PRO/MFG（电加工） 、PRO/MOLDESIGN（塑料模具设计） 、PRO/NC- CHECK（NC 仿真） 、PRO/NCPOS

7、T （CNC 程序生成） 、 PRO/SHEETMETAL（钣金设计） 。 （5） 数据管理 (PDM)模块 PRO/E 的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能 进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产 品故障，改进产品设计。它就像 PRO/E 家庭的一个大管家，将触角伸到每 一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文 件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全 及存取方便。 （6） 数据交换 (Geometry Translator)模块 在实际中还存在一些别的 CAD 系统，如 UG、EUCLID 、CIM

8、ATRTON、MDT 等，由于它们门户有别，所以自己 的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的 CAD 数 据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。 2 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家用电器之一， 电风扇通过电动机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， 做通风散热，循环空气，防暑降温只用。本次设计任务以家庭常用的台式电风 扇为例，来详细讲述 Pro/E 设计电风扇的全过程 7。 （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，

9、在电 风扇底座的设计过程中渗透了有顶向下产品设计方法的基本思想。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，更多的是学习这种模型设思 想。 电风扇的设计综合运用到拉伸、扫描、混合、等基本建模方法；曲面修剪、 合并、偏移、曲面替换实体等复杂曲面建模方法；剖面圆顶等高级建模方法。 （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，装配的约束可分成 两大类，分别是无连接接口的约束和有连接接口的约束，无连接口的约束主要 用于一般的装配中，使用这种装配方法装配上去的零件不具有自由度，零件之 间不能做任何相对运动，有连接口的约束主要是用于解决机构的相对运动

10、问题 1。 电风扇的机构仿真主要是模拟电风扇的叶片的转动，应该采用用连接口的 约束。电风扇的最终设计结果如图 1 所示： 图 1 电风扇 3 实体建模 在开始绘制零件之前，应该先新建一个零件文档，以后每个零件绘制之都 应该新建零件文档，具体的操作如下 6： （1）在文件菜单中打开 【 新建】对话框。在【类型】选项组中选取【零件】 选项，在【子类型】选项组中选取【实体】 ，在【名称】文本框中输入零件名称 “Frontcover”。 （2） 取消【 使用缺省模版 】复选项，单击确定按钮。系统打开新文件对 话框，选取其中的【mmns_part_soid】选项，在单击 确定按钮进入三维实体建 模环境。

11、 注：再绘制其他零件时，新建零件文档与此步骤基本一致，只是文件名不 同，以后不再复述。 3.1 电风扇前盖的设计 电风扇前盖的设计综合运用到旋转、扫描、壳体、等基本的建模设计 想 创建旋转实体特征： 单击 【旋转工具】按钮打开设计图标板，绘制旋转剖面 图 2 最后生成图的旋转实体如图 3 图（ 图 2 旋转剖面 图 图 3 旋转实体 创建扫描实体特征： 在【插入】菜单中依次选取【扫描】/【伸出项 】选项，选取扫描轨迹， 然后绘制扫描截面，最后生成 扫描实体特征见图 4 . 图 4 扫描特征图 创建阵列复制特征： （1）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，系统打开阵列设

12、计图标版。 （2）在阵列设计图标版上填上 “6”的尺寸为阵列尺寸，接着在在阵列图 标版上输入阵列个数“60” 最后创建的阵列特征如 图 5 所示 图 5 风扇前盖 3.2 电风扇叶片的设计 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采用 旋转曲面特征来完成，叶片主要采用曲面拉伸来完成，其曲面拉伸剖面图如图 6，然后对曲面进行拉伸，偏移，合并，实体化，旋转复制，阵列，加厚，等一 系列的操作，便可完成叶片的制作，其设计结果如图 7 所示 . 图 6 拉伸剖面图 图 7 风扇叶片 3.3 电风扇后盖的设计 电风扇后盖的设计方法和前盖的设计方法有点相似，所不同的是后盖是连 接在电机主

13、轴上的，需要与电机主轴进行配合， 所以用拉伸实体特征创建一个板，在板的中心利 用孔特征在板的中心创建一个与电机主轴同轴的 孔，如图 8 图 8 后盖板 然后创建基准曲线，基准面，基准点，运用旋转实体，扫面实体，等特征 （其作图方法和前盖的作图方法一致） ，其最终的设计效果如图 9 ， 图 9 电风扇后盖 3.4 电风扇电机罩的设计 （1）电风扇电机罩外形设计 4 先创建一个旋转曲面，然后打开打开【基准平面】对话框。建立 一系列的基准平面，以基准平面作为草绘平面创建拉伸曲面，对曲面进行 拉伸，修剪，倒圆角，加厚，等一系列操作，建模如图 10 （2） 绘制散热孔 用拉伸去除材料的方法绘制电风扇电机

