1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 基于 PRO/E 的鼓风机的产品造型及运动仿真 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1）鼓风机简介 a) 鼓风机的定义 在设计条件下，风压为 30kPa200KPa 或压缩比 e=1.33 的风机叫鼓风机。 鼓风机在汉英词典中的解释： a blowing machine。 b) 鼓风机的类型 1 按风压分 根据风机的压力 , 可将风机分为低压风机、中压风机和高压风机 . 其压力范围如下 : 低压：风机全压 H 1000Pa 中压： 1000Pa H 3000Pa 高压 (离心风机 )： 3000Pa H 15000 Pa 通风工程中大多
2、采用低压与中低压风机。 2.按用途分 可分为通用风机，排尘风机，工业通风换气风机 , 锅炉引风机，矿用风机等。 风机广泛应用于隧道、地下车库、高级民用建筑、冶金、厂矿等场所的通风换气及消防高温排烟。根据用途不同 , 可大致将常用的风机分为以下类型 ： 离心压缩机 电站风机 一般离心通风机 一般轴流通风机 罗茨鼓风机 污水处理风机 高温风机 空调风机 消防风机 矿井风机 烟草风机 粮食风机 船用风机 排尘风机 屋顶风机 锅炉鼓引风机 矿用风机按其用途不同又可分为 : 主扇、辅扇和局扇。主扇用于全矿井的通风，辅扇用于通风网络中某分支风路的风量调节 , 局扇用于局部地点的风。 3.按原理分可分为离心
3、式风机和轴流式通风机。 c) 鼓风机的基本组成 鼓风机结构精巧，主要由下列六部分组成：电机、空气过滤器、鼓风机本体、空气室、底座（兼油箱）、滴油嘴。鼓风机靠汽缸内偏置的转子偏心运转，并使转子槽中的叶片之间的容 积变化将空气吸入、压缩、吐出。在运转中利用鼓风机的压力差自动将润滑送到滴油嘴，滴入汽缸内以减少摩擦及噪声，同时可保持汽缸内气体不回流。 2）鼓风机的发展简史 在东汉初年 , 南阳太守杜诗就设计并制造了一种水力鼓风机用于冶金铸造业。它是用水转动 水轮 ,通过一系列的曲轴、连杆、往复杆装置 , 把圆周运动转化为拉风箱的直线运动。它包括动力系统、 传动系统 和工作系统 , 具有真正机器的主要特
4、征。不仅如此 , 把这种操作程序反过来 , 就是蒸汽机活塞的直线往复运动向圆周运动的转换。我国冶金最初用的是冶金皮囊 , 战国时已有四囊。汉代 用 “ 马排 ” 、 “ 牛排 ” 以至杜诗的水排。宋代已有类似于手风琴的木风扇。这是一种有自动 阀门 的风箱。特别是到了明末 , 已出现了活塞式鼓风机。公元 2002 年，鼓风机得到了发展，浙江杭州德尔风机，制造了不用电的风机，采用不锈钢材质，利用空气对流的原理达到通排风的效果，取名长林东无动力屋顶通风器（又名无动力鼓风机），属于新型环保节能风机。 冶金鼓风机出现于公元二世纪，同样是中国古代发明之一，也是蒸气机的原理始祖之一，于 1200 年传入欧洲
5、。 3）国内的现状 国内从 20世纪 70年代开始引进国外离心压缩机先进技术，经过消化吸收 和创新，提高了产品档次。只要保证质量和交货期，利用价格优势，在国际上是有竞争力的。特别是中国加入 WTO后，增加 鼓 风机出口是完全可能的。从历史情况分析，主要出口品种是中小型 鼓 风机以及 鼓 风机配件。国内生产这类 鼓 风机的企业，主要差距是表面质量达不到出口要求，若提高外观质量，又具有价格优势，在国外市场的前景是广阔的。从 1991年 2000年 鼓 风机出口情况看，中小型 鼓 风机出口不够稳定，没有明显增长趋势。但随着技术不断进步，预计这类 鼓 风机出口量会不断增加，预测在 2000年基础上会以
6、 5左右的年均速度递增。 离心式压缩 机和鼓风机从 1991年到 2000年出口有较明显的增加， 2000 年已达到 87台。主要出口国是印度、巴基斯坦、伊朗、越南等发展中国家。预计这种趋势还会发展，每年可达到 100台。 综上所述，未来几年风机市场会有较大发展，其中中小型 鼓 风机国内市场需求也会相应增长，但总体供大于求。国家在宏观调控方面，应出台相应的经济政策，限制这类企业进一步发展，鼓励扩大出口，开拓国外市场。对于透平压缩机，国内只有沈阳鼓风机厂、陕西鼓风机 (集团 ) 有限公司、上海鼓风机厂有限公司、重庆通用 (集团 )有限责任公司等少数企业能够生产，目前国 内市场占有率只有 50。因
