基于PROE的单人漫步机造型设计.doc

摘要本文以健身器材中的单人漫步机为研究对象，从健身器材的研究现状与发展趋势出发，阐明对健身器材的研究意义。接着介绍Pro/E建模的基础知识包括建模方法及建模思路，为实体建模打下基础。实体建模中从零件建模出发，绘制出单人漫步机的相关零件图及整体装配图。最后进行造型设计分析，其中包括结构分析，尺寸和比例分析，线形组织分析，材质分析，人机协调性分析，接着阐述结论并做出未来展望。关键词：Pro/E,单人漫步机，造型设计分析2AbstractInthisarticletakefitnessequipmentssinglestrollsmachineastheobjectofstudy,embarksfromthefitnessequipmentsresearchpresentsituationandthetrendofdevelopment,expoundstothefitnessequipmentsresearchsignificance.ThenintroducedthatthePro/Emodellingtheelementaryknowledgeincludingthemodellingmethodandthemodellingmentality,buildsthefoundationfortheentitymodelling.Intheentitymodellingembarksfromthecomponentsmodelling,drawsupthesinglestrollsmachinetherelateddetaildrawingandtheoverallassemblydrawing.Finallycarriesonthemodellingprojectanalysis,includingthestructureanalysis,thesizeandtheproportionanalysis,thelinearorganizationanalysis,thematerialqualityanalysis,theman-machinecoordinationanalysis,thenelaboratedthattheconclusionandwillmakeforecastsinthefuture.Keywords:Pro/E,TheSingleStrollsMachine,ModellingProjectAnalysis1绪论1.1研究背景随着我国人民生活水平的日益提高和居家条件的逐步改善，人们对体育健身的需求越来越强烈。近年来出现的高科技新材料用于健身器材的制造中,显示出的巨大优越性主要是质轻、坚硬、耐磨损、耐腐蚀、弹性好。新材料主要有碳纤维复合材料、工程陶瓷及稀有金属复合材料。健身器材中的跑步机、划船器、健身车、按摩椅、太空漫步机、登山训练器、各种球棒、水上和冰上运动器材的新材料比例都在逐渐增加。新技术的应用，使健身器材发生了革命性的变化。例如，美国市场最近出现了一种新型健身器械。这种器械带有音响的闪烁指示灯，能在人锻炼的不同阶段发出声光提示，并显示出锻炼者设定的程序和图像，屏幕还具有先进的画中画功能。在新工艺方面创新结构创新工艺的健身器材更具有生命力。健身运动的发展，运动训练水平与人类身体素质的不断提高，促进了健身器材广泛的适用性与功能的针对性更有机的结合。我国的健身器材起步较晚，发展较快，取得了很大的成绩。在新的世纪里，我国正在由体育大国向体育强国的目标前进，作为服务于大众的健身器材必须有更大的发展。目前，我国的健身器材与世界先进国家相比，还有较大的差距。要加强学科研究，要采用高新技术来加快我国健身器材的发展速度，争取在不长的时间内，使我国的健身器材立于世界强国之林。1.2研究现状与发展趋势健身器材经历了由简单到复杂，由单一到多样，科技含量不断增加的发展过程。现代健身器材已不再是机械零件的简单组合，而是集电子、机械、光电、传感技术、计算机技术及自动控制技术等多学科知识于一体的新型运动器材。近年来，世界上出现了先进的健身器材迅速发展和激烈竞争的趋势。这种趋势体现在以下三个方面：(1)多学科知识更紧密的应用于健身器材的设计与研制；(2)新材料，新技术，新工艺应用于健身器材的速度加快；(3)健身器材广泛的适用性与功能的针对性更有机地结合。同时还出现了高科技新材料用于健身器材的制造，显示出的巨大优越性，主要是质轻、坚硬、耐磨损、耐腐蚀、弹性好。1.3研究意义全民健身计划是一项利国利民，功在当代，福荫子孙的宏伟工程。健身器材是全民健身的重要基础环节，加速完善健身器材市场，对于推动全民健身的实施有非常重要的意义。全民健身在一些发达国家开展较早，关于健身器材的研究已形成多层次、多档次、全方位的市场体系，借鉴国外先进经验，结合我国国情，建立和完善中国特色的健身器材市场体系是贯彻全民健身的重要课题。随着科学技术的进步、工作节奏的加快以及人们生活水平的提高，人们越来越感到了健康的重要性。健身器这一新兴行业逐渐兴荣起来，同时也面临着十分激烈的市场竞争。由于健身器材的自身特点(除具备健身的物质功能以外，还应具备装饰生活环境，体现生活品位的精神功能)，所以国内外市场对其造型设计提出了较高的要求。纯功能性的健身器材已满足不了人们的消费需求，艺术的形态、人性化的设计已成为大众首选的时尚。21世纪是设计的世纪，健身器材的生产企业已清楚的认识到良好的产品造型设计可以提高企业的市场竞争能力，因为它可以创造产品的个性，提升品牌的价值，同时也可以激发使用者的锻炼热情和美化生活空间，因此，企业努力美化和改善自己产品的造型，提高产品的艺术美感。