基于Proe風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)題 目：基于Pro/E風(fēng)扇設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真班級(jí)：機(jī)械07-6班姓名:徐寶元指導(dǎo)教師：曹艷麗完成日期：2011年1月13日遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)電風(fēng)扇是一種常見的家用電器，本次設(shè)計(jì)以臺(tái)式電風(fēng)扇 為例，來(lái)詳細(xì)講述Pro/E設(shè)計(jì)電風(fēng)扇的全過(guò)程。其外型結(jié)構(gòu) 較為復(fù)雜，如果用傳 統(tǒng)的CAD繪圖軟件設(shè)計(jì)非常困難，Pro/E 可以輕松解決這個(gè)問(wèn)題，Pro/E軟件具有很強(qiáng)大的實(shí)體造型、 曲面造型、虛擬產(chǎn)品裝配仿真、工程圖生成等功能。本文主 要講述電風(fēng)扇外形實(shí)體建模、電風(fēng)扇的組件裝配、電風(fēng)扇的 葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)仿真。設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了拉伸、掃描、混合等實(shí)體 建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、實(shí)

2、體化等復(fù)雜的 建模方法；裝配的的設(shè)計(jì)方法用到了無(wú)連接口的約束和有連 接口的約束。在電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)總體上是采用了自底向上 的設(shè)計(jì)方法，在組件在設(shè)計(jì)過(guò)程中也采用了自頂向下的設(shè)計(jì) 方法。我們?cè)趯W(xué)習(xí)電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了學(xué)習(xí)建模 方法外，更重要的是學(xué)習(xí)這種模型設(shè)計(jì)思想。關(guān)鍵詞：電風(fēng)扇、Pro/E、實(shí)體建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真i遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)AbstractElectric fan is a com mon householdapplia nces,thisdesign to desktop electric fan, for example, to expound Pro/E desig

3、n fan process. Its exterior structure is relatively complex, if use the traditional CAD drawing softwaredesign is very difficult, Pro/Ecan be easy tosolve this problem, Pro/E software has very powerful entities modelling, surface modeling, virtual assembli ngsimulati on,engin eeri ngdraw ing gen era

4、tio n,and other fun cti ons. This article mainly described en tity modeli ng, electric fan shape of comp onent assembly, electric fan blade rotation simulation.Design comprehensiveuse the tensile,scanning, mixingentitymodeling the basic method, Surface trim, merger,offset,substantiatecomplex modelin

5、gmethod, Assemblydesign method used with a mouth of nonartesian-artesian con stra ints and conn ecti on mouth con stra in ts. The fan modeli ng desig n was gen erally adopted a bottom upward desig n methods, in the comp onent in the desig n process also USESa top-down design method. We are studying

6、the fanner modeli ng desig n process, besides study modeli ng method outside, more importa nt is to lear n this model desig n thought.Keywords:electric fan, Pro/E, en tity modeli ng,assembli ng, moveme nt simulatio n一、設(shè)計(jì)任務(wù)電風(fēng)扇是一種常見的家用電器，也是我國(guó)最早生產(chǎn)和使用的的家 用電器之一。電風(fēng)扇是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)，從 而強(qiáng)制空氣流動(dòng)，改善人與周圍空間的熱

7、交換條件；它被廣泛的運(yùn)用 于各種生活和工作環(huán)境，起通風(fēng)散熱、循環(huán)空氣、防暑降溫作用。本 次設(shè)計(jì)任務(wù)以臺(tái)式電風(fēng)扇為例來(lái)詳細(xì)講述Pro/E設(shè)計(jì)風(fēng)扇的全過(guò)程。 1.1電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)電風(fēng)扇的建模設(shè)計(jì)總體上來(lái)說(shuō)是使用了有底而上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方 法，設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用了拉伸、掃描、混合等實(shí)體建模的基本方法；曲 面修剪、合并、偏移、實(shí)體化等復(fù)雜的建模方法。我們?cè)趯W(xué)習(xí)電風(fēng)扇 建模設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了學(xué)習(xí)建模方法外，更多的是學(xué)習(xí)這種設(shè)計(jì)模型 的思想。1.2電風(fēng)扇的裝配與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真利用Pro/E裝配模塊，把電風(fēng)扇的各個(gè)零件裝配好，裝配的約束 可分為兩大類，分別是無(wú)連接接口約束與有連接接口約束。無(wú)連接接 口的主要用于一般的

