毕业论文设计

1、云南锡业职业技术学院毕业设计（论文）说明系（部） 机电工程系 专 业 机电一体化技术年 级 10级 姓 名 指导教师 2012年 11月 20 日摘 要虚拟技术是全球化趋势下现代制造业需求和虚拟现实技术推动的结果。面对激烈的市场竞争，制造业必须加速产品开发进程，缩短产品设计开发周期。与传统的装配设计相比，虚拟装配技术能满足并行工程的要求，实现产品可装配的设计及时发现产品设计中的问题，提高了装配质量和装配效率，降低了装配成本。本论文主要研究基于Pro/ENGINEER设计平台进行了产品的虚拟设计的方法，其中以电风扇为例，详细地研究了该方法进行产品虚拟设计的关键环节，即零部件建模、虚拟装配、运动仿

2、真等。论文还对产品设计中虚拟设计方法与传统设计发展的差异、优越性进行了比对。本研究为基于Pro/ENGINEER的产品虚拟设计方法奠定了基础。该方法具有广阔的应用前景，通过深入研究，该方法还将进一步发挥潜能，是一种非常有前景的产品虚拟设计方法。关键词：电风扇，虚拟设计，虚拟装配，运动仿真30第一章 绪论1.1 课题的提出目前，世界各国的经济竞争，主要体现为制造技术的竞争。电风扇是现实生活中最常用的一种家用电器。它影响着人们的日常生活，因为电风扇和空调相比有很多优点，它比空调的耗能要小，特别是随着国际能源短缺和人们节能观念的深入，电风扇更受重视。另外，电风扇吹风比较自然，开门窗也不受影响，而空调

3、房间都是密闭的，空气流通差，很容易感染疾病。此外电风扇价格比较便宜受到大众的喜爱。在电风扇设计中的应用在市场发展越来越成熟的今天，电风扇产品所涉及的学科和工业门类众多，用传统的设计方法很难达到。所以就需要寻找一种新的方法来对电风扇进行设计。综上所述迫切要求实现电风扇的虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配、运动学仿真、动力学仿真等。1.1.1 虚拟装配现状及发展虚拟装配是近十几年兴起的虚拟制造技术研究的重要方向之一，它从产品装配的视角出发，以提高全生命周期的产品及其相关过程设计的质量为目标，综合利用计算机辅助设计技术、虚拟现实技术、计算机建模与仿真技术、信息技术等，建立一个具有较强真实感的虚拟环境，设计

4、者可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能，并制定合理的装配方案。虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配在航空航天、汽车、船舶、工程机械等领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。1.1.2 国内虚拟设计现状及发展我国许多制造厂存在机制僵化，包袱沉重、观念落后、设备老化、技术落后等共性问题，因此，如何应用先进制造技术，探索一种提高企业竞争力要素的全面

5、解决方案，成为各研究机构和企业重点研究课题。面对市场全球化和激烈的市场竞争，如何才能有效地提高产品质量、降低成本、缩短产品上市时间、抢先占领市场、赢取先期垄断市场的丰厚利润，是产品设计部门面临的一个共同的靠课题。传统制造业在产品设计、制造过程中存在以下问题：（1） 产品设计质量不高、预见性差，主要表现在对大型、复杂程度较高的产品时，由于设计手段及生理因素的限制，设计易出错和人为疏漏，并缺乏对产品制造、装配工艺的预见，影响设计质量；（2） 在传统设计模式中，基本是串行流程，设计、制造周期长，不能快速响应市场，计划经济时代，是“大鱼吃小鱼”。而在市场经济时代，则是快鱼吃慢鱼，市场响应快的企业往往能

6、占得先机，赢得市场。反之会被激烈的市场竞争淘汰；（3） 产品设计、制造费用高，产品成本上升，缺乏市场竞争力。由于设计中的错误多数只有在生产、装配中发现，返工和废品增加成本。依靠物理原型机进行产品生产、装配、测试和更改设计，产品开发的要求，企业继续根据自身特点，探索一种先进高效的设计方法和模式。要解决上述问题，制造业必须从产品的设计手段和方法研究着手，加强信息技术与传统产业的结合，促进传统产业的技术升级。由于计算机硬件、计算机网络、信息处理等技术取得了飞跃性的进步。为人们实现先进的哲理思想，解决企业在激烈的市场竞争中面临的问题提供了技术手段的可能性。但是，当人类利用信息技术工具解决制造系统的问题

