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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(論文)
USB風(fēng)扇造型類設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
科技的迅猛發(fā)展使USB風(fēng)扇的發(fā)展也進(jìn)入了一個全新的發(fā)展階段。從休閑日用到商務(wù)辦公;不管是市井平民還是成功人士，在大街，在學(xué)校，在醫(yī)院，在樓層等USB風(fēng)扇無不閃現(xiàn)著它的倩影。經(jīng)濟(jì)的全球化，人與人之間聯(lián)系的密切化，追求的多樣化也必將促使USB風(fēng)扇的風(fēng)格，款式造型的多彩化發(fā)展。Pro/E,UG等軟件的廣泛使用使USB風(fēng)扇的造型不斷向高精度方向發(fā)展，同時也對設(shè)計設(shè)計人員提出了更高的要求。
本設(shè)計是型號為USB風(fēng)扇的粗略造型設(shè)計。其設(shè)計內(nèi)容大致包括：USB風(fēng)扇材料的選用及分析，USB風(fēng)扇結(jié)部件的分析，三維造型圖的繪制，二維工程圖的轉(zhuǎn)換等。由于所學(xué)知識淺薄，本設(shè)計只是粗略造型，旨在了解設(shè)計流程，掌握簡單的造型方法，熟練運用和深化所學(xué)知識(Pro/E造型的實踐運用)。
關(guān)鍵詞：造型設(shè)計，USB風(fēng)扇，Pro/E軟件，二維工程圖
Abstract
The rapid development of science and technology makes the USB fan development has entered a new stage of development. From the casual daily to the business office; whether ordinary civilians or success, in the street, in school, in hospital, on the floor, USB fan are flashed its shadow. The globalization of economy, the close relationship between person and person, the pursuit of diversification will also make the USB fan style, the style of colorful development. Pro/E, UG software is widely used to make the USB fan shape constantly to high accuracy direction, but also to the design personnel raised taller requirement.
This design is the model for the USB fan rough design. The design content includes: USB fan material selection and analysis, USB fan node components analysis, three-dimensional shape drawing, 2D engineering drawing conversion. Because the knowledge is dilettante, this design is just a rough shape, aimed at understanding the design process, to grasp the simple modeling methods, proficiency and deepen the knowledge ( Pro/E modeling practice ).
Key words: design, USB fan, Pro/E software, engineering drawing
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
1緒論 4
1.1 Pro/E的概述 4
1.2 Pro/E的特點和優(yōu)勢 5
1.3 課題的提出 6
1.4主要研究內(nèi)容內(nèi)容 7
1.5 研究方法 7
2 虛擬裝配與模擬仿真 7
2.1 虛擬裝配 7
2.1.1 裝配以及虛擬裝配的概念 7
2.1.2 虛擬裝配的要求及建立過程 8
2.1.3 虛擬裝配的意義 9
2.1.4 虛擬裝配技術(shù)國內(nèi)外的研究動態(tài)及現(xiàn)狀 10
2.1.5 虛擬裝配方法與傳統(tǒng)裝配方法之間的比較 10
2.2 虛擬仿真 11
2.2.1 仿真技術(shù)的起源 11
2.2.2 仿真技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)及制造過程中的應(yīng)用 11
3 USB風(fēng)扇零件的造型設(shè)計 12
3.1 USB風(fēng)扇總體分析 12
3.2 外殼零件設(shè)計 12
3.3風(fēng)扇其他零件設(shè)計 21
4 USB風(fēng)扇虛擬裝配 25
總 結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
1緒論
1.1 Pro/E的概述
在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性MCAD軟件。
1.2 Pro/E的特點和優(yōu)勢
經(jīng)過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢：
Pro/E5.0
參數(shù)化設(shè)計和特征功能 Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。
單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。
