1、本科毕业论文（20 届）基于 Pro/E 启盖器装配和运动仿真所在学院 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 摘要启盖器是日常所用比较平凡的工具，它所包含的机械机构简单而又实用，装配启盖器并且能够仿真运动是设计启盖器所必要的步骤。基于 Pro/E 的装配与仿真能够更直观的看到启盖器工作时的机构运动方式。用 Pro/E 的装配操作简单快捷，立体效果良好，能让设计者及时发现问题，缩短设计时间。而它的仿真运动更能体现出装配件的动态效果，发现结构问题及时纠正。基于 Pro/E 装配首先要设定好各零件尺寸要求，在此基础上设计基本零件，然后运用 Pro/E 的组
2、件模式装配启盖器，在机构中分析它的运动仿真。在装配过程中要注意约束方式，便于仿真中减少问题。本文所采用的是杠杆式启盖器，描述说明了启盖器的零件设计到绘制装配再到仿真运动的全过程。 用 Pro/E 装配启盖器及仿真运动是 Pro/E 运用中的一小部分。它的创新之处在于将仿真技术引入到启盖器机构的活塞运动与槽连接中，直观的了解到启盖器的运作，能够及时发现设计中的不足与错误之处，让设计者节约不少时间与精力。是 Pro/E 装配及仿真运动中一个比较良好的例子。关键词：Pro/E；设计；装配；运动仿真毕业论文3AbstractKai cover device is relatively mundane
3、everyday tools used in it contains simple and practical mechanical structure, the assembly of the Kai cover device simulation exercise is to design and can start the steps necessary to build devices. Based on Pro / E assembly and simulation can be more intuitive device that covers the work of Kai bo
4、dy movement. Using Pro / E assembly operation simple and quick, three-dimensional effect is good, timely detection of problems allows designers to shorten design time. And its simulation exercise to better reflect the dynamic assembly, and found time to correct structural problems. Based on Pro / E
5、assembly set up the first part size requirements, based on the design of the basic components of this, and then use Pro / E assembly of the component model Kai cover device, in the bodies of its motion simulation. During assembly constraints should pay attention to ways to reduce the problem to faci
6、litate simulation. This article is used in leveraged Kai cover device, device description describes the part of Kai cover design to draw the assembly and then the whole process of simulation exercise.Using Pro / E assembly and simulation devices Kai cover movement is Pro / E using a small part of it
7、s innovation lies in the simulation technology into the device body Kai piston cover and slot connection, the intuitive understanding Kai cover the operation of devices, the ability to detect design deficiencies and mistakes, allows designers to save a lot of time and effort. is the Pro / E assembly
