1、辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 辽宁科技大学题目：基于 pro/e 的健身器材滑步机的运动仿真姓 名： 专 业： 机制 11 院 系：装备制造学院指导教师： 完成日期：2015 年 6 月 3 日辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 I 页基 于 pro/e 的 健 身 器 材 滑 步 机 的 运 动 仿 真摘 要滑步机主要为大腿使力驱动身体，主要运动到臀部，背部等肌群。这是一种适合男女老少有氧运动的健身器材，可以有效锻炼人的心血管系统和提高人的心肺功能，并对心血管系统功能提高有相当大的作用，同时它的减脂作用也很明显。是一种可使全身 80%的肌肉和关节同时参加运动的一种不可多得的器材。本文
2、中不但介绍了健身器材的发展现状，也指出了一些现在存在的一些问题。并且，在分析研究滑步机的各组成零件和它们之间的结构关系的同时，利用现代机械研究软件 pro/e 对所研究的滑步机进行实体建模和运动仿真。Pro/Engineer 系统是美国参数技术公司的产品。PTC 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械 CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准。得出在传统条件下不能得出的结论数据。从而更好的确定滑步机的结构和相关数据，为滑步机的优化设计打下基础。使之起到更好的锻炼作用。关键词：滑步机，pr/e，建模辽宁科技
3、大学本科生毕业设计（论文）第 II 页AbstractSlide driven mainly for the thighs make strength your body, major sport to the hips, back and other muscles. It is suitable for men, women and children of aerobic exercise fitness equipment, can effectively exercise the cardiovascular system and improve lung function in pe
4、oples hearts, and has a considerable effect on cardiovascular system function, improving, but fat loss is also evident. Is a general 80% of the muscles and joints as well as a rare sports equipment. This article not only introduced the current situation of fitness equipment, also pointed out some pr
5、oblems now. Furthermore, analysis of the slip of the constituent parts and the structural relationships between them at the same time, using modern machinery software Pro/e for the study of sliding the solid modeling and motion simulation. Pro/Engineer system is the United States of parametric Techn
6、ology Corp. product. PTC , parametric, based on the companys proposed single database concepts related to features, changed the mechanical CAD/CAE/cam tradition, this new concept has become the world of mechanical CAD/CAE/cam areas of new standards. Data obtained under traditional conditions cannot
7、come to the conclusion. In order to better determine the structure of sliding machine and related data, and lay the Foundation for optimal design of sliding machines. Make them play a better role in exercise.Key words: gliding machine,PR/e, modeling辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 III 页目 录辽宁科技大学毕业设计 (论文 )任务书 .I摘