14、罩散热孔，然后对以拉伸 的孔进行阵列复制，其最终设计结果如图 11 图 10 电机罩外形 图 11 孔特征 3.5 电风扇底座的设计 （1）电风扇底座基座部分 草绘一个封闭的基准曲线，然后 对其拉伸，拉伸高度为 45，然后利用 【插入】主菜单中选取【高级】/【剖 面原顶】选项，选取园顶曲面，绘制剖 面图最后生成截面圆顶特征,利用实体 边界偏移创建基座凸起部分的基准曲线，对其进行拉伸，拉伸高度为 18，最终设计结果如图 12 图 12 底座基座 （2）创建电风扇底座支撑柱 在【插入】主菜单中选取【混合】/【 伸出项】选项，打开【混合 选项】菜单，其具体设置如下图 13 图 13 【通过边界创建按

15、 钮】绘制混合截面， 最后创建的混合 特征如 图 14 图 14 混合特征 （3）创建基准曲线 绘制如图 15 的基准曲线 图 15 基准曲线 将所绘的曲线拉伸剪切，选取去除材料，生成的实体如图 16 图 16 风扇底座 （4） 电风扇的铭牌输入 单击 按钮，根据系统提示，在【文本】对话框中输入“宝钻风扇” 图 17 电风扇底座最后设计结果如图 18 图 18 电风扇的底座 3.6 电风扇底座修饰结构的设计 电风扇底座修饰结构的设计综合运用到拉伸，去面偏移，实体替换面和曲 面实体化等建模方法，电风扇修饰结构最终设计结果 如图 19，如图 20 图 19 风扇修饰 图 20 风扇修饰 4 电风扇

16、的装配设计 设计思路： 电风扇的装配设计综合运用到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 的叶片在进行装配设计时必须使用 有连接接口的约束，而电风扇的其 他部件装配好后需要完全约束，因 此装配需采用不连接扣约束，电风 扇的最后装配结果如图 20 设计过程： 4.1 新建组件文档 （1） 在文件菜单中打开 图 20 装配效果 【新建】对话框。在【类型】选项组中选取【组件】选项，在选项组中选 取【设计】 ，在【名称】文本框中输入组件名称“Fan”。 （2）取消【 使用缺省模版 】复选项，单击确定按钮。系统【打开新文 件】对话框，选取其中的

17、【mmns_part_soid】选项，在单击确定按钮进入 设计环境。 4.2 在默认的位置装配电风扇底座 10 添加底座文件 base，在系统打开的装配设计图标板单击放置按钮， 【放置】列表见图 21 图 21 4.3 向组件中装配连接结构 添加连接结构文件 Sustain，在系统打开的装配设计图标板单击放置按 钮【放置】列表见图 22 图 22 4.4 向组件中装配销 添加连接结构文件 Pin，在系统打开的装配设计图标板单击放置按 钮， 【放置】列表见图 23 图 23 4.5 向组件中装配电动机 添加连接结构文件 Ele_motor，在系统打开的装配设计图标板单击放 置按钮， 【放置】列表

18、见图 24 图 24 4.6 向组件中装配电动机壳罩 添加连接结构文件 Cover，在系统打开的装配设计图标板单击放置按钮， 【放置】列表见图 25 图 25 4.7 向组件中装配电动机后盖 添加连接结构文件 Backcover，在系统打开的装配设计图标板单击放置 按钮， 【放置】列表见图 26 图 26 4.8 向组件中装配叶片 添加连接结构文件 Vane，在系统打开的装配设计图标板上的【用户 定义】 下拉菜单中选取【销钉】连接类型， 【放置】列表见图 27 图 27 4.9 向组件中装配电动机前盖 添加连接结构文件 Frontcover，在系统打开的装配设计图标板单击放 置按钮， 【放置】

19、列表见图 28 图 28 4.10 向组件中装配电风扇底座装饰 添加连接结构文件 Decorate_1，和 Decorate_2，在系统打开的装配设 计图标板单击放置按钮， 【放置】列表见图 29 图 29 至此，电风扇已经安装 完成，装配结果如图 30 图 30 电风扇装配结果 5 电风扇的机构仿真设计 在电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步骤如下 3： 5.1 创建驱动器 进入“机构” 模块 在【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） ， 【在从动图元】选项组中选择 【连接