41.4研究对象与内容1.4.1研究对象名称：单人漫步器使用方法：站在脚板上，双手握紧横杆，双腿呈行走姿势前后摆动。功能说明：增强心肺功能及下肢，腰部肌肉力量；改善下肢柔润性和协调能力。提高下肢各关节的稳定性，对腰肌劳损、髋关节酸痛，下肢活动障碍，肌肉萎缩等有康复作用。图1为单人漫步器的实体模型。图1单人漫步机1.4.2研究内容本文以健身器材中的单人漫步机为例，依据造型设计理论及现代CAD软件Pro/Engineer的强大功能，进行3D建模，模型分析，实现单人漫步机的造型优化设计，功能测试，使得单人漫步机的功能从细节上得到细化，在未批量生产前就达到预期功能的效果。2Pro/Engineer的功能介绍2.1引言Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计），Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了Pro/Engineer软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。2.2建模初步作为一个功能强大的设计软件，与其他的设计软件相比，Pro/Engineer有自己的建模方式和自己的一些定义，因此，有必要了解和掌握该软件的建模原理和基本概念。也只有理解了其建模原理与基本概念，才能利用它去实现模型的设计意图。本节将就这些内容展开全面的讨论，目的是掌握Pro/Engineer的建模原理和基本概念，以便于更好、更快地创建和处理模型。2.3建模方法及基本概念从目前大多数的计算机辅助绘图软件的工作方式来看，建模方法主要有3中形式：线框形式、三位曲面形式和实体模型形式。(1)线框形式：这种形式用线条搭建三维几何模型，但不包含任何的表面积、体积等信息。例如AutoCAD中的三维线框模型。(2)三维曲面形式：这种形式能够建立具有一定轮廓的几何外形，但是只相当于物体表面的表皮，不具备质量信息。例如3dsmax中的三维曲面。(3)实体模型形式：这种形式是真正意义上的几何形体，不仅有“表”（即外形），而具有“里”（即质量），“表”“里”如一，能完整地定义三维实体。Pro/Engineer就是采用这样的形式。Pro/Engineer是一个实体建模器，它将模型建立成实体，并允许在三维的环境中进行设计。用Pro/Engineer建立的模型具有表面积和体积，因此可直接由创建的几何模型计算出质量特征。在介绍Pro/Engineer的强大功能之前，先介绍3个基本概念：特征、关联和参数化。62.3.1特征特征在Pro/Engineer中是一个非常重要的概念，因为所有的操作都是围绕着特征来完成的。特征是指所有的实体、嵌片和对象等，是构成零件的最基本部分。Pro/Engineer是一个基于特征的实体模型。改变与特征相关的形状或位置定义，就可以改变与模型相关的形位关系。2.3.2关联Pro/Engineer采用单一数据库管理，不论零件还是装配件，都共享同一数据库，并且使用数据库关联方法。所谓关联就是在任意层面上更改设计，系统会自动在所有层面上作相应的改动。比如，将某个零件进行修改（修改操作包括修改尺寸参数、添加特征和删除特征等），并且保存，那么所有包括此零件的模型也会相应地进行变化。所有的这些关联变化都是自动进行的，其实质就是使用单一数据库管理机制。2.3.3参数化Pro/Engineer是一个参数化系统。所谓参数化是将模型的所有尺寸定义为参数形式。系统默认的参数名字是d#，其中“#”是尺寸标注的流水号。系统默认的参数名字是可以进行修改的。当修改参数的值时，在保持模型的拓扑关系不变的情况下，模型的几何大小和相对比例将随着参数的改变而变化。可以定义参数之间的相互关系，这样就会使得特征之间存在相依关系。当修改某一单独特征的数值时，会牵动其他与之存在相依关系的特征进行变更，这样就能保证整体的设计意图。当某一特征参考到其他特征时，特征之间便产生关系，即所谓的父/子关系。通过加入关系式，可以增加特征之间的参数关系。2.3.4建模思路在建模过程中，要养成好的建模习惯，行程明确的建模思路，不能看到什么特征，就建立什么特征。不好的建模习惯不仅影响设计效率，而且使特征之间缺乏关联性，不利于后续的分析操作。这里所说的建模思路并不是唯一的，可根据实际情况在建模过程中灵活掌握。建模的设计准则如下。(1)确定特征的顺序：在模型中，特征的顺序对模型的实现意图影响相当大，同一个模型，由不同的特征顺序生成，产生的结果可能会截然不同。基础特征是考虑的重点，应选择适当的特征作为设计中心。(2)简化特征模型：组成模型的特征要尽量简单化，这样能使修改更为容易。另外，还要充分考虑尺寸参数的控制。(3)建立特征的父/子关系，注重解决特征的关联问题。(4)灵活使用特征复制操作：复制操作会产生一个特征阵列，如果改变其中任意一个特征的参数，系统会自动地反映在其他阵列特征上。具体的建模过程如下。（1）对于要建立模型的零件来说，首先要分析其特征，确定特征的创建顺序。（2）进入零件设计阶段。（3）创建草绘特征。它是其他特征的父特征。（4）确定参考平面。（5）绘制其他特征。（6）进行必要的标注和尺寸修改。（7）保存。2.4基准平面要创建一个零件模型，必须先创建一个实体特征，用来在模型上定位后续的实体特征。基本特征是定义零件模型需要创建的第1个实体模型。基本特征包括基准轴、基准平面和基准坐标等。本节将介绍基准平面。2.4.1基准平面及其使用如果模型中没有任何特征，选择