机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）-基于PROE的齿轮泵结构设计.doc

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文目 录目 录I摘 要IIIABSTRACTIV前 言V第1章 绪论1 1.1.1 特点和优势.2 1.1.2 整体设计流程功能增强.2 1.2 齿轮泵的介绍31.2.1 工作原理31.2.2 结构特点4 1.2.3 运用维护.5 1.2.4 常见故.5 1) 泵不能排料.51.3 二行程发动机的组成、原理和结构3第2章 发动机测绘概述62.1发动机测绘概述62.2 发动机测绘前的准备72.3 发动机测绘实样解体82.4 测绘零件技术条件的确定10第3章 航空模型发动机零部件测绘123.1 计算机辅助设计制造概述及三维设计软件123.1.1 CAD/CAM技术的发展与应用123.1.2三维设计软件Pro/Engineer系统简介133.2 零件建模的基础153.2.1 零件建模的概述153.2.2 零件建模的步骤153.3 航空模型发动机零部件的测绘17第4章 航空模型发动机的装配及运动仿真394.1 发动机的装配394.1.1 基本术语394.1.2 装配约束404.1.3 装配连接类型444.1.4 零件装配与连接464.1.5 发动机的装配474.2 发动机运动仿真584.2.1 运动仿真概述584.2.2 发动机的运动仿真60结 论64致 谢65参考资料66毕业设计小结67附录一：汽缸零件图附录二：曲轴零件图摘 要机械设计制造及其自动化要求掌握机械产品设计的基本知识与技能，熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能应用计算机熟练进行零部件的辅助设计，熟悉三维设计方法，了解现代设计方法。本次毕业设计叙述了齿轮泵的介绍，主要内容有：1PROE的介绍；2齿轮泵测绘概述及三维软件介绍；3齿轮泵壳体各零部件的测绘；4齿轮泵壳体的装配。该论文主要是将CAD/CAM技术应用于三维机械结构设计，运用三维造型软件Pro/ENGINEER对齿轮泵进行结构测绘，并对齿轮泵各零部件进行装配，为齿轮泵的结构设计和改良提供了有效的设计技术资料。关键词：PROE，齿轮泵，测绘，齿轮泵壳体ABSTRACT The mechanical design, manufacturing and automation requires knowledge of mechanical product design basic knowledge and skills, be familiar with mechanical product design procedure and basic technical elements, can the application of computer skilled carry on parts of the aided design, familiar with three dimensional design method, understand the modern design method. The graduation design described the gear pump is introduced, and the main contents are:1. PROE introduction;2. Pump surveying and mapping overview and 3 d software introduction;3. Pump shell parts of surveying and mapping,4. Pump shell assembly. This thesis mainly is the CAD/CAM technology used in 3 d mechanical structure design, the use of three-dimensional modeling software Pro/e to pump structure surveying and mapping, and the gear pump parts for assembly, for pump structure design and improved provides effective design technical dataKEY WORDS： PROE, pump, surveying and mapping, pump shell 前 言 齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。 