PROE电风扇的设计与机构仿真.docx

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PROE电风扇的设计与机构仿真

毕业设计（论文）

（2012届）

题目：

PRO/E电风扇的设计与机构仿真

分院机电信息分院

专业班级09机电一体化技术3班

学生姓名

学号

导师姓名

成绩

2011年12月18日

摘要：

本次设计主要运用pro/e进行电风扇的设计与仿真，主要运用到了pro/e中的拉伸、阵列、旋转、扫描、挖壳，进行电风扇各个部件的设计；然后再将设计的部件进行装配，最后进行电风扇的仿真设计。

关键词：

电风扇、拉伸、阵列、旋转、扫描、装配、仿真。

一、引言

本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，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，I－DEAS，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/EV2000I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。

（一）工业设计（CAID）模块

工业设计模块主要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。

（二）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。

（三）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。

（四）制造（CAM）模块

在机械行业中用到的CAM制造模块中的功能是NCMachining（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/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（钣金设计）。

PRO/E的数据管理模块就像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。

二、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。

（一）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，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。

（二）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

三、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：

（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“XIAOGAI”。

（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。

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。

（一）电风扇前盖的设计

电风扇前盖的设计综合运用到旋转、阵列、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2旋转剖面图图3旋转实体

单击

【阵列工具】按钮打开设计图标版，绘制拉伸图4

最后生成图的阵列如图5

图4拉伸图图5阵列图

再运用拉伸、旋转、阵列、壳体等工具，完成电风扇前盖的设计如图6

图6电风扇前盖

（二）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，叶片主要采用组【

】来完成，然后对曲面阵列操作便可完成叶片的制作，其设计结果如图7所示

图7风扇叶片

（三）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，阵列实体，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

（四）电风扇电机罩的设计

1．电风扇电机罩外形设计

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，挖壳，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

（五）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20，然后利用【插入】主菜单中选取【扫描】/【切口】选项对拉伸实体进行剪切，再利用拉伸的方法完成风扇底座凸起的部分，然后利用【插入】主菜单中选取【混合】/【伸出项】具体操作如图12，最终设计结果如图13

图12图13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14

图14

然后再进行一系列的拉伸、扫描剪切、投影、倒圆角等操作，完成风扇底座的操作如图15

图15风扇底座

3．风扇底座的其它配件

利用旋转、阵列等工具，完成风扇的前盖如图16

利用旋转、拉伸、拔模、倒圆角等工具，完成对电风扇按钮的操作如图17

图16前盖图17按钮

（六）电风扇其它配件的设计

利用拉伸、旋转、阵列、倒圆角等工具，完成对电风扇其它部件的设计。

四、电风扇的装配设计

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18

图18装配结果图

设计过程：

（一）新建组件文档

1．在文件菜单中打开【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【mmns_part_soid】选项，在单击确定按钮进入设计环境。

（二）在默认的位置装配电风扇底座

添加底座文件DZUO，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19

图19

（三）向组件中装配连接结构

添加连接结构文件JQJ，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20

图20

再依次添加连接结构文件JIA、KEKA、TIEXIN、JHJ,在系统打开装配设计图标板单击放置按钮【放置】列表见图21、图22、图23、图24

图21图22

图23图24

再依次添加文件JIAKE、HW、JX、DJ,在系统打开装配设计图标板单击放置按钮【放置】列表见图25、图26、图27、图28

图25图26

图27图28

再依次添加文件XIAO、YE、QIANX、QW,在系统打开装配设计图标板单击放置按钮【放置】列表见图29、图30、图31、图32

图29图30

图31图32

然后再依次添加文件XIAOGAI、HK、SHANHOU、LB，在系统打开装配设计图标板单击放置按钮【放置】列表见图33、图34、图35、图36

图33图34

图35图36

最后依次添加文件ST、QG、J等文件，在系统打开装配设计图标板单击放置按钮【放置】列表见图37、图38、图39

图37图38

图39

至此，电风扇已经安装完成，装配结果如图40

图40电风扇装配结果

五、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]：

（一）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【连接轴】选项，然后选择叶片的中心轴作为连接轴如图41

图41

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42

图42

（二）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43

图43

（三）回放结果并制作媒体播放文件

（1）单击

（回放以前的运动分析）按钮，系统弹出如图44所示的【回放】对话框，单击其中的

按钮，打开如图45所示的【动画】对话框。

（2）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46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，开始媒体播放文件的制作。

完成后媒体文件便制作完成。

图44

图45图46

制作媒体播放文件点击播放

六、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其他高级功能打下基础。

七、参考文献

[1]朱金波.Pro/ENGINEERWildfire3.0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/ENGINEERWildfire3.0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.Pro/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[DOI]ISSN:

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）04-0081-03

[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:

CN3005359,1990-04-11

[12]钟日铭Pro/ENGINEERWildfire3.0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/ENGINEERWildfire3.0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/ENGINEERWildfire3.0高级实例[M].北京：

中国铁道社.2006.12

[15]林清安.Pro/EngineerWildfire零件设计［M］.北京:

中国铁道出版社，2005.7

[16]Pro/ENGINEERWildfire2.0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/EWildfire2.0中文版[M].北京:

电子工业出版社.2006.6

八、附图

附图1最终效果图

附图2最终效果图