例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。
全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。
基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。
裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。
數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。
裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。
易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。
1.3 課題的提出
目前，世界各國的經(jīng)濟(jì)競爭，主要體現(xiàn)為制造技術(shù)的競爭。電風(fēng)扇是現(xiàn)實生活中最常用的一種家用電器。它影響著人們的日常生活，因為電風(fēng)扇和空調(diào)相比有很多優(yōu)點，它比空調(diào)的耗能要小，特別是隨著國際能源短缺和人們節(jié)能觀念的深入，電風(fēng)扇更受重視。另外，電風(fēng)扇吹風(fēng)比較自然，開門窗也不受影響，而空調(diào)房間都是密閉的，空氣流通差，很容易感染疾病。此外電風(fēng)扇價格比較便宜受到大眾的喜愛[1]。在電風(fēng)扇設(shè)計中的應(yīng)用在市場發(fā)展越來越成熟的今天，電風(fēng)扇產(chǎn)品所涉及的學(xué)科和工業(yè)門類眾多，用傳統(tǒng)的設(shè)計方法很難達(dá)到。所以就需要尋找一種新的方法來對電風(fēng)扇進(jìn)行設(shè)計。
綜上所述迫切要求實現(xiàn)電風(fēng)扇的虛擬制造、虛擬設(shè)計、虛擬裝配、運動學(xué)仿真、動力學(xué)仿真等。
1.4主要研究內(nèi)容內(nèi)容
本課題主要以USB風(fēng)扇整體結(jié)構(gòu)為研究對象，進(jìn)行USB風(fēng)扇各個零件參數(shù)化的基礎(chǔ)建模、并進(jìn)行裝配和修改，研究內(nèi)容如下：①風(fēng)扇組成零件的三維模型設(shè)計。USB風(fēng)扇的三維裝配圖。
1.5 研究方法
1、對國內(nèi)外現(xiàn)有風(fēng)扇的技術(shù)水平、生產(chǎn)過程、控制等進(jìn)行調(diào)研，歸納，調(diào)查國內(nèi)風(fēng)扇情況和國內(nèi)需求情況，采用本行業(yè)專家建議結(jié)合本課題的設(shè)計，采用Pro/E建模成型及其仿真原理設(shè)計風(fēng)扇。
2、查閱有關(guān)風(fēng)扇、機(jī)械原理、Pro/E軟件功能等與設(shè)計相關(guān)方面的資料，研究國內(nèi)外相關(guān)的設(shè)計手冊或書籍，在保證設(shè)計方案可行性的基礎(chǔ)上，用Pro/E設(shè)計出USB風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)。
3、利用計算機(jī)三維造型軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維造型和運動仿真，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時修改。實行邊研究、邊設(shè)計，這樣信息反饋快、整改及時、從而提高工作效率。
2 虛擬裝配與模擬仿真
2.1 虛擬裝配
2.1.1 裝配以及虛擬裝配的概念
1 裝配的概念
任何一臺機(jī)械，都是由許多零件以及部件組成。我們把零件以及部件組裝成一臺完整的機(jī)械的過程成為裝配。由于機(jī)械的復(fù)雜程度不同，零件組合情況不同，在機(jī)械裝配中，我們把組成機(jī)械的單元進(jìn)行分區(qū)：
1）零件 是機(jī)械組裝的基本單元。零件時由一整塊材料做成，在結(jié)構(gòu)上不能再進(jìn)行拆分。在裝配過程中，有的零件具有配合基準(zhǔn)，可以保證裝配在其上面的零件具有正確的相對位置，我們稱之為基礎(chǔ)零件。在電風(fēng)扇中。后座可以認(rèn)為是基礎(chǔ)零件[9]。
2 ）組件 由軟干戈零件組成，不具有獨立的功能，比如活塞連桿組件，它由連桿、活塞、銷等零件組成，但是它不具有獨立作用[9]。
3 ）部件和總成 由若干個零件或組件組成，具有結(jié)構(gòu)和作用上的獨立性。習(xí)慣上我們把直接組成機(jī)械的單元成為總成。組成總成的單元成為部件。
機(jī)械的裝配過程就是由零件組裝成組件、由組件組裝成部件、由部件組裝成總成以及最后組裝成機(jī)械的過程[9]。
2 虛擬裝配的概念
虛擬裝配實際上是在計算機(jī)上模擬設(shè)備的連續(xù)裝配過程如何有效地模擬實際裝配過程是虛擬裝配的目的，設(shè)備采用分層裝配是為了更好地模擬裝配的過程。對于整體設(shè)備而言，我們關(guān)心的是設(shè)備中各個組件在裝配體中的裝配形式及其裝配過程，因此在虛擬裝配過程中首先要確定進(jìn)行裝配的零部件組成，其次確定各個零部件的裝配順序，再次確定各個零部件所需的裝配約束。最后以連續(xù)的方式實現(xiàn)虛擬裝配過程。在三維設(shè)計系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)備的運動仿真就是在設(shè)計過程中模擬設(shè)計產(chǎn)品的運行情況，為設(shè)計評估提供依據(jù)。設(shè)備中各個運動部件的運動方式是多種多樣的，但總的說主要有直線運動、回轉(zhuǎn)運動、曲線運動等。要在計算機(jī)上模擬設(shè)備中各個部件的運動過程，就必須了解各個零部件的運動形式及其運動過程。因此首先要對各個部件的運動進(jìn)行分析，然后是其運動的實現(xiàn)[10][11][12]。
2.1.2 虛擬裝配的要求及建立過程
