溢流阀的逆向设计及三维实体仿真【毕业设计论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）溢流阀的逆向设计及三维实体仿真所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日溢流阀的逆向设计及三维实体仿真摘要：逆向工程技术是当今先进制造技术热点之一，能缩短产品设计和制造的周期。直动式溢流阀一般用于低压小流量系统。通常在使用的过程中溢流阀会有振动和噪音，进而容易使液压系统出现振动及压力不稳定,影响机器正常工作。溢流阀的逆向设计及三维实体仿真将对直动式溢流阀进行结构分析，进行逆向设计，深入了解逆向设计的思维

2、。用逆向工程的专业设备对溢流阀进行数据测量，分析所测数据。并总结了逆向工程技术的数据采集方法，采用三坐标测量机对直动式溢流阀进行了实际测量，对获得的测量数据处理。利用 Proe 建模软件，构建了直动式溢流阀的模型，研究了重建模型的方法，并实现了溢流阀的运动仿真。对直动式溢流阀的结构改进。改善了直动式溢流阀的整体性能。更加充分地继承原有产品的优势,继而实现理论和实践上的创新。关键词：逆向工程，溢流阀，建模，仿真Overflow valve reverse design and 3 d simulationAbstract：Reverse engineering is one of the hot

3、 spot of todays advanced manufacturingtechnology, can shorten the cycle of product design and manufacturing.Straight moving type relief valve is generally used in low pressure small flow system. Usually in the process of using the overflow valve will have vibration and noise, and easy to make the hy

4、draulic system in vibration and pressure is not stable, affect the normal work of the machine. Overflow valve reverse design and three dimensional simulation of straight moving type relief valve structure analysis, reverse design, a thorough understanding of reverse design thinking. Using reverse en

5、gineering professional equipment to overflow valve data measurement, analysis the test data. And sums up the reverse engineering technology of data acquisition method, using three coordinate measuring machine has carried on the actual measurement to straight moving type relief valves, to obtain the

6、measurement data processing. Using Proe modeling software, constructs the model of straight moving type relief valves, studied the method of reconstruction model, and implements the overflow valve movement simulation. Straight moving type relief valve structure improvement. To improve the overall pe

7、rformance of straight moving type relief valve. More fully inherited the advantages of the original product, and then realize the innovation of the theory and practice.Key Words : Reverse Engineering,The overflow valveModel ,Reconstruction,simulationI目 录1 绪论 .11.1 课题提出的背景及意义 .11.1.1 逆向工程在国内外研究状况 .11

8、.2 逆向工程的原理及应用 .21.2.1 逆向工程的原理及特点 .21.2.2 逆向工程的流程及应用领域 .21.3 研究内容及意义 .31.3.1 课题的目的及意义 .31.3.2 研究内容 .42 直动式溢流阀 .42.1 溢流阀的应用 .42.2 溢流阀的分类和原理 .52.2.1 溢流阀的分类 .52.2.2 直动式溢流阀的工作原理 .62.3 溢流阀的问题分析 .73 逆向工程测量技术 .83.1 逆向工程系统组成 .83.2 扫描测量设备 .93.2.1 接触式测量 .93.2.2 非接触式测量 .103.3 点云处理 .123.3.1 点云处理软件 .123.3.2 点云处理的

9、作用 .123.3.3 点云处理步骤 .123.4 曲面处理 .133.4.1 曲面处理软件 .133.4.2 曲线创建功能 .143.5 实体建模 .153.5.1 实体建模软件 .15II3.5.2 三维建模的方法 .163.6 实体三维数据的扫描 .164 溢流阀的逆向设计 .174.1 溢流阀逆向开发的流程 .174.2 扫描 .184.2.1 溢流阀结构分析 .184.2.2 测量 .184.3 曲面重构 .254.4 实体造型 .264.4.1 Pro/E 建模 .264.4.2 产生溢流阀的二维图 .274.5 直动式溢流阀的改进 .29参考文献 .31致 谢 .3211 绪 论

10、1.1 课题提出的背景及意义1.1.1 逆向工程在国内外研究状况逆向工程这一概念是在 20 世纪 80 年代初分别由美国 3M 公司、日本名古屋工业研究所和美国 UVP 公司提出的” 。自从 20 世纪 80 年代产生以来,逆向工程技术以其显著的优势收到学术界和工业界的越来越多的重视。在测量方法和测量设备方面,传统的三坐标测量机,在速度和精度方面不断提高。20 世纪 50 年代,英国 Ferranti 公司研制出三坐标测量机(CMM,coordinate measuringmachine)。1973 年,德国 Zeiss 公司推出 UMM500 测量机。这两款测量机已经成为机械式测量方法的代表

11、。随着声、光和电磁技术的发展,出现了越来越多的测量方法,如激光测量、超声波测量和电磁测量等。在曲线曲面重构理论方面,19 世纪 60 年代晚期,Pierre B6zier 应用数学方法为雷诺公司的汽车制造业描绘出了贝塞尔曲线,Bezier 曲线曲面是一种基于三角域的结构,具有构造灵活,适应性好等优点。1963 年,美国波音公司的 Ferguson 最早提出了用参数化形式对形状数学描述的方法。1964 年,美国麻省理工学院的 Coons 提出了一种用给定的封闭曲线的四条边界定义曲面的方法。1971 年,法国雷诺公司的 Bezier 使用控制多边形设计曲线的方法。1974 年,Gordon 和 R

