ProENGINEER的实体拉伸设计.docx
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ProENGINEER的实体拉伸设计
Pro/ENGINEER的实体拉伸设计
1、绪论
1.1本课题设计的背景
Pro/E软件内部分析工具可对质量、体积、截面质量、间隙、干涉、曲面和曲线进行分析,提供各种需要的数据。
Pro/E软件强大的族表功能,可对左右件、系列零件、相同零件的不同变形、相同组件的不同状态进行方便、快捷处理。
Pro/E软件灵活的简化表示和后处理功能能对焊接坡口、较大装配中零件细小结构进行简化,提高装配速度。
圆角等细小结构在三维设计中均需建立严格的特征与之对应。
对已有图纸进行三维造型,时常会发现一些不可存在的细小结构,三维造型相当于对设计的自动初步校核。
并解决二维设计中时常对局部细小结构的理解存在二义性问题,将使设计工作更加严密、合理。
二维设计中尺寸标注存在任意性,过约束在工程图纸中并不少见,因过约束尺寸的相互矛盾造成图纸错误时有发生。
三维设计的过约束尺寸为参考尺寸,是由已知尺寸驱动的,不可能相互矛盾。
三维设计有其严密的逻辑关系。
结构之间是相关的,尺寸之间是相关的,零件、组件之间是相关的。
若对某一尺寸、特征、零件、装配、加工进行修改,其相关零部件调用或再生时软件将自动检测其各项特征有无其冲突之处,保证设计的正确性。
今天,全球有10000多名教师和300多万学生正在课堂上使用Pro/E软件。
此外,在全美52所顶级工程大学中有42所教授Pro/E,其中排名前2位的即是享誉全球的美国麻省理工学院和斯坦福大学。
在英国,每所理工科学校也都将Pro/E作为了必修课。
全球前40强汽车制造商、一级供应商和工程服务公司中,有超过1/3使用Pro/E来开发其车身外形、底盘、发动机和传动系统。
Pro/E在向全世界的数以千计的汽车公司提供产品开发解决方案方面具有20多年的经验,世界上与传动系统有关的5大原始设备制造商中有3家、10大供应商中有8家都是Pro/E的客户。
许多汽车组件,诸如传动系统、BIW、安全系统、底盘系统、遮阳蓬和内部组件,都是使用Pro/E解决方案设计和开发的。
日本丰田汽车公司确定Pro/E为其动力传动系统的开发标准。
全球航空航天和国防行业的前10大公司全部都依赖Pro/E来开发更新颖的产品、加快将产品推向市场的速度,同时降低计划成本和风险。
1.2本课题设计的内容
本论文内容主要介绍了Pro/ENGINEER实体建模中如何快速简便的使用拉伸命令的方法步骤,通过本次毕业论文设计,使我充分利用和巩固模型的创建方法,从而提高自己三维建模的能力。
2Pro/ENGINEER的实体拉伸
2.1Pro/ENGINEER简介
2.1.1Pro/E软件的特点
真实性。
Pro/E软件作为一种三维设计软件,其三维造型本身可使设计师方便的观察、测量出各零件间的间隙、配合情况、干涉现象(俗称相抗)等数据;Pro/E软件的真实性还表现在其所建模型与设计意图完全一致,所有结构都是用三维模型处理的,不需要在二维图中做任何附加处理,完全的所见即所得。
基于特征。
Pro/E软件的所有模型结构和装配结构均以特征形式存储,可灵活运用Pro/E软件4R1I(Redefine,Reorder,Reroute,Relation,InsertMode)功能对其进行操作。
全相关。
Pro/E软件可在零件、部件、二维工程图、加工处理等各个状态下修改零件和装配尺寸,完成结构改进,对于Pro/E软件零件、部件、二维工程图、加工处理等是全相关的。
参数化。
Pro/E软件的零件、部件、二维工程图、加工处理等各个状态下的所有尺寸均以参数形式保存,可方便修改结构。
2.1.2Pro/E软件的作用
将实现从二维设计向三维设计转化,优化设计流程。
以往的设计工作是以二维CAD软件为工具的,设计流程为:
零件构思——二维工程图绘制——设计修改。
其中二维工程图绘制占用大部分设计时间,设计修改具有滞后性。
零件构思阶段对部件整体结构的考虑有很大的局限性,不可能考虑好每个细节,经常需要在装配图上找各种关系;二维的装配图本身就给关系校核带来不便,因设计修改带来的二维工程图修改更是极为普遍,往往使设计师因修改二维工程图工作量过大使设计师不能或不愿完善设计。
而以Pro/E软件为工具的设计流程为:
零件构思——三维造型及设计修改——二维出图。
三维设计直观方便,各种结构关系在装配中可方便的观察到或测量到;Pro/E的二维出图是三维向二维的转化,用时很少,可节约大量时间用于改进设计;三维模型修改后,二维图自动修改,不必再考虑原本繁琐的改图工作;把设计修改提前于二维出图,使设计流程更加合理,设计工作真正从结构开始。
将实现结构关系的主动控制,简化设计思路。
