基于Proe风扇的设计与运动仿真

辽宁工程技术大学课程设计题目：基于Pro/E风扇设计与运动仿真班级：机械09-1班姓名：洪舒阳指导教师：曹艳丽完成日期：2013年1月17日辽宁工程技术大学课程设计1摘要电风扇是一种常见的家用电器，本次设计以台式电风扇为例，来详细讲述Pro/E设计电风扇的全过程。其外型结构较为复杂，如果用传统的CAD绘图软件设计非常困难，Pro/E可以轻松解决这个问题，Pro/E软件具有很强大的实体造型、曲面造型、虚拟产品装配仿真、工程图生成等功能。本文主要讲述电风扇外形实体建模、电风扇的组件装配、电风扇的叶片的转动仿真。设计综合运用了拉伸、扫描、混合等实体建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、实体化等复杂的建模方法；装配的的设计方法用到了无连接口的约束和有连接口的约束。在电风扇的建模设计总体上是采用了自底向上的设计方法，在组件在设计过程中也采用了自顶向下的设计方法。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，更重要的是学习这种模型设计思想。关键词：电风扇、Pro/E、实体建模、装配、运动仿真辽宁工程技术大学课程设计2AbstractElectricfanisacommonhouseholdappliances,thisdesigntodesktopelectricfan,forexample,toexpoundPro/Edesignfanprocess.Itsexteriorstructureisrelativelycomplex,ifusethetraditionalCADdrawingsoftwaredesignisverydifficult,Pro/Ecanbeeasytosolvethisproblem,Pro/Esoftwarehasverypowerfulentitiesmodelling,surfacemodeling,virtualassemblingsimulation,engineeringdrawinggeneration,andotherfunctions.Thisarticlemainlydescribedentitymodeling,electricfanshapeofcomponentassembly,electricfanbladerotationsimulation.Designcomprehensiveusethetensile,scanning,mixingentitymodelingthebasicmethod,Surfacetrim,merger,offset,substantiatecomplexmodelingmethod,Assemblydesignmethodusedwithamouthofnonartesian-artesianconstraintsandconnectionmouthconstraints.Thefanmodelingdesignwasgenerallyadoptedabottomupwarddesignmethods,inthecomponentinthedesignprocessalsoUSESatop-downdesignmethod.Wearestudyingthefannermodelingdesignprocess,besidesstudymodelingmethodoutside,moreimportantistolearnthismodeldesignthought.Keywords:electricfan,Pro/E,entitymodeling,assembling,movementsimulation辽宁工程技术大学课程设计3一、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的家用电器之一。电风扇是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，起通风散热、循环空气、防暑降温作用。本次设计任务以台式电风扇为例来详细讲述Pro/E设计风扇的全过程。1.1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，设计过程中运用了拉伸、扫描、混合等实体建模的基本方法；曲面修剪、合并、偏移、实体化等复杂的建模方法。我们在学习电风扇建模设计过程中，除了学习建模方法外，更多的是学习这种设计模型的思想。1.2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，装配的约束可分为两大类，分别是无连接接口约束与有连接接口约束。无连接接口的主要用于一般的装配中，使用这种装配方法装配的零件不具有自由度，零件之间不能做任何相对运动；有连接接口的约束主要是用于解决机构的相对运动。电风扇的机构仿真主要是模拟电风扇叶片的转动，应该采用有连接接口的约束，电风扇的最终设计结果如图1所示图图1-1电风扇辽宁工程技术大学课程设计4二、实体建模进入Pro/Engineer系统后，首先在标准工具列点选（新建文档）建立一个文档，接着点选[零件]模块并输入新建文件名Fan-1，之后点选[确定]按钮，进入实体建模环境。注：在绘制其他零件时，新建零件文档与此操作基本一致，只是文件名不同，以后不再复述。2.1电风扇前盖设计电风扇前盖设计运用到旋转、拉伸、扫描、阵列、倒圆角等基本的建模设计思想创建实体特征：进入拉伸实体操作命令绘制前盖骨架，最后生成实体所图2-1前盖骨架草绘图图2-2拉伸后实体图在【插入】菜单中依次选取【扫描】/【伸出项】选项，选取草绘轨迹（图2-3），最后生成扫描实体特征如图2-4所示：图2-3伸出项草绘图图2-4扫描后生成实体图辽宁工程技术大学课程设计5创建阵列复制特征：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，系统将打开阵列设计图板，然后再图板上填上“9”阵列的间隔角度值，并输入圆形阵列个数为“40”最后创建的阵列特征如图2-5所示，完成风扇前盖实体如图2-6所示：图2-5伸出项阵列后图图2-6风扇前盖实体图2.2电风扇叶片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以采用旋转曲面的特征来完成，叶片主要是用曲面方程计算来完成下曲线方程为r=20theta=t*100z=26+t*10，上曲线方程为r=100theta=30+t*100z=20+30*t，然后链接上下曲线得到一个曲面，并对曲面进行拉伸、阵列、实体化，等一系列操作，便可完成叶片操作，叶片实体图如图2-7所示：图2-7电风扇叶片实体图辽宁工程技术大学课程设计62.3电风扇后盖设计采用与前盖设计一样，在装配时可以镜像前盖实体得到，也可采用前盖直接装配如图所示2.4电风扇电机罩设计电风扇电机罩设计中主要运用到拉伸、倒圆角等特征命令操作创建本体实体模型。