在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。 实际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到100，因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能使流体100地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。然而泵还是可以良好地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到9398的效率。 对于粘度或密度在工艺中有变化的流体，这种泵不会受到太多影响。如果有一个阻尼器，比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器，泵则会推动流体通过它们。如果这个阻尼器在工作中变化，亦即如果滤网变脏、堵塞了，或限制器的背压升高了，则泵仍将保持恒定的流量，直至达到装置中最弱的部件的机械极限(通常装有一个扭矩限制器)。 对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体，如果传送的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时，这种限制就会大幅度降低。 推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的，如果这一空间没有填充满，则泵就不能排出准确的流量，所以PV值(压力流速)也是另外一个限制因素，而且是一个工艺变量。由于这些限制，齿轮泵制造商将提供一系列产品，即不同的规格及排量(每转一周所排出的量)。这些泵将与具体的应用工艺相配合，以使系统能力及价格达到最优。69第1章 绪论1.1 航空模型发动机的发展航空模型发动机是航空模型的动力装置之一。航空模型发动机最初大都依据航空模型的需求，由其他工业用的发动机经小型化和简单化发展而成；此后，又随着航空模型的发展而发展，并逐步形成了自己的发展规律和专业化的研究和制造，成为发动机家族的一员，一种独特的专用的发动机。1.2 活塞式发动机的组成、原理和结构1.2.1 基本组成和工作原理活塞式航空模型发动机是内燃机的一种，它的基本组成和工作原理与汽车、摩托车和航空用的内燃机相同。活塞式发动机由汽缸、活塞、连杆、曲轴和汽化器等组成。它的工作原理是燃料与空气的混合气在汽缸内爆燃产生的高温高压气体对活塞做功，推动活塞运动，并经连杆带动曲轴转动，将活塞往复运动转换为曲轴的转动，带动螺旋桨旋转驱动模型飞机飞行。工作过程是吸气、压缩、爆燃、排气和驱气，再吸气不断地重复进行，从而使发动机连续运转，如图1-1所示。图1-1 活塞式发动机的工作原理和过程1.2.2 主要参数和相关术语主要参数和相关术语如图1-2所示。（1）活塞上止点：活塞向上运动的停止点，也是活塞运动的最高点。（2）活塞下止点：活塞向下运动的停止点，也是活塞运动的最低点。（3）汽缸直径D：汽缸内腔的直径。（4）活塞行程S：活塞由下（上）止点运动到上（下）止点走过的距离。（5）汽缸工作容积V：活塞由下（上）止点运动到上（下）止点所经过空间的容积 (1-1)汽缸工作容积表征了混合气体爆燃力推动活塞运动所做的功，故用它表示发动机的规格。图1-2 发动机基本术语和参数（6） 燃烧室容积VR：活塞运动到上止点时活塞顶面与汽缸内腔顶面之间的容积。（7） 汽缸总容积VZ：活塞运动到下止点时，活塞顶面与汽缸内腔顶面间的容积，它的容积等于汽缸工作容积与燃烧室容积之和。（8） 压缩比：汽缸总容积与燃烧室容积之比，。（9） 工作循环：发动机连续运转是吸气、压缩、爆燃、排气和驱气过程不断地重复，一次吸气、压缩、爆燃、排气和驱气过程称作一个工作循环。（10） 二行程发动机：活塞由下止点运动到上止点，再从上止点运动到下止点各一次，完成一个工作循环的发动机。（11） 四行程发动机：活塞由下止点运动到上止点和由上止点运动到下止点各两次，完成一个工作循环的发动机。（12） 混合气：燃料经发动机汽化器雾化后与空气的混合物。为区别爆燃后的废气，也称其为新鲜气。1.3 二行程发动机的组成、原理和结构目前供航空模型使用的活塞式发动机绝大多数是二行程发动机。由于所用燃料和引起燃爆方式不同，分为电热式、压燃式和电点火式。由于本次毕业设计所研究的发动机是电热式模型内燃机，下面就对电热式发动机做一简单介绍。1. 基本组成电热式发动机有汽缸、活塞、连杆、曲轴、机匣、汽化器和电热塞等组成，如图1-3所示。