基于PROE的單人漫步機(jī)造型設(shè)計.doc

摘要本文以健身器材中的單人漫步機(jī)為研究對象，從健身器材的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢出發(fā)，闡明對健身器材的研究意義。接著介紹Pro/E建模的基礎(chǔ)知識包括建模方法及建模思路，為實體建模打下基礎(chǔ)。實體建模中從零件建模出發(fā)，繪制出單人漫步機(jī)的相關(guān)零件圖及整體裝配圖。最后進(jìn)行造型設(shè)計分析，其中包括結(jié)構(gòu)分析，尺寸和比例分析，線形組織分析，材質(zhì)分析，人機(jī)協(xié)調(diào)性分析，接著闡述結(jié)論并做出未來展望。關(guān)鍵詞：Pro/E,單人漫步機(jī)，造型設(shè)計分析2AbstractInthisarticletakefitnessequipmentssinglestrollsmachineastheobjectofstudy,embarksfromthefitnessequipmentsresearchpresentsituationandthetrendofdevelopment,expoundstothefitnessequipmentsresearchsignificance.ThenintroducedthatthePro/Emodellingtheelementaryknowledgeincludingthemodellingmethodandthemodellingmentality,buildsthefoundationfortheentitymodelling.Intheentitymodellingembarksfromthecomponentsmodelling,drawsupthesinglestrollsmachinetherelateddetaildrawingandtheoverallassemblydrawing.Finallycarriesonthemodellingprojectanalysis,includingthestructureanalysis,thesizeandtheproportionanalysis,thelinearorganizationanalysis,thematerialqualityanalysis,theman-machinecoordinationanalysis,thenelaboratedthattheconclusionandwillmakeforecastsinthefuture.Keywords:Pro/E,TheSingleStrollsMachine,ModellingProjectAnalysis1緒論1.1研究背景隨著我國人民生活水平的日益提高和居家條件的逐步改善，人們對體育健身的需求越來越強(qiáng)烈。近年來出現(xiàn)的高科技新材料用于健身器材的制造中,顯示出的巨大優(yōu)越性主要是質(zhì)輕、堅硬、耐磨損、耐腐蝕、彈性好。新材料主要有碳纖維復(fù)合材料、工程陶瓷及稀有金屬復(fù)合材料。健身器材中的跑步機(jī)、劃船器、健身車、按摩椅、太空漫步機(jī)、登山訓(xùn)練器、各種球棒、水上和冰上運動器材的新材料比例都在逐漸增加。新技術(shù)的應(yīng)用，使健身器材發(fā)生了革命性的變化。例如，美國市場最近出現(xiàn)了一種新型健身器械。這種器械帶有音響的閃爍指示燈，能在人鍛煉的不同階段發(fā)出聲光提示，并顯示出鍛煉者設(shè)定的程序和圖像，屏幕還具有先進(jìn)的畫中畫功能。在新工藝方面創(chuàng)新結(jié)構(gòu)創(chuàng)新工藝的健身器材更具有生命力。健身運動的發(fā)展，運動訓(xùn)練水平與人類身體素質(zhì)的不斷提高，促進(jìn)了健身器材廣泛的適用性與功能的針對性更有機(jī)的結(jié)合。我國的健身器材起步較晚，發(fā)展較快，取得了很大的成績。在新的世紀(jì)里，我國正在由體育大國向體育強(qiáng)國的目標(biāo)前進(jìn)，作為服務(wù)于大眾的健身器材必須有更大的發(fā)展。目前，我國的健身器材與世界先進(jìn)國家相比，還有較大的差距。要加強(qiáng)學(xué)科研究，要采用高新技術(shù)來加快我國健身器材的發(fā)展速度，爭取在不長的時間內(nèi)，使我國的健身器材立于世界強(qiáng)國之林。1.2研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢健身器材經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜，由單一到多樣，科技含量不斷增加的發(fā)展過程?，F(xiàn)代健身器材已不再是機(jī)械零件的簡單組合，而是集電子、機(jī)械、光電、傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及自動控制技術(shù)等多學(xué)科知識于一體的新型運動器材。近年來，世界上出現(xiàn)了先進(jìn)的健身器材迅速發(fā)展和激烈競爭的趨勢。