CPU风扇的三维实体仿真设计
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成都理工大学工程技术学院毕业论文CPU风扇的三维实体仿真设计作者姓名:*专业名称:机械设计与制造指导教师:* 讲师摘要随着电脑的普及,机械设计也采用了更方便快捷高效的软件制图。计算机技术的运用,正在各方面取代传统的手工设计方式。基于Pro/E实现几何模型的参数化建模方法及其实现原理介绍了设计CPU风扇的全过程,阐明了产品设计研发的发展趋势。 通过对CPU风扇的设计可以发现在产品设计开发过程中,同一产品中有许多相同或相似的特征;或者由于产品系列化的原因,以前的产品中曾有过相同或相似的结构。对于这些特征,可以在Pro/ENGINEER 中快速复制这些特征,从而大大加快及优化产品的设计。基于特征的Pro/E三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台,重点在于通过对CPU风扇的设计完成对Pro/E软件基本特征的掌握。关键词:Pro/ENGINEER 机械制造 CPU风扇AbstractAlong with the popularity of computer, mechanical design has also adopted the software drawing of more convenient shortcut efficiency. The technology of computer utilize , is replacing traditional handwork design way in each aspect. Based on Pro/E, the parameter that realizes geometry model melts to build mould method and it, realize the principle whole course that has introduced the design parts of CPU Fan, have expounded products plan research and develop develop tendency. Through discovering for the design of the parts of CPU Fan in the development course of products plan, in a product, have a lot of identical or similar features; Or because of the reason that range of products melts before product in have had identical or similar structure. For these features can duplicate fast in Pro/ENGINEER these features, so, the design of and optimization product accelerates greatly. Based on the design of feature that the three-dimensional modelling software of Pro/E has offered convenience to design platform, focal point lie in the design completion of passing for CPU Fan for the software basic feature of Pro/E grasp. Keyword: Pro/ENGINEER, mashine building, The parts of CPU Fan目录摘要IAbstractII目录III前言11 CPU风扇的三维实体仿真设计概述21.1 CPU风扇的工作原理及性能21.2 CPU风扇的结构设计及技术规格32 Pro/ENGINEER软件简介82.1 Pro/ENGINEER的主要特性82.2 Pro/ENGINEER的常用模块92.3 Pro/E软件的建模功能103CPU风扇的部件设计123.1 创建实体特征123.2 创建倒角特征133.3 创建壳特征143.4 在实体底部添加两个拉伸实体特征153.5 在实体特征上创建筋特征183.6 在实体特征上创建一组剪切材料特征213.7 创建旋转曲面特征233.8 创建第1组基准轴线特征253.9创建第1组边界的曲面特征293.10创建第2组边界的曲面特征303.11合并曲面特征323.12在曲面特征上加入倒圆角特征373.13由曲面特征生成实体特征393.14在模型上创建倒圆角特征41总结44致谢45参考文献46- 46 -前言随着全球经济和科技的发展,新的技术革命不断取得新的进展和突破,技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素,促使了工业产品在市场上的竞争力日益加强,产品开发周期、生产周期的不断缩短,促使了机械制造行业的飞速发展。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用,正在各方面取代传统的手工设计方式。随着信息化程度日益提高。CAD、PDM、CAPP、RE、CIMS、ERP及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等广泛应用于机械行业。