7、时，也会遇到制造系统与信息系统之间的“沟通”问题，必须解决如何利用信息工具描述制造系统、处理制造活动的问题。本文提出一种基于Pro/ENGINEER平台的虚拟设计技术对传统产品的设计开发方法，以电风扇为典型案例，应用虚拟设计技术，完成三维实体设计，虚拟装配，机构的运动仿真以及电风扇扇叶注射模的设计。运用虚拟设计技术可以在产品实际生产前采取预防措施，从而使产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期的目的，为企业全面采用虚拟产品开发技术设计产品，提供可行的流程和方法。因此，本课题对企业提高开发产品的市场竞争力有积极的作用，值得探索和研究。相信通过对发达国家的一些成功经验的研究与学习，我国

8、的制造业会越来越多地应用虚拟设计和制造技术，增强自身竞争力，使自己在国际化市场处于不败之地。1.2 论文的主要内容 本文利用Pro/ENGINEER对电风扇主要零件进行三维设计，并对其进行虚拟仿真。其主要内容包括：1 对电风扇的基础零件三维绘制；2 三维建模、装配约束、干涉检测及系统优化等；3 应用虚拟技术进行电风扇的虚拟装配和仿真；4 对虚拟装配理论和关键技术进行了解研究。本论文应用到了虚拟建模、虚拟装配、虚拟仿真分析等内容。1.3 本论文研究的意义随着全球经济一体化的大经济环境形成，市场竞争愈演愈烈，国内许多企业正面临着严峻的考验，企业在积极主动地采用先进技术和生产方式，增强自身在市场竞争

9、中的应变能力和生存能力。我国许多产品的开发大多数采用的是串行方法，设计试制出原型样机，然后测试，验证并分析它们，工程师设计出产品，往往要经过多次反复的试制才能成功进入市场，产品开发时间长，无法再缩短上市时间上去的实质性的突破。近年来，虚拟现实技术的应用越来越广泛，它大大改变了人与计算机之间的交互方式。在这种情况下产生了虚拟制造技术，而虚拟装配是虚拟制造技术的一个重要组成部分，是当前装配设计技术的一种崭新的思路和方法，具有非常重要的研究价值。虚拟装配设计是产品设计的重要环节，它可以为企业带来众多的经济效益，例如缩短产品的开发周期，提高产品的质量和可靠性，降低生产成本和减少库存等。第二章 虚拟装配

10、与模拟仿真2.1 虚拟装配2.1.1 装配以及虚拟装配的概念1 装配的概念任何一台机械，都是由许多零件以及部件组成。我们把零件以及部件组装成一台完整的机械的过程成为装配。由于机械的复杂程度不同，零件组合情况不同，在机械装配中，我们把组成机械的单元进行分区：1）零件 是机械组装的基本单元。零件时由一整块材料做成，在结构上不能再进行拆分。在装配过程中，有的零件具有配合基准，可以保证装配在其上面的零件具有正确的相对位置，我们称之为基础零件。在电风扇中。后座可以认为是基础零件。2 ）组件 由软干戈零件组成，不具有独立的功能，比如活塞连杆组件，它由连杆、活塞、销等零件组成，但是它不具有独立作用。3 ）部

11、件和总成 由若干个零件或组件组成，具有结构和作用上的独立性。习惯上我们把直接组成机械的单元成为总成。组成总成的单元成为部件。机械的装配过程就是由零件组装成组件、由组件组装成部件、由部件组装成总成以及最后组装成机械的过程。2 虚拟装配的概念虚拟装配实际上是在计算机上模拟设备的连续装配过程如何有效地模拟实际装配过程是虚拟装配的目的，设备采用分层装配是为了更好地模拟装配的过程。对于整体设备而言，我们关心的是设备中各个组件在装配体中的装配形式及其装配过程，因此在虚拟装配过程中首先要确定进行装配的零部件组成，其次确定各个零部件的装配顺序，再次确定各个零部件所需的装配约束。最后以连续的方式实现虚拟装配过程

12、。在三维设计系统中进行设备的运动仿真就是在设计过程中模拟设计产品的运行情况，为设计评估提供依据。设备中各个运动部件的运动方式是多种多样的，但总的说主要有直线运动、回转运动、曲线运动等。要在计算机上模拟设备中各个部件的运动过程，就必须了解各个零部件的运动形式及其运动过程。因此首先要对各个部件的运动进行分析，然后是其运动的实现。2.1.2 虚拟装配的要求及建立过程产品进行虚拟装配能实现如下功能：1 体现产品的功能要求2 应能对装配进行评价，指出装配方法的优劣3 能满足并行工程的需要4 能够使装配产品系列化，以适应市场。虚拟装配需要以下步骤：1 建立产品的三维模型；2 规划产品的装配顺序 ；3 规划