這種趨勢體現(xiàn)在以下三個方面：(1)多學(xué)科知識更緊密的應(yīng)用于健身器材的設(shè)計與研制；(2)新材料，新技術(shù)，新工藝應(yīng)用于健身器材的速度加快；(3)健身器材廣泛的適用性與功能的針對性更有機(jī)地結(jié)合。同時還出現(xiàn)了高科技新材料用于健身器材的制造，顯示出的巨大優(yōu)越性，主要是質(zhì)輕、堅硬、耐磨損、耐腐蝕、彈性好。1.3研究意義全民健身計劃是一項利國利民，功在當(dāng)代，福蔭子孫的宏偉工程。健身器材是全民健身的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，加速完善健身器材市場，對于推動全民健身的實施有非常重要的意義。全民健身在一些發(fā)達(dá)國家開展較早，關(guān)于健身器材的研究已形成多層次、多檔次、全方位的市場體系，借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗，結(jié)合我國國情，建立和完善中國特色的健身器材市場體系是貫徹全民健身的重要課題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、工作節(jié)奏的加快以及人們生活水平的提高，人們越來越感到了健康的重要性。健身器這一新興行業(yè)逐漸興榮起來，同時也面臨著十分激烈的市場競爭。由于健身器材的自身特點(除具備健身的物質(zhì)功能以外，還應(yīng)具備裝飾生活環(huán)境，體現(xiàn)生活品位的精神功能)，所以國內(nèi)外市場對其造型設(shè)計提出了較高的要求。純功能性的健身器材已滿足不了人們的消費需求，藝術(shù)的形態(tài)、人性化的設(shè)計已成為大眾首選的時尚。21世紀(jì)是設(shè)計的世紀(jì)，健身器材的生產(chǎn)企業(yè)已清楚的認(rèn)識到良好的產(chǎn)品造型設(shè)計可以提高企業(yè)的市場競爭能力，因為它可以創(chuàng)造產(chǎn)品的個性，提升品牌的價值，同時也可以激發(fā)使用者的鍛煉熱情和美化生活空間，因此，企業(yè)努力美化和改善自己產(chǎn)品的造型，提高產(chǎn)品的藝術(shù)美感。41.4研究對象與內(nèi)容1.4.1研究對象名稱：單人漫步器使用方法：站在腳板上，雙手握緊橫桿，雙腿呈行走姿勢前后擺動。功能說明：增強(qiáng)心肺功能及下肢，腰部肌肉力量；改善下肢柔潤性和協(xié)調(diào)能力。提高下肢各關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，對腰肌勞損、髖關(guān)節(jié)酸痛，下肢活動障礙，肌肉萎縮等有康復(fù)作用。圖1為單人漫步器的實體模型。圖1單人漫步機(jī)1.4.2研究內(nèi)容本文以健身器材中的單人漫步機(jī)為例，依據(jù)造型設(shè)計理論及現(xiàn)代CAD軟件Pro/Engineer的強(qiáng)大功能，進(jìn)行3D建模，模型分析，實現(xiàn)單人漫步機(jī)的造型優(yōu)化設(shè)計，功能測試，使得單人漫步機(jī)的功能從細(xì)節(jié)上得到細(xì)化，在未批量生產(chǎn)前就達(dá)到預(yù)期功能的效果。2Pro/Engineer的功能介紹2.1引言Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件Pro/DESINGER（造型設(shè)計），Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、逆向工程、自動測量、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程；國際上有27000多企業(yè)采用了Pro/Engineer軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。2.2建模初步作為一個功能強(qiáng)大的設(shè)計軟件，與其他的設(shè)計軟件相比，Pro/Engineer有自己的建模方式和自己的一些定義，因此，有必要了解和掌握該軟件的建模原理和基本概念。也只有理解了其建模原理與基本概念，才能利用它去實現(xiàn)模型的設(shè)計意圖。本節(jié)將就這些內(nèi)容展開全面的討論，目的是掌握Pro/Engineer的建模原理和基本概念，以便于更好、更快地創(chuàng)建和處理模型。2.3建模方法及基本概念從目前大多數(shù)的計算機(jī)輔助繪圖軟件的工作方式來看，建模方法主要有3中形式：線框形式、三位曲面形式和實體模型形式。(1)線框形式：這種形式用線條搭建三維幾何模型，但不包含任何的表面積、體積等信息。例如AutoCAD中的三維線框模型。(2)三維曲面形式：這種形式能夠建立具有一定輪廓的幾何外形，但是只相當(dāng)于物體表面的表皮，不具備質(zhì)量信息。例如3dsmax中的三維曲面。(3)實體模型形式：這種形式是真正意義上的幾何形體，不僅有“表”（即外形），而具有“里”（即質(zhì)量），“表”“里”如一，能完整地定義三維實體。