產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配能實現(xiàn)如下功能：
1 體現(xiàn)產(chǎn)品的功能要求
2 應(yīng)能對裝配進(jìn)行評價，指出裝配方法的優(yōu)劣
3 能滿足并行工程的需要
4 能夠使裝配產(chǎn)品系列化，以適應(yīng)市場。
虛擬裝配需要以下步驟：
1 建立產(chǎn)品的三維模型；
2 規(guī)劃產(chǎn)品的裝配順序 ；
3 規(guī)劃每個產(chǎn)品的裝配路徑；
4 對產(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行評價[13]。
2.1.3 虛擬裝配的意義
眾所周知，制造業(yè)是國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的裝備部門，在一定的歷史時期，制造業(yè)的發(fā)達(dá)與否，影響一個國家的前途命運，這對于我們國家具有特殊的意義。虛擬制造是新世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要方向之一，是現(xiàn)實制造過程在計算機(jī)上的本質(zhì)體現(xiàn)。他能在虛擬狀態(tài)下設(shè)計、制造、測試和分析產(chǎn)品，從而更迅速更有效地進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和制造[14]。
虛擬裝配是虛擬制造的關(guān)鍵組成部分之一，他通過計算機(jī)對產(chǎn)品裝配過程和裝配結(jié)果進(jìn)行分析和仿真，評價和預(yù)測產(chǎn)品模型，做出與裝配相關(guān)的工程決策，不需要實際產(chǎn)品作支持。它通過統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計過程與產(chǎn)品零部件制造、裝配的高度統(tǒng)一[15]。其作用可歸結(jié)為如下幾個方面：
1 選擇最佳方案，優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)。裝配設(shè)計的基本任務(wù)是從原理方案出發(fā)在各種因素制約下尋求裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，由此擬定裝配草圖。在虛擬環(huán)境中對不同的裝配方案進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)方案，可以完善裝配系統(tǒng)，保證產(chǎn)品的合格率和優(yōu)質(zhì)率。
2 制造虛擬樣機(jī)，節(jié)約制造使用費用。采用廉價的數(shù)字模型，設(shè)計人員可以從設(shè)計到生成制造整個過程出發(fā)制定周密的計劃，多方面對產(chǎn)品進(jìn)行觀察和分析，預(yù)見生成和裝配過程中出現(xiàn)的問題，即節(jié)約了制造物理樣機(jī)的費用，又減少了材料和產(chǎn)品的庫存。
3 產(chǎn)品的可行性分析，降低裝配成本。對產(chǎn)品的可裝配性分析是產(chǎn)品可制造型的基礎(chǔ)。通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動仿真，確保產(chǎn)品的零部件能夠裝配到位，也能夠分析維修過程中可能出現(xiàn)的問題，考慮工具及安全性、視線和拆卸等方面的問題，既降低了成本，又有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。
4 產(chǎn)品并行設(shè)計和VR技術(shù)的支持和保障。產(chǎn)品并行設(shè)計是讓下游有關(guān)活動盡早溶匯到上游的過程中來，使下游的有關(guān)因素能在設(shè)計早期加以考慮。
2.1.4 虛擬裝配技術(shù)國內(nèi)外的研究動態(tài)及現(xiàn)狀
面向虛擬裝配技術(shù)大體上可分作兩個層次[16]。一是采用裝配過程可視化手段和干涉檢查工具，直觀地展示產(chǎn)品裝配過場中零部件的運用形態(tài)和空間位置關(guān)系，并提供裝配序列的性能及其優(yōu)化結(jié)果。二是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造虛擬的產(chǎn)品裝配環(huán)境，操作人員有身臨其境的感覺，并能通過視覺、聽覺和觸覺來感知產(chǎn)品的裝配順序和效果。
迄今為止，虛擬裝配的發(fā)展可分為三個階段：第一階段是虛擬裝配理論的提出與完善，第二階段是虛擬裝配原型系統(tǒng)的開發(fā)階段，第三階段是虛擬裝配在工業(yè)界的應(yīng)用研究階段。由于虛擬裝配技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，國外的政府部門、企業(yè)和大學(xué)科研院所從20世紀(jì)90年代中前期就開始了對虛擬裝配技術(shù)多方位、多層次的研究，并且取得了很多的成果，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入對虛擬裝配技術(shù)深入研究和廣泛應(yīng)用的階段。
二十世紀(jì)九十年代末期，國內(nèi)以清華大學(xué)、浙江大學(xué)為主的高等院校、科研院和企業(yè)開始積極開展虛擬裝配技術(shù)的課題與項目研發(fā)工作，積極進(jìn)行有意義的理論研究與探索，并且已經(jīng)取得了階段性的理論成果。國內(nèi)虛擬裝配研究目前正處于從第二階段想第三階段過渡的狀態(tài)，處于原型系統(tǒng)開發(fā)或部分使用階段。
2.1.5 虛擬裝配方法與傳統(tǒng)裝配方法之間的比較