8、 and simulation of the movement of a relatively good example. Key word：Pro/E;Design; Assembly; Movement simulati目 录第一章 绪论 .11.1 Pro/E 软件的现状以及发展趋势 .11.2 启盖器的组件 .31.3Pro/E 装配相关知识的介绍 .31.5Pro/E 仿真运动知识相关介绍 .5第二章 启盖器的零件设计 .62.1 材料的选择 .62.2 尺寸精度 .62.3 螺旋传动的类型与应用 .72.4 滑动螺旋传动磨损的校核 .72.5 螺杆的强度校核 .82.6 尺寸的设定
9、 .9第三章 启盖器零件绘制及其装配 .103.1 机体的设计 .103.2 手柄设计 .113.3 抓爪设计 .123.4 启盖器的装配 .13第四章 启盖器的运动仿真 .274.1运动轴的设置 .274.2.第一个运动轴设置 .274.3第二个运动轴设置 .294.4定义伺服电动机 .294.5建立运动分析并运行机构 .314.6结果回放、动态干涉检查与制作播放文件 .32小结 .32致谢 .33参考文献 .1附录一 .2毕业论文1第一章 绪论1.1 Pro/E 软件的现状以及发展趋势Pro/E 是全方位的面向 3D 产品开发的集成化软件。自从 1988 年问世以来到现在，凭借着它强大的功
10、能，已经成为当今最普及的 CAD/CAM 软件之一。Pro/E 软件汇集零件设计、产品装配、模具设计、NC 加工、钣金件设计、铸造件设计、自动测量、机构仿真、应力分析和产品数据管理等功能于一体，在机械、电子、汽车、航天、模具、工业设计等行业都有十分广泛的应用。Pro/E 通过一种特殊的、参数化的以及面向参数化的 3D 实体模型设计制造技术为基础，彻底更改了以往传统的设计理念。Pro/E 将设计、制造、装配以及生产管理融合为一体，提高了设计制造的水平，符合了现代设计与制造技术的发展趋势。在产品装配中，Pro/E 可以实现从零件设计到装配过程及仿真运动的一体化，大大缩短了产品开发的周期，提高精度，
11、降低成本，为企业带来良好的效益。启盖器是一件家喻户晓的工具，它的结构比较简单，但是又运用到了许多连接机构以及省力模式，在现代社会逐渐成为了一种不可缺少的工具之一。计算机辅助设计(CAD)技术,从广义上来说包括二维绘图、三维设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术(CAD/CAE/CAM)的集成技术等等。目前 CAD 技术在机械行业的应用大多还局限于完成传统意义上的二维绘图设计,并且应用也已相当普遍,人们习惯将此称之为 CAD。在得到一定的普及之后,虽“甩掉图版”的初级阶段,但可以发现二维绘图再许多情况下与传统的手工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改(不是对
12、表达“图线”的修改而是对设计“概念”的修改)和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。也就是说目前 CAD 技术的应用还仅仅停留在只起到代替手工绘图的层面上。在日益激烈的市场经济条件下,传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求,要提高制造业水平,必须要有先进的设计工具,因而 CAD在企业中的应用内涵应扩大,CAD 中的 D 应不仅仅是 Drawing,而应为 Design。要充分发挥CAD 技术中 Design 的作用,就 CAD 技术发展趋势看,从二维绘图到三维设计是历史发展的必然。目前国际上流行的三维 CAD(多数包含 CAE 和 CAM 等模块
13、)软件有数十种,基本功能大体相同,但也各有所长(一)3D 实体模型的形象、直观设计人员在设计零件时原始设想是三维实体,甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。由于以前的绘图手段有限,人们很难在图纸上将设想的零件表达成立体图形,不得不遵循共同的标准用正投影法形式的二维视图来表达自己的三维设想。经过实验表明,虽然这种方法能表达的信息是无限的,但却存在着一些弊端。比如无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在脑中将二维视图转化成三维实体,更重要是很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作,一旦经验不足,考虑不周,空间干涉就再所难免。因为设计和制造工作流程是按顺序进行的。很
