基于Pro_E的三维机械设计与运动仿真

基于ProΠE的三维机械设计与运动仿真郑伯学,吴俊海(辽宁工程技术大学职业技术学院,辽宁阜新123000)摘要:在机械设计中,尤其是在零件的三维造型和运动仿真方面,计算机辅助设计(C AD)技术已经成为重要的设计工具。

ProΠE是C ADΠC AMΠC AE领域的一种优秀软件,其强大的参数化造型、产品装配和运动仿真与分析等功能已经广泛应用于工业产品设计。

关键词:计算机辅助设计;ProΠE;三维造型;运动仿真中图分类号:TP39　文献标志码:A　文章编号:100320794(2007)12200942033D Design and Motion Simulation B ased on ProΠEZHENG Bo-xue,WU Jun-h ai(Liaoning T echnical University V ocational T echnology C ollege,Fuxin123000,China)Abstract:In mechanical design,C AD technique already become an im portant tool for design,especially the three dimensional m odeling and m otion simulation.ProΠE is a kind of excellent s oftwares in C ADΠC AMΠC AE field.Its technical of full parametric product design function can be used for three dimensional m odeling design and it als o includes assembling and m otion simulation analysis function etc..K ey w ords:com puter aided design;ProΠE;3D m odeling;m otion simulation0　引言面临激烈的市场竞争,每个企业都将产品设计这一环节作为企业的生命线,没有适销对路的创新产品,即使企业设备再先进,管理再科学,也会在竞争中败下阵来。

创新产品的开发与研制离不开先进的设计技术,作为先进设计技术核心的C AD技术正从传统C AD技术向现代C AD技术发展。

可以说,市场竞争促进了C AD技术的发展。

现代C AD技术不再仅仅是代替手工绘图的一种工具,而是包含了产品方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真,直至工艺设计的全部过程,由二维绘图发展为今天基于特征的三维参数化和变量化造型技术。

使用三维设计技术更能反映实际产品的设计、构造及制造过程,同时利用C AD软件对机器或机构进行运动仿真与分析,对设计中可能出现的问题做出预测和改进,有利于实现自动化设计,加快产品更新换代的速度,提高企业市场竞争力。

1　三维模型的创建1.1　特征化造型的概念特征造型是几何造型技术的发展,它对诸如零件形状、尺寸、工艺、功能等相关信息的综合描述更直观和更具工程含义。

基于特征的造型系统一般先将大量的标准特征或用户自定义特征存入数据库,在设计阶段调用特征库中的特征作为基本造型单元进行建模,再逐步输入几何信息、工艺信息,建立零件的特征数据模型,并将其存入数据库。

基于特征的造型方法大大地提高了设计效率和质量,同时在设计过程中设计人员可方便地进行特征的合法性、相关性检查,便于组织复杂的特征。

特征建模过程实际上是一系列特征的累加过程。

位置约束关系,进行零件之间的动静态干涉检查,发现零部件设计上的不合理结构部分,以改进设计。

同时具有如下优点:(1)在设计中能够直观、清晰地反映设计对象。

(2)易于实现面向整个设计过程的建模,建模过程与实际加工过程具有相似性。

(3)该技术的应用使产品在设计阶段就可以根据结构满足零部件的可制造性、可装配性要求,从而实现了缩短产品开发周期、降低产品设计成本、提高设计质量。

参考文献:[1]过小容,吴洁.Autodesk Inventor ProfessionalR9ΠR10培训教程[K].北京:化学工业出版社,2006.[2]陈定方,罗亚波.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,2004.[3]Y ing T ang.M odeling,design and scheduling of com puter-integratedmanu facturing and remanu facturing systems[D].New Jersey:New Jer2 sey Institute of T echnology,2001.作者简介:吴洁(1965-),女,辽宁沈阳人,工学硕士,沈阳大学,副教授,毕业于东北大学机械工程学院、机械设计及理论专业,研究方向:机械设计和先进制造技术,已发表论文10余编,电子信箱: wujied85@.收稿日期:2007208214第28卷第12期2007年　12月 煤　矿　机　械C oal Mine Machinery V ol128N o112Dec.2007 在三维建模中主要有以下3种特征:(1)实体特征　它是构建三维模型的基本单元和主要设计对象。

实体特征可以是正空间特征(如实体的突出部分),也可以是负空间特征(如实体上的孔、槽等)。

在ProΠE中,根据建模方式和原理的差异,把实体特征进一步分为基础特征和工程特征。

基础特征是三维模型设计的起点,包括拉伸特征、旋转特征、扫描特征和混合特征等。

工程特征是在基础特征上的附加特征,它的创建依赖于已存在的基础特征,是有一定工程应用价值的特征,包括孔特征、肋特征、倒角特征和拔模特征等。

(2)曲面特征　它是一种没有质量和体积的几何特征,对曲面的精确描述比较复杂,在目前三维造型中通常采用“B样条曲线”为基础,通过曲率分布图对曲线进行编辑,进而得到高质量的曲面造型。