1裝配方法：傳統(tǒng)制造理論認(rèn)為，裝配應(yīng)該是整個制造過程的最后一個環(huán)節(jié)，就是按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件、組件和部件進(jìn)行配合和聯(lián)接，使之成為半成品和成品的工藝過程[17]。同時，傳統(tǒng)制造業(yè)大都注重規(guī)模效益，新產(chǎn)品的開發(fā)大都局限于已有產(chǎn)品進(jìn)行局部的改進(jìn)設(shè)計，而設(shè)計人員及工人已對產(chǎn)品本身及裝配工藝比較熟悉，一定程度上還是能夠完成產(chǎn)品的設(shè)計、試驗生產(chǎn)、裝配驗證最終批量生產(chǎn)的整個過程。
傳統(tǒng)裝配主要存在兩個問題：第一，人的因素的影響：產(chǎn)品裝配一直依賴于人的技巧、經(jīng)驗和判斷，裝配質(zhì)量也主要取決于裝配人員本身的體能和技能，一些借助機(jī)械手、機(jī)器人來進(jìn)行的裝配，仍然需要依賴人的經(jīng)驗來制定其裝配序列和裝配路徑。第二，裝配過程被局限在“設(shè)計-制造（裝配）-評價”和“事物驗證”的封閉時空模式中[18]。
2 虛擬裝配的優(yōu)勢：作為一門新興的技術(shù)，虛擬裝配技術(shù)實際上是裝配和制造技術(shù)、可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等多種技術(shù)的結(jié)合，所以它的發(fā)展與以上技術(shù)密切相關(guān)。虛擬裝配技術(shù)主要的特點歸納如下：以實現(xiàn)可裝配性的全面改善為目的，以實現(xiàn)操作仿真的高度逼真為要點，以實現(xiàn)裝配信息模型的集成化為核心，以全周期裝配環(huán)節(jié)為對象，以裝配多樣化為特色它可以改變傳統(tǒng)裝配中的如下不足：
1 傳統(tǒng)裝配必須等零件全部加工完成之后才能進(jìn)行裝配；
2 傳統(tǒng)裝配不能體現(xiàn)并行設(shè)計思想；
3 傳統(tǒng)裝配一般要反復(fù)修改，進(jìn)行多次試裝配，使得產(chǎn)品周期長，成本高，不能適應(yīng)當(dāng)前密接制造的需要。
2.2 虛擬仿真
2.2.1 仿真技術(shù)的起源
仿真技術(shù)是伴隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在計算機(jī)問世之前，基于物理模型的試驗一般成為“模擬”，它一般附屬于其他相關(guān)學(xué)科自從計算機(jī)特別是數(shù)字計算機(jī)出現(xiàn)以后，其高速計算能力和巨大的存儲能力使得復(fù)雜的數(shù)字計算成為可能，數(shù)字仿真技術(shù)得到蓬勃的發(fā)展，從而使仿真形成一門專門學(xué)科——系統(tǒng)仿真學(xué)。系統(tǒng)設(shè)計是一項復(fù)雜的任務(wù)，計算機(jī)輔助設(shè)計及仿真技術(shù)為系統(tǒng)設(shè)計提供了強有力的工具[19]。
2.2.2 仿真技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)及制造過程中的應(yīng)用
虛擬制造是實際制造過程在計算機(jī)上的本質(zhì)體現(xiàn)，即采用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機(jī)上群協(xié)同工作，在計算機(jī)上建立產(chǎn)品的三位數(shù)字化模型，“在計算機(jī)上制造”產(chǎn)生許多“軟”樣機(jī)，從而，在設(shè)計階段，就可以對所設(shè)計的零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造分析，這包括加工過程的工藝分析、鑄造過程的熱力學(xué)分析、運動部件的運動學(xué)分析以及整機(jī)的動力學(xué)分析等，甚至包括加工時間、加工費用、加工精度分析等[20]。
在三維設(shè)計系統(tǒng)中進(jìn)行運動仿真主要是借助于設(shè)計系統(tǒng)提供的參數(shù)化功能。參數(shù)化技術(shù)實質(zhì)上是一種尺寸驅(qū)動技術(shù)，其原理是當(dāng)零部件模型中的驅(qū)動尺寸產(chǎn)生變換時，零部件模型中相應(yīng)的形體隨之發(fā)生改變。在本文中實現(xiàn)設(shè)備運動仿真的原理是，當(dāng)連續(xù)改變模型中的某個驅(qū)動尺寸，模型中相應(yīng)的形體就會發(fā)生連續(xù)的改變從而形成模型連續(xù)運動的效果。利用這種方法實現(xiàn)的運動仿真需要建模和裝配技術(shù)的支持。以便與CAM、CAE、CAPP等技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)設(shè)計與制造的集成。然而目前的三維設(shè)計系統(tǒng)隨著計算機(jī)的發(fā)展，在CAD 技術(shù)領(lǐng)域中，二維設(shè)計逐漸向三維設(shè)計方向發(fā)展，只是提供了簡單的建模、裝配及二維工程圖生成功能，這些功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計工作的要求，比如當(dāng)設(shè)計者在設(shè)計過程中需要進(jìn)行一些簡單的工程分析工作時，系統(tǒng)就無法滿足要求，因此需要其它的工程分析系統(tǒng)來配合以便完成相應(yīng)的工作，這就會大大增加設(shè)計者的設(shè)計工作量、延長設(shè)計的周期、增加設(shè)計費用[21]。下面就以虛擬仿真技術(shù)在電風(fēng)扇設(shè)計中的應(yīng)用。
3 USB風(fēng)扇零件的造型設(shè)計
3.1 USB風(fēng)扇總體分析
電風(fēng)扇的建模設(shè)計總體上來說是使用了有底向上得到產(chǎn)品設(shè)計方法，在電風(fēng)扇底座的設(shè)計過程中滲透了由頂向下產(chǎn)品設(shè)計方法的基本思想，我們在學(xué)習(xí)電風(fēng)扇的建模設(shè)計過程中出了學(xué)習(xí)建模方法外，更多的是學(xué)習(xí)這種建模的思想。
電風(fēng)扇的設(shè)計綜合運用到了拉伸、掃描、混合等基本建模方法，曲面修剪、合并、偏移、曲面替換實體等復(fù)雜曲面建模方法，剖面圓頂?shù)雀呒壗７椒ā?