8、裝配中，使用這種裝配方法裝配的零件不具有自 由度，零件之間不能做任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)；有連接接口的約束主要是用于 解決機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)仿真主要是模擬電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)該采用有連 接接口的約束，電風(fēng)扇的最終設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示：圖1-1電風(fēng)扇實(shí)體建模進(jìn)入Pro/Engineer 系統(tǒng)后，首先在標(biāo)準(zhǔn)工具列點(diǎn)選丨（新建文 檔）建立一個(gè)文檔，接著點(diǎn)選零件模塊并輸入新建文件名Fan-1 , 之后點(diǎn)選確定按鈕，進(jìn)入實(shí)體建模環(huán)境。注：在繪制其他零件時(shí)，新建零件文檔與此操作基本一致，只是 文件名不同，以后不再?gòu)?fù)述。2.1電風(fēng)扇前蓋設(shè)計(jì)電風(fēng)扇前蓋設(shè)計(jì)運(yùn)用到旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、陣列、倒圓角等基本 的建模設(shè)計(jì)思想

9、創(chuàng)建實(shí)體特征：進(jìn)入拉伸實(shí)體操作命令繪制前蓋骨架（圖2-1）所示，最后生成 實(shí)體（圖2-2）所示：©圖2-2拉伸后實(shí)體圖圖2-1前蓋骨架草繪圖17在【插入】菜單中依次選取【掃描】/【伸出項(xiàng)】選項(xiàng)，選取草繪 軌跡（圖2-3），最后生成掃描實(shí)體特征如圖2-4所示：0& 一Pn1 & 0->J十1 =1 V .皿JhL 圖2-3伸出項(xiàng)草繪圖圖2-4掃描后生成實(shí)體圖圖2-6風(fēng)扇前蓋實(shí)體圖創(chuàng)建陣列復(fù)制特征：在模型樹上選擇上一步創(chuàng)建的【伸出項(xiàng)】特征，然后單擊阿"【陣 列】按鈕，系統(tǒng)將打開陣列設(shè)計(jì)圖板，然后再圖板上填上“ 7.5 ”陣列 的間隔角度值，并輸入圓形陣列個(gè)

10、數(shù)為“ 48”最后創(chuàng)建的陣列特征如 圖2-5所示，最后在用旋轉(zhuǎn)命令完成邊沿設(shè)計(jì)，最后在邊沿做【倒圓 角】（R=1）特征，完成風(fēng)扇前蓋實(shí)體如圖2-6所示：圖2-5伸出項(xiàng)陣列后圖2.2電風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)圖2-7葉片拉伸草繪圖圖2-8電風(fēng)扇葉片實(shí)體圖電風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)曲面的操作，電風(fēng)扇葉片中間的部 分可以采用旋轉(zhuǎn)曲面的特征來(lái)完成，葉片主要是用曲面拉伸來(lái)完成， 其曲面拉伸草繪圖如圖2-7所示，然后對(duì)曲面進(jìn)行拉伸、偏移、合并、 陣列、實(shí)體化等一系列操作，便可完成葉片操作，葉片實(shí)體圖如圖2-8 所示：2.3電風(fēng)扇后蓋設(shè)計(jì)電風(fēng)扇后蓋設(shè)計(jì)中主要是運(yùn)用旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描、倒圓角等特征 操作創(chuàng)建后蓋實(shí)體模型。首

11、先在【零件】中創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體，草繪尺寸圖如圖2-9所示，然 后再用【掃描】/【伸出項(xiàng)】命令創(chuàng)建支架，并采用【圓形陣列】輸 入陣列角度為“60 ”完成后蓋實(shí)體并在中心作出盲孔。如圖2-11所 示：圖2-9旋轉(zhuǎn)草繪尺寸圖圖2-10掃描支架草繪尺寸圖圖2-11后蓋實(shí)體圖2.4電風(fēng)扇本體設(shè)計(jì)電風(fēng)扇本體設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用到拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒圓角等特征命令操 作創(chuàng)建本體實(shí)體模型。首先在零件中點(diǎn)選【拉伸】按鈕進(jìn)入草繪模式，繪制出本體草圖 如圖2-12所示，拉伸厚度為"3"，完成本體中間部分實(shí)體，并在其中 心拉伸出直徑為1.5的柱體。經(jīng)【倒圓角】操作后，選用【拉伸】命 令創(chuàng)建支架實(shí)體，并把支架采用【

12、圓形陣列】出6個(gè)支架，陣列角度 為“ 60” .然后采用【旋轉(zhuǎn)】命令創(chuàng)建本體外廓。并在外廓上繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 出一個(gè)連接體，并把連接體采用【鏡像】命令使其對(duì)稱布置。最終得 到電風(fēng)扇本體實(shí)體圖如圖2-13所示：圖2-12本體草繪尺寸圖圖2-13風(fēng)扇本體效果圖2.5電風(fēng)扇底座設(shè)計(jì)電風(fēng)扇底座設(shè)計(jì)中用到掃描混合、旋轉(zhuǎn)、拉伸、倒圓角等特征命 令操作來(lái)創(chuàng)建電風(fēng)扇底座實(shí)體模型。首先，在【插入】/【掃描混合】命令來(lái)創(chuàng)建支架體輪廓，進(jìn)入草 繪模式繪制出【掃描混合】的軌跡尺寸圖如圖2-14所示；然后選取3 個(gè)界面繪制其輪廓形狀完成【掃描混合】命令。在以有的實(shí)體端部平 面選取一半平面進(jìn)行【旋轉(zhuǎn)】完成其端部實(shí)體如圖2-15所