20、轴】选项，然后选择叶片的中心轴作为连接轴如图 31 图 31 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 32 图 32 5.2 创建连接 在【编辑】菜单中选取【连接】选项，弹出如图 33 所示的 【连接组件】对话框。 单击其中的运行按钮，打开如图 34 所示的【确认 】对话框，单击是 按钮，完成连接的创建工作。 图 33 图 34 5.3 拖动与创建快照 单击工具箱中的 （拖动封装快照）按钮， ，在【拖动】对话框中， 单击其中的 按钮，既拍下快照 Snpsshot1。单击 按钮，在工作区 中选中叶片。拖动鼠标并观察叶片的旋转，当转到一定角度时单击鼠标中 建，终止叶片的旋转。

21、单击其中的 按钮，拍下快照 Snpsshot2。 5.4 创建运行分析 单击（运行分析）按钮，打开【分析定义】对话框，对其进行设置如图 35 图 35 5.5 回放结果并制作媒体播放文件 (一).单击 （回放以前的运动分析）按钮，系统弹出如图 36 所示 的【回放】对话框，单击其中的 按钮，打开如图 37 所示的【动画】 对话框。 （二）.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 38 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， 选择保存格式并填写文件名称。完成后单击【捕获】对话框中确定按钮， 开始媒体播

22、放文件的制作。完成后媒体文件便制作完成。 图 36 图 37 图 38 制作媒体播放文件点击播放 6 结束语 在这次为期两个月的毕业设计中，通过对电风扇建模的设计，本人对 PRO/E 三维实体建模、曲面的构造、零件的装配设计、以及机构的仿真设 计等方面有很大的提高。在创建模型时，我是采用搭积木的方式在模型上 依次添加新的特征。由于组成的模型特征的各个特征既相互独立，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基本关系的前提下，再生模型既可获得理想的设计 结果。三维实体造型是学 习 PRO/E 的基础，也为我以后学习 PRO/E 其 他高级功能打

23、下基础。 致谢 在本次毕业设计中，我得到了指导老师的热心指导和帮助，指导老师 具有丰富的实践经验和较高的理论水平，在整个设计过程中指导老师在设 计思路和设计方法上给予我以充分的指导，在此表示衷心的感谢。同时我 也要感谢我的同学，我们在一块相互学习，一块解决难题，这也让我明白 了一个道理，做任何工作都需要团队力量。同时我也要感谢学院领导和老 师给我提供了这次良好的深入学习的机会和良好的学习环境。通过这次毕 业设计，我不仅学到本专业知识，也了解了一些非本专业的知识。非常感 谢在本次设计中曾给予我耐心指导和亲切关怀的老师及帮助过我的同学， 正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困

24、难， 最终顺利完成论文。在此，请允许我再次向给与我帮助的各位指导老师和 各位同学表示感谢！ 参考文献 1 朱金波.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 工业产品设计完全掌握M. 北京：兵器工业出版社. 2007.3 2 葛正浩，胡志刚 . Pro/E 三维机械设计实例教程 北京：化学工业出版社 2007.8 3 林清安. Pro/ENGINEER 野火 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 4 常旭睿. Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版 模具设计实例精讲 北京：电子工业出版 社.2006.12 5 简琦昭,柳迎春.P

25、ro/ E 工业造型设计M . 北京:清华大学出版社 6 曾振祥.工业工程三维造型设计M.北京: 化学工业出版社，2005 7 黄标联. 电风扇 (飞鸿) P 中国专利:CN300706782,2007.11. 8 电风扇 中国期刊方阵 CJFD 收录刊DOIISSN:1002-5626.0.2006-06-015 9 PRO/E 运动仿真与机构仿真实例 文章编号 1008-5475 （2004）04-008 1-03 10 运用 pro/e 创建实体模型迁徙 文章编号 1008-8725（2005）05-0014-02 11 山本俊;青堀铁郎;长谷川孔一 ;井弥州夫. 电风扇 P. 中国专利

26、:CN3005359,1990-04- 11 12 钟日铭 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版 装配设计与产品设计实例 北京：机械电 子工业出版社 13 胡仁喜 李琳 王源峰 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版 机械设计时尚 百例 北京： 机械工业出版社 2007.4 14 李翔鹏.Pro/ ENGINEER Wildfire 3.0 高级实例M.北京：中国铁道社.2006.12 15 林清安.Pro/ Engineer Wildfire 零件设计M . 北京:中国铁道出版社，2005.7 16 Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 产品设计实例详解M.北京：中国铁道出版社.2006.3 17 陈英. 轻松跟我学 Pro/E Wild fire 2.0 中文版M.北京:电子工业出版社.2006.6 附图 附图 1 电风扇的爆炸图 附图 2 电风扇最终效果图 附图 3 电风扇最终效果图