1、本科毕业论文（20 届）基于 PRO/E 的鼓风机的产品造型及运动仿真所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要随着三维图形技术和计算机技术的发展，三维设计已经成为 CAD 技术应用的必然趋势。目前，三维 CAD 技术在鼓风机设计方面的应用主要集中在鼓风机的三维实体造型、产品的有限元分析等方面，而对整体的比较全面的可视化设计尚处于探索阶段。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
2、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。关键词：鼓风机;Pro/ENGINEER;三维本科生毕业论文IIABSTRACTWith the development of three-dimensional graphics technology and co
3、mputer technology, three-dimensional design has become an inevitable trend of CAD technology. At the present, three-dimensional CAD technologys application on blower design mainly focused on three-dimensional solid modeling, finite element analysis of the product and so on , but the Comprehensive co
4、mparison of the overall visual design is still at the exploratory stage.This paper mainly studies the problem of the use of the software, Pro/ENGINEER Wildfire 4.0, designing blower. In the process of designing blower, we reasonable use of application software in the various application modules desi
5、gned blower according to the theory of blowers working to achieve the best designed results. The designing and study on blower, including four aspects, the first one is the research on blower body works; the second is the modeling design of blowers all parts, mainly researching Pro/Es two-dimensiona
6、l sketch module, three-dimensional design module, surface design and so on. The third is blower assembly and motion simulation, mainly from the perspective of motion simulation design Pro/E parts assembly module and simulation module, complete motion simulation in accordance with design principles.
7、The last one is the two-dimensional engineering drawings of blower, mainly through the two-dimensional map of CAD within the external structure of the blower.Key words: Wind-machines; Pro/ENGINEER; Three-dimensional本科生毕业论文I目 录摘 要 .IABSTRACT .II第一章 绪论 .11.1 选题背景及研究意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 鼓风机简介 .11.2
8、.2 鼓 风 机 发 展 历 程 及 发 展 趋 势 .21.2.3 Pro/E 软件介绍 .41.3 本文主要的研究内容 .6第二章 鼓风机各部分的设计 .72.1 鼓风机底座的设计 .72.2 鼓风机上盖盖的设计 .82.3 鼓风机扇叶的设计 .92.4 鼓风机电机座的设计 .112.5 鼓风机电机盖的设计 .122.6 鼓风机轴的设计 .14第三章 鼓风机各部分的组合装配 .15第四章 鼓风机的运动仿真 .184.1 分析其运动轨迹 .184.2 机构仿真设计 .18第五章 鼓风机各部件的二维工程简图 .205.1 鼓风机上盖的二维工程简图 .205.2 鼓风机底座的二维工程简图 .20
9、5.3 鼓风机扇叶的二维工程简图 .215.4 鼓风机电机座的二维工程简图 .21本科生毕业论文II5.5 鼓风机电机盖的二维工程简图 .225.6 鼓风机轴的二维工程简图 .22总 结 .23致 谢 .24参 考 文 献 .25本科生毕业论文1第一章 绪论1.1 选题背景及研究意义随着我国冶金企业的高速发展,冶炼系数不断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
10、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。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
11、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、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。1.2 国内外研究现状1.2.1 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
12、 解 释 ： a blowing machine。b) 鼓风机的构成1 转 子 ： 由 轴 、 叶 轮 、 轴 承 、 同 步 齿 轮 、 联 轴 器 、 轴 套 等 组 成 。2 叶 轮 ： 选 用 渐 开 线 型 面 ， 容 积 利 用 率 高 。3 轴 承 ： 近 联 轴 器 端 作 为 定 位 端 选 用 3000 型 双 列 向 心 球 面 滚 子 轴 承 。 近 齿 轮 端 作 为 自由 端 选 用 32000 型 单 列 向 心 短 圆 柱 滚 子 轴 承 以 适 应 热 臌 胀 时 转 子 的 轴 向 位 移 。4 同 步 齿 轮 ： 由 齿 圈 和 轮 毂 组 成 ， 便 于
13、 调 整 叶 轮 间 隙 。5 机 体 ： 由 机 壳 和 左 、 右 墙 板 组 成 。 左 、 右 墙 板 及 安 装 在 左 右 墙 板 内 的 轴 承 座 、 密 封 部等 均 可 互 相 通 用 。6 底 座 ： 中 、 小 型 风 机 均 配 有 公 共 底 座 ， 大 型 风 机 仅 配 风 机 底 座 ， 便 于 安 装 调 试 。7 润 滑 ： 齿 轮 采 用 浸 入 式 ， 轴 承 采 用 飞 溅 润 滑 。 润 滑 效 果 好 ， 安 全 可 靠 。8 传 动 方 式 ： 以 联 轴 器 直 联 为 主 。 若 性 能 规 格 需 要 ， 也 可 选 用 三 角 皮 带
14、轮 变 速 的 方 式 。联 轴 器 选 用 弹 性 联 轴 器 ， 能 缓 和 冲 击 及 补 偿 少 量 的 轴 线 偏 差 。 大 流 量 风 机 除 以 电 动 机 作 为驱 动 机 外 ， 也 可 采 用 汽 轮 机 或 其 他 驱 动 机 。本科生毕业论文2c) 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
15、Pa通 风 工 程 中 大 多 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
16、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 式 风 机 和 轴 流 式 通 风 机 。d) 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
17、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。1.2.2 鼓 风 机 发 展 历 程 及 发 展 趋 势1） 鼓 风 机 的 发 展 简 史本科生毕业论文3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 ,
18、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 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
19、 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
20、祖 之一 ， 于 1200 年 传 入 欧 洲 。2） 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 200
21、0年基础上会以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。因此，对这类产品国家不
22、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。3）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。在透平压缩机方面，随着计算机的迅速发展
23、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本科生毕业论文4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、液体动力旋转气体密封、高速气体轴承及磁力
24、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，计算机技术的发展，带动了工业自动控制水平的不断
25、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。 4）鼓风机工作原理当电机转动带动风机叶轮旋转时，叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转，并在离心力的作用下甩出这些气体，气体流速增大，使气体在流动中把动能转换为静压能，然后随着流体的增压，使静压能又转换为速度能，通过排气口排出气体，而在叶轮中间形成了一定的负压，由于入口呈负压，使外界气体在大气压的作用下立即补入，在叶轮连续旋转作用下不断排出和补入气体，从而达到连续鼓风的目的。 同等功率下，风压和风量一般呈
26、反比。 同等功率下，风压高，风量就会相对低，而风量大，风压就会低些，这样才能充分利用电机的功效率。5）鼓风机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。1.2.3 Pro/E 软件介绍Pro/ENGIN
27、EER 作为美国 PTC 公司开发的一个大型 CAD/CAE/CAM 软件。该软件广泛应用于本科生毕业论文5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，PTC 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
28、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
29、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
30、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
31、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，