13、每个产品的装配路径；4 对产品的可装配性进行评价。2.1.3 虚拟装配的意义众所周知，制造业是国家的经济基础，是国民经济的装备部门，在一定的历史时期，制造业的发达与否，影响一个国家的前途命运，这对于我们国家具有特殊的意义。虚拟制造是新世纪制造业发展的重要方向之一，是现实制造过程在计算机上的本质体现。他能在虚拟状态下设计、制造、测试和分析产品，从而更迅速更有效地进行产品开发和制造。虚拟装配是虚拟制造的关键组成部分之一，他通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，不需要实际产品作支持。它通过统一的产品数据管理实现产品的三维设计过程与产品零部件制

14、造、装配的高度统一。其作用可归结为如下几个方面：1 选择最佳方案，优化装配结构。装配设计的基本任务是从原理方案出发在各种因素制约下寻求装配结构的最优解，由此拟定装配草图。在虚拟环境中对不同的装配方案进行比较，选择最优方案，可以完善装配系统，保证产品的合格率和优质率。2 制造虚拟样机，节约制造使用费用。采用廉价的数字模型，设计人员可以从设计到生成制造整个过程出发制定周密的计划，多方面对产品进行观察和分析，预见生成和装配过程中出现的问题，即节约了制造物理样机的费用，又减少了材料和产品的库存。3 产品的可行性分析，降低装配成本。对产品的可装配性分析是产品可制造型的基础。通过对机构进行运动仿真，确保产

15、品的零部件能够装配到位，也能够分析维修过程中可能出现的问题，考虑工具及安全性、视线和拆卸等方面的问题，既降低了成本，又有利于提高产品的质量和可靠性。4 产品并行设计和VR技术的支持和保障。产品并行设计是让下游有关活动尽早溶汇到上游的过程中来，使下游的有关因素能在设计早期加以考虑。2.1.4 虚拟装配技术国内外的研究动态及现状面向虚拟装配技术大体上可分作两个层次。一是采用装配过程可视化手段和干涉检查工具，直观地展示产品装配过场中零部件的运用形态和空间位置关系，并提供装配序列的性能及其优化结果。二是基于虚拟现实技术构造虚拟的产品装配环境，操作人员有身临其境的感觉，并能通过视觉、听觉和触觉来感知产品

16、的装配顺序和效果。迄今为止，虚拟装配的发展可分为三个阶段：第一阶段是虚拟装配理论的提出与完善，第二阶段是虚拟装配原型系统的开发阶段，第三阶段是虚拟装配在工业界的应用研究阶段。由于虚拟装配技术有着广阔的应用前景，国外的政府部门、企业和大学科研院所从20世纪90年代中前期就开始了对虚拟装配技术多方位、多层次的研究，并且取得了很多的成果，现在已经进入对虚拟装配技术深入研究和广泛应用的阶段。二十世纪九十年代末期，国内以清华大学、浙江大学为主的高等院校、科研院和企业开始积极开展虚拟装配技术的课题与项目研发工作，积极进行有意义的理论研究与探索，并且已经取得了阶段性的理论成果。国内虚拟装配研究目前正处于从第

17、二阶段想第三阶段过渡的状态，处于原型系统开发或部分使用阶段。2.1.5 虚拟装配方法与传统装配方法之间的比较1装配方法：传统制造理论认为，装配应该是整个制造过程的最后一个环节，就是按规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和联接，使之成为半成品和成品的工艺过程。同时，传统制造业大都注重规模效益，新产品的开发大都局限于已有产品进行局部的改进设计，而设计人员及工人已对产品本身及装配工艺比较熟悉，一定程度上还是能够完成产品的设计、试验生产、装配验证最终批量生产的整个过程。传统装配主要存在两个问题：第一，人的因素的影响：产品装配一直依赖于人的技巧、经验和判断，装配质量也主要取决于装配人员本身的体能和