7、此，对这类产品国家不但不能限制其发展，在宏观调控上还应给予支持，鼓励用户使用国产化设备。同时，对这类设备的出口也应给予相应 支持。 4）国外的现状 大型风机容量继续增大。随着火电站、石油化工及冶金等工业装置的大型化，需要各种类型的大型压缩机、鼓风机及通风机。如炼油装置向年产 1000万吨发展，合成氨装置向年产 68万吨发展。各种装置的大型化迫使风机容量不断增加。 发展高压小流量压缩机。随着新技术的发展，新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现，开发超高压压缩机和小流量压缩机，取代往复式 压缩机以满足工业领域的需要，是风机产品的又一发展趋势。 高效化 。 进一步研究三元流动理论，扩大其应用范围
8、。在透平压缩机方面，随着计算机的迅速发展及三元气流分析的应用，三元流动叶轮的研究已从准三元流动叶轮发展到全三元流动叶轮。三元气流分析法不仅用于叶轮设计，还发展到叶片扩压器静止元件设计中，以期达到最高的机组效率。三元流动叶轮在离心通风机中，也将得到越来越多的应用。扩大调节范围，提高变负荷条件下风机的效率，即运行效率，也是风机高效化的重要内容。 高速小型化。各类风机采用三元流动叶轮后，在提高效率的同时，可以取得 缩小体积和减轻重量的明显效果，提高转速也是风机小型化的重要途径之一。为了解决提高转速后，给压缩机叶轮材料、密封系统、轴承系统及转子稳定性带来的系列问题，出现了新研制的叶轮材料、液体动力旋转
9、气体密封、高速气体轴承及磁力悬浮轴承等当代最新技术成果，为风机实现高速小型化创造了良好的条件。 低噪声化。风机的噪声是工业生产中噪声污染最主要的来源之一。风机大型化和高速化使噪声问题更加突出。风机的噪声主要是气动噪声，气动噪声包括旋转噪声和涡流噪声。对不同种类的风机，采用不同的降噪方式，对于透平压缩机主要采用噪声防护；对于 低频噪声风机主要通过改进风机结构设计，降低本体噪声。如仍达不到环保要求，则要配置消声装置。 计算机集成制造系统在风机中得以广泛应用。计算机及自动化技术的迅速发展，使得风机制造厂普遍采用计算机各种单元技术，并在此基础上致力于企业实现计算机集成制造技术的应用。 此外，计算机技术
10、的发展，带动了工业自动控制水平的不断提高。随着各种产业装置规模的不断扩大，对生产过程控制的要求，已从过去的单一工况参数控制发展到多工况参数控制，这样便可更好地满足生产工艺流程的要求，并从原有对具体设备的控制转变为对整个装置的综合控制。 5）鼠标未来发展的趋势 鼓风机在较大流量范围内迅速崛起和推广就是当前新技术发展应用中具有代表性的标志。由于鼓风机的便于安装和调试、便于检修操作和日常维护、性能曲线平坦、对喘振线的设置要求较其它机型宽松、能够较好的适应高炉所处的多种环境 ,尽管在 CFD 等新技术应用上仍有大量的工作要做 ,但鼓风机所显示出的巨大的潜力 ,特别是在对鼓风机节能和鼓风机的投入产出比的
11、考核上更显得重要。所以在不久的将来缸内静叶可调型高炉鼓风机将以更加崭新的姿态展现在所应用的领域。 6） Pro/E 软件介绍 Pro/ENGINEER 作为 美国 PTC 公司开发的一个大型 CAD/CAE/CAM 软件。该软件广泛应用于工业产品的造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、有限元分析、机械仿真及关系数据库管理等方面，使当今最优秀的三维设计软件之一。 Pro/E 内容丰富、功能强大，随着生产加工自动化水平的不断提高，在我国设计加工领域力的应用越来越广泛。 PTC 公司成立于 1985 年，于 1988 年发布了 Pro/E 软件的第 1 个版本。 2007 年 6月 10 日， P
12、TC 推出 Pro/E 的最新版本 Pro/E 4.0。新版的 Pro/E 软件增加了草绘诊断工具，在绘制复杂草绘图 时，使用该工具将更容易辨认各个线条之间的关系，从而使工作效率大大提高。同时新版本再次改进了软件的用户界面，对各设计模块重新进行了功能组合，进一步完善了部分设计功能，使软件的界面更加友好，使用更加方便，设计能力更加强大。 Pro/E 软件的主要特点是提供了一个基于过程的虚拟产品开发设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。 Pro/E 软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟产品装配和工程图生成等设计功能，而且在设计过程中可以进行