首先在零件中点选【拉伸】按钮进入草绘模式，绘制出本体草图，拉伸矩形长宽高为150*100*100的实体，经【倒圆角】操作后，选用【拉伸】命令创建面上实体，进行小矩形创建，拉伸为100*60*10的实体进行倒圆角，最后创建孔，由于装配时，该孔将于扇叶轴配合链接，所以定尺寸为直径为10，最终得到电风扇本体实体图如图2-8所示：图2-8风扇本体效果图辽宁工程技术大学课程设计72.5电风扇底座设计电风扇底座设计分为上下两个部分用到镜像、拉伸、倒圆角，抽壳等特征命令操作来创建电风扇底座实体模型。首先，创建上部分底座，拉伸180*48的矩形实体，进行倒圆角操作，在选取front面进行拉伸操作，创建实体1（如图），在进行面平移创立新面，在新面上进行拉伸创建实体2（如图）最后做关于中见面镜像完成上部分实体如图2-9所示。实体1实体2图2-9上部分底座实体图上底座工程图辽宁工程技术大学课程设计8其次，创建下部分底座实体用【拉伸】命令创建下部分底座支座实体；选取TOP平面，草绘，对其进行拉伸，选择拉伸高度为2，并进行【倒圆角】操作完成底座实体。下底座工程图电风扇下部分底座实体图如图2-10所示：辽宁工程技术大学课程设计92.6电风扇链接部分设计链接部分分为2个机构一个为摇头机构，另外一个为连杆机构摇头机构是链接电动机进行摇头工作的机构，需要进行拉伸，抽壳，要圆角等操作。如图所示连杆机构是连接摇头机构与底座，可以进行前后角度调整的机构，需要进行拉伸，镜像，倒圆角等操作。如图所示辽宁工程技术大学课程设计102.7进行销钉创建电风扇需要3个销钉分为链接摇头机构和连杆机构，连杆机构和上底座，上下底座链接也需要用到销钉链接。创建销钉较为简单，只需要进行拉伸，倒圆角操作便可。如图所示链接摇头机构和连杆机构的销钉链接连杆机构和上底座的销钉链接上下底座的销钉辽宁工程技术大学课程设计11三、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了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，故电风扇叶片在进行时必须使用有连接接口的约束（销钉连接），摇头机构与电动机机罩也需要实用有连接接口的约束（销钉连接），而其它部件装配好后需要完全约，故装配时采用无连接接口约束，电风扇的最终装配结果如图3-1所示：图3-1装配效果图3.1在缺省的位置装配电风扇机罩在文件菜单中打开【新建】对话框，在【类型】选项中选取【组件】选项，在【名称】文本框中输入组件的名称“asm1”。按确认进入设计环境。添加文件“prt0001”在系统点击【放置】在点默认缺省位置按钮使其坐标系与组件坐标系重合，电风扇后盖装配完毕。3.2电风扇后盖与机罩的组合继续添加文件“prt0002”，在系统打开的装配设计图标板单击【放置】按钮；首先用鼠标左键选取电风扇后盖欲与本体贴合的表面，接着选取电风扇本体欲与前盖的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【对其】/【重合】。完成电风扇后盖与本体的组合如图3-2所示：辽宁工程技术大学课程设计12图3-2风扇后盖与本体的组合图3.3电风扇本体与叶片的组合继续添加文件“prt0003”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【销钉连接】约束条件；首先用鼠标左键选取电风扇本体欲与叶片贴合的表面，接着选取电风扇叶片欲与本体的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【对齐】/【重合】。完成电风扇叶片与本体的组合如图3-3所示：图3-3电风扇本体与叶片的装配辽宁工程技术大学课程设计133.4电风扇本体与前盖的组合继续添加文件“prt0002”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【刚性连接】；首先用鼠标左键选取电风扇前盖欲与本体贴合的表面，接着选取电风扇本体欲与前盖的两者中心线【对齐】/【重合】，再选取电风扇本体欲与前盖的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后完成电风扇前盖与本体的组合如图3-4所示：图3-4风扇前盖与本体组合图3.5电风扇底座的组合底座的组合包含4个机构：摇头机构，连杆机构，上下底座。这些机构在装配时均是刚性链接，装配时需要注意面和面之间的匹配，还有轴线之前的对齐。这些机构装配起来较为简单，就不一一拆开叙述了，如图所示，装配之后的底座。辽宁工程技术大学课程设计143.6电风扇底座与本体的组合继续添加文件“asm0003”，在系统打开的装配设计图标板单击【连接】按钮，选用【销钉连接】约束条件；首先用鼠标左键选取电风扇本体连接体的欲与底座端耳贴合的表面，接着选取电风扇叶片欲与本体的贴合的面试其两面【匹配】/【重合】。然后在选取两者中心线【平移】完成电风扇底座与本体的组合如图所示：到此，电风扇已经组装完成。四、电风扇的运动仿真设计在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过程如下：4.1定义伺服电动机在已装配好的组件中，在菜单命令中点选【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】，点击【新建】命令，在【从动图元】选项组中选择【连接轴】选项，然后选取叶片的中心轴作为连接轴如图4-1所示。电风扇进行摇头运动故在摇头机构上定义电机，单击在【伺