18、技能，一些借助机械手、机器人来进行的装配，仍然需要依赖人的经验来制定其装配序列和装配路径。第二，装配过程被局限在“设计-制造（装配）-评价”和“事物验证”的封闭时空模式中。2 虚拟装配的优势：作为一门新兴的技术，虚拟装配技术实际上是装配和制造技术、可视化技术、仿真技术、产品设计方法学、虚拟现实技术等多种技术的结合，所以它的发展与以上技术密切相关。虚拟装配技术主要的特点归纳如下：以实现可装配性的全面改善为目的，以实现操作仿真的高度逼真为要点，以实现装配信息模型的集成化为核心，以全周期装配环节为对象，以装配多样化为特色它可以改变传统装配中的如下不足：1 传统装配必须等零件全部加工完成之后才能进行装

19、配；2 传统装配不能体现并行设计思想；3 传统装配一般要反复修改，进行多次试装配，使得产品周期长，成本高，不能适应当前密接制造的需要。2.2 虚拟仿真2.2.1 仿真技术的起源仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。在计算机问世之前，基于物理模型的试验一般成为“模拟”，它一般附属于其他相关学科自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数字计算成为可能，数字仿真技术得到蓬勃的发展，从而使仿真形成一门专门学科系统仿真学。系统设计是一项复杂的任务，计算机辅助设计及仿真技术为系统设计提供了强有力的工具。2.2.2 仿真技术在产品开发及制造过程中的应用虚拟制造是实际制

20、造过程在计算机上的本质体现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群协同工作，在计算机上建立产品的三位数字化模型，“在计算机上制造”产生许多“软”样机，从而，在设计阶段，就可以对所设计的零件甚至整机进行可制造分析，这包括加工过程的工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运动学分析以及整机的动力学分析等，甚至包括加工时间、加工费用、加工精度分析等。在三维设计系统中进行运动仿真主要是借助于设计系统提供的参数化功能。参数化技术实质上是一种尺寸驱动技术，其原理是当零部件模型中的驱动尺寸产生变换时，零部件模型中相应的形体随之发生改变。在本文中实现设备运动仿真的原理是，当连续改变模型中的某个驱动尺寸

21、，模型中相应的形体就会发生连续的改变从而形成模型连续运动的效果。利用这种方法实现的运动仿真需要建模和装配技术的支持。以便与CAM、CAE、CAPP等技术相结合实现设计与制造的集成。然而目前的三维设计系统随着计算机的发展，在CAD 技术领域中，二维设计逐渐向三维设计方向发展，只是提供了简单的建模、装配及二维工程图生成功能，这些功能远远不能满足设计工作的要求，比如当设计者在设计过程中需要进行一些简单的工程分析工作时，系统就无法满足要求，因此需要其它的工程分析系统来配合以便完成相应的工作，这就会大大增加设计者的设计工作量、延长设计的周期、增加设计费用。下面就以虚拟仿真技术在电风扇设计中的应用。第三章

22、 电风扇的虚拟建模装配3.1 引言电风扇主要元件有扇叶、后座、底座和外壳。本文主要是对其虚拟装配建模进行分析。使用的具体工具软件是Pro/ENGINEER。由于它是本文设计过程中主要用到的软件，这里对它的功能、特点和使用情况作简要介绍：1989年，PTC公司推出了基于特征的参数化CAD/CAM集成软件Pro/ENGINEER(简称Pro/E)，产品一经面世就深受用户欢迎，引起业界的极大震动。Pro/E提出的参数化、基于特征、单一数据库、全相关及工程数据再利用等概念改变了CAD的传统观念，这些全新的概念已成为当今世界CAD领域的新标准。Pro/ENGINEER主要特点可概括为：1 全三维设计。在

23、Pro/E平台上，设计人员可以完全依照自己的三维设计构思在系统提供的三维虚拟模型。在Pro/E平台上，设计人员完全可以依照自己的三维设计构思在系统提供的三维虚拟环境下展开创作，所见即所得，直接而又直观。在Pro/E中设计的三维模型不仅仅具有逼真的三维视觉效果，更包含了产品完整的数学描述，因此系统可以随时自动计算出模型的体积、表面积、质心、重量、惯性矩等物理属性。2 基于特征。特征是在Pro/E中进行零件设计的基本设计单位。在Pro/E下的设计类似于使用特征来搭积木的过程，这一过程非常符合工程师的思维习惯，从而使设计工作成为工程师对产品构思的自然表达。3 参数化设计。Pro/E软件是第一套将参数