13、有限元分析、机构运动分析和仿真模拟 等，提高了设计的可靠性。 Pro/E 软件所有模块都是全相关的，这就意味着在产品开发过程中，某一处进行的修改能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、工程图纸，以及制造数据等。另外， Pro/E 提供了二次开发设计环境及与其他 CAD 软件进行数据交换的接口，能够使多种 CAD 软件配合工作，实现优势互补，从而提高产品设计的效率。 Pro/E 作为高端的三维设计软件，用该软件进行产品设计，无论设计中的哪部分进行了变更，这些变更都会传播到所有后续信息中。尤其是对如机床这类复杂而系统的产品，使用高端软件 会有更明显的优势。 Pro/E 软件通
14、过自动生成相关的模具设计、装配指令和机床代码也能在大程度提高生产效率， Pro/E 软件能够仿真和分析虚拟样机及优化设计，无需制造昂贵的实物样机，即可以虚拟方式模拟实际的作用力和运动情况，并分析产品在这些情况下的可能出现的问题。在设计阶段中及早洞察产品性能，从而改进产品性能，设计更好的产品。同时节省时间和成本。另外 Pro/E 软件支持与多种 CAD 工具 (包括相关数据交换 )和业界标准数据格式兼容利用，与 PTC 的其他产品一起能形成团队成员之间有效地共享数字化产品数据环境，基于产品 研发体系，优化数字化产品价值链，改善企业业务流程。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单
15、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/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。 1 参数化设计和特征功能 Pro/E 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在
16、设计上从未有过的简易和灵活。 2 单一数据库 Pro/E 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计 过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变， NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更
17、便宜。 Pro/E 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。 Pro/E 是一个功能定义系统，即造型是通过 各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，
18、任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript格式的彩色打印机。 Pro/E 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/E 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下 (没有任何附加模块 )具有大部分的设计能力，组装能力 (人工 )和工程制图能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 标准 )，并且支持符合工业标准的绘图仪 (HP， HPGL)和黑
19、白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/E 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变动 )。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/E的基本功能。 7）选题的背景和意义： 随着我国冶金企业的高速发展 ,冶炼系数不断