图1-3 电热式发动机剖视图2. 工作工程（1） 活塞上行程曲轴逆时针转动，活塞自下止点向上运动。曲轴进气口与机匣进气管相连通，混合气经曲轴中心的进气通道进入机匣，如1-4所示。活塞继续上行，先后将汽缸驱气口和排气口封闭，对封闭在汽缸内的混合气进行压缩，混合气压力增大，温度升高，同时继续将新鲜混合气吸入到机匣内，如图1-5所示。 图1-4 吸气 图1-5 压缩（2） 活塞下行程活塞运动到上止点，混合气被压缩到体积最小、压力最大、温度最高，在汽缸顶部赤热的铱铂合金丝卷作用下，甲醇与空气混合气体爆燃，如图1-6所示。依靠螺旋桨转动的惯性，曲轴继续逆时针转动，活塞越过上止点。混合气爆燃产生的高温高压气体膨胀做功，推动活塞向下运动，经连杆推动曲轴的曲柄销，带动曲轴及螺旋桨逆时针旋转。曲轴继续逆时针转动，曲轴进气口与机匣进气管脱离，停止吸气。已吸入的混合气被封闭在机匣内，并随着活塞下移，压力逐渐升高。活塞下移到排气口以下，排气口打开，爆燃做功后的废气经排气口排出汽缸，如图1-7所示。活塞继续下移到驱气口以下，机匣内压力增大的新鲜混合气经驱气道进入汽缸，并将汽缸内的残余废气驱扫至缸外。活塞下移至下止点，依靠螺旋桨转动的惯性，带动曲轴继续逆时针转动，活塞越过下止点向上运动，开始下一个工作循环的吸气和压缩过程。 图1-6 爆燃做功 图1-7 排气和驱气上述过程不断地重复进行，发动机便连续运转，带动螺旋桨旋转，驱动模型飞机飞行。第2章 发动机测绘概述2.1发动机测绘概述1.发动机测绘的概念 发动机测绘是以整台发动机为对象，通过测量和分析，并绘制其制造所需的全部零件图和装配图的过程。测绘是一个认识实物和再现实物的过程，简言之，是先有实物而后有图样；设计是一个构思实物的过程，简言之，是先有图样，而后有实物。测绘与设计的不同点就在于此。2.发动机测绘的分类按发动机测绘目的分类，可分为三类: 1) 设计测绘：测绘是为了设计。为了设计新产品，对有参考价值的设备或产品进行测绘，作为新设计的参考或依据2) 机修测绘: 测绘为了修配。发动机因零部件损坏不能正常工作，又无图样可查时，需对有关零部件进行测绘，以满足修配工作需要。设计测绘与机修测绘的明显区别是：设计测绘的目的是为了新产品的设计与制造，要确定的是基本尺寸和公差，主要满足零部件的互换性需要。而机修测绘的目的仅仅是为了修配，确定出制造零件的实际尺寸或修理尺寸，以修配为主，即配作为主，互换为辅，主要满足一台发动机的传动配合要求。3) 仿制测绘：测绘是为了仿制。为了制造生产性能较好的发动机而又缺乏技术资料和图纸时，通过测绘发动机的零部件，得到生产所需的全部图样和有关技术资料，以便组织生产。测绘的对象大多是较先进的设备，而且多为整机测绘。3.常用的方法由于发动机测绘的目的不同，所以测绘的程序和方法也有所不同。在实际测绘中一般有以下几种方法和程序：零件草图+装配图+零件工作图零件草图+零件工作图+装配图装配草图+零件工作图+装配图4.发动机测绘的六个阶段 发动机测绘一般分为六个阶段： 准备阶段全面细致地了解测绘对象和任务，在各方面做好充分准备。 解体阶段对测绘的样机、样件进行解体、测试、记录、分组。绘制零件草图阶段绘制零件草图，提出测量要求。 测量阶段按草图要求，测量尺寸和有关参数，必要时化验材料。 绘制工作图阶段根据草图及有关测量数据、化验报告等有关方面的资料，整理出成套发动机图样（包括部装图、总装图等）。 质量复查阶段对图样进行全面审查，重点在标准化和主要技术条件，确保图样质量。5.零件的分类零件结构千差万别，在部件和发动机上所起的作用各不相同。根据它们的结构和作用，将发动机零件分类如下：1）一般零件：主要是箱体、箱盖、机匣、轴、套和盘类零件等。2）传动件：主要是带轮、链轮、齿轮、蜗轮、蜗杆等。3）标准件和标准部件：属于标准件的有螺栓、螺母、垫圈、键、销等；属于标准部件的有减速器、联轴器和轴承等。滚动轴承亦属于标准件。 标准件和标准部件的结构、尺寸、规格已经进行标准化，由专门工厂生产，因此在测绘时不需要绘制草图，只要将它们的主要尺寸测量出来，查阅有关设计手册，就能确定出它们的规格、代号、标注方法、材料和重量等，然后添入发动机零件明细表中即可。2.2 发动机测绘前的准备1.测绘对象原始资料的收集收集测绘对象的原始资料一般有：产品说明书（或使用说明书） 这是由生产厂家编的，内容有产品的名称、型号、性能、规格、使用说明等，一般附有插图、简图，有的还附有备件一览表。产品样本 它是生产家为介绍本厂系列产品而编的，一般有产品的外形照片及结构简图、型号、规格、性能参数等。 产品合格证明书 它是向用户保证产品质量合格的文件，有该产品的主要技术指标。产品性能标签 一些工业发达国家为了使顾客了解产品性能需求，以产品性能标签的形式，对商品进行宣传指导。