8、要.IAbstract.II目 录.III1.绪 论.11.1 选题背景和目的 .11.2 国内外研究状况 .11.2.1 健身器材的发展 .11.2.2 Pro/e 的发展应用 .21.3 本课题研究的必要性 .32 Pro/E 功能介绍 .42.1 Pro/e 的主要功能简介 .42.2 Pro/E 的三维模型创建功能 .52.3 Pro/E 建模的一般过程 .62.4 pro/e 的参数化曲面建模 .73 滑步机的建模与分析 .83.1 滑步机的组成及内在联系 .83.2 典型零件建模 .123.3 零件装配 .274 仿真 .294.1 仿真介绍 .294.2 干涉检验 .294.3
9、运动分析 .305 结论 .30致 谢 .32参考文献 .33辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 IV 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 1 页基 于 pro/e 的 健 身 器 材 滑 步 机 的 运 动 仿 真1 绪论1.1 选题背景和目的随着时代的发展，社会的进步，人们的生活水平越来越高。在物质条件得到满足的同时，人们越来越渴望着精神世界的满足和有健康的身体去享受这一切。随着国家全民健身计划纲要的实施，全国健身热潮正在兴起。 全民健身是指全国人民，不分男女老少，全体人民增强力量，增加耐力，提高协调，控制身体各部分的能力，从而使人民身体强健。旨在全面提高国民体质和健康水平，以青少年
10、和儿童为重点，倡导全民做到每天参加一次以上的体育健身活动，学会两种以上健身方法，每年进行一次体质测定。为纪念北京奥运会成功举办，国务院批准从 2009 年起，将每年 8 月 8 日设置为“全民健身日”。随机人们的健康观念正在转变，越来越多的人从传统的“养生健康”转变为现代的“健身健康”，开始意识到“健身”和“锻炼”对健康的重要性。“花钱买锻炼”、“花钱买健身”已经成为一种新的消费时尚。健身健康事业也已成为人们普遍关注的投资热点。而舒适的室内健身也成为人们越来越喜欢的一种运动。在这样的一个大环境下，室内健身成了大多数人必不可少的健身活动，随之而来的是健身器材行业的发展越来越受到我们的重视。在现代
11、机械领域里，三维绘图已经成为我们创新发展的一种必不可少的手段。Pr/e 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。1.2 国内外研究状况1.2.1 健身器材的发展健身器材工业起源于 20 世纪 70 年代初的美国及加拿大，所以美国及加拿大的健身设备厂是历史最悠久的厂商，他们经历了健身器材工业的低谷与高峰，经历了健身器材的诞生与发展过程，所以说美国及加拿大的健身器材是技术最优秀的最专业的产品，经过 30 年的工业创新，使得美国及加拿大的产品辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 2 页成为全球健身器材产品的全球领跑者。包
12、括有氧的 Lifefitness , Precor , Stairmaster ,Schwinn , Concept II , Bodyguard , 力量设备 Cybex , Nautilus ,Vectra 从以上品牌开始，美洲大地开始了健身器材工业化。人们意识到了健身器材工业是一个朝阳产业，而且越来越为广大使用者接受。之后美国出现了众多厂商进行众多品牌的工业化生产，包括目前“ StarTrac , Keys , Scifit , Trimline , Quinton ,Hummer ,Trotter ”等等品牌。直到 20 世纪 90 年代中期之前,国内销售的电动跑步机基本上都是国外产品
13、，能进入家庭的大都是机械式跑步机，其生产厂家多为自行车厂。20 世纪90 年代中期，随着国际产业结构的调整，部分国外跑步机生产产能开始向我国转移，沿海地区的一些企业利用产业配套优势，结合国内外信息，生产出了国产化的家用电动跑步机。进入 21 世纪之后，家用跑步机的生产企业广泛分布到长三角、山东半岛及粤、闽沿海地区，数量众多，其产能占据全球产能的一半以上，但均以产业链下游的代工生产、出口加工为主。当然也有些企业试图从 OEM (原始设备生产商) 向 ODM (原始设计制造商)、OBM(原始品牌制造商)转型，用自有品牌去占据市场，尤其是国内市场。所以国内市场出现了新生的本土品牌与传统的洋品牌交互辉
14、映的情形：汇祥 、万年青、乔山 、星驰 、 舒华、格林、兄弟、英派斯等。1.2.2 Pro/e 的发展应用Pro/E（Pro/Engineer 操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称 PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的 CAD/CAM 软件之一。Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/
15、E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 3 页Pro/E 是一套涵盖了由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。PTC 的系列软件已经深入工业设计和机械设计等各项领域，包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造和产品数据管理，并提供了最全面、集成最紧密的产品开发环境。1.3 本课题