24、化设计理念应用于实际工程的软件，对传统CAD技术提出了挑战。尺寸驱动是参数化设计的重要特点，所谓尺寸驱动是指以模型的尺寸来决定模型的形状，尺寸一旦修改，模型自动更新，这一特点给产品开发中的反复修改设计带来前所未有的便利。4 全相关的单一数据库。Pro/E中的产品设计建立在内部单一的数据库上，改变了传统CAD/CAM系统建立在多个数据库上的模式。所谓单一数据库，是指一个项目的资料全部在一个数据库中，不同部门的设计人员能够同时开发同一个产品而实现协同工。在整个设计过程的任何一处发生改动，都可以自动反映在其他环节上，从而保证了数据的一致性和正确性，避免多环节反复修改带来的混乱。 Pro/E是一个庞大

25、的软件系统，其内容丰富、功能强大，目前共有80多个专用模块，每个模块都有自己独立的功能，涉及机械设计、工业设计、分析仿真、加工制造等多方面。其的主要功能为：1 草绘模块 草绘模块用于绘制和编辑二维平面草图。2 零件模块 用于创建和编辑三维模型，即进行三维零件设计。3 装配模块 通过定义零件间的相对位置关系，将各相关零件组装在一起，形成一个完整的产品。4 工程图模块 用Pro/E的工程图模块，可以将设计好的三维零件或装配模型快速生成工程图。5 曲面模块 曲面模块用于创建各种类型的曲面。6 数控（NC）加工模块 在NC加工模块，当用户设定加工环境和加工参数之后，系统能够自动生成零件加工的NC文件，

26、并能在屏幕上模拟加工过程。7 模具设计模块 在模具设计模块中，Pro/E提供一些常用的模具设计工具，如收缩率设置、拔模检测、分模面设置、浇口设计等。8 仿真分析模块 通过快速而精确地仿真某一设计的机械性能，可以大幅度缩减建立物理样机来测试产品性能的环节，能有效地缩减产品开发周期、降低开发成本。运用Pro/ENGINEER进行虚拟装配，应该了解如下的知识：1） 装配概述：几乎所有的产品都是由不同数量的零件装配而成，Pro/ENGINEER中的Assembly模块是专门用来装配不同零件的。装配思路一般有两种：（1）Bottom-up自底向上装配。这是传统的装配方法，先建立好装配用到的所有零件，然后

27、由大到小逐步完成。（2）Top-down自顶向下装配。这种方式是先在宏观上建立装配规划，然后再按照规划逐步设计每个零件。2） 运用Pro/ENGINEER进行装配的步骤如下： 1. 新建一个组件类型的文件进入装配模块工作界面。2. 单击窗口右侧工具栏中的按钮，或者单击菜单插入元件装配选项，加载需装配的零部件。3. 在元件放置对话框中，选择约束类型，然后相应选择零部件和装配件的装配参考，使其符合装配约束条件。4. 重复步骤3的操作，直到完成符合要求的所有装配定位。单击按钮，完成该零部件的装配。5. 重复步骤2，3，4，完成其他零件的装配。3） 装配约束：装配约束也称为放置约束，是将零部件固定在组

28、合里的限定条件。通常的约束条件包括匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点、曲面上的边、固定、自动、缺省。为了约束装配元件，通常采用不同的约束条件组合的形式来限定零件的自由度。3.2 电风扇发展现状本论文主要是研究虚拟技术在电风扇制造过程中的应用，我们知道电风扇和空调相比有很多优点，它比空调的耗能要小，特别是随着国际能源短缺和人们节能观念的深入，电风扇更受重视。另外，电风扇吹风比较自然，开门窗也不受影响，而空调房间都是密闭的，空气流通差，很容易感染疾病。由此可见，电风扇还有很大的发展空间。近年来， 国内电风扇行业发展很快。但是由于各地设备情况、管理水平不同， 产品质量也有很大的差别。

29、目前， 国内电风扇制造厂的零部件自给率较低。除少数几家工厂以外， 大多数工厂均需相当数量的外购外协件， 例如电镀件、琴键开关、定时器、塑料件等。为了确保整机质量，必须对外协外购件进行质量控制。例如向卖方厂索取有关测试报告， 加强验收试验和抽验，直至采用逐一筛选等有效的措施。从功能上看，目前大多数电风扇的功能都比较单一，不能实现“一专多能”，这样往往会导致某些材料和空间的浪费。如果电风扇上再安装其他功能，这样便实现了多功能化，既方便使用，又节约了能源，将会带来很大的效益。在市场发展越来越成熟的今天，电风扇产品所涉及的学科和工业门类众多，用传统的设计方法很难达到。因此，对现代的电风扇产品来说，其设