3.2 外殼零件設(shè)計
搖頭風(fēng)扇的電機(jī)主要由三部分組成：電機(jī)外殼、電機(jī)的電器部分（包括定子和轉(zhuǎn)子）及驅(qū)動風(fēng)扇搖擺的曲柄連桿。電機(jī)外殼的功能就是包容和承載后兩個部分，這里介紹風(fēng)扇電機(jī)外殼的設(shè)計過程。
風(fēng)扇電機(jī)外殼又由風(fēng)扇電機(jī)主體和后蓋兩部分組成，二者可以拆開，以便在其內(nèi)部安裝電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子及電刷等電器部分。風(fēng)扇電機(jī)主體和后蓋可以先進(jìn)行整體建模，完成后用平面將其分割開來，再進(jìn)行細(xì)部修飾。
（1） 新建一個名為motor.prt的文件。繪制如圖3-1 所示的草繪，將其拉伸14mm，并進(jìn)行抽殼出來，設(shè)定壁厚2mm，如圖3-2，抽殼后如圖3-3，然后對背面進(jìn)行拔模處理，操作過程如圖3-4，頂面為拔模樞軸，拔模斜度為5，得到圖3-5所示的特征。
圖3-1motor.prt草繪
圖3-2 圖3-3
圖3-4 圖3-5
（2） 在草繪環(huán)境下，使用草繪工具條上的使用功能，繪制圖3-6所示的草繪，拉伸8mm，得到圖3-7，然后繪制如圖3-8的草繪，用曲線拉伸而成的曲面對其進(jìn)行修剪并進(jìn)行倒圓角處理得到圖3-9。
圖3-6 圖3-7
圖3-8 圖3-9
（3）以FRONT面為草繪平面，繪制如圖3-10所示的草繪，將其拉伸20mm，然后對其正面，背面及上方面板均進(jìn)行拉伸減料處理，減料深度分別為16.5、2、1mm。得到如圖3-11所示的特征，接著在正面添加直徑為Φ48mm、壁厚1mm、高度3mm的薄壁圓環(huán)得到圖3-12。
圖3-10
圖3-11 圖3-12
（4）使用抽取功能，設(shè)定偏移量為0.5mm，繪制如圖3-13所示的草繪，將其拉伸65mm，得到如圖3-14所示的曲面片。
圖3-13
圖3-14
（5）對曲面片進(jìn)行修剪。
1）以RIGHT面為草繪平面，繪制如圖3-15所示的斜線及旋轉(zhuǎn)中心線，將該曲線旋轉(zhuǎn)60，得到如圖3-16所示的旋轉(zhuǎn)曲面。
圖3-15 圖3-16
2）以RIGHT面為鏡像平面，通過鏡像操作獲得旋轉(zhuǎn)曲面的鏡像。
3）將過濾器設(shè)置為“面組”，選中旋轉(zhuǎn)曲面原型和鏡像曲面，單擊特征工具條上的按鈕，將它們合并為一張曲面。
4）按下Ctrl鍵，先后選中剛合并的曲面及步驟（4）生成的曲面，單擊特征工具條的按鈕，在預(yù)覽中注意黃色箭頭的指向【見圖3-17】，滿意后單擊合并操控板上的按鈕完成合并，得到兩張曲面互相修剪的實際效果，如圖3-18所示。
圖3-17 圖3-18
5）對合并后的曲面進(jìn)行加厚處理，設(shè)定厚度為1.5mm，加厚方向指向內(nèi)部。
（6)抽取圖3-18圓環(huán)內(nèi)側(cè)Φ40的圓，將其拉伸為80mm長的圓柱體，并對其左端棱邊進(jìn)行R18mm倒圓角，得到如圖3-19所示的特征。
(7）以RIGHT面為草繪平面，繪制如圖3-20所示的旋轉(zhuǎn)截面及旋轉(zhuǎn)中心線。通過旋轉(zhuǎn)減料操作獲得電機(jī)外殼的內(nèi)部空腔，如圖3-21所示。 圖3-19
圖3-20 圖3-21
(8)使用拉伸操作在外殼底部創(chuàng)建兩個Φ8的安裝孔和高30mm的安裝導(dǎo)柱，如圖3-22所示。
圖3-22
（9）在電機(jī)外殼正面創(chuàng)建直徑Φ6mm，長30mm的葉片壓緊螺桿，并分別創(chuàng)建M24*2及M6*1的螺紋，如圖3-23和圖3-24所示。
圖3-23 圖3-24
（10）使用拉伸減料操作在外殼正面及面板上創(chuàng)建通風(fēng)散熱窗口，經(jīng)過陣列和鏡像后的窗口如圖3-25所示。
圖3-25
（11）分割電機(jī)外殼主體和后蓋。
1）選取曲面拉伸操作，以FRONT面為草繪平面，繪制一條直線，將其雙向拉伸成一個曲面，然后再點擊拉伸操控板上實體按鈕，拉伸曲面成為切割工具，注意預(yù)覽中黃色箭頭的指向，水平箭頭指向外側(cè)表示將把曲面外側(cè)部分剪除（見圖3-26）。單擊拉伸操控板上的按鈕完成電機(jī)外殼主體的分割（如圖3-27）。
圖3-26 圖3-27
2）創(chuàng)建搖桿曲柄基座。以外殼底面為參照創(chuàng)建基準(zhǔn)面DTM1，設(shè)定距離為3mm，以DTM1為草繪平面，繪制Φ35mm的圓將其向上拉伸減料10mm，得到曲柄基座。接下來創(chuàng)建Φ8mm搖桿通孔。
3）對外殼主體進(jìn)行倒圓角等修飾處理。完成后以motor-body為文件名保存副本備用。