机械制造正在向着应用越来越广泛地位越来越重要的方向发展.Pro/Engineer是一个优秀的三维模型制作软件,系统可以非常方便地生成三维模型,并且可以很容易地根据三维模型生产平面图形。此外,利用Pro/Engineer制作三维模型时,它完全依赖于各种特征,并且用户可以在任何时候对特征进行修改或者删除,从而可在模型设计过程中大大地提供设计效率,并降低设计难度。鉴于以上几点,我选择了设计CPU风扇作为本次毕业设计的课题。 1 CPU风扇的三维实体仿真设计概述我们到底该如何才能为电脑防暑降温呢?一般来说,我们可以采用风冷、水冷、半导体制冷和氟(氮)制冷等多种方法来降温,但由于这些方法实现成本比较高,而且还可能对电脑的安全构成威胁,因此这几种方式在国内并不是十分流行。与这些方法相比,另外一种最实效、最方便、最常用的方法就是使用风扇和散热片。说到CPU的风扇和散热片,其实就是利用它们快速将CPU的热量传导出来并吹到附近的空气中去,降温效果的好坏直接与CPU散热风扇有关。目前CPU风扇主要用的是60、70和80三种型号。这个型号是什么 意义呢?我们知道,CPU风扇的外框形状是正方形,而它的型号就是正方形的边长。比如一个风扇的外框边长为60毫米,则型号为60。此外风扇还有厚型和薄型之分,CPU用的风扇全都是薄型的。同样尺寸的风扇都是可以互换的。比如Tt火山9和Coolermaster HV81的风扇都为80型,你可以把火山9的风扇拆下来装到HV81的散热片上,一点问题都没有。也有些特殊设计的风扇是无法与其他风扇互换的,比如Intel原装散热器的风扇。1.1 CPU风扇的工作原理及性能CPU散热的过程及原理CPU工作产生热量,热量由CPU源源不断的散发出来,由于散热片接触到CPU表面,热量由CPU传到散热片上,再由散热风扇转动所产生的气流将热带走,如此循环,形成整个散热的过程。为保证良好的散热效果,还要用扣具将它们组装起来。散热器组成散热片 散热片的热是经由流动的冷空气带走,跟空气接触的面积越多,散热的速率就越快。 散热风扇送风的部分;其扇叶的数量、形状和倾斜程度都影响着散热效果 。扣具扣具设计是随CPU而定,不同的CPU要选用对应的扣具。 主要性能风扇的主要性能从以下几个方面体现:转速、扇叶形状、扇叶 角度和轴承系统。一般情况下,在散热器的说明书上都标明风扇的转速。一般来说散热器的散热效果有30%要取决于风扇的转速。但风扇并不是转速越高越好。正确的风扇转速应该根据CPU的发热量决定,不同规格的风机转速选择都应该有所区分,基本的原则就是:在产生同等风量的前提下,风机越大转速就应该越低,噪音同样也会较小,一般在3500转至5200转之间的转速是比较合乎常规的。 功率越大,风扇风力越强劲,散热效果也就越好。而风扇的功率与风扇的转速又是有直接联系的,也就是说风扇的转速越高,风扇也就越强劲有力。目前一般电脑市场上出售的风扇都是直流12V的,功率则从0.X W到2.X W不等,那么功率的大小就需要根据您的CPU发热量来选择了。特别提醒大家的是,不能片面的强调大功率,只需要与CPU本身的功率要相匹配就可以了,如果功率过大,不单冷却效果没有多大增强,反而可能会加重计算机的工作负荷,最终缩短CPU和风扇的寿命。因此,在选择CPU功率大小的同时,应该量“热”而行。 较好的散热器,边缘不会出现毛刺现象,散热鳍片无变形、底部光滑无裂痕、外观整洁、造型大方、有质保、有防伪标志或者其他特征的商标等。另外,大家在选择散热器时还要注意的是散热器的底部不能太厚,因为铝的导热性不太好,太厚了会影响热量的传递;另外散热器表面的导流槽应密一些,这样可以确保散热器能与空气有较大的接触面积,从而增强散热效果。1.2 CPU风扇的结构设计及技术规格 叶片形状有镰刀型、梯形和AVC专利的折缘型等。 相对来说,镰刀型扇叶运转时比较安静,但风压也较小;梯形扇叶容易产生较大风压,但噪音相对也较大。折缘型是最优秀的设计,在保持低噪音的同时能产生较大的风压,但目前仅用于AVC自己的产品中。 叶片数量CPU风扇的叶片通常在6片到12片之间。 一般说来,叶片数量较少的容易产生较大的风压,但运转噪音也较大;而叶片数量较多的则恰好相反。 出风的方向分为轴流式和离心式两种。 顾名思义,轴流式的出风方向是沿风扇轴的方向,即垂直于叶片旋转面的方向出风;离心式的出风方向则是沿叶片旋转面的径向往四面八方出风。目前CPU散热器基本上都采用轴流式风扇,采用离心式风扇的仅有Coolermaster的“龙卷风”系列。而从实用效果来看,离心式风扇工作时出的风得不到充分利用,反而会增加工作噪音,所以并不是好的选择。但采用离心式风扇的散热器比较容易做到很薄的形状,所以常在一些显卡散热系统中被采用。 风扇功率风扇功率是影响风扇散热效果的一个很重要的条件,功率越大通常风扇的风力也越强劲,散热的效果也越好。而风扇的功率与风扇的转速又是直接联系在一起的,也就是说风扇的转速越高,风扇也就越强劲有力。目前一般电脑市场上出售的都是直流12V的,功率则从0.X瓦到2.X瓦不等,这其中的功率大小就需要根据你的CPU发热量来选择了,理论上是选择功率略大一些的更好一些,因为这种风扇的转速要高一些。但笔者在这里还要提醒大家的是,不能片面地强调高功率,这需要同计算机本身的功率要相匹配,如果功率过大,不但不能起到很好的冷却效果,反而可能会加重计算机的工作负荷,从而会产生恶循环,最终缩短了CPU风扇的寿命。因此,在选择CPU风扇功率大小的时候,应该遵循够用为原则。 风扇口径该性能参数对风扇的出风量也有直接的影响,它表示在允许的范围之内风扇的口径越大,那么风扇的出风量也就越大,风力效果的作用面也就越大。