14、多时候是等机械零件做出来了,对产品进行试装配时,才发现干涉或设计不合理等现象。由于在设计早期不能全面考虑后续过程的要求,从毕业论文2而使产品设计上存在很多缺陷,造成设计修改工作量大,开发周期长。现在随着 CAD 软件的不断发展,现在能够在软件的支持下,直接在计算机呈现出设计者的设计概念最真实的三维模型,随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等,其最大的好处是三维设计形象直观,设计结构的合理性让人一目了然,且能非常直观方便的进行干涉检查,甚至可以作运动干涉分析。在设计阶段即可实现模拟装配、模拟运转,使设计更加符合实际过程。(二)可实现全参数化、变量化设计参数化及变量化设计是三维设计的基
15、本思想。传统的 CAD 绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素,要进行图面修改只有删除原有的线条后重画,而新产品的设计不可避免地要进行多次的修改,进行零件形状和尺寸综合协调、优化,而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进。在现有的二维的绘图软件中,虽然有的也具有一定的参数化设计功能,但实现不了基于装配环境的参数化设计。三维设计中的参数化和变量化设计模块,使得零件的设计可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改,在装配设计中可以用参数量和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特性形状和尺寸之间的关系,使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时,其它相关零部件的结构也随之改变。支持在装配环境下设计
16、新零体的系统,还可以以有零件的形状作为参考,建立新零件与已有零件之间的形状关联。当参考零件的形状和尺寸发生变化时,新零件的结构与尺寸也随之跟着变动。还可以利用参数化建立装配体中不同零部件之间的尺寸关联,定义驱动尺寸和参考尺寸。这可以减少大量的重复劳动,减轻设计工作量。使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来,大大提高设计速度,并减少信息的存储量。这也是 Pro/E 软件与其它三维软件最大区别。(三)可对零件进行有限元分析和优化设计对于形状、受力复杂的重要零件,在运用传统的设计方法进行设计时,由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近,为保证零件工作的可靠性,往往要加大安全系数,使设
17、计出的零件粗大笨重。目前常用的三维设计软件都没有与有限元分析软件的接口,因此重要的零件经参数化三维造型设计后,即输入到有限元分析软件当中,自动生成有限元网络格并进行应力变形分析、热及热应力偶合分析、振动分析和形状优化,同时可对不同的工况进行对比分析。如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算,知道满意为止,从而极大地提高了设计水平和效率,并且做到优化设计,降低材料的消耗和成本,增加产品和工程的可靠性。使设计水平发生质的飞跃。虽然 Pro/E 设计有不可比拟的优越性,但目前多数企业的 CAD 应用还只是计算机辅助制图而不是辅助设计,这其中的原因比较复杂的。1.部分企业领导和技术人员对三维设
18、计软件 Pro/E 的认识不高,认为二维工程图就能满足企业目前的实际要求,三维设计软件 Pro/E 可有可无。2.Pro/E 软件费用较高企业难以承受也是三维设计软件 Pro/E 推广较为困难的原因之一。3.部分设计人员对三维设计软件 Pro/E 的使用有畏难情绪。对于一个成熟的设计人员来说,使用三维设计的最大障碍不是软件应用技术,而是自己的思考方法。由于多年来养成的二维工程图表达习惯和一系列制图规则的使用经验,与描述三维模型特征类型和相互关系的不一致甚至冲突使使用者感到思考方法上的生疏和软件操作的困难。对这些设计人员来说把自己的思维式“返璞归真”,还需要一个必须经历的过程,只要通过人员培训提
19、高认识,才能尽可能缩短对软件的适应时间。毕业论文31.2 启盖器的组件开瓶器有很多种类，结构各有不同，市面上的启盖器造型繁多，但是大致可以分为下面几种吧。1、蝶形启盖器；2、T 型启盖器；3、杠杆式启盖器；4、Ah-So 启盖器；5、气压式启盖器等等。而目前最典型的启盖器就是杠杆式启盖器，启盖器从最初的塑料到现在的各种高科技工具。经历了第一代到第三代。目前用的最多的材料就是钢。杠杆式启盖器装配中，启盖器的零件细小而略微有一些复杂，主要有手把、活塞、抓爪、卡环、销、零件轴、零间隔套、止动杆、驱动杆、连杆、螺母、机盖以及瓶口座。把手采用符合人用力及方便操作为目标的形状，采用杠杆省力，用驱动杆带动止