4）右擊模型樹上的拉伸26，在快捷菜單中選取“編輯定義”，即又返回到步驟1）的狀態(tài)，點擊拉伸控制板上的按鈕，使水平黃色箭頭指向內(nèi)側(cè)，（圖3-28），將要修剪掉的是外殼的主體部分，單擊拉伸操控板上的按鈕，得到電機(jī)外殼后蓋部分，如圖3-29所示。
圖3-28 圖3-29
5）在后蓋平面上創(chuàng)建兩個Φ4.5mm的螺釘孔，并使用【插入】/【高級】/【唇】功能創(chuàng)建唇部，以保證可靠地裝配。最后保存副本以motor-cover為文件名存盤備用。
3.3風(fēng)扇其他零件設(shè)計
電風(fēng)扇葉片一般為一螺旋面，應(yīng)滿足一定的空氣動力學(xué)要求。當(dāng)其高速
旋轉(zhuǎn)的時候，葉片推動空氣能形成較強的氣流，可達(dá)到?jīng)鏊禍氐哪康摹＿m當(dāng)改變螺旋面的翹曲程度，可以將葉片用于航空發(fā)動機(jī)或摩托艇螺旋推進(jìn)器上。現(xiàn)利用曲面建模方法實現(xiàn)電風(fēng)扇葉片的整體建模。
（1）創(chuàng)建螺旋面。新建一個名為blande-fun的文件。選取主菜單上的【插入】/【螺旋掃描】/【曲面】命令，彈出如圖3-30所示的“曲面：螺旋掃描”控制框和菜單管理器，接受系統(tǒng)對屬性的默認(rèn)設(shè)置，單擊“完成”；根據(jù)系統(tǒng)的提示選擇FRONT面為掃描軌跡的草繪平面。繪制如圖3-31所示的直線作為掃描軌跡和掃描中心線。單擊草繪工具條上的 按鈕，退出草繪。在彈出的“輸入節(jié)距值”輸入框中輸入130，單擊 按鈕或按下“回車”鍵，再次進(jìn)入草繪，繪制如圖3-32所示的直線作為掃描截面，單擊草繪工具條上的按鈕，退出草繪。最后單擊控制框上的“確定”按鈕，創(chuàng)建螺旋曲面如圖3-33所示。
圖3-30
圖3-31 圖3-32
圖3-33
（2） 陣列生成三個螺旋曲面。單擊特征工具條上的按鈕，在陣列操控板上
選擇陣列類型為“方向”，旋轉(zhuǎn)陣列，并選擇坐標(biāo)系上的Y軸為陣列中心
線，輸入陣列個數(shù)3，角度增量為120，如圖3-34圖形區(qū)出現(xiàn)陣列預(yù)覽，
如圖3-35單擊操控板上的按鈕，獲得陣列后的三個螺旋曲面如圖3-36
圖3-34
圖3-35 圖3-36
（3） 單擊特征工具條上的“拉伸”命令，以TOP為草繪平面，繪制一個直徑
Φ80mm的圓，退出草繪，將該圓拉伸為高40mm的圓柱，作為葉片的中心
部分。
（4） 繪制葉片輪廓草圖并復(fù)制。單擊草繪按鈕，進(jìn)入草繪環(huán)境，以TOP面為從
草繪平面繪制如圖3-37曲線輪廓，退出草繪。選取主菜單上的【編輯】/
【幾何陣列】命令，在陣列操控板上的選項及輸入數(shù)據(jù)與步驟（2）完全相
同，通過幾何陣列得到另外兩個曲線輪廓如圖3-38。
圖3-37 圖3-38
（5）進(jìn)行拉伸減料，獲得葉片特征。首先選中選取曲線輪廓的原型，然后單擊
特征工具條上的拉伸按鈕，在拉伸操控板上選擇曲面，設(shè)定拉伸方向和距
離，注意水平黃色箭頭指向曲線輪廓的外
側(cè)，單擊操控板上的按鈕，獲得一個
葉片曲面特征。
采用類似的方法將另外兩個由陣列復(fù)制而
來的曲線輪廓也分別進(jìn)行拉伸減料操作，
獲得第二和第三個葉片特征[如圖3-39]。
注意：用于拉伸的曲線輪廓需要在TOP面 圖3-39
用抽取命令抽取獲得。
（6）加厚操作，形成實體。將過濾器設(shè)置為“面組”，選中第一個葉片特征，
選取主菜單上的【編輯】/【加厚】命令，輸入加厚值為1mm，單擊操控板
上的按鈕，獲得一個葉片實體特征。
接著按照同樣的方法對第二和第三葉片曲面進(jìn)
行加厚，隨后使用倒圓角命令對葉片實體模型
的邊進(jìn)行倒圓角，設(shè)定圓角半徑為R0.5mm。
（7） 對葉片部分進(jìn)行修飾。拉伸減料形成內(nèi)腔后拉
伸減料形成安裝孔再設(shè)置加強肋并進(jìn)行陣列
[見圖3-40]。由于操作過程比較簡單，這里就
不再贅述。
圖3-40
4 USB風(fēng)扇虛擬裝配
該風(fēng)扇機(jī)構(gòu)的運動部分為桿系結(jié)構(gòu)，主要運動副為“銷釘”連接關(guān)系?；╬edestal.prt）與地剛性固結(jié)，可視為“主體”，支柱（cylinder.prt）與基座、連接桿（connecter.prt）與支柱均為“剛性”連接，在該機(jī)構(gòu)中，基座、支柱、連接桿三者為固定不動的構(gòu)件；搖臂（rod-1.prt）與連接桿、電動機(jī)（motor.prt）與搖臂、葉片（blande-fun.prt）與電動機(jī)均為“銷釘”連接；后網(wǎng)罩（netty-cover-1.prt）與電動機(jī)、前網(wǎng)罩（netty-cover-2.prt）與后網(wǎng)罩均為“剛性”連接，前/后網(wǎng)罩隨電動機(jī)一起繞運動軸旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)以上連接關(guān)系，采用本節(jié)開始所說的第二種方法，即按照運動副連接關(guān)系來創(chuàng)建一個新的“USB風(fēng)扇”裝配體模型，為該機(jī)構(gòu)的運動仿真分析做好準(zhǔn)備。具體裝配和仿真過程如下：