以往的设计工作是以二维CAD软件为工具的,实现设计的结构关系控制有两种方式,一种是构思零件或子组件时考虑相互关系,设计相应结构,这种方法使得设计师必须反复校核关系,对复杂结构更是令设计师绞尽脑汁,考虑不周之处在所难免;另一种是先设计组件,即先画装配图,再拆出各零件,这样做在一定程度上减少了校核工作,若存在设计修改,工作量与前一方式没有多大区别。
采用Pro/E软件设计,软件本身提供大量工具,变被动的校核为主动的自动约束,可方便实现结构的自动相关修改。
Pro/E软件提供了很多工具以增强设计的相关性:
在组件中对零件进行结构细化处理,增强零部件间的联系,提高设计效率;采取创建RELATIONS(关系)的方法,约束各相关尺寸,实现相关尺寸的自动修改;采取PARAMETERS(参数)控制的方法,在特征创建、装配等各处,利用已定义的参数控制尺寸间的相互关系。
将实现设计的系列化,提高设计的继承性。
设计工作中,系列零件、相似零件、相似结构、各种标准件在设计工作中有着广泛的应用,解决系列问题是设计工作的重要组成部分,Pro/E软件的参数化功能可对任何尺寸进行相关约束,可在任何尺寸间建立关系。
Pro/E软件有强大的族表功能,可对尺寸、特征、装配的元件、内部参数等建立系列族表,提高设计工作的延续性和继承性。
推广有限元分析模块,将实现对零件和中小部件的强度控制。
Pro/E软件的有限元分析功能不同于ANSYS等专用CAE软件,对于大部件的应力分析,功能不及专用软件,但Pro/E软件的应力分析模块是面对设计师的,不需专业的分析人员,因采用P单元划分网格,网格划分对运算结果影响相对较小,又具有和CAD交互处理的优点,将成为设计师用首要分析软件。
将实现自顶向下的设计。
设计工作并非从零件开始,零件——子组件——组件——部类的顺序是装配顺序,设计工作的顺序刚好相反,从设计规划开始,沿目标产品——大部类规划——组件——子组件——零件的顺序展开的,利用Pro/E软件的TOP-DOWN模块和布局模块,实现分级对设计工作的控制。
Pro/e技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面,其主要的应用领域有以下几个方面:
计算机辅助设计技术已在制造业中广泛应用,其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。
众所周知,一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。
当前先进的计算机辅助设计应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。
现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等计算机辅助设计应用系统,这些系统主要运行在图形工作站平台上。
在PC平台上运行的计算机辅助设计应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。
计算机辅助设计技术在工程领域中的应用有以下几个方面
(1)建筑设计,包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类计算机辅助设计应用软件。
(2)结构设计,包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等。
(3)设备设计,包括水、电、暖各种设备及管道设计。
(4)城市规划、城市交通设计,如城市道路、高架、轻轨、地铁等市政工程设计。
其他应用
计算机辅助设计技术除了在上述领域中的应用外,在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到计算机辅助设计技术。
合成一体,生成新的实体等等,且生成的实体模型均采用参数化特征造型。
连杆的计算机辅助设计系统
Pro/E做零件的参数化设计平台,用PRO/Me-chanic做有限元分析平台,利用VC++语言,经二次开发制成。
该系统实施变结构、变参数设计方法,将设计、分析、绘图等不同功能的模块有机结合。
该文中设计和分析采用同一数据库,避免了数据交换中可能发生的丢失和错误。
叶轮叶片的实体造型
从现有的水力设计CAD软件出发,利用数据预处理程序,结合Pro/E软件,较好地实现了叶轮叶片的实体造型,缩短了在Pro/E中重新建模的时间,且保证了加工出的叶轮更符合水泵性能要求。
齿轮的造型设计
渐开线齿轮由于具有能保证特定传动比传动、受力方向不变等优点,被广泛应用于航空、汽车、机床和自动化生产线等各种通用机械中。