30、计思想和设计方法都将会有一些全新的内容。本文正是基于这样的出发点，用发展的眼光，把现代设计方法与风扇产品的设计相结合，着重介绍模块化设计、虚拟设计、绿色设计在电风扇产品设计方面的应用。3.3 电风扇主要零件的三维绘制在电风扇的主要零件绘制中我们会发现对于电风扇的罩、扇叶和后座的比较困难。本一节就专门简述电风扇的几个重要零件的绘制。我们知道对电风扇的绘制主要是进行三维绘制。首先我们需要打开Pro/ENGINEER软件，然后单击“文件”会有一个下拉菜单，选择“新建”会出现如图3-1所示的对话框，或者点击也可以得到图3-1所示的对话框。去除缺省模板,选择“确定”会弹出如图3-2所示的对话框，选择mm

31、ns模板，再次选择“确定”。然后会得到图3-3 所示的三维平面。 图 3-1 新建对话框 图3-2 选择模板图3-3 生成的三维平面3.3.1 电风扇罩的绘制电风扇罩的绘制综合运用旋转、草绘、扫描、阵列等建模思想进行绘制。单击或者在（插入）中的下拉菜单中选择“旋转”绘制旋转剖面图3-4所示生成的实体如图3-5所示。图3-4 旋转剖面图图3-5 旋转所得实体然后在插入选项中选择“扫描”项进行扫描，扫描所得实体如图-所示。然后再对扫描所得实体进行轴阵列，所得如图3-7所示。 图3-6 扫描所得实体 图3-7 绘制好的风扇外壳3.3.2 电风扇扇叶的绘制电风扇扇叶的绘制主要进行曲面的绘制主要包括拉伸

32、、旋转和阵列。单击 或者在“插入”中的下拉菜单中选择“旋转”绘制旋转剖面图3-9所示生成的实体如图3-10所示。图3-8 旋转剖面图 图3-9旋转实体通过建立基准平面和基准轴的方式，先做一个与地面距离为七的基准面DTM1，然后做通过基准轴做一个与DTM1成70的基准平面DTM2，如图3-10所示，然后在DTM2上拉伸绘制如图3-11，最后进行阵列就可以绘制出如图3-12所示的电风扇扇叶。 图3-10 DTM3基准面的选择 图3-11 DTM2上的草绘图图3-12 电风扇扇叶实体3.3.3 电风扇后座的绘制 电风扇扇叶的绘制是通过旋转、创建基准面、拉伸等方法就可以得到，如图3-13所示图3-13

33、 电风扇后座实体3.3.4 电风扇底座及其它零件的绘制电风扇的底座及其它零件的绘制都可以通过简单的拉伸或旋转、阵列、倒圆角等就可以得到。所得的图像如图3-14、图3-15、图3-16所示。 图3-14 底座实体 图3-15 销钉实体 图3-16 垫片实体3.4 电风扇装配体建模装配体建模承接于基础零件建模，得到电风扇的三维零件模型，根据设计人员的装配图纸生成装配模型，在Pro/ENGINEER中进行装配设计有两种基本方法：自低向上的设计方法和自顶向下的设计方法。下面将简要介绍一下本文装配所选用的设计方法自底向上和自顶向下的设计方法：产品在设计过程是一个复杂的创造性活动，产品设计从根本上决定着产

34、品的内在质量和生产总成本，随着世界经济的飞速发展和市场的全球化，降低成本、提高产品质量、缩短产品的开发时间已经成为企业生存、竞争、发展的关键，新的、有效地设计理论和方法的研究与实施收到了学术界和企业界的广泛重视。先进流行的CAD系统提供了较强的零件实体造型功能，特别是特征造型技术的发展，使用户可以方便地设计出各种形状的零件。输入零件之间的几何约束关系，将设计好的零件装配成产品，是目前CAD系统普遍支持的一种自底向上的设计过程，它的主要思路是先设计好各个零件，然后将这些零件拿到一起进行装配，如果在装配过程中发现某个零件不符合要求，诸如：零件与零件之间产生干涉、某一零件根本无法进行安装等，就要对零