1.采用“連接”關(guān)系創(chuàng)建電風(fēng)扇裝配模型
（1）啟動Pro/E野火5.0，新建一個名為fun-Sim.asm的“組件”文件，進(jìn)入裝配環(huán)境。單擊右工具條上的 按鈕，將基座零件pesestal.prt加載到圖形區(qū)。
（2）在彈出的“元件放置”操控板上選取連接關(guān)系為“剛性”，分別選中pedestal.prt的坐標(biāo)系PRT-CSYS-DEF及裝配體的坐標(biāo)系asm-def-csys為“對齊”關(guān)系。單擊操控板上的“確定”按鈕，基座零件被定位在裝配體模型上，并作為下一步裝配的基礎(chǔ)構(gòu)件。
（3）裝配支柱。單擊右工具條上的按鈕，將支柱零件cylinder.prt加載到圖形區(qū)，同樣選取“剛性”連接關(guān)系，分別選中支柱和基座的中心軸為“對齊”關(guān)系，再選中支柱的內(nèi)圓柱底面和基座的圓環(huán)頂面為“配對”關(guān)系，并令二者重合，單擊“確定”按鈕，完成支柱的裝配。裝配過程如圖4-1所示。
圖4-1裝配支柱
（4）裝配連接桿。單擊右工具條上的按鈕，將連接桿零件connecter.prt加載到圖形區(qū)，同樣選取“剛性”連接關(guān)系，分別選中連接桿和支柱的中心軸為“對齊”關(guān)系，再選中連接桿的內(nèi)圓柱底面和支柱的圓環(huán)頂面為“配對”關(guān)系，并命二者重合。單擊“確定”按鈕，完成連接桿的裝配。裝配過程如圖4-2所示。 圖4-2裝配連接桿
（5）裝配搖桿。
單擊右工具條上的按鈕，將搖臂零件rod-1.prt加載到圖形區(qū)，選取“銷釘”連接關(guān)系，分別選中搖臂和連接桿的中心軸為“對齊”關(guān)系，再選中搖臂的側(cè)面和連接桿的內(nèi)側(cè)面為“配對”關(guān)系，并令二者重合；此外還要設(shè)置“旋轉(zhuǎn)軸”以確定搖臂的初始位置；分別選中搖臂的TOP面和連接桿的RIGHT面，并在當(dāng)前位置欄中輸入0并選取“設(shè)置零位置”選項。單擊“確定”按鈕，完成搖臂的裝配。裝配過程如圖4-3所示。
圖4-3采用“銷釘”連接裝配搖臂
（6）裝配電動機(jī)。單擊右工具條上的按鈕，將電動機(jī)零件的motor.prt加載到圖形區(qū)，選取“銷釘”連接關(guān)系，分別選中電動機(jī)斜孔和搖臂的中心軸為“對齊”關(guān)系，再選中電動機(jī)上斜孔的底面和搖臂銷軸的頂面為“配對”關(guān)系，并令二者重合，單擊“確定”按鈕，完成電動機(jī)的裝配。裝配過程如圖4-4所示。
圖4-4采用“銷釘”連接裝配電動機(jī)
（7）裝配電動機(jī)后蓋。由于電動機(jī)后蓋是從電動機(jī)模型上修剪下來的，其坐標(biāo)系與電動機(jī)體位統(tǒng)一坐標(biāo)系，所以只要先設(shè)定“剛性”連接，然后采用坐標(biāo)系對齊的方式就可以將其準(zhǔn)確定位。
（8）裝配后網(wǎng)罩。單擊右工具條上的按鈕，將后網(wǎng)罩零件netty-cover-1.prt加載到圖形區(qū)，選取“剛性”連接關(guān)系，分別選中后網(wǎng)罩和電動機(jī)的中心軸為“對齊”關(guān)系，還要增選后網(wǎng)罩上安裝板背面和電動機(jī)的正面為“配對”關(guān)系，并令二者重合，單擊“確定”按鈕，完成后網(wǎng)罩的裝配。裝配過程如圖4-5所示。
圖4-5裝配后網(wǎng)罩
（9）裝配葉片。單擊右工具條上的按鈕，將后葉片零件blande-fun.prt加載到圖形區(qū)，選取“銷釘”連接關(guān)系，分別選中葉片和電動機(jī)的中心軸為“對齊”關(guān)系，再先后選中葉片頂面和電動機(jī)軸的頂面為“配對”關(guān)系，并令二者之間的偏移量為5mm，單擊“確定”按鈕，完成葉片的裝配。裝配過程如圖4-6所示。
圖4-6采用“銷釘”連接裝配葉片
（10）裝配前網(wǎng)罩。單擊右工具條上的按鈕，將前網(wǎng)罩零件netty-cover-2.prt加載到圖形區(qū)，選取“剛性”連接關(guān)系，分別選中前網(wǎng)罩和后網(wǎng)罩的中心軸為“對齊”關(guān)系，再選中前網(wǎng)罩圓環(huán)曲面及后網(wǎng)罩圓環(huán)平面，并設(shè)置二者為“相切”關(guān)系，單擊“確定”按鈕，完成前網(wǎng)罩的裝配。裝配過程如圖4-7所示。