渐开线齿轮齿形比较复杂,一些低端的CAD软件必须通过编写程序才能完成它的造型,而在Pro/E环境下,则可以用多种建模方法来精确造型,方便快捷,还可以通过其内部的开发工具程序,添加简单的几句控制语句,人机
交互地输入设计变量值,实现渐开线齿轮自动化造型。
应用Pro/E软件,还将给设计师带来什么
Pro/E软件内部分析工具可对质量、体积、截面质量、间隙、干涉、曲面和曲线进行分析,提供各种需要的数据。
Pro/E软件强大的族表功能,可对左右件、系列零件、相同零件的不同变形、相同组件的不同状态进行方便、快捷处理。
基于特征及参数化的设计
参数化技术是指设计对象的结构形状比较定型,可以用一组参数来约定尺寸的关系。
多数与设计对象的控制尺寸有显然的对应,设计结果的修改受到尺寸驱动,所以也称为参数化尺寸驱动,参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形的功能,成为初始设计、产品建模及修改系列化设计、多方案比较和动态设计的有效手段。
参数化技术的研究工作可追溯到Sutherland早期的Sketchpad系统,当时已经提出并利用了基于几何约束进行设计与修改的思想。
近几年参数化技术已有不少种方法,如变动几何法、几何推理法及参数化操作法等。
变动几何法将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方程组,通过数值法解非线性方程组确定出几何细节,该方法必须用户输入充分且一致的几何约束才能求出约束方程的解,对不一致的约束模型则以进行有效的判别与处理,也难以有效地将局部变动限制在局部范围求解。
pro/e与动态仿真
产品装配与机构仿真是pro/e的一项重要功能。
当设计师进行产品组装与机构仿真时,能将设计师的设计意图直观的进行表达,可以以动态的方式将产品进行模拟的运行,也能从中检验机构是否存在不合理的像干涉、自由度不满足等缺陷。
总之该项功能对设计师提供重要帮助。
产品组装与机构仿真的一般方法
在pro/e的装配模块中,对产品组装与机构仿真提供了两种不同的装配方法。
图2-6某动态仿真中选定三点的运动分析
在动态仿真中能够进行简单的运动与受力分析,但是复杂的分析这里就不能显现出相应的作用与优势。
这样就提出了下文的有限元分析。
pro/e与ANSYS的有限元分析
有限元分析(FEA,FiniteElementAnalysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。
还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。
这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。
对于不同物理性质和数学模型的问题,有限元求解法的基本步骤是相同的,只是具体公式推导和运算求解不同。
有限元求解问题的基本步骤通常为:
结构动力学分析
结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
与静力分析不同,动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。
ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括:
瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。
图3-3减速箱的动态装配仿真
PRO/E在汽车汽车覆盖件中设计中的应用
据有关部门统计,到2008年,我国汽车总需求量约为1100万辆,基本车型将达220种,另有更新车型和改装车型430种。
对于车型的更新,最主要的工作就是获得原有车型的几何模型(其中大型覆盖件的设计是整个新车型开发的关键),基于逆向技术(三坐标数据扫描)、CAD/CAM技术(曲面构建、模型重建)是目前获取几何模型应用最广的方法。
根据逆向工程中研究对象的不同,逆向工程分为影像逆向、软件逆向、实物逆向等。
就实物逆向而言,又包括形状(几何)逆向、功能逆向、材料逆向、工艺逆向,汽车覆盖件的逆向工程属于实物逆向。
逆向工程研究内容主要有两个方面,即产品数字化和曲面重构技术,它的两个主要发展领域是自由曲面的逆向工程和表面简单但具有复杂拓扑关系的逆向工程。
图(3-4)a为某款汽车的车门零件,图(3-4)b分别为车门的外形和内形表面形状,需获得该零件的几何模型。
本部分结合逆向技术和CAD/CAM技术,应用三坐标测量机获得零件的点数据,然后在
Pro/ENGINEER软件中完成其模型重建。
图3-4某款汽车车门零件外形
本部分有关数据的测量是基于英国LK公司生产的G-90C型三坐标测量机实的。
零件结构
图3-8叉车部件三维造型