35、件进行重新设计，重新装配，在发现问题，在进行修改，如此反复。如图3-17所示；自底向上的设计过程由于事先没有一个很好的规划，没有一个全局的考虑，设计阶段的重复工作很多，造成了时间和人力资源的很大的浪费，工作效率低。这种设计过程是从零件的设计到总体装配，既不支持产品从概念设计到详细设计，又不能支持零件设计过程中的信息传递，特别是产品零部件之间的装配关系（如装配形式、层次、配合等）无法在现有的CAD系统中得到完整的描述。即使有的CAD系统中得不到完整描述，即使有的CAD系统具有装配功能，但也仅仅是描述了世纪模型中几何要素的低级关联信息，其装配则是通过装裱变换将已经设计好的零件拼凑在一起的过程。按照

36、人的思维方式通常的设计过程是：先需求分析、概念设计，在进行机构设计、详细设计、最后试制修改。其中一般是先设计总装配图，在设计零件图，图3-17 自底向上的装配设计这就是自顶向下的设计方法。如图3-18所示；图3-18 自顶向下的装配设计自顶向下的设计方法从产品构成的最顶层开始把组成整机的部件作为产品系统的零件来思考，并根据其在产品中的相互位置关系，所起的作用和实现的功能，建立产品构成的二维布局和三维骨架图。通过给定设计约束条件、关键设计参数等设计信息，自上而下地传递所给设计信息展开产品的整个设计过程。自顶向下的设计是一个产品开发过程。通过该过程确保设计由原始的概念开始，逐渐地发展成熟为具有完整

37、零部件造型的最终产品。把关键信息放在一个中心位置，在设计过程中通过捕捉中心位置的信息传递到较低级别的产品结构中，如果改变这些信息将自动更新整个系统。自顶向下的设计方法在零件设计的初期就考虑零件与零件之间的约束和定位关系，在完成产品整体设计之后，再实现单个零件的详细设计。自顶向下的设计过程能充分利用计算机的优良特性，能最大限度地发挥设计人员的潜力，最大限度地减少设计实施阶段不必要的重复工作，使企业的人力、物力等资源得到充分的利用，大大地提高了设计效率，减少了新产品的设计研究。电风扇的零件比较少，可以运用自底向上的设计方法这时我们要考虑的问题是确定哪个零件需要完全约束，哪个零件需要部分约束。由电风

38、扇的运动可知电风扇的叶片要转动所以只要对其部分约束，要使它有旋转自由度。通过分析可以知道电风扇的底座座可以作为基础零件，约束类型可以选择“缺省”选择要求如图3-19所示图3-19 底座的选择要求接着后座的定位可选择如图3-20所示。图3-20 后座的定位约束接下来可以安装销钉。销钉约束如图3-21所示： 图3-21 销钉的定位约束下面是后盖的定位，后盖的约束如图3-22所示。图3-22 后盖的定位约束 下面是垫片的约束，垫片的约束如图3-23所示。 图3-23 垫片的定位约束接下来是扇叶的定位约束，扇叶的约束不能用简单的匹、对齐来约束，要选择“销钉”或“圆柱”里边的轴对齐和平移来约束，扇叶的约

39、束如图3-24所示。 图3-24 扇叶的定位约束下面是前盖定位，前盖的定位约束如图3-25所示。 图3-25 前盖的定位约束还有底座的按钮，可以通过简单对齐、匹配就可以得到。把按钮全部定位就能得到所要的电风扇的装配实体，如图3-26所示。图3-26电风扇实体图如此，电风扇的装配完成。第四章 电风扇运动仿真4.1 机构相关概念4.1.1 机构运动仿真概述机构运动分析模块是Pro/Engineer Wildfire中一个集运动和机构分析于一身的、功能强大的模块。当各个零部件通过装配模块组成一个完整的机构以后，就可以在Pro/Engineer中直接启动机构分析模块，根据设计者的设计意图定义机构中的连

40、接，设置伺服电动机，运动机构分析，观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动，检测机械干涉，还可以进行各种测量，最后把分析结果保存成影片的形式。4.1.2 机构的拖动拖动功能可以保证在装配模块中定义的机构在进行动力学分析时有合适的初始位置，保证机构中各个零件之间有适合的相对位置。在保持机构其余部分处于装配状态的同时，将抓取的图元定位在尽可能靠近当前光标的位置。通过指定几何约束，锁定和撤销锁定主体，启用和禁用连接，以及选取特殊的拖动模式，可以控制拖动操作过程中拖动方式。使用该命令也可以保存不同位置和方向的机构快照。这些快照将作为以后分析的初始位置，也可以作为动画模拟中的一幅关键帧。4.1.3