通常在主机箱内预留位置是安装8cm8cm的轴流风扇,如果不在标准位置安装则没有这个限制,那么这时我们可以选择稍微大一点尺寸的风扇。对于该指标,笔者要说的就是选择的风扇口径一定要与自己计算机中的机箱结构相协调,保证风扇不影响计算机其他设备的正常工作,以及保证计算机机箱中有足够的自由空间来方便拆卸其他配件。 风扇转速风扇的转速与风扇的功率是密不可分的,转速的大小直接影响到风扇功率的大小。通常我们认为,在一定的范围内,风扇的转速越高,它向CPU传送的进风量就越大,CPU获得的冷却效果就会越好。但是一旦风扇的转速超过它的额定值,那么风扇在长时间超负荷之下工作时,本身也会产生热量,时间越长产生的热量也就越大,此时风扇不但不能起到很好的冷却效果,反而会“火上浇油”;另外,风扇在高速运转过程中,可能会产生很强的噪音,时间长了可能会缩短风扇寿命;还有,较高的运转速度需要较大的功率来提供“动力源”,而高动力源又是从主板和电源中的高功率中获得的,主板和电源在超负荷功率下就会经常引起系统的不稳定。因此,我们在选择风扇的转速时,应该根据CPU的发热量决定,最好选择转速在3500转至5200转之间的风扇。 风扇材质由于CPU的热量是通过传导到散热片,再经风扇带来的冷空气吹拂而把散热片的热量带走的,而风扇所能传导的热量快慢是由组成风扇的导热片的材质决定的,因此风扇的材料质量对热量的传导性能具有决定性的作用,为此我们在选择风扇时一定要注意风扇导热片的热传导性是否良好。目前导热性能比较好的材料中,导热效果最好的当然是金子了,黄金白金都不错,之所以AOPEN的AX6BC系列主板会在北桥芯片散热片上镀上金子,一方面是显示尊贵的地位,另一方面则是有利于散热。仅次于金子的导热金属就是铜了,铜是一种导热性能优良的金属,如果用铜来生产散热片,那散热效果会非常理想,但铜质地较结实,加工难度较大,质量较重,而且成本也较高,所以我们目前很难见到使用铜来生产的散热片。再次于铜的便是铁和铝,这两种可是很大众化的金属了,但两者横向比较一下,你便会发现铁易锈、质地坚硬、不易加工、质量重等弱点,而铝却没有这些麻烦事,所以铝便成为生产散热片最好的材料了。 风扇噪声衡量风扇质量高低的另外一个外在表现是噪音大小。试想一下,如果买回来的风扇噪音很大,就算风扇其他性能非常完好,自己心里也不踏实,因为太大的噪音将极大影响我们操作电脑的心情。噪音大小通常与风扇的功率有关,通常功率越大,转速也就越快,此时一个负面影响也就表现出来了,那就是噪声。因此,我们在购买风扇时,一定要试听一下风扇的噪音,如果太大,那么最好不要购买;当然风扇发出噪音,不一定都是风扇质量的问题,也有可能是风扇的转轴润滑效果不行,或者是风扇没有被正确安装好,如果是这样的话,我们最好能重新给风扇定位,或者给风扇的转轴加上一些润滑剂,以保证其润滑效果良好。如今风扇为了减轻噪声都投入了一些设计,例如改变扇叶的角度,增加扇轴的润滑度和稳定度等。我们在使用润滑油润滑轴承时,由于运转时间不长就很容易导致机器过热而出现死机现象,严重的时候还有可能把机芯烧坏。为此,现在有许多好品牌的风扇都开始使用滚珠轴承,这种轴承就是利用许多钢珠来作为减少摩擦的介质。这种滚珠风扇的特点就是风力大,寿命长、噪音小,但成本可是比较高的,只有高档风扇才可能使用到它,而对于普通的风扇来说,虽然都叫“轴承”,但只是轴瓦轴承,即由铜质外套和钢制轴芯组成的,与“滚珠轴承”可是完全的两码事。另外,笔者在这里还要强调一点的是,风扇的转动要平稳,否则很容易产生噪音,因此我们在购买风扇时,一定还要记得检查风扇滚轴轴心是否松动。 风扇形状我们所指的风扇形状,通常是指组成风扇的散热片的形状。由于风扇的形状对进风和排风影响很大,而进风和排风又会直接关系到最后的散热效果,因此从某种意义上来说,风扇的形状对风扇的工作性能也有一定的影响。普通的散热片是压铸成的,常见的形状只是多了几个叶片的“韭”字形,这种散热片的散热效果是最为普通的。较高档的散热片则使用铝模经过车床车削而成的,车削后的形状呈多个柱状突起,这种散热片常用在高档显卡和一些国外原装机的CPU之上(有许多国外原装机根本就不使用风扇,只使用这种散热片)。还有一种鳍形散热片,是通过薄薄的铝板折弯而成的,看起来就像手风琴的风箱,这种鳍形散热片的散热效果不错。更为高档的就是涡流式导流散热片了,这类散热片都是通过压铸成形,散热较密实,且都向某个方向倾斜,以助于空气流的通过,这类散热片用在著名的“涡轮扇”和原装CPU的散热风扇上。对于这个指标,笔者建议大家从风扇的外形、风扇的尺寸大小、叶片的设计形式以及风扇厚度等角度来综合检查,通常不同形状的风扇对散热产生的影响也不会太大,但相比之下,风扇的尺寸大小对芯片进行散热起着比较大的作用。 风扇排风量风扇排风量可以说是一个比较综合的指标,因此我们可以这么说排风量是衡量一个风扇性能的最直接因素。如果一个风扇可以达到5000转/分,但其扇叶如果是扁平的话,那就不会形成任何气流的,所以关系散热风扇的排风量,扇叶的角度是决定性因素。测试一个风扇排风量的方法很容易,只要将手放在散热片附近感受一下吹出的风的强度即可,通常质量好的风扇,即使我们在离它很远的位置,也仍然可以感到风流,这就是散热效果上佳的表现。 2 Pro/ENGINEER软件简介1985年,PTC公司成立于美国波士顿,开始参数化建模软件的研究。1988年,V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展,Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能,还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。