20、动杆，从而令启盖器的头部螺旋针旋转起来，达到启盖的目的。1.3Pro/E 装配相关知识的介绍一零件装配的基本操作1.创建装配文档文件新建文档类型选择“组件” ，输入文档名称，去掉“使用缺省模板”前的模板=“mmmns_asm_design”确定2.装配零件特征工具条“ ”或插入元件装配(A)选取要装配的零件打开零件显示在屏幕上，同时打开“元件放置”对话框，如图 1.1 所示定义装配约束确定。3删除零件：选中零件右键删除4修改装配关系：选中零件右键编辑定义Pro/E 的装配约束类型有图 1.2 所示的几种。图1.1元件放置示意图 图1.2各功能中英文对照图二零件复制毕业论文41零件阵列：选取欲阵
21、列的零件阵列工具右键2零件复制：选取零件编辑重复打开图1.3所示对话框选取欲重复的约束添加给定复制位置确认。图1.3重复元件菜单图 图1.4分解放置菜单示意图三颜色设定：视图颜色和外观四在装配中修改零件令零件的特征显示在模型树中，选中特定零件的某个特征右键编辑/编辑定义可以采用如零件设计同样的方式修改此零件，注意修改之后应及时再生。将零件激活，可以在装配中参照其它元件详细设计该零件。五装配分析与干涉检查主菜单分析（图1.5）中的各项用以做装配分析，其中分析模型分析全局干涉用作干涉检查（图1.6） 。毕业论文5图1.5主菜单分析示意图 图1.6全局干涉选项示意图六装配中的零件设计(自上而下的设计
22、)特征工具条“ ”或插入元件创建(C)七在装配设计中，应灵活使用Layer及Hide、Unhide功能。1.5Pro/E 仿真运动知识相关介绍术语机构（机械装置）：由一定数量的连接元件和固定元件锁组成，能完成特定动作的装配体。连接元件：以“连接”方式添加到一个装配体中的元件。连接元件与它附着的元件间有相对运动。固定元件：以一般的装配约束（对齐、配对等）添加到一个装配体中的元件。固定元件与它附着的元件间没有相对运动。连接：指连接类型，例如销钉接头，滑板接头和球接头。自由度：各种连接类型提供不同的运动（平移和旋转）自由度。环连接：增加到运动环中的最后一个连接。主体：机构中彼此间没有相对运动的一组元
23、件（或一个元件） 。基础：机构中固定不动的一个主体。其他主体可相对于“基础”运动。伺服电动机（驱动器）：伺服电动机为机构的平移或旋转提供驱动。可以在接头或几何图元上放置伺服电动机，并指定位置、速度或加速度与实践的函数关系。执行电动机：作用于旋转或平移连接轴上而引起运动的力。毕业论文6第二章 启盖器的零件设计2.1 材料的选择常见启盖器的材料有塑料，合金等。不锈钢则是启盖器中最常用的材料，这种材料能耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而
24、后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不 锈 钢 的 耐 蚀 性 随 含 碳 量 的 增 加 而 降 低 ， 因 此 ， 大 多 数 不 锈 钢 的 含 碳 量 均 较 低 ， 有 些钢 的 wC甚 至 低 于 0.03%(如 00Cr12)。 不 锈 钢 中 的 主 要 合 金 元 素 是 Cr， 只 有 当 Cr含 量 达 到一 定 值 时 ， 钢 才 有 耐 蚀 性 。 因 此 ， 不 锈 钢 一 般 wCr均 在 13%以 上 。 不 锈 钢 中 还 含 有Ni、 Ti、 Mn、 N、 Nb等 元 素 。马 氏 体 不 锈 钢 的 常 用 牌 号 有 1Cr1
25、3、 3Cr13等 ， 因 含 碳 较 高 ， 故 具 有 较 高 的 强 度 、 硬度 和 耐 磨 性 ， 但 耐 蚀 性 稍 差 ， 用 于 力 学 性 能 要 求 较 高 、 耐 蚀 性 能 要 求 一 般 的 一 些 零 件 上 ，如 弹 簧 、 汽 轮 机 叶 片 、 水 压 机 阀 等 。 这 类 钢 是 在 淬 火 、 回 火 处 理 后 使 用 的 。根 据 上 述 的 特 点 ， 我 选 择 马 氏 体 不 锈 钢 作 为 我 所 设 计 的 启 盖 器 的 材 料 。2.2 尺寸精度启盖器的机体属于薄壁零件。而薄壁零件在机械加工业因具有重量轻,节约材料,结构紧凑等特点而被广
26、泛应用。但薄壁零件的加工因其刚性差,强度弱,在加工中极容易变形,使零件的形位误差增大,不易保证零件的加工质量等,使得加工比较困难。若我们利用数控车床则可有效地克服薄壁零件加工过程中出现的变形,保证了加工精度。下表是对不锈钢钢管外径允许偏差的要求：表2-1 相关标准对高精度不锈钢焊管外径允许偏差的要求 mm钢管外径 ASTM A 1016 GB/T 3639 GB/T 1277013 - - 0.10430 - 0.10 -25 0.10 - -1325 - - 0.133240 - 0.15 -2540 0.15 - 0.254063 - - 0.304250 - 0.20 -4050 0.20 - -5560 - 0.25 -5065 0.25 - -6370 - 0.30 -7680 - 0.35 -6575 0.30 - -6390 - - 0.5175100 0.38 - -