产品性能标签相当于产品的身份证，在“标签”上详细描述产品外貌、名称、型号及各项性能指标和使用情况的内容，它比广告要准确可靠，还有一定权威性。 产品年鉴 它是按年份排列汇集的，介绍某一种或某一类产品的情况及统计资料等，对测绘有一定参考价值。 产品广告 它是一种介绍产品规格性能的宣传资料。有外观照片或立体图等式逻辑，对测绘有一定参考价值。 维修图册 它是生产厂家为用户提供的非常详细的资料，一般有结构拆卸图，零部件的装配、拆卸关系一目了然。 维修配件目录（或称易损件表） 它是为了提高设备完好率、统一管理和计划供应配件而编制的。它主要介绍发动机设备有关配件性能数据、型号和规格，附有配件型号规格、生产厂家、材质、重量价格示意图等。还有其他有关测绘对象的文献资料等。以上所说的并不是指每个测绘对象都有这些资料，而是泛指可能有的项目。2.拍照并绘制外轮廓图发动机形状比较复杂时，绘制外轮廓图费时较多，常用照相机拍下整机外形，包括附件、管道等的安装连接情况。拍照时，应拍摄样机的整体远景，各个角度的近景。此外，还应对一些特殊结构作专门拍照，对一些复杂细节拍摄特写镜头。2.3 发动机测绘实样解体1.拆卸工作的一般步骤做好拆卸前的准备工作，包括：场地的选择与清理；了解发动机的结构、性能和工作原理；拆前放油；预先拆下或保护好电气设备，以免受潮损坏；先将发动机中的大部件解体，然后将各大部件拆卸成部（组）件；将各部（组）件再拆卸成测绘所需要的（组）件或零件。2.拆卸时需做好以下几点 （1）选择合理的拆卸步骤：发动机的拆卸顺序，一般是由附件到主机，由外部到内部，由上到下进行拆卸。 （2）编零件号牌和作标记：拆卸下来的零部件应马上命名与编号，作出标记并作相应记录。必要时在零件上打号，然后分区分组放置。打号方法常用于相似零部件较多，零部件装配位置要求十分严格，或非常重要的零部件为了避免混乱现象，号牌应事先做好。号牌上内容应包括名称、编号、件数。为使各零部件有区别和酲目，号牌用较硬的不同颜色的纸制作。（3）做好记录本：拆卸记录必须详细具体，对每一拆卸步骤应逐条记录并整理出今后装配注意事项，尤其要注意装配的相对位置，必要时作出标记。对复杂组件，最好在拆卸前作照相记录。对在装配中有一定的啮合位置、调整位置的零部件，应先测量、鉴定，作出记号，并详细记录。 （4）其他现场鉴定：发动机设备所用的辅助材料，应作出鉴定，并详细记录。 （5）绘制或完善各种示意图：绘制零件图、部装图和总装配示意图等。3.一般拆卸方法（1）利用冲击力拆卸法利用锤头的冲击力打出要拆卸的零件，这种拆卸法用于零件比较结实或精度不高的零件。为保证受力均匀，常采用导向柱或导向套筒。导向柱或导向套应略小于被拆零件的直径。另外，最好利用弹簧支承在孔中，当导向柱（套）压出被拆卸零件时，可防止损坏零件。（2）压出法这种拆卸方法作用力稳而均匀，作用力的方向容易控制，但需要一定的设备。 （3）拉出法这种拆卸方法常用一些特殊的螺旋拆卸辅助工具，其样式较多。细长件的拆卸除了用拉力外，再辅以振动，拆卸效果比较好。薄壁筒的拆卸，在拉力作用下再辅以径向（周边）轻微的侧向力，效果更好。（4）温差法利用材料胀冷缩的原理进行拆卸，称温差法拆卸。例如当拆卸大尺寸的轴承或其他过盈配合件时，为了免遭破坏可采用此法。（5）螺纹联接的拆卸：1）拆卸顺序：拆卸螺纹联接时，拆卸顺序与装配时的拧紧顺序相反，由外到里依次逐渐松开。2）选用合适的扳手：对六角头或方头的螺钉头、螺栓头或螺母，最好采用相应尺寸的固定扳手。避免采用活动扳手，以免滑脱，损坏零件。特殊结构的螺母各螺纹联接，如端面带槽或孔的圆螺母，可用带槽螺母扳手和销钉扳手拆卸。3）螺柱的拆卸：用双螺母拆卸螺柱时，须用两个扳手同时将两个螺母沿相反方向拧动，使它们在螺柱上互相压紧，然后扳动下面的螺母使之沿着松脱方向转动，即可卸下螺柱；用高螺母拆卸器拆卸螺柱时，先将它拧入螺柱，再拧紧止动螺钉，然后用扳手沿松脱螺柱的方向扳动高螺母即可；用楔式拆卸器拆卸螺柱时，先将它拧入螺柱，再将楔子楔入压紧螺柱，然后将手柄沿松脱螺柱的方向转动，即可以卸下螺柱；调整螺钉的拆卸，一般用双套筒扳手，先拧紧内套筒，然后按松脱紧固螺母方向拧松外套筒，即可拆下；螺纹联接扭转力矩或转角的测量，无论是拆卸哪种螺纹联接，最好都能在拆卸过程中测量一下螺纹联接的扭转力矩或转角，尤其对一些重要的螺纹联接处（如发动机汽缸盖的联接、活塞皮碗等橡胶件的螺纹联接处），必须准确测定。而对一般螺钉或螺栓则可抽测几个，以分析锁紧力，作为测绘各类锁紧垫片的依据。通常用公斤扳手就能测出。受空间位置限制的特殊场合的拆卸。4.拆卸应注意的事项：（1）注意安全；（2）注意保护高精度重要表面；（3）防止零件丢失；（4）合理选择拆卸工具；（5）记录拆卸方向；（6）保护贵重零件；（7）注意特殊零件的拆卸；（8）报废件的管理。 