2.1 Pro/ENGINEER的主要特性 (1)全相关性:Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。(2)基于特征的参数化造型:Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象,并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如:设计特征有弧、圆角、倒角等等,它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。 (3)装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数(不但包括几何尺寸,还包括非几何属性),然后修改参数很容易的进行多次设计叠代,实现产品开发。(4)数据管理:加速投放市场,需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率,必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制,正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作,由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能,因而使之成为可能。(5)装配管理:Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令,例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来,同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理,这些装配体中零件的数量不受限制。(6)易于使用:菜单以直观的方式联级出现,提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项,同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助,这种形式使得容易学习和使用。2.2 Pro/ENGINEER的常用模块Pro/DESIGNIER 是工业设计模块的一个概念设计工具,能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型,并能够直接传送到机械设计和/或原型制造中。Pro/NETWORK ANIMTOR 通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染,大大的加快了动画的产生过程。Pro/PERSPECTA-SKETCH 能够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。Pro/PHOTORENDER 能够很容易的创建产品模型的逼真图象,这些图象可以用来评估设计质量,生成图片。Pro/ASSEMBLY 构造和管理大型复杂的模型,这些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示,从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究,同时在整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计,有效的支持工程数据重用(EDU)。Pro/DETAIL 由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力,因而扩大了Pro/ENGINEER生成设计图纸,这些图纸遵守ANAI、ISO、DIN和JIS标准。Pro/FEATURE 允许产品设计人员创建高级特征(例如高级的扫描和轮廓混合)利用简便的设计工具,在很短的时间内就可以实现。Pro/NOTEBOOK 以“自顶向下”的方式对产品的开发过程进行管理,同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务自动分配,来增强工程的生产效率。Pro/SCAN-TOOLS 满足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。把模型数字化,它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到Pro/SCAN-TOOLS中,因此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。Pro/SURFACE 能够使设计人员和工程人员直接对Pro/ENGINEER的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发,或者开发整个的曲面模型。 Pro/WELDINGTM 参数化的定义焊接装配体中的对接要求,使用户很容易的确认焊接点,避免装配零件与焊接点之间发生干涉,在文件编制和制造中消除错误成本.2.3 Pro/E软件的建模功能Pro/E是非常成功的CAD /CAM软件之一,是新一代的产品造型系统,是参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一的数据库功能。(1)建模功能Pro /E软件的基本建模功能体现如下:1)实体特征(倒角、壳、拉伸、自由造型等) 、基本曲面特征(拉伸、合并、转换等)结合特征复制(复制、阵列、镜像几何等)功能直接画零件三维图。