整车装配尽量与车间实际装配过程一致,首先将行走架本体定位,在行走架上安装四轮一带、行走减速器和行走马达等,形成行走装置总成。
然后再安装平台本体,在平台本体上安装回转机构、柴油机、液压油箱、柴油箱、司机室、阀组、和工作装置等。
生成叉车模型整机三维造型,如图3-7所示。
三维实体模型通过高级渲染就可以绘出具有真实感的叉车模型产品和部件效果图,可以用于制作叉车模型产品样本、对外宣传推广产品,避免了过去等样机制造出来后才能推广的弊端,加快了新产品的市场拓宽时间,提高产品的市场竞争能力。
干涉检查和运动仿真
在叉车模型新产品开发过程中,在投料加工之前利用计算机进行装配仿真,可以发现零、部件设计上的尺寸干涉和结构不合理,及时纠正设计中的不足,避免实际制造中出现问题,造成浪费和损失。
叉车模型设计不仅需要产品设计尺寸正确无误,还需要设计合理、结构性能好,以保证叉车模型在运动过程中不发生干涉,使用安全可靠。
利用已完成的叉车模型三维模型,给出液压缸运动的约束条件,并施加作用力,进行二维或三维运动分析,可以分析机构最小距离、每个挖掘位置的挖掘力、位移、速度、加速度和功率等参数。
绘制运动轨迹包络图,从而分析工作范围的大小和挖掘性能的好坏。
装配仿真技术可以从静态角度保证设计尺寸的正确性,机构运动仿真则从运动角度保证设计的合理性和可靠性。
在设计阶段把许多原本要在样机试验时才能发现的问题一一加以解决,从而为企业带来实实在在的技术经济效益。
2.2Pro/E5.0中文版的操作界面
1、标题栏
标题栏位于主界面的顶部,用于显示当前正在运行的程序名称和打开的文件名等信息。
2、菜单栏
菜单栏位于标题栏的下方,包括10个菜单项。
单击菜单项将打开对应的下拉菜单,下拉菜单对应相应的操作命令。
3、工具栏
单击工具栏图标按钮,即可执行该图标按钮对应的命令。
位于绘图区顶部的为系统工具栏,位于绘图区右侧的为特征工具栏。
4、命令提示栏
位于工作区的上方,主要功能是提示命令执行情况和下一步操作信息。
5、导航栏
单击在导航栏顶部依次排列着“模型树”、“文件夹浏览器”、“收藏夹”等选项卡。
单击“模型树”选项卡可以切换到如图所示面板。
模型树以树状结构按创建的顺序显示当前活动模型所包含的特征或零件,可以利用模型树选择要编辑、排序或重定义的特征。
单击导航栏右侧的符号“>”,显示导航栏,单击导航栏右侧的符号“<”,则隐藏导航栏。
6、工作区
绘图区是界面中间的空白区域。
在默认情况下,背景颜色是灰色,用户可以在该区域绘制、编辑和显示模型。
2.3配置系统环境
PRO/E目前版本已到5.0,
其要求的系统最低配置是:
CPU:
Pentium500MHz处理器
内存:
64megabytes(MB)
硬盘:
2.5GB空间
声卡:
DirectSound兼容
显卡:
Direct3D(16MB以上)
显示器:
1280x1024解析度的支持
2.4Pro/ENGINEER的实体拉伸
首先打开Pro/E5.0。
先设置工作目录。
点击右边拉伸按钮。
按住鼠标右键,弹出对话框,选择定义内部草绘。
按照三视图画出基本面。
完成后点击右下角“√”和右上角的“√”完成底座。
继续点击拉伸,选取如图平面作为草绘平面。
按照尺寸画出如图拉伸面。
完成后点击右下角“√”,拉伸时注意拉伸方向和点击如图按钮进行“去除材料拉伸”。
完成后出现如图零件。
继续点击拉伸按钮,选取如图平面进行拉伸草绘。
按照尺寸要求画出如图草绘。
完成后点击右下角“√”,拉伸时注意拉伸方向和点击如图按钮进行“去除材料拉伸”。
最后的R5.5的圆心并不在实体上。
所以为了方便画图先算出圆心的高度位置,复制平移底下的基准面。
然后再点击拉伸按钮,选取如图平面作为草绘平面。
参照不足难以确定圆心,需加入参照。
选取复制平移的基准面和中间的基准面为参照。
使用之前的参照焦点作为圆心画出如图的圆。
完成后点击右下角“√”,拉伸时注意拉伸方向和点击如图按钮进行“去除材料拉伸”。
点击保存按钮。
完成绘图。
3、总结
proe是由计算机完成产品设计中的计算、分析、模拟、制图、编制技术文件等工作,由计算机辅助设计人员完成产品的全部设计过程,最后输出满意的设计结果和产品图纸的一种机械设计方法。
它是最近几十年来迅速发展起来并得到广泛应用的多学科综性的新技术。
计算机辅助设计技术的应用适应了当前产品需提高设计质量,快速更新换代的需求。
计算机辅助设计技术从上世纪50年代末,伴随着计算机的发展、计算机运算能力的增强和储存管式图形Pro/e软件作为计算机辅助设计系统中非常重要的一款三维设计软件,它所具有的功能是计算机发挥辅助设计功能、提高设计效率的重要基础。
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