基于pro/E的机械零件可靠性优化设计

摘 要：pro/E有着参数实体建模和数据全相关的特点，其在机械零件可靠性优化设计中有着重要的应用。本文分析了基于pro/E的机械零件参数化建模和优化设计系统，研究了应用实例。

关键词：pro/E系统；机械零件；可靠性；优化设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.021

0 前言

在三维CAD软件中，pro/E有着功能强大、操作性良好的优点，其在各个领域中有着广泛的应用。pro/E以参数化实体建模技术为基础，采用单一数据库来实现实体零件尺寸、密度、参数以及工程资料等信息的存储。对于机械零件来说，可靠性优化设计对于提升机械零件制造企业的市场竞争力有着积极的意义。基于以上，本文简要研究了基于pro/E的机械零件可靠性优化设计。

1 机械零件参数化建模

在pro/E中，用户可以通过扫掠、混合、拉伸以及自由曲面造型等来实现参数化模型的建立。对于机械零件生产企业来说，可以通过pro/Toolkit来开发程序模块，进行机械零件的参数化建模，在pro/E中，其能够生成参数化的实体模型，机械零件结构尺寸结构被自动默认为参数，用户可以设置自己的变量来实现参数的方便管理，通过参数设置对话框来实现pro/E中机械零件相关参数的设定[1]。

在设定参数之后，通过关系设定界面来实现机械零件结构尺寸参数与用户参数的联系，从而完成参数化模型的参数驱动。在参数化模型驱动关系设定完成之后，用户可以从程序中实现用户参数提取，以此来进行修改和更新，实现可靠性优化设计计算。

2 系统框架结构分析

对于机械零件可靠性优化设计系统来说，其属于pro/E系统与应用程序的集成，采用模块化设计方式来进行用户应用程序设计。机械零件可靠性优化设计系统架构如图1所示：

2.1 用户应用程序

如图1所示，用户应用程序系统主要包括拉杆模块、螺栓模块、齿轮模块、法兰模块以及专用模块等众多独立的功能模块和用户数据库构成，通过众多独立的功能模块能够实现对机械零件可靠性优化设计和可靠度的计算，在具体应用的过程中，可以根据机械零件可靠性优化设计要求来进行功能模块的添加和更改，图1中包含了常用的机械零件设计功能模块，也可以是特定的系列化机械零件产品，采用模块化的设计方式能够保证程序挂接新模块的方便性[2]。本设计中用户应用程序系统数据库采用的是微软SQL Sever数据库，此数据库有着功能强大的特点，在Windows平台上的稳定性十分优越，能够有效满足机械零件可靠性优化设计系统中用户数据存储的相关要求。

2.2 pro/E系统

pro/E设计平台是机械零件可靠性优化设计系统的基础，其能够实现对用户应用程序的管理和调用，对机械零件进行参数化建模，实现单位设置和材料属性设置。pro/E系统数据库能够存储三维机械零件尺寸、密度、用户自定义参数、拓扑结构以及工程资料等数据信息，并对这些参数信息进行管理。通过pro/E系统来实现对用户应用程序中相关功能模块的操作、管理和调用，能够得到需要的机械零件信息，并将机械零件相关载荷的情况输入，从而完成机械零件的可靠度计算，实现机械零件的可靠性优化设计。

3 应用实例

机械零件可靠性优化设计理论为应力-强度干涉利率，可靠度计算方法包括JC法、一次二阶矩法以及设计验算点法等等。设计验算点法适用于应力强度呈正态分布的情况，JC法适用于应力强度呈非正态分布的情况，可以将应力强度非正态分布转化为正太分布之后再进行计算。以机械零件法兰可靠性优化设计为例，点击系统可靠性设计菜单下的法兰可靠性优化设计子菜单，弹出设计对话框，输入设计参数，实现法兰模型的生成，之后点击可靠性设计按钮，此时程序会自动捕捉可靠性优化设计所需要的参数，在此案例中会自动捕捉法兰底座的厚度和公差等参数，同时获取材料属性，将机械零件强度值和载荷输入到参数栏中，实现对机械零件可靠度的计算，如果给定机械零件的可靠度，通过程序计算可以得出给定可靠度下法兰底座厚度的最小值，实现机械零件可靠性优化设计[4]。

4 结论

综上所述，以pro/E为基础，分析了机械零件参数化建模过程，探讨了机械零件可靠性优化设计系统架构及实现，并例举机械零件可靠性优化实例，旨在为相关机械零件可靠性优化设计实践提供参考。

参考文献：

[1]钱文学，谢里阳，尹晓伟，何雪.参数化零件可靠性设计在Pro/E上的实现[J].机械设计，2006（01）：19-21.

[2]邓兴平.基于Pro/E的前置式抽油机连杆可靠性设计[J].科技信息（学术研究），2007（31）：444-447.

[3]程涛，李珊，何亮，胡云波，仪明星.机械零件可靠性优化设计新方法的分析研究[J].现代制造工程，2008（10）：94-96.

[4]谭赞武，廖志远.基于Pro/E和MathCAD的机械零件优化设计[J]. 机电工程技术，2010（02）：77-80+111-112.

作者简介：伍伟敏（1976-），男，湖南祁东人，学士，讲师，研究方向：职业教育教学方法、机械零件优化设计。