2.4 测绘零件技术条件的确定1. 表面粗糙度 表面粗糙度的概念：表面粗糙度是零件表面的微观几何形状误差，它对零件的使用性能如摩擦与磨损、配合性质、疲劳强度、接触刚度、耐腐蚀性等都有很大的影响。因此，在测绘中正确确定被测零件的表面粗糙度是一项重要内容。表面糙度的确定方法：比较法、测量仪测量法、类比法 。2. 材料及热处理 材料确定方法：鉴定材料、选择材料、确定材料、按力学性能指标选择材料及热处理方式、典型零件选材及热处理选择 。选择材料分类：使用性能、失效形式、工艺性能、经济性。 材料按力学性能分类：综合力学性能、磨损性。 3. 极限与配合 基准制分为：基孔制、基轴制。公差：公差等级应用、公差考虑因素。零件相互配合特征：配合应用、考虑要点。零件相互配合的实测值：基准件实测值、非基准件实测值、应用、计算公式、范围、中值、确定步骤。极限与配合技术的其它测绘与配合特征：精确测量、配合基准制、测绘圆整法、尺寸精度、基本尺寸数值、基准件公差、相配件公差等级、平均公差、相配合孔、轴上、下偏差。 4.形位公差零件相互配合的实测值范围：由于制造误差与测量误差各应小于或等于原图规定的公差，所以实测值应大于或等于零件的最小极限尺寸而小于或等于最大极限尺寸。零件相互配合的实测值中值：由于制造误差和测量误差在大批大量生产时，条例正态分布规律，即它们处于中值的概率为最大。当只有一个测得值时，便可将该实测值作为被测零件在公差中值时的零件尺寸；将实测的间隙或过盈当成图纸所给间隙或过盈的中值。当实测值有多个值时，则应进行概计算。5. 精确测量：测量精度应保证小数点后三位。为精确起见，测量中应对同一几何量进行等精度测量，在剔除粗大误差后求出其算术平均值，并将此值作为被测件的公差在公差中值时的测得值。 6. 配合基准制：根据零件结构、工艺性、经济性几个方面综合考虑，一般情况下，优先选用基孔制。 7. 测绘圆整法：根据实测值与公差的内在联系提出从实测值中确定基本尺寸的定量方法。第3章 航空模型发动机零部件测绘3.1 计算机辅助设计制造概述及三维设计软件3.1.1 CAD/CAM技术的发展与应用CAD是英文“Computer-Aided Design”的缩写，即计算机辅助设计，CAM是英文“Computer Aided Manufacturing”的缩写，即计算机辅助制造。CAD/CAM是计算机技术的一个重要分支。CAM是也是一门重要的计算机应用技术。随着计算机硬、软件技术和其它科学技术的进步与发展，CAD/CAM技术日趋完善，它的应用范围也不断扩大。今天的CAD/CAM已广泛应用于数值计算、工程绘图、工程信息管理、生产控制等设计生产的全过程中。它的应用行业已遍及电子、机械、造船、航空、汽车、建筑、纺织、轻工及工程建设等。由于CAD/CAM技术对传统产业的改造，新兴产业的发展，劳动生产率的提高，市场竞争能力的增强产生巨大的影响，因此CAD/CAM技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一，在一定程度上能反映出一个国家的综合实力。CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代(1963-1989)十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM的应用迅速普及。在工业发达国家，CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广,由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家“流向”发展中国家。 CAD是一个包括范围很广的概念，概括来说，CAD的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。 CAD在机械制造行业的应用最早最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”,更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制,缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发,以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。 如今,CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史,美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境，获得极大的票房收入。