2)基于装配约束及干涉检查的零件组合功能,及时修改零件设计结构的不合理以保证零件组合的协调性,并可组建设备的三维装配图。3)实体模型自动生成工程图功能可生成三视图及任意位置的剖视图,并对视图进行标注及编辑。(2)建模准则了解Pro/E的建模准则,可以快速地进行产品设计,其建模准则如下。1)基于特征的参数化造型准则Pro/E的基于特征的参数化造型准则,即用一些基本的几何模型的构造要素(如圆角、倒角、壳体等)加入必要的参数经过叠加、相交、相切等操作形成特征,然后将特征组合形成零件,再将零件组装起来,即可实现完整的设计意图。 参数化的特点使零件造型的再设计和再修改变得方便易行,在任何时候都可以对零件的设计尺寸进行修改。2) 基于全尺寸约束的参数化模型设计准则Pro/E系统将形状和尺寸结合起来,通过尺寸约束实现对实体几何形状的控制。 实体造型必须有完整的尺寸约束。3) 基于尺寸驱动 的参数化模型设计准则Pro/E使用尺寸来驱动特征,即通过修改尺寸可以驱动模型。 尺寸驱动可以很方便地修改模型的初步设想尺寸,从而改变模型形状,达到设计要求。4) 基于单一的数据库的全相关数据管理准则由于Pro/E采用了单一的数据库,使得在零件设计、组装、加工制造等环节对数据的修改都可自动反映到其他各个相关环节。 系统使用统一的数据库,使零件数据管理更加容易、科学。 3CPU风扇的部件设计3.1 创建实体特征(1) 选择菜单栏【文件】【新建】命令,系统弹出如图3.1所示的对话框,选择类型为”零件”, 新建prt0010的零件文件,同时取消【使用缺省建板】选项。单击【确定】按钮。如图3-1所示:图3-1新建零件对话框(2)单击基础特征工具栏的按钮,在主视区下侧出现旋转特征用户操作界面(3)单击旋转用户操作界面上的按钮以旋转生成实体,单击用户操作界面上的按钮草绘旋转剖面。(4)弹出“剖面”对话框,在主视区选取基准平面TOP面草绘剖面,接受系统默认的特征草绘旋转剖面。(5)接受系统提供的尺寸参照FRONT和RIFHT基准平面,关闭“参照”对话框,开始草绘。绘制草绘剖面如图3-2,单击草绘工具栏中的按钮完成草绘操作,并退出草绘模式。图3-2旋转特征草绘剖面图(6)在旋转特征用户操作界面上的“角度”框中,输入旋转角度值360。单击界面上的按钮,创建基础实体特征如图3-3。图3-3基础实体特征3.2 创建倒角特征(1)单击工程特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现倒角特征用户操作界面。(2)在用户操作界面的“标注形式”框中选择45D项,在D项框中输入倒角尺寸值60,在模型上选择边线如图3-4所示。单击用户操作界面上的按钮完成倒角,如图3-5。 图3-4选择倒角边线图3-5倒角后的实体模型 3.3 创建壳特征本步骤将使用创建壳特征的方法对模型进行抽壳操作,并去除模型的一个面。(1)单击工程特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现壳特征用户操作界面。(2)在壳特征用户操作界面的“厚度”框中输入壳厚度值20.0,在模型上选择如图3-6所示的表面,选择将该面切除。单击用户操作界面上的换向按钮,完成壳特征的创建。所创建壳体如图3-7所示。图3-6选择壳特征参照平面 图3-7创建壳特征 3.4 在实体底部添加两个拉伸实体特征本步骤分别使用加材料拉伸和剪材料拉伸的方法创建中心通孔的圆柱体。(1)单击特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现拉伸特征用户操作界面。(2)单击用户操作界面上的按钮指定生成拉伸实体,单击操作界面上“放置”再单击“定义”,选取壳特征内侧底部剖面作为草绘平面,接受系统默认的特征生成方向。单击“剖面”对话框中的按钮,进入草绘模式。接受系统提供的尺寸参照,关闭“参照”对话框,开始草绘。(3)绘制如图3-8所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮退出草绘模式。 图3-8草绘剖面图(4)在拉伸特征用户操作界面中的“深度”框中输入拉伸高度值150。单击用户操作界面上的按钮,完成基础实体特征的创建,如图3-9所示。图3-9创建的拉伸实体特征(5)单击特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现拉伸特征用户操作界面。(6)单击用户操作界面上的按钮指定生成拉伸实体。单击用户操作界面上的去除材料按钮指定使用切剪材料的方法创建拉伸。单击操作界面上的“设置”后在单击“定义”,在模型上选择如图3-10所示表面2草绘平面,接受系统默认的特征生成方向。单击“剖面”对话框中的按钮,进入草绘模式,接受系统提供尺寸参照。关闭“参照”对话框,开始草绘。图3-10选择切剪拉伸草绘平面 (7)绘制如图3-11所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮退出草绘模式。图3-11草绘剖面图(8)在拉伸特征用户操作界面的“深度”选项中选择项,指定剪切特征与所用的曲面相交。单击拉伸特征用户操作界面上的两个按钮,改变剪切材料的方向。设置好后可以单击用户操作界面上的按钮预览,在确认剪切方向无误后,单击按钮,完成剪切特征的创建,如图3-12所示。图3-12创建的切剪实体特征3.5 在实体特征上创建筋特征本步骤将在壳体模型内创建筋特征,并使用特征镜像复制的方法实现多个相同的筋特征的创建。(1)单击工程特征工具栏中的按钮,在主视区侧出现筋特征用户操作界面。