20、的提高和冶炼强度 的增强 ,对鼓风机的要求也日趋向大流量、高压力及节能化方向发展。在以往鼓风机设计由于受到设计方法、设计思想、制造工艺的等方面的制约。 20 世纪 80 年代后期 ,随着计算机及信息技术的发展 ,材料及加工技术的发展 ,对鼓风机的设计和制造技术产生了巨大的影响。使得鼓风机在冶金行业上得以更加广泛的应用。我国工业技术的迅速发展 ,大功率鼓风机的应用越来越广泛 ,传统的设计理论和刚性传动方法已经无法满足实际生产的要求。目前 ,鼓风机行业还是用传统的计算方法来设计产品 ,如何优化鼓风机设计正是我国鼓风机行业目前亟待研究和解决的重要课题 。 本次毕业设计的主要任务是 鼓风机 模具的设计
21、。 在设计鼓风机的过程中，根据鼓风机的工作原理，合理的利用应用软件中的各个应用模块设鼓风机，从而达到最佳的设计效果。本文对鼓风机的设计研究，包括四个方面：一是鼓风机机构工作原理的研究；二是鼓风机各个零部件的建模设计，主要研究 Pro/E 的二维草绘模块，三维零设计模块，曲面设计等模块。三是鼓风机的装配及运动仿真，主要从运动仿真设计的角度研究 Pro/E 的零件装配模块及仿真模块。按照设计原理完成运动仿真。四是鼓风机的二维工程图。主要通过 CAD 二维图来研究鼓风机的内外部结 构。 同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对模具的组成结构（成型零部件、浇注系统
22、、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验 。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 本文主要研究运用 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 软件设计鼓风机的问题。在设计鼓风机的过程中，根据鼓风机的工作原理，合理的利用应用软件中的各个应用模块设鼓风机，从而达到最佳的设计效果。本文对鼓风机的设计研究， 包括四个方面：一是鼓风机机构工作原理的研究；二是鼓风机各个零部件的建模设计，主要研究 Pro/E 的二维草绘模块，三维零设计模块，曲面设计等模块。三是鼓风机的装配及运动仿真，主要从运动仿真设计的角度研
23、究 Pro/E 的零件装配模块及仿真模块。按照设计原理完成运动仿真。四是鼓风机的二维工程图。主要通过 CAD 二维图来研究鼓风机的内外部结构。 本文论述了利用软件 Pro/E 进行鼓风机造型模具设计，整个过程都可在 Pro/E中完成，最后出装配图及相关的图片。 底座、上盖、扇叶、电机座、电机盖、轴等零件主要由分割、抽壳、拉伸 、镜像、拉伸 -切除、圆角等特征生成。装配主要通过重合、距离等装配方法来完成，在 Pro/E 环境中对鼓风机造型进行设计、建模、优化、最后总体建模。最后介绍了模具设计的内容，包括注塑机的选用，浇注系统设计，模具成型面，脱模机构，合模导向机构等机构设计。 三、研究步骤、方法
24、及措施： 通过查阅相关资料，了解当今关于鼓风机造型设计的相关情况，对鼓风机造型进行零件分析。底座、上盖、扇叶、电机座、电机盖、轴等零件主要由分割、拉伸、抽壳、拉伸 -切除、镜像、圆角等特征生成。装配主要通过重合、距离等装配来完 成，在 Pro/E 环境中对鼓风机造型进行设计、建模、优化、最后总体建模。 四、参考文献 1 林清安 . Pro/ENGINEER 零件设计使用教程 M.北京 :电子工业出版社 ,2007. 2 余强 ， 周京平 . Pro/ENGINEER Wildfire3.0 案例精解 M.北京 :清华大学出版社 ,2007. 3 葛正浩 ， 胡志刚 . Pro/ENGINEER
25、 Wildfire3.0 典型机械零件设计实训教程 M.北京 :化学工业出版社 ,2008. 4 谭雪松 , 陈霖 , 张青 . Pro/ENGINEER Wildfire3.0 基础教程 M.北京 :人民邮电出版社 ,20008. 5 Purdum.T. Machine DesignM.Journal of Coal Science &Engineering,1978. 6 Yang Jung Hua,Yang Kuang Shine. Adaptive coupling control foreverhead crane systemsJ .IEEE Control System Maga
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