比如美国的星球大战、外星人、侏罗纪公园等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片玩具总动员，都取得了极大的成功。轰动全球的大片泰坦尼克应用了大量的三维动画制作,用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。此外，动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术，实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。 近十年来，在CIMS工程和CAD应用工程的推动下,我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前,我国从国外引进的CAD软件有好几十种,国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAD软件，并投放市场，我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。3.1.2三维设计软件Pro/ENGINEE系统简介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。著名的三维建模软件Pro/ENGINEER是美国PTC（参数技术）公司的大作。自1988年Pro/ENGINEER问世以来该软件不断发展和完善，经过20余年的发展，目前已是世界上最为普及CAD/CAM/CAE软件之一，基本上成为三维CAD的一个标准平台。目前已经发布了Pro/ENGINEER proewildfire6.0。Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。该软件版本主要经历了2000、2000i、2001、Wildfire版本升级过程。从2001版本发展到Wildfire版本，Pro/ENGINEER的界面风格和易用性发生了很大变化，特别是以直观的可交互的特征操控面板替代以往版本的菜单流风格，不仅便于用户快速掌握此软件的使用，也大大提高了设计人员的操作效率。Pro/ENGINEER具有以下的特点：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。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。 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。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。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。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。3.2 零件建模的基础3.2.1 零件建模的概述零件建模的基本技术是基于草绘特征的。草绘特征是零件建模的重要特征，任何零件的创建都离不开草绘特征，熟练掌握草绘特征的创建是学习三维设计的基本功。 3D建模不同于2D绘图，2D绘图在1个平面上即可完成，而3D建模则是在空间中进行的，建立的模型具有长度、宽度、高度三个方向的尺寸。在3D建模中，首先要选定工作空间的坐标系（包括原点、坐标轴和基准平面），用户一般可直接使用Pro/ENGINEER系统提供的默认坐标系，然后再明确草绘平面与参照平面即可。草绘平面：在该面绘制模型的特征截面或扫描轨迹线等。参照平面：选定与草绘平面垂直的1个面，作为参照平面，以确定草绘平面的放置特征。所述特征均由二维截面经过拉伸、旋转、扫描等方式生成，因为特征截面以草图的方式绘制，因此这种建模方式又称为零件建模的草绘特征。在零件建模过程中可使用草绘特征增加材料或去除材料。 3.2.2 零件建模的步骤单击主菜单“文件”命令后,在子菜单中选择“新建”选项,或用鼠标直接在工具栏中单击“新建”工具图标,系统将弹出一个“新建”对话框,如3-1图所示：在“类型”下选中“零件”选项,在子类型下选中“实体”，取消使用缺省模板，单击确定按钮,系统又弹出一个新的对话框,如图3-2所示: 图3-1 新建对话框 图3-2 新文件选项卡在该对话框中选择合适的模板后，单击“确定”按钮,此时就可进入新建的零件绘制模式环境中，如图3-3所示:图3-3 零件工作界面3.3 航空模型发动机零部件的测绘航空模型发动机如图3-4所示，拆卸完成后运用游标卡尺等测量工具对所要测绘的零部件逐一测量并记录数据，然后根据所记录的数据以及各零部件间的配合，在Pro/ENGINEER中依次画出发动机的各个零部件。 