13、示。圖2-14底座支架體草繪尺寸圖圖2-15底座支架體實(shí)體圖其次，用【拉伸】命令創(chuàng)建底座支座實(shí)體；選取FRONT平面， 繪制支座草圖如圖2-16所示，對(duì)其進(jìn)行拉伸，選擇兩面拉伸高度為 20，并進(jìn)行【倒圓角】操作完成底座實(shí)體。最后，使用【旋轉(zhuǎn)】、【鏡像】命令完成兩個(gè)端耳；在FRONT平 面作為繪圖平面，進(jìn)入草繪模式，繪制端耳的草圖，使用旋轉(zhuǎn)命令完 成實(shí)體，并點(diǎn)選已完成的實(shí)體選擇TOP平面作為鏡像平面完成對(duì)稱 的端耳實(shí)體。電風(fēng)扇底座實(shí)體圖如圖2-17所示：圖2-16底座支座草繪尺寸圖圖2-17電風(fēng)扇底座最實(shí)體圖三、電風(fēng)扇的裝配設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路:電風(fēng)扇的裝配設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用到了無(wú)連接接口約束和有連接接口 約

14、束兩種裝配設(shè)計(jì)方法。其中要保證電風(fēng)扇葉片有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度， 故電風(fēng)扇葉片在進(jìn)行時(shí)必須使用有連接接口的約束（銷釘連接），而 其它部件裝配好后需要完全約，故裝配時(shí)采用無(wú)連接接口約束，電風(fēng) 扇的最終裝配結(jié)果如圖3-1所示：圖3-1裝配效果圖3.1在默認(rèn)的位置裝配電風(fēng)扇后蓋在文件菜單中打開【新建】對(duì)話框，在【類型】選項(xiàng)中選取【組 件】選項(xiàng)，在【名稱】文本框中輸入組件的名稱“ asm-fa n ”。按確認(rèn) 進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)境。添加文件“ Fan-1 ”在系統(tǒng)點(diǎn)擊【放置】在點(diǎn)默認(rèn)缺省位置凰按 鈕使其坐標(biāo)系與組件坐標(biāo)系重合，電風(fēng)扇后蓋裝配完畢。3.2電風(fēng)扇后蓋與本體的組合繼續(xù)添加文件“ Fan-2 ”，在系統(tǒng)打開

15、的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【放 置】按鈕；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇后蓋欲與本體貼合的表面，接 著選取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】。 然后在選取兩者中心線【對(duì)其】/【重合】。完成電風(fēng)扇后蓋與本體的 組合如圖3-2所示：圖3-2風(fēng)扇后蓋與本體的組合圖圖3-3電風(fēng)扇葉片與本體的組合圖3.3電風(fēng)扇本體與葉片的組合繼續(xù)添加文件“ Fan-3 ”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連 接】按鈕，選用【銷釘連接】約束條件；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇 本體欲與葉片貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇葉片欲與本體的貼合的面 試其兩面【匹配】/【重合】。然后在選取兩者中心線【對(duì)齊】/【重合】。 完成電風(fēng)扇葉

16、片與本體的組合如圖3-3所示：3.4電風(fēng)扇本體與前蓋的組合繼續(xù)添加文件“ Fan-4 ”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連 接】按鈕，選用【剛性連接】；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇前蓋欲與 本體貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的兩者中心線【對(duì)齊】/【重合】，再選取電風(fēng)扇本體欲與前蓋的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】 然后完成電風(fēng)扇前蓋與本體的組合如圖3-4所示：圖3-4風(fēng)扇前蓋與本體組合圖圖3-5風(fēng)扇底座與本體組合圖3.5電風(fēng)扇本體與底座的組合繼續(xù)添加文件“ Fan-5 ”，在系統(tǒng)打開的裝配設(shè)計(jì)圖標(biāo)板單擊【連 接】按鈕，選用【銷釘連接】約束條件；首先用鼠標(biāo)左鍵選取電風(fēng)扇 本體連接體的欲與