曲面特征主要用于产品的概念设计、外形设计和逆向工程等设计领域。

(3)基准特征　指参数化设计的基准点、基准轴、基准曲线、基准平面和坐标系等。

一般来说,基准特征主要用于辅助三维模型的创建。

1.2　ProΠE建模的一般过程ProΠE是美国PTC(Parametric T echnology C orpora2 tion)公司推出的C ADΠC AMΠC AE一体化软件,该软件集机械设计、模具设计、加工制造、钣金设计、机构分析、有限元分析和关系数据库管理等功能于一体,是目前国际上专业设计人员使用最为广泛、功能强大的新一代产品造型和动态仿真软件。

利用ProΠE建模首先从整体研究将要建模的零件,分析其特征组成,明确不同特征之间的关系和内在联系,确定零件特征的创建顺序,在此基础上进行建模、添加工程特征等设计。

通过二维平面草绘图的旋转、拉伸、扫描和混合等工具来实现三维实体模型的构建。

ProΠE三维模型将线框、曲面和实体三者有机地结合起来,形成一个整体,整个建模过程是基于特征为基本单位的参数化设计过程。

其中参数包括几何参数和尺寸参数。

几何参数确定了实体特征基本位置的固定关系,尺寸参数决定了产品外观尺寸和相对距离。

利用参数可以准确控制和修改所建立的三维模型。

ProΠE建模的一般过程如下:(1)建立或选取基准特征作为模型空间定位的基准:如基准面、基准轴和基准坐标系等。

建立每个实体特征时,都要利用基准特征作为参照;(2)建立基础实体特征:拉伸、旋转、扫描、混合等;(3)建立工程特征:孔、倒角、肋、拔模等;(4)特征的修改:特征阵列、特征复制等编辑操作;(5)添加材质和渲染处理。

图1为一齿轮油泵零件的三维模型图。

图1　齿轮油泵零件三维模型1.3　利用族表实现零件系列化设计系列化设计是指对于某些基本形状相似的零件,通过修改参数即可自动生成新的系列化零件的设计方法,系列化设计可大大节省设计时间,提高设计效率。

ProΠE提供的族表实质上是一电子表格,该表格由行和列组成。

族表中由用户建立的零件为基础零件(父零件),以基础零件为基础,通过控制参数驱动生成的零件为族成员(子零件),所有基础零件和族成员的集合即为族表。

图2为普通螺栓的族表。

图2　普通螺栓族表2　产品组装所有工业产品都是由不同数量的零、部件装配而成的,ProΠE提供的Assembly功能模块专门用来进行零件装配。

通常可采用2种装配方法:①自下而上(Bottom-T op)的装配方法。

这种装配过程与实际装配过程类似,通过装配约束确定零件几何要素间相对位置,将所有零件逐个定位装配,直到完成整个产品的组装。

②自顶向下(T op-down)的装配方法,这种方法基于自顶向下的设计思想,先在宏观上建立装配规划,然后再按规划逐步设计每个零件,这种方法适用于由团队相互分工协作完成的大型项目。

由于ProΠE所有设计模块采用单一的数据库,因此在装配过程中可以随时调整设计方案,根据需要改变零件参数,改变后的参数变化将体现在所有模型当中。

为了显示产品各部分零件的结构关系,可以在保持约束关系不变的情况下生成爆炸图,还可以实现装配过程的仿真动画,把组装过程通过每一个装配状态的快照实现自动的动态视频演示,客户可以通过观看该视频文件了解产品的结构和组装过程。

图3为齿轮油泵的装配模型图。

　第28卷第12期 基于ProΠE的三维机械设计与运动仿真———郑伯学,等 Vol128No112　基于UG 软件的减速器三维参数化设计陈　青1,邱志刚2(1.盐城工学院优集学院,江苏盐城224003; 2.江苏江淮动力股份有限公司,江苏盐城224003)摘要:介绍了利用UG 软件,进行减速器主要零件的参数化设计,运用UG 提供的Part famili 2es 功能模块创建零件的三维模型库,运用UG 的虚拟装配功能,完成减速器的参数化装配,成功地实现计算机虚拟环境下的减速器参数化设计,缩短了产品开发周期。

关键词:参数化设计;虚拟装配;减速器中图分类号:TP31　文献标志码:A 文章编号:100320794(2007)1220096203P arametric Design of R educer B ased on UG NXCHEN Q ing 1,QIU Zhi -gang2(1.UG S C ollege ,Y ancheng Institute of T echnology ,Y ancheng 224003,China ;2.Jiansu Jianghuai Engine C o.,Ltd.,Y ancheng 224003,China )Abstract :The parametric design of main parts of reducer using UG s oftware is introduced ,apply the functional m odule of UG ΠPart families to build three dimension m odel library of the parts ,applying the function of virtual assembly of UG to com plete the parametric assemblies of the reducer ,realize the parametric design of the re 2ducer incom puter virtual environment.The development cycle of the product is shorted.K ey w ords :parametric ;virtual assembly ;reducer0　前言齿轮减速器是最常见的一种传动装置,其功用是将电动机输出的转速降至工作机械所需要的转速,同时将电动机的功率传递给工作机械。