16、研究的必要性在曾长期被国外 CAD 软件垄断的中国 CAD 市场，我们国产 CAD 软件已走过了十多年曲折、探索的岁月，如今迎来了新的机遇和发展。作为国产 CAD 的领导品牌，中望龙腾以及中望 CAD 的成长历程，其实也正是整个国产 CAD 软件业发展的一个缩影。好比中国的汽车工业，曾经很长一段时间，人们对中国企业自主研发汽车的技术和经济实力都表示怀疑，而如今，中国自主汽车品牌奇瑞却用短短六年时间实现了从 0 到 30 多万辆的年销售成绩，缔造了“车坛黑马”的神话。国产 CAD 软件领域也是如此。中望龙腾的领军人物杜玉林自豪地讲，一切皆有可能，在中望等国产厂商开始自主研发 CAD 软件的时候，
17、许多人对国产 CAD 的前景表示担忧和茫然，甚至无法理解。但目前的市场和产品，也证明了当时的决定是正确的，只要勇敢、坚定的朝着目标前进，就能得到回报，这个我感触非常深刻。从“九五”国家推进制造业信息化工程开始，二维软件的应用逐步走向普及的同时，CAD 软件正版化问题越来越得到人们的关注。针对盗版软件问题，杜玉林告诉记者，曾经很长的一段历史时期内，国内用户对知识产权的认知度和重视程度还不是很够，这是盗版软件广泛被使用的重要原因。盗版给软件企业尤其是本土软件企业带来了很大的困扰。不过这也恰恰预示着机会，预示着需求，关键是看软件企业自身如何抓住并把握好这个机会。加入 WTO 后，全民上下都在关注着知
18、识产权这个话题，国内企业对正版化的意识逐渐提高，这种机会和需求就越来越明显。尤其是随着 “十一五”规划的开始，自主创新和知识产权保护成为国家战略的重中之重。杜玉林说，需求带来了机遇，同时也带来了挑战。随着中国用户对正版软件使用深度的增加，对软件技术要求的提高，需要国产 CAD 软件在质量上更加苛刻地要求自己，精益求精，满足客户的辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 4 页需求，因为我们深深明白一个道理 软件在于应用。面对逐渐壮大的三维软件市场，在二维制图正向三维应用转变的过程中，三维制图的应用已经成为趋势，而二维软件不会被三维软件取代，三维是软件技术发展的一大方向。而健身又是现在的一大热点话题
19、，所以我认为本课题值得研究。2 Pro/e 的功能介绍2.1 Pro/e 的主要功能简介在这里我选择 PCT 的 Pro/Engineer (一下简称 pro/e）软件作为虚拟设计的软件平台，选择该软件的原因如下：1.它具有强大的功能，能够满足设计要求；2.它具有实体建模模块，可在此基础上进行零件的虚拟设计和建模；3.它具有完整的功能仿真分析系统，可以对设计进行仿真和分析。pro/engineer 的主要功能如下：1特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；2参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；3通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设
20、计；4支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，pro/program 的各种能用零件设计的程序化方法等）；5贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方的变动），其它辅助模块将进一步提高扩展 pro/engineer 的基本功能。概括起来 Pro/ENGINEER 主要具有以下功能：1.2D 和 3D 制图。2.机械设计和仿真。3.逼真图像。Pro/ENGINEER Foundation 提供了建立 Pro/ENGINEER 零部件的精确、逼真图像所需的全部工具。4.钣金设计。完备的 Pro/ENGINEER Foundation 钣金设计工具套件，
21、可以帮助用户建立墙壁、弯头、冲头、槽口、式样和浮雕花纹等基本特征。辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 5 页5.部件功能。因为用户需要开发的是产品，而不仅仅是零件，所以在 Pro/E Foundation的基础结构中，提供了许多定义和建立部件的功能。6.动画设计。7.相关图形表。8.高级部件扩展。高级部件扩展功能通过提供一些支持自顶向下设计方法、能处理替代产品配置以及管理大型复杂部件的工具，来帮助设计小组设计和管理大型复杂产品。9.完备的详细文档书写。10.曲线、曲面。Pro/ENGINEER 高级曲面扩展功能与 Pro/E Foundation 相结合可以满足客户对产品形状进行复杂控制的需
22、求，设计人员能够设计出从棱柱形引擎组件到轮廓化的高尔夫俱乐部、再到类似人类牙齿器官等的各种产品。高级曲面扩展功能提供了逆向工程的设计规范管理、参数化曲面建模和直接曲面建模等高性能工具。概括起来它主要具有几个方面的特性。2.2 Pro/E 的三维模型创建功能 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。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 Pro/E 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