(2)单击用户操作界面上的“参照”后在单击“定义”按钮后,选择基准平面RIGHT面为草绘平面,接受系统的默认参照,进入草绘界面,绘制如图3-13所示的筋截面草绘图。图3-13筋截面草绘图(3)单击草绘工具栏中的按钮完成草图并切换模型状态。在“筋厚度”框中输入数值20,单击用户操作界面中的按钮完成筋的创建,如图3-14所示。图3-14筋特征(4)单击工程特征工具栏中的按钮,进行第2个筋特征的创建,选择基准平面TOP面为草绘平面,筋的剖面、尺寸和上一步创建的筋特征相同,结果如图3-15所示图3-15第2筋特征(5)选择“编辑”“特征操作”菜单命令,弹出“特征”菜单。选择“特征”菜单中的“复制”命令,弹出“复制特征”子菜单。在“复制特征”子菜单中选择“镜像”、“选取”和“独立”命令,选择“完成”命令。弹出“选取特征”子菜单,单击该菜单中的“选取”命令,弹出“选取”对话框,系统提示“选择要镜像的特征”。在模型树窗口中选择第1次创建的筋特征,选择“选取特征”菜单中的“完成”命令。弹出“设置平面”子菜单,在“设置平面”菜单中选择“平面”命令,弹出“选取”对话框,系统提示“选取镜像平面”。依次选取的菜单如图3-16所示。 图3-16依次选取的菜单(6)选取基准平面TOP面为镜像,镜像特征操作完成,选择“特征”菜单上的“完成”命令。镜像复制生成的筋特征如图3-17所示。图3-17第1次镜像筋特征(7)进行同样的镜像操作,选取第2次生成的筋特征为镜像对象,选取基准平面RIGHT面为镜像平面,第2次产生镜像特征。最后创建的结果如图3-18所示。图3-18最后创建的筋特征3.6 在实体特征上创建一组剪切材料特征 本步骤将使用剪切材料拉伸的方法创建一组风扇轮盘的剪切特征,并使用特征阵列的方法旋转阵列该特征。在生成剪切材料特征时需要正确设置剪切材料的方向。(1)单击特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现拉伸特征用户操作界面。(2)单击用户操作界面上的按钮,指定生成拉伸实体。单击用户操作界面上的去除材料按钮,指定使用切剪材料的方法创建拉伸。单击操作界面上的“放置”再“定义”后,在模型上选择刚才创建的基准平面RINGT为草绘平面,以默认的参照进入草绘模式,开始草绘。(3)绘制如图3-19所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮退出草绘模式。图3-19草绘剖面图(4)在拉伸特征用户操作界面的“深度”选项中选择项,指定切剪特征与所有的曲面相交。单击拉伸特征用户操作界面上的两个换向按钮,改变切剪材料的方向,此时在主视区的几何预览图如图3-20所示。图3-20几何预览图(5)设置好后,可以单击用户操作界面上的按钮预览。在确认切剪方向无误后,单击按钮,完成切剪特征的创建,如图3-21所示。图3-21创建的切剪材料特征(6)在模型树窗口中选择刚才创建的切剪特征。单击编辑特征工具栏中的阵列按钮,在主视区的下侧出现阵列特征用户操作界面,选择“轴”,在图中选择轴A-2,输入旋转数目为6,在把角度输入为60,如图3-22所示。图3-22创建阵列分部旋转特征(7)设置阵列参数尺寸后,单击按钮完成如图3-23所示的阵列图像。图3-23创建的阵列特征3.7 创建旋转曲面特征 本步骤将使用创建旋转曲面的方法创建两个基础曲面,并且使用曲面复制的操作在曲面所在位置生成一个曲面。(1)单击基础特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现旋转特征用户操作界面。(2)单击旋转用户操作界面上的按钮以旋转生成曲面:单击用户操作界面上的“位置”“定义”进入草绘旋转剖面。(4)接受系统提供的尺寸参照FRONT和RIGHT基准平面,关闭“参照”对话框,开始草绘。绘制如图3-24所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮完成草绘操作,并退出草绘模式。图3-24旋转特征草绘剖面(5)在旋转特征用户操作界面上的“角度”框中输入旋转角度值90,单击界面上的按钮,创建如图3-25所示的基础实体特征。图3-25创建旋转曲面特征(6)在模型树中选择刚才创建的旋转曲面特征,选择主菜单栏中的“编辑”“偏移”命令,在操空半中将偏移距离设置为0,然后单击“确定”按钮,相当于再原来的位置复制一个同样的曲面,该曲面在模型上不能直接看到,但可以在模型树窗口中看到已经生成了一个偏移曲面特征。(7)单击基础特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现旋转特征用户操作界面。(8)单击旋转用户操作界面上的按钮以旋转生成曲面,单击用户操作界面上“位置”“定义”草绘旋转剖面。(9)弹出“剖面”对话框,在主视区选取基准平面TOP面作为草绘平面,接受系统默认的特征生成方向。(10)接受系统提供的尺寸参照FRONT和RIGHT基准平面,关闭“参照”对话框,开始草绘。绘制如图3-26所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮完成草绘操作,并退出草绘模式。 图3-26草绘剖面图(11)在旋转特征用户操作界面上的“角度”框中输入旋转角度值90,单击界面上的按钮,创建如图3-27所示的基础实体特征。图3-27第2次创建的曲面特征 3.8 创建第1组基准轴线特征本步骤将使用创建投影曲线的方法,在前面创建的旋转曲面上创建第1组基准曲线特征。在生成第1组基准曲线时,需注意草绘平面和投影参照的选择(1)在主菜单中选择“编辑”“投影”菜单命令,在主视区下侧出现投影特征用户操作界面。单击投影用户操作界面上的“参照”按钮,弹出“参照”对话框。