12、iesenfeld 最终提出了 B 样条方法。1975 年,美国Syracuse 大学的 Versprille 对 B 样条理论进行推广,首次提出了 NURBS 理论。后来经过 Piegl 和 Tiller 等人的努力,将 Bezier 和 B 样条理论融合到 NURBS 中,这使得 NURBS曲面造型方法成为现代主流设计方法。在逆向工程软件方面主要有美国 EDS 公司出品的 Imageware 软件和英国 DelCam 公司的 CopyCAD 等。这些软件都具有较强的点云数据处理功能和强大的曲线曲面造型功 Bb。 1国内的逆向工程技术与国外相比还存在很大的差距,尚处于应用和消化阶段。但是这对

13、我国逆向工程的发展也是一个很大的机遇。立足于国外的发展成果,我国的逆向工程技术得到了迅速的发展。21.2 逆向工程的原理及应用1.2.1 逆向工程的原理及特点逆向工程的原理就是一个“从有到无”的过程，根据已经存在的产品模型，通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物转化为计算机上的三维数字模型，反向推出产品的设计数据的过程。逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成 IGES 或 STL 数据，据此就能进行快速成型或 CNC 数控加工。在瞬息万变的产品市场中，能否

14、快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或 CAD数据档案，没法得到准确的尺寸，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，制造模具也就更为烦杂。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。传统的复制方法时间长而效果不佳，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。并给出一个一体化的解决方案：从样品数据产品。从样品（实物，图片等）直接反求出 cad 数据，然后用快速成型或 CNC 数控直接加工出产品（模具） ，因此逆向工程具有快速，高效等特

15、点。1.2.2 逆向工程的流程及应用领域逆向工程的流程由以下几步组成，模型曲面分析确定扫描方案进行实体点云扫描进行点云数据处理建立需要的曲线建立曲面进行实体建模。逆向工程作为一种先进制造技术在很多领域都得到了广泛的应用和发展,主要有以下几个方面:1 产品仿制:产品仿制是逆向工程应用的初级阶段 ,处于逆向设计思想的引进和消化阶段。这个阶段较为简单,它只要求获得样件的三维模型,而不必进行创新设计。因此这种设计方法被中小企业广泛采用。32 对产品进行改型设计:对产品的改型设计与产品仿制相似 ,只是在获得三维模型后,对外形作简单的修改,比如大小尺寸等等。因此改型设计也相对简单。产品仿制与改型由于相对简

16、单,设计成本低等优势得到了广泛应用,但是均处于逆向设计的低级阶段。3 开发新产品:运用逆向工程技术研发新产品处于设计的高级阶段 ,也是市场竞争的必然要求。企业为了提高自己的竞争优势,必须要不断的推出新产品,缩短产品的研发周期。新产品的研发方式主要分为两种:一是在已有产品的基础上获得它的三维模型 ,然后在三维模型的基础上进行创新设计,开发出新产品: 二是在汽车、飞机等需要进行风洞试验的行业,首先设计出产品的油泥、木模等模型,然后通过逆向工程技术得到 CAD 模型。新产品研发是逆向设计的高级阶段,也是市场对企业发展的必然要求。4 对磨损的零件进行还原:有些大型设备经常会因为某个零部件的损坏而停止正

17、 . 常工作,而这些零部件又不是标准化零部件,这时就需要采用其它方式快速生产出这些零部件。采用逆向工程方法可以快速生产出这些零部件的代替品,恢复设备的正常运转,减少停产损失。5 文物保护:逆向工程在文物保护中的应用与对磨损零件的修复类似 ,历史文物往往存在年久失修出现破损的情况,或者有时需要对考古文物进行复制,这时就可以采用逆向工程技术,对历史文物进行修复或复制,以恢复它们的原来面目。6 医学应用:逆向工程在医学中可用于人体器官的复制 ,如假肢制造。此外,某些对人体仿生性要求较高的特种设备,如按摩椅、宇航员制服和头盗等也需要对人体表面信息进行采集生成几何模型。逆向工程技术在测量设备的开发和数据

18、处理以及逆向工程软件方面都取得了长足的发展。但是目前逆向工程流程的各个阶段联系并不十分紧密,甚至可以说比较孤立。比如测量过程对模型重构与后续加工制造的要求就很少考虑。因此逆向工程技术在未来的发展仍会十分活跃。1.3 研究内容及意义1.3.1 课题的目的及意义采用三坐标测量机对溢流阀进行数据采集，根据 CAD/CAE 系统处理数据，并建立溢流阀的三维模型。4通过毕业设计认识逆向工程，在以后的设计中考虑逆向工程，因为它缩短了开发周期，降低了产品开发成本。如果将逆向工程与已有的计算机辅助设计（CAD，计算机辅助制造（CAM）等技术有机的结合在一起，将有效地提高产品设计与制造的水平。1.3.2 研究内

19、容熟悉溢流阀的结构，了解三维测量仪器的操作。了解阀类点云的处理方法，通过溢流阀的扫描知道逆向工程的大概扫描过程。学习 IMAGEWARE 软件。通过原物的扫描后，得到其形状，根据需要改变其形状参数，逆向设计后建立三维模型。2 直动式溢流阀2.1 溢流阀的应用图 2-1 1.作溢流阀，使系统压力恒定在定量泵液压系统中,如图(a)所示。溢流阀通常安装在泵的出口处,溢流阀的设定压力应等于系统的工作压力。在正常工作时阀是常开的,随着执行机构所需油量的变化,阀口的溢油量时大时小,使液压系统中的压力基本保持恒定。由于长期溢流回油箱，容易引起油箱的温度快速升高。故一般只应用于小功率带定量泵的系统中。2.作安全阀