41、伺服电动机使用伺服电动机可以对机构加特殊运动，是机构运动的原动力。向模型中增加伺服电动机可为运动仿真做准备。可以在连接轴或几何图元（如零件平面，基准平面和点）上放置伺服电动机，观察机构的运动轨迹1 连接轴电机用于控制零件沿某一方向运动2 几何电机用于创建复杂的三维运动，如螺旋或其他空间曲线。4.1.4 建立机构分析运动分析命令允许用户定义一个机构在一定时间内的运动方式。通过向机构中增加伺服电动机，然后设置时间周期和运动增量，可以定义组件的运动方式。可以回放机构的画面或将结果保存到磁盘中，便于以后重新演示。我们可以选取在运动分析中起作用的伺服电动机，并控制其起始时间和终止时间。这样，当创建分析时

42、就更具有灵活性。也可以创建多个运动分析，每个分析都使用不同的伺服电机和锁定不同的图元。根据已命名的回放次序保存每个定义，以便以后查看。 4.2 电风扇的动态仿真4.2.1 装配仿真模块通过装配仿真动画，可以直观的看到整个装配过程，并可以检验装配顺序和装配路径是否合理，是不是能够应用于实际装配操作。将存在问题反馈给规划模块和设计人员，改进确认后完成最终的装配仿真动画。示意图如4-1图4-1 装配仿真4.2.2 电风扇模拟仿真打开装配好的电风扇模型，点击“应用程序”中的“机构”，然后会在右下角出现图4-2、4-3所示的图。 图4-2 仿真命令 图4-3 机构选择时的图像在“电动机“栏里的伺服里新建

43、一个伺服电动机，选择运动轴；然后在“轮廓”选项里的“规范”栏里选择“速度”选项，在“模”栏里选择常数，然后设置一个速度值，选择“应用”“确定”就可以了，伺服电动机就设置好了。扇叶的转动速度与时间的关系如图4-4所示。图4-4 扇叶转动与时间关系的图像然后点击图4-2命令中的“分析”右击创建命令，然后选择要求如图4-5所示。图4-5 分析定义选择好以后就点击4-5图中的“运行”就可以进行运动仿真。此时就可以看到电风扇运动仿真的动画。电风扇的虚拟运动正常，所以说明虚拟设计的运用，在电风扇的设计中是可行的。第五章 结论与展望5.1 总结目前，世界各国的经济竞争，主要体现为制造技术的竞争。我国制造业先

44、进技术水平不高，但是在发达国家制造业的发展取得了很大的成绩，随着计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术的综合发展，虚拟设计技术在国外已广泛采用。我国制造业要赶上世界先进水平就必须从产品的设计手段和方法研究着手，加强信息技术与传统产业的结合，促进传统产业的技术升级。电风扇是我们日常生活中必须的家用电器。本文以Pro/ENGINEER为平台以电风扇为例，研究了产品从设计到虚拟装配、运动学仿真的过程中虚拟设计的应用。为以后企业在产品设计中运用虚拟设计奠定基础。本论文主要的研究工作有如下部分:1. 研究了虚拟设计在产品设计方面的主要应用，并与传统设计进行了比较、在产品的研究

45、设计过程中虚拟设计所带来的优势。2. 以Pro/ENGINEER为平台研究了电风扇外壳、后座、底座、扇叶、垫片等主要零件的三维建模方法。3. 以Pro/ENGINEER为平台研究了电风扇的虚拟装配。4. 研究了电风扇在Pro/ENGINEER软件中的运动学分析，并研究了电风扇在运行过程中包含的运动形式。通过本论文的研究可以看出:基于Pro/ENGINEER为平台的产品虚设计是可行的，得出的结论是可信的。由于Pro/ENGINEER提供的各模块之间能进行无缝连接，这样可以免去模型在各模块之间的转换而成数据丢失.Pro/ENGINEER对硬件的要求相对较低，且其界面在不同作系统中维持不便，这样能使在不同系统下设计的产品进行交换。由所述运用Pro/ENGINEER进行产品设计是一种实用的、值得推广的设软件。本论文旨在给产品的设计提供一种方法，在对产品进行虚拟设时应如何进行，希望为提升产品在设计上的开发能力，缩短开发周期，低开发成本做出贡献。5.2 展望本论文仅对电风扇进行了虚拟设计及仿真。其他零件的制造本论文没有涉及，就本论文涉及的部分由于时间以及多方面原因的有限，还存在有很多地方需要改进。由于电风扇的虚拟设计是一个复杂的系统，所以在