(2)在“参照”对话框最上面的下拉列表中选择“投影草绘”项,单击对话框中的“定义”按钮草绘投影曲线。选择基准平面RINGT面为草绘平面,接受系统默认的特征生成方向,进入草绘模式。(3)接受系统提供的尺寸参照FRONT和RINGT基准平面,关闭“参照”对话框,开始草绘。绘制如图3-28所示的草绘剖面,单击草绘工具栏中的按钮完成草绘操作,并退出草绘模式。图3-28草绘曲线(4)单击以激活投影特征用户操作界面上的“曲面收集器”框。选择第1次创建的曲面特征,将曲线投影倒该曲面上。在“方向”框中选择“按方向”项,选择RINGT面为方向参照面,单击用户操作界面上的按钮,创建如图3-29所示的投影曲线。图3-29第1次创建的投影曲线(5)仿照前述的方法,创建第2条基准曲线,图3-30是在草绘下绘制的草绘图。 图3-30草绘曲线(6)选择与第1条基准曲线相同的投影曲面和投影方向,最后创建的基准曲线如图3-31所示。图3-31第2次创建的基准曲线(7)在主菜单栏中选择“编辑”“投影”菜单命令,在主视区下侧出现投影特征用户操作界面。单击投影用户操作界面上的“参照”按钮,弹出“参照”对话框。(8)在“参照”对话框最上面的下拉列表中选择“投影草绘”项,单击对话框中的按钮草绘投影曲线。选择基准平面RINGT面为草绘平面,接受系统默认的特征生成方向,单击“剖面”对话框中的“定义”按钮,进入草绘模式。(9)接受系统提示的尺寸参照FRONT和RIGHT基准平面,关闭“参照”对话框,开始草绘。绘制3-32如图所示的草绘平面,单击草绘工具栏的按钮完成草绘操作,并退出草绘模式。 图3-32草绘曲线(10)单击以激活投影特征用户操作界面上的“曲面收集器”框,选择第2次创建的曲面特征,将曲线投影倒该曲面上。在“方向”框中选择“按方向”项,选择RINGT面为方向参照面。单击用户操作界面上的换项按钮,按如图3-33所示的方向设置投影。图3-33投影方向(11)单击用户操作界面上的按钮,创建如图3-34所示的投影曲线。图3-34第3次创建的基准曲线(12)仿照前述的方法,创建第4条基准曲线。3-35图是在草绘模式下绘制的草绘图。图3-35草绘曲线(13)选择与第3条基准曲线相同的投影曲面投影方向。最后创建的基准曲线如图3-36所示。图3-36第4次创建的基准曲线特征3.9创建第1组边界的曲面特征本步骤将以前面创建的基准曲线为边界,使用边界曲线混合的方法,创建第一组边界曲面。在生成曲面时,应当注意曲线的选择,即由哪几条曲线生成曲面。(1)单击基础特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现混合特征用户操作界面。系统将第一向链收集器激活,按住Ctrl键,选择绘制的基准曲线1和基准曲线3作为第一方向混合曲线。单击用户尺寸界面上的按钮,完成一个曲面的创建,如图3-37所示。图3-37混合曲面特征(2)单击基础特征工具栏中的按钮,按住Ctrl键,选择绘制的基准曲线2和基准曲线4作为第一方向混合曲线。单击用户操作界面上的按钮,完成第2个曲面的创建,如图3-38所示。图3-38第2次混合曲面特征3.10创建第2组边界的曲面特征本步骤将利用前一组边界曲面的边线生成另一组基准曲线,然后根据生成的基准曲线生成混合边界曲面。(1)单击基础特征工具栏中的“边界混合”按钮,在主视区下侧出现混合特征操控板。单击“选取项目”框,将第一方向链收集器激活,按Ctrl键选择如图3-39所示5、6两条边线作为第一方向的混合曲线,单击“确定“按钮,创建第三个曲面如图3-40所示。图3-39创建的基准曲线图3-40创建的第3个混合曲面特征(2)与上一步相同的方法重复创建混合曲面特征,按下Ctrl键选择如图3-41所示的曲线7、8作为第一方向的混合曲线,单击“确定“按钮,创建第四个曲面,结果如图3-42所示。图3-41创建的基准曲线 图3-42创建第4个混合曲面3.11合并曲面特征本步骤将使用曲面合并的操作,将前面创建的几组曲面合并成一个曲面。在合并曲面的同时,应当注意要按照曲面设计要求进行修剪,去除不必要的部分,保留需要部分。(1)在模型树窗口按住Ctrl键,选择所有的基准曲线。单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”命令,将基准曲线隐藏显示。(2)在模型上按住Ctrl键,选择如图3-43所示的两个曲面特征,单击编辑特征工具栏中的按钮,在主视区下侧出现合并特征用户操作界面。单击合并用户操作界面上的按钮后,单击按钮,将主曲面和附加曲面合并成一个曲面,如图3-44所示。图3-43选择参与合并的曲面图3-44保留的合并结果(3)重复曲面合并的操作,按照如图3-45所示选择主曲面(复制选择曲面特征)和附加曲面。单击合并特征用户操作界面上的按钮,以适当调整面组侧,最后保留如图3-46所示的合并结果。图3-45选择参与合并的曲面图3-46最后保留的合并结果(4)重复曲面合并的操作,按照如图3-47所示选择住曲面和附加曲面。单击合并特征用户操作界面上的按钮,适当调整面组侧,最后保留如图3-48所示的合并结果。图3-47选择参与合并的曲面图3-48最后保留的合并结果(5)重复曲面合并的操作,按照如图3-49所示选择主曲面和附加曲面。单击合并特征用户操作界面的按钮,适当调整面组侧,最后保留如图3-50所示的合并结果。图3-49选择参与合并的曲面图3-50最后保留的合并结果(6)重复曲面合并的操作,按照3-51如图所示选择主曲面和附加曲面,单击合并特征用户操作界面上的换向按钮,适当调整面组侧,最后保留如图3-52所示的合并结果。