图3-4 航空模型发动机现对如图3-5所示的汽缸的建模过程做一详细介绍，具体的操作步骤如下： 图3-5 汽缸步骤1：新建零件文件。（1） 单击工具栏上（新建）按钮，弹出“新建”对话框，如图3-6所示。（2） 在“类型”选项组中选择“零件”单选按钮，在“子类型”选项组中选择“实体”单选按钮；在“名称”文本框中，输入零件名称cylinder；并取消选中“使用缺省模板”复选项，不使用默认模板。（3） 在“新建”对话框中，单击“确定”按钮，弹出“新文件选项”对话框，如图3-7所示。 图3-6 新建对话框 图3-7 新文件选项卡（4） 在“模板”选项组中，选择mmms_part_solid选项。（5） 单击“确定”按钮，进入零件设计模型。步骤2：以拉伸的方式创建圆柱体。（1） 单击（拉伸工具）按钮，打开拉伸工具操控板。（2） 在拉伸工具操控板上指定要创建的模型特征为实体（实体）。（3） 单击拉伸工具操控板中的“放置”按钮，弹出“放置”下滑面板，然后单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。（4） 选择RIGHT基准平面作为草绘平面，其他设置如图3-8所示，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。图3-8 定义草绘平面和草绘方向（5） 绘制如图3-9所示的拉伸剖面。单击（继续当前部分）按钮，完成草绘并退出草绘模式。（6） 在拉伸工具操控板上，接受默认的深度类型选项为（盲孔），输入要拉伸的深度值为2。（7） 在拉伸工具操控板上，单击（完成）按钮。在键盘上按Ctrl+D组合键，以标准方向显示模型，如图3-10所示。 图3-9 草绘剖面 图3-10 创建的圆柱体步骤3：以拉伸的方式创建圆柱体。（1） 单击（拉伸工具）按钮，打开拉伸工具操控板。（2） 在拉伸工具操控板上指定要创建的模型特征为实体（实体）。（3） 单击拉伸工具操控板中的“放置”按钮，弹出“放置”下滑面板，然后单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。（4） 选择如图3-11所示的零件右端面，以TOP基准平面作为“左”方向参照，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。图3-11 定义草绘平面和草绘方向（5） 绘制如图3-12所示的剖面，单击（继续当前部分）按钮。（6）在拉伸工具操控板上，接受默认的深度类型选项为（盲孔），输入要拉伸的深度值为1。（7）在拉伸工具操控板上，单击（完成）按钮。在键盘上按Ctrl+D组合键，以标准方向显示模型，如图3-13所示。 图3-12 草绘剖面 图3-13 创建的圆柱体步骤4：以拉伸的方式创建圆柱体。（1） 单击（拉伸工具）按钮，打开拉伸工具操控板。（2） 在拉伸工具操控板上指定要创建的模型特征为实体（实体）。（3） 单击拉伸工具操控板中的“放置”按钮，弹出“放置”下滑面板，然后单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。（4） 选择如图3-14所示的零件右端面，以TOP基准平面作为“左”方向参照，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。图3-14 定义草绘平面和草绘方向（5） 绘制如图3-15所示的剖面，单击（继续当前部分）按钮。（6）在拉伸工具操控板上，接受默认的深度类型选项为（盲孔），输入要拉伸的深度值为21。（7）在拉伸工具操控板上，单击（完成）按钮。在键盘上按Ctrl+D组合键，以标准方向显示模型，如图3-16所示。 图3-15 草绘剖面 图3-16 创建的圆柱体步骤5：创建倒角特征。（1） 单击（倒角工具）按钮，打开倒角工具操控板。（2） 在倒角工具操控板上，选择边倒角标注形式为45D，在D尺寸框中输入0.8。（3） 在模型中选择如图3-17所示的边线。（4） 在倒角工具操控板上，单击（完成）按钮。在键盘上按Ctrl+D组合键，以标准方向显示模型，如图3-18所示。 图3-17 选择倒角边线 图3-18 创建的倒角步骤6：创建孔特征。（1）单击（孔工具）按钮，打开孔工具操控板。（2）在孔工具操控板中默认（创建简单孔）按钮处于被选中的状态，在钻孔的直径值文本框中输入直径值12.5，选择深度类型选项为（通孔）。此时孔工具操控板中的按钮及选项如图3-19所示。 