17、底座端耳貼合的表面，接著選取電風(fēng)扇葉片欲與本 體的貼合的面試其兩面【匹配】/【重合】 然后在選取兩者中心線【平 移】/【0.08】 完成電風(fēng)扇底座與本體的組合如圖3-5所示：到此，電風(fēng)扇已經(jīng)組裝完成。四、電風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)在風(fēng)扇機(jī)構(gòu)仿真的設(shè)計(jì)中，主要模擬電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)電 風(fēng)扇的葉片進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)動(dòng)分析，電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)仿真的設(shè)計(jì)過(guò)程如 下：4.1定義伺服電動(dòng)機(jī)在已裝配好的組件中，在菜單命令中點(diǎn)選【應(yīng)用程序】主菜單中 選取【機(jī)構(gòu)】選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)械仿真界面，單擊田【定義伺服電動(dòng)機(jī)】 點(diǎn)擊【新建】命令，在【從動(dòng)圖元】選項(xiàng)組中選擇【連接軸】選項(xiàng)， 然后選取葉片的中心軸作為連接軸如圖4-1所示，在【伺

18、服電動(dòng)機(jī)定 義】對(duì)話框中打開【輪廓】選項(xiàng)卡，對(duì)其設(shè)置如圖4-2所示，電風(fēng)扇 葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系變化曲線如圖4-3所示：圖4-2圖4-3圖4-14.2創(chuàng)建運(yùn)行分析單擊（運(yùn)行分析）按鈕，點(diǎn)擊【新建】按鈕，進(jìn)入【分析定義】 對(duì)話框，輸入名稱“ fan ”，【類型】選擇【運(yùn)動(dòng)學(xué)】；開始時(shí)間定義為 10，幀頻為100，最小間隔0.01，初始位置為當(dāng)前，點(diǎn)擊【運(yùn)行】；設(shè) 置參數(shù)如圖4-4所示：圖4-44.3回放結(jié)果并制作媒體播放文件（1）單擊 （回訪以前的運(yùn)動(dòng)分析）按鈕，系統(tǒng)彈出如圖4-5所示 的【回放】對(duì)話框，單擊其中的 按鈕，打開如圖4-6所示的【動(dòng) 畫】對(duì)話框。（2）單擊 （播放）按鈕觀察結(jié)果

19、：?jiǎn)螕?* （停止）按鈕 結(jié)束仿真運(yùn)動(dòng)；單擊【捕獲】按鈕，如圖4-7打開【捕獲】對(duì)話框， 單擊其中的【瀏覽】按鈕，彈出【保存副本】對(duì)話框，在此選擇文件 的保存路徑，并選擇保存格式與填寫文件名稱。完成后單擊【捕獲】 對(duì)話框中的【確定】按鈕，開始媒體播放文件的制作。制作完畢后點(diǎn) 擊播放。圖4-5圖4-6圖4-7五、結(jié)束語(yǔ)在這次二十幾天的課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)電風(fēng)扇建模的設(shè)計(jì)，我對(duì) Pro/E三維實(shí)體建模、曲面的構(gòu)造、零件設(shè)計(jì)、裝配以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng) 仿真設(shè)計(jì)等方面有了很大的提高。在創(chuàng)建模型時(shí)，采用疊加的方式在 模型上依次添加新的特征。由于組成的模型特征的各個(gè)特征即相互獨(dú) 立有具有一定的關(guān)聯(lián)性；修改時(shí)，只需

20、要對(duì)不滿意的細(xì)節(jié)所在的特征 進(jìn)行修改，在不違背特定的特征之間的關(guān)系前提下，再生模型機(jī)可獲 得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。運(yùn)動(dòng)分析的定義在滿足伺服電動(dòng)機(jī)輪廓和接頭連接、凸輪從動(dòng) 機(jī)構(gòu)、槽從動(dòng)機(jī)構(gòu)或齒輪副連接的要求的情況下，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力之外的運(yùn)動(dòng)的所有方面。因 此，運(yùn)動(dòng)分析不能使用執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，也不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn) 動(dòng)分析忽略模型中的所有動(dòng)態(tài)圖元，如彈簧、阻尼器、重力、力/力 矩以及執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，所有動(dòng)態(tài)圖元都不影響運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。如果伺 服電動(dòng)機(jī)具有不連續(xù)輪廓，在運(yùn)行運(yùn)動(dòng)分析前軟件會(huì)嘗試使其輪廓連 續(xù)，如果不能使其輪廓連續(xù)，則此伺服電機(jī)將不能用于分析。 使用 運(yùn)動(dòng)分析可獲得以下信息：幾何圖元和連接的位置、速度以及加速 度元件間的干涉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的軌跡曲線作為Pro/ENGINEER 零件捕獲 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。它與運(yùn)動(dòng)分析類似，所有適用于運(yùn)動(dòng)分析的要 求及設(shè)定，都可用于重復(fù)組件分析，所有不適于運(yùn)動(dòng)分析的因素，也 都不適用于重復(fù)組件分析。重復(fù)組件分析的輸出結(jié)果比運(yùn)動(dòng)