Pro/Engineer就是采用這樣的形式。Pro/Engineer是一個實體建模器，它將模型建立成實體，并允許在三維的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計。用Pro/Engineer建立的模型具有表面積和體積，因此可直接由創(chuàng)建的幾何模型計算出質(zhì)量特征。在介紹Pro/Engineer的強(qiáng)大功能之前，先介紹3個基本概念：特征、關(guān)聯(lián)和參數(shù)化。62.3.1特征特征在Pro/Engineer中是一個非常重要的概念，因為所有的操作都是圍繞著特征來完成的。特征是指所有的實體、嵌片和對象等，是構(gòu)成零件的最基本部分。Pro/Engineer是一個基于特征的實體模型。改變與特征相關(guān)的形狀或位置定義，就可以改變與模型相關(guān)的形位關(guān)系。2.3.2關(guān)聯(lián)Pro/Engineer采用單一數(shù)據(jù)庫管理，不論零件還是裝配件，都共享同一數(shù)據(jù)庫，并且使用數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)方法。所謂關(guān)聯(lián)就是在任意層面上更改設(shè)計，系統(tǒng)會自動在所有層面上作相應(yīng)的改動。比如，將某個零件進(jìn)行修改（修改操作包括修改尺寸參數(shù)、添加特征和刪除特征等），并且保存，那么所有包括此零件的模型也會相應(yīng)地進(jìn)行變化。所有的這些關(guān)聯(lián)變化都是自動進(jìn)行的，其實質(zhì)就是使用單一數(shù)據(jù)庫管理機(jī)制。2.3.3參數(shù)化Pro/Engineer是一個參數(shù)化系統(tǒng)。所謂參數(shù)化是將模型的所有尺寸定義為參數(shù)形式。系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)名字是d#，其中“#”是尺寸標(biāo)注的流水號。系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)名字是可以進(jìn)行修改的。當(dāng)修改參數(shù)的值時，在保持模型的拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，模型的幾何大小和相對比例將隨著參數(shù)的改變而變化?？梢远x參數(shù)之間的相互關(guān)系，這樣就會使得特征之間存在相依關(guān)系。當(dāng)修改某一單獨特征的數(shù)值時，會牽動其他與之存在相依關(guān)系的特征進(jìn)行變更，這樣就能保證整體的設(shè)計意圖。當(dāng)某一特征參考到其他特征時，特征之間便產(chǎn)生關(guān)系，即所謂的父/子關(guān)系。通過加入關(guān)系式，可以增加特征之間的參數(shù)關(guān)系。2.3.4建模思路在建模過程中，要養(yǎng)成好的建模習(xí)慣，行程明確的建模思路，不能看到什么特征，就建立什么特征。不好的建模習(xí)慣不僅影響設(shè)計效率，而且使特征之間缺乏關(guān)聯(lián)性，不利于后續(xù)的分析操作。這里所說的建模思路并不是唯一的，可根據(jù)實際情況在建模過程中靈活掌握。建模的設(shè)計準(zhǔn)則如下。(1)確定特征的順序：在模型中，特征的順序?qū)δＰ偷膶崿F(xiàn)意圖影響相當(dāng)大，同一個模型，由不同的特征順序生成，產(chǎn)生的結(jié)果可能會截然不同?；A(chǔ)特征是考慮的重點，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶卣髯鳛樵O(shè)計中心。(2)簡化特征模型：組成模型的特征要盡量簡單化，這樣能使修改更為容易。另外，還要充分考慮尺寸參數(shù)的控制。(3)建立特征的父/子關(guān)系，注重解決特征的關(guān)聯(lián)問題。(4)靈活使用特征復(fù)制操作：復(fù)制操作會產(chǎn)生一個特征陣列，如果改變其中任意一個特征的參數(shù)，系統(tǒng)會自動地反映在其他陣列特征上。具體的建模過程如下。（1）對于要建立模型的零件來說，首先要分析其特征，確定特征的創(chuàng)建順序。（2）進(jìn)入零件設(shè)計階段。（3）創(chuàng)建草繪特征。它是其他特征的父特征。（4）確定參考平面。（5）繪制其他特征。（6）進(jìn)行必要的標(biāo)注和尺寸修改。（7）保存。2.4基準(zhǔn)平面要創(chuàng)建一個零件模型，必須先創(chuàng)建一個實體特征，用來在模型上定位后續(xù)的實體特征?；咎卣魇嵌x零件模型需要創(chuàng)建的第1個實體模型?；咎卣靼ɑ鶞?zhǔn)軸、基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)坐標(biāo)等。本節(jié)將介紹基準(zhǔn)平面。2.4.1基準(zhǔn)平面及其使用如果模型中沒有任何特征，選擇