图3-51选择参与合并的曲面图3-52最后保留的合并结果(7)重复曲面合并的操作,按照如图3-53所示选择主曲面和附加曲面,单击合并特征用户操作界面上的按钮,适当调整面组侧,最后保留如图3-54所示的合并结果。图3-53选择参与合并的曲面图3-54最后保留的合并结果3.12在曲面特征上加入倒圆角特征本步骤将使用创建圆角特征的方法,对曲面的边线进行倒圆角处理。在创建倒圆角特征时,要注意多条边线同时选取的方法。(1)单击工程特征工具栏中的按钮,在主视区出现圆角特征用户操作界面。(2)此时系统提示“选取一条边或边链,或选取一个曲面以创建倒圆角集”。选择如图3-55所示的边线,在圆角特征用户操作界面的“半径”框中输入圆角半径40.0。单击按钮完成倒圆角操作。最后生成的实体模型如图3-56所示。图3-55选取的圆角边线图3-56第1次倒圆角后的曲面特征(3)单击工程特征工具栏中的按钮,选择如图3-57所示的边线,在圆角特征用户操作界面的“半径”框中输入圆角半径30.0。单击按钮完成倒圆角操作。最后生成的实体模型如图3-58所示。 图3-57选取的圆角边线图3-58第2次倒圆角后的曲面特征3.13由曲面特征生成实体特征本步骤将完成由曲面特征生成实体特征的操作。首先,使用旋转移动复制的方法得到一个角度尺寸作为阵列特征的驱动尺寸,然后,进行曲面实体化操作,最后进行组操作,并让该组阵列到多个特征阵列的目的。(1)在选择过滤器中选择“面组”项,在模型上选择风扇叶片曲面。(2) 在主菜单栏中选择“编辑”“复制”后,再单击主菜单栏中的“编辑”“选择性粘帖”命令,在主视区下侧出现移动特征用户操作界面,单击操作界面上的旋转按钮,选择旋转移动曲面,在模型中选择旋转体轴线A-2作为旋转移动轴的参照,输入旋转角度值为60,在选项中去掉“隐藏原始几何”命令,最后单击确定按钮。完成风扇叶片的旋转移动,如图3-59所示。图3-59旋转复制曲面(3)在模型树窗口中选择上一步创建的“Moved Copy1”特征,然后单击基础特征工具栏中的“阵列”按钮,系统弹出阵列操作界面,选择阵列方式为“轴”,输入旋转角度值为60,输入阵列树为5在模型中选重轴“A-2”,最后单击“确定”按钮,完成阵列如图3-60所示。图3-60创建阵列特征(4)在模型中双击选择初始风扇叶片曲面,选择主菜单中单击“实体化”命令,进入“实体化”操作界面,单击实体操作按钮后,单击“确定”按钮,完成风扇叶片进行实体化。如图3-61所示。然后依次次操作吧其余叶片曲面进行“实体化”操作命令。结果如图3-62所示。(注意:实体化曲面特征时无法阵列,因此在阵列后依次实体化)图3-61创建实体化特征图3-62实体化后的结果3.14在模型上创建倒圆角特征(1)在模型树窗口选择第1次创建的旋转曲面特征和复制曲面特征,将这两个辅助曲面隐藏显示。此时的实体模型如图3-63所示。图3-63隐藏曲面后的实体模型(2)单击工程特征工具栏中的按钮,分别在如图所示的位置倒圆角。圆角尺寸如图3-64所示,最后创建的风扇模型如图3-65所示。图3-64圆角尺寸图3-65最后创建的风扇模型总结通过对CPU风扇的设计,基于Pro/engineer环境下进行CPU风扇的设计。该解决方案从产品造型设计、机械设计、加工制造、机构分析到数据库管理,彻底改变了传统的设计理念。它更方便设计人员创建、修改和仿真分析构件,以及快速更新它们。可以发现Pro/E 在机械设计流程简明而合理。在设计过程中,任何一环节如需要对产品进行更改, Pro/E 可以自动更新过来,无需重复大量的工作。设计完成后可以自动生成装配图。设计完成后,可直接对前步进行修改。通过这一系列的工作,大大地缩短了设计部件的生产周期,传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用,正在各方面取代传统的手工设计方式。 通过这次设计,我学习和熟练了Pro/E软件的操作,并进一步了解了Pro/E在机械设计工作中的巨大的作用。这次设计只是对Pro/E软件的一次简单运用,更是会有很多的不足之处,希望能在以后的学习中进一步完善对Pro/E软件的运用。致谢在这次毕业设计论文撰写过程中,我要感谢那些帮助过我的老师,同学以及所有曾经和现在帮助我的人。首先要衷心地感谢我的指导教师郑菲老师!她丰富的知识、严谨耐心的治学态度、全面的指导,对我启发颇多,收获颇丰。特别在指导我操作的时候,即使我问了好几次的问题她都能热心的解答,很有诲人不倦的作风。其次感谢我们系的每位老师,您们一直以来的辛勤工作和教诲使我能顺利地度过这难忘的三年,使我在综合素质提高、专业理论知识学习和实践工作能力等各方面受益匪浅。最后感谢我的同学,是他们在我最需要帮助的时候,伸出友谊之手。参考文献1 唐俊,龙坤,张浩等.中文版 Pro/ENGINEER WildFire实例教程. 北京 清华大学出版社, 2004.2 岳荣刚, 许小荣, 朱敬等. Pro/ENGINEER WildFire中文版机械设计100例. 北京: 电子工业出版社, 2007.3 陈世哲, 程鸣. Pro/ENGINEER Wildfire2.0工业设计范例教程M. 电子工业出版社, 2005.4 白晶, 陶春生, 张云杰. Pre/ENGINEER Wildfire产品造型实力应用教程M. 清华大学出版社, 2007.5 胡仁喜, 闫彩霞, 彭卫平等. Pro/ENGINEER Wildfire2.0中文版机械设计高级应用实例M. 机械工业出版社, 2004.6 黄圣杰, 张益三, 洪立群等. Pro/ENGINEER 2001高级开发实例M. 北京: 电子工业出版社, 2002.
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