图3-19 孔工具操控板（3）单击孔工具操控板上的“放置”按钮，弹出孔放置参照选项卡，选择如图3-20所示的零件右端面作为孔的放置参照平面，在放置选项卡“类型”中选择“线性”参照方式，在“偏移参照”文本框中单击，按住Ctrl键分别选择TOP和FRONT两基准平面，分别将这两基准平面后的偏移数值改为0，此时孔放置参照选项卡如图3-21所示，零件上的孔的放置参照如图3-22所示。 图3-20 孔的放置参照平面 图3-21 孔放置参照选项卡图3-22 零件孔的放置参照（4）在孔工具操控板上，单击（完成）按钮。步骤7：创建倒角特征。（1） 单击（倒角工具）按钮，打开倒角工具操控板。（2） 在倒角工具操控板上，选择边倒角标注形式为45D，在D尺寸框中输入0.5。（3） 在模型中选择如图3-23所示的边线。图3-23 选择倒角边线（4） 在倒角工具操控板上，单击（完成）按钮。步骤8：创建基准平面特征。（1） 单击（基准平面工具）按钮，打开“基准平面”对话框。（2） 选择RIGHT基准平面，在“基准平面”对话框的“偏距”框中输入13，按Enter键（回车键）确认，如图3-24所示。（3） 单击“基准平面”对话框中的“确定”按钮，按成基准平面DTM1的创建。（4） 单击（基准平面工具）按钮，打开“基准平面”对话框。（5） 选择FRONT基准平面，在“基准平面”对话框的“平移”框中输入9.35，按Enter键（回车键）确认，如图3-25所示。 图3-24 创建基准平面 图3-25 创建基准平面（6） 单击“基准平面”对话框中的“确定”按钮，按成基准平面DTM2的创建。步骤9：以拉伸方式切除材料。（1） 单击（拉伸工具）按钮，打开拉伸工具操控板。（2） 在拉伸工具操控板上指定要创建的模型特征为实体（实体），并单击（去除材料）按钮。（3） 单击“放置”按钮，打开“放置”下滑面板，接着单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。（4） 选择上面创建的DTM2基准平面作为草绘平面，选择以RIGHT基准平面作为“底”方向参照，如图3-26所示，单击“草绘”按钮。图3-26 草绘方向（5） 单击工具栏上的（无隐藏线）按钮，将模型以无隐藏线方式显示，接着单击菜单栏上的按钮，在弹出的对话框中单击“参照”选项，选择如图3-27所示的两个剖面作为参照，绘制如图3-27所示的剖面，单击（继续当前部分）按钮。（6）在拉伸工具操控板上，接受默认的深度类型选项为（盲孔），输入要拉伸的深度值为2。（7）在拉伸工具操控板上，单击（完成）按钮。在键盘上按Ctrl+D组合键，以标准方向显示模型，如图3-28所示。 图3-27 草绘剖面 图3-28 拉伸切除模型步骤10：创建基准轴。（1） 单击（基准轴工具）按钮，打开“基准轴”对话框。（2） 选择DTM1基准平面，按住Ctrl键的同时选择基准平面DTM2，如图3-29所示。图3-29 创建基准轴A_5（3） 单击“基准轴”对话框中的“确定”按钮，完成基准轴A_5的创建。步骤11：创建基准平面DTM3。（1） 单击（基准平面工具）按钮，打开“基准平面”对话框。（2） 选择DTM1基准平面，按住Ctrl键的同时选择轴线A_5，接着在“基准平面”对话框的“旋转”框中输入60，按Enter键（回车键）确认，如图3-30所示。图3-30 创建基准平面DTM3（3） 单击“基准平面”对话框中的“确定”按钮，按成基准平面DTM3的创建。步骤12：以拉伸方式切除材料。（1） 单击（拉伸工具）按钮，打开拉伸工具操控板。（2） 在拉伸工具操控板上指定要创建的模型特征为实体（实体），并单击（去除材料）按钮。（3） 单击“放置”按钮，打开“放置”下滑面板，接着单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。（4） 选择上面创建的DTM3基准平面作为草绘平面，选择以TOP基准平面作为“右”方向参照，如图3-31所示，单击“草绘”按钮。图3-31 草绘方向（5） 系统进入草绘模式前自动弹出“参照”对话框，单击选取基准轴A_5作为参照，如图3-32所示。（6） 单击“参照”对话框中的“关闭”按钮，进入草绘模式。（7） 绘制如图3-33所示的剖面，单击（继续当前部分）按钮。（8） 在拉伸工具操控板上，选择深度类型选项为（对称拉伸），输入要拉伸的深度值为16。（9） 在拉伸工具操控板上，单击（完成）按钮。 图3-32 选择参照 图3-33 草绘剖面步骤13：创建倒圆角特征。（1） 单击（倒圆角工具）按钮，打开倒圆角工具操控板。（2） 在倒圆角工具操控板的尺寸框中，输入当前倒圆角集的半径值为1。（3） 按住Ctrl键在模型中选择如图3-34所示的4条边线。图3-34 选择倒圆角边线（4）在倒圆角工具操控板上，单击（完成）按钮。步骤14：创建镜像特征。（1） 按住Ctrl键在模型树中选择如图3-35所示的特征，单击（镜像