圖4-7裝配前網(wǎng)罩
至此USB風(fēng)扇機(jī)構(gòu)的主要零件已裝配完畢，為下一步進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動仿真分析做好了準(zhǔn)備。
總 結(jié)
本文從最初的背景介紹，課題分析拓展出基于proe的USB風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)設(shè)分析。
在文中，詳細(xì)介紹了USB風(fēng)扇的風(fēng)扇葉片和電機(jī)等零件的工作原理和制作過程，參閱各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，盡可能多的嘗試不同設(shè)計方法以達(dá)到學(xué)習(xí)目的。除了設(shè)計方法運用，還運用了PROE繪制出了各部分的零件圖和裝配圖，以及運動仿真情況，以便對各部分的結(jié)構(gòu)情況都有更直觀的了解。
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致謝
畢業(yè)設(shè)計是將大學(xué)所學(xué)的知識融合在一起，綜合運用所有的相關(guān)專業(yè)知識，是課本知識在實際中的應(yīng)用。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我的專業(yè)知識在原有的基礎(chǔ)上得到更加的鞏固和提高，這離不開老師和同學(xué)們的幫助。本設(shè)計分析是在老師的指導(dǎo)下完成的，在分析的過程中，尹長城老師給了我很大的鼓勵，在設(shè)計分析中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計思路，增強了我的學(xué)習(xí)能力，與我們一起討論問題，使我對分析有了更清晰明確的認(rèn)識，使我受益非淺。
畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古言的真正含義。我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。
說實話，畢業(yè)設(shè)計真是有點累。然而一著手清理自己的設(shè)計結(jié)果，仔細(xì)回味畢業(yè)設(shè)計的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會走完的第一部，是我人生中的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多。
通過畢業(yè)設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂；有時應(yīng)為不小心計算出錯，只能毫不留情地重做。但一想起老師平時多耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到世界上因為某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)、一絲不茍的良好習(xí)慣。
經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計，使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正的貧乏，自己綜合運用所學(xué)專業(yè)知識的能力是如此的不足，幾年來學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的有點心急了。
由于畢業(yè)時間的倉促，很多本來應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒有時間去細(xì)細(xì)追究來源，比如網(wǎng)格劃分的控制、坐標(biāo)系的理解、求解器的選擇等，這使我明白了大學(xué)里學(xué)的只是一個大體上的方向，離實際應(yīng)用還有太遠(yuǎn)的距離。但我相信方向才是最重要的，因為方向確定了，就會用最少的精力做好事情，這對于我以后的工作至關(guān)重要。因為在實際生產(chǎn)生活中，要從事的工種是千差萬別的，只有從中找到自己最拿手，最有發(fā)展前途的崗位，個人才有更多的熱情，也最可能在自己的崗位做出一些貢獻(xiàn)。
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