机械设计与制造中Pro/e软件的运用

方 芳

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)



机械设计与制造中Pro/e软件的运用

方 芳

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)

本研究分析3D实体模型的建立，可清楚知道Pro/e软件在机械设计过程中进行三维实体模型设计时最能体现、丰富和完善设计人员的设计意图。通过对所建立的模型进行产品分析，可高效获得高质量的设计产品。

Pro/e软件；机械设计与制造；模具设计与制造；运用

1 Pro/e软件介绍

Pro/e软件是20世纪美国参数技术公司研发的一种三维工程设计软件，由于三维软件功能强大，参数化特征成型，使得Pro/e软件在产品零件设计、装配、模具开发产品加工及制造、工业设计、汽车设计制造、玩具等行业得到广泛应用。Pro/e软件是集Pro/Desinger、Pro/M造型设计和仿真设计于一体的全方位3D设计软件。

1.1 全相关性

指Pro/e软件全部模块是全相关的。也就是说，如果开发某种产品时需对某处进行更改，就可以扩展到整个产品的设计中，与此同时，诸如包装体、制造数据以及设计图纸等所有工程文档都会更新。由于全相关性可在开发周期的任意点进行修改却对设计没有一点损失，还可以使并行工程成为可能性，所以Pro/e软件可以使开发后期的某些功能提前发挥。

1.2 基于特征的参数化造型

Pro/e软件产品几何模型的构造要素是设计人员较为熟悉的特征，而且这些特征都是设计人员较为熟悉的通用机械对象且可以按照预先设置进行修改。通过给装配、加工、制造和其他学科领域都使用的特征设置参数，然后再通过参数修改很容易进行多次设计叠代，从而实现机械产品开发。

1.3 数据管理

为了实现产品尽快投入市场的目的，必须在较短的时间内开发最多的产品，因此，需要更多学科的工程师在同一时间对一个产品进行研发。基于此，数据管理模块的研发成功使之成为可能，数据管理模块就是用于管理并行工程中同一时间进行的所有工作。

1.4 装配管理模式

Pro/e软件可保证在实现一些直观命令时较容易地把零件装配起来且保持产品设计意图不变。Pro/e软件的高级功能支持大型、复杂装配体的管理及构造，并且这些装配体中的零件数量不受到约束。Pro/e软件还有一个鲜明的特点就是易于使用，菜单用直观方式联级出现并提供逻辑选项以及预先选取的常用选项。

2 Pro/e软件的功能和应用

2.1 Pro/e软件可直接画出机械零件三维图

Pro/e软件实现画出三维图形是通过在设计人员画出机械二维图形后，使用该软件把二维截面图进行旋转、拉伸、倒角、放样和布尔运算等操作后形成所需要的3D实体模型。这些模型在Pro/e软件界面上可以直接显示并可进行尺寸修改，还可以检查结构等方面是否符合设计要求和标准。

2.2 利用Pro/e软件组建设备的三维装配图

设计人员通过把机械零件组装后形成3D装配图，再通过该软件上的组合键，从任意角度去观察零件或装配图的三维视图，通过3D装配图，设计人员可以较容易发觉零件设计是否合理、规范。假如不合理或者比例失衡，设计人员可以及时对其进行修改，不仅使零件组装具有合理性与协调性，还可以避免零件出现构造上的干涉，即使出现了干涉，也可以及时修改，使之达到设计规范要求。这比传统的设计方法省力、省时且效率高。

2.3 Pro/e软件计算零件、组件重量及表面积

设计人员完成一个零件或组件后，往往需确定它的外形尺寸、重量、表面积等，利用Pro/e软件可方便地计算出零件或组件的外形尺寸、表面积或重量。

2.4 Pro/e软件生成工程图纸

在生成二维工程图纸前，设计人员须建立3D实体模型，利用Pro/e软件对三维实体图进行各方位的观察，如果图形符合设计要求就可利用此三维实体模型。在生成三维视图后，设计人员还可以生成任意位置的剖面视图，然后对其进行一些修改和尺寸标注。

2.5 Pro/e软件可以生成真实感较强的动画图像

设计人员完成3D实体模型后，可以将该模型和3DMAX等软件结合起来，通过调整灯光布置场景并加以一些材料等，生成真实的机器模型动画图像。利用Pro/e软件可以对设计的机械零部件进行运动学以及动力学的分析，通过分析得到每个点的运动学和动力学参数，并且通过对机械零部件的曲率以及应力挠度进行分析从而得到机械结构的优化设计。另外，Pro/e软件还建立了统一且较为完善的数据管理模型。Pro/e软件通过本身极其强大的统一数据管理和参数设计特点，实现了特征的尺寸驱动与三维实体和二维工程图的双方关联驱动、标准件建立、零部件的组装、动态仿真、实体模型的建模等功能，克服了2D图像不能包含机械产品设计信息的缺点。

3 Pro/e软件3D实体造型的过程

3.1 零件模型的建立

以机械中的减速器为例子来说明零件模型的建立。减速器零件包括齿轮、轴、轴承、轴盖以及箱体等。在建模时，首先要依据它的结构特点，选择合理的建模方法。对于轴及轴盖等回转件，先画出草图，然后使用轮廓回转的方法生成，再通过倒角、键槽部位的布尔运算等得到轴以及轴盖的三维实体模型。应根据参数画出齿形草图，再把草图文件调入并对参数进行修改，最后得到渐开线齿轮的实体模型。对于箱体，由于其复杂性需要经过多次的草图拉伸和布尔运算。为了在总参数变化时，所有零件都能保持正确的几何约束和尺寸，必须使用三维参数化技术，因此，要建立机械所有零部件的实例图，还要依据零部件的几何形状和相互关系约束条件建立参数关系，使得机械各个零部件间在设计时保持正确的位置关系和约束。生成零件的方法有很多种，比如:在生成轴时，可以使用轮廓回转的方法得到，也可以采用分段拉伸方法得到。对于箱体的形成同样有很多方法，比如:选取草图不同、布尔运算次序不同等都可以建立箱体的3D实体模型。由于考虑到设计变量的合理性和修改便捷等因素，在实际设计时要选择合理的建模方法。

3.2 零件的装配

对于减速器来说，零件的装配是指把在建模期间的轴、轴盖、齿轮以及轴套等零件的3D模型按照需求经过添加装配约束，放入箱体的3D实体模型中。由于轴和齿轮孔、轴盖和孔的配合、轴承和轴的配合都是轴和孔的配合，所以添加的约束应该是插入约束，而键和键槽的约束是表面配合约束。在零件装配时要注意装配基准的选取要统一。在所有零件模型装配完成后，设计人员就可以利用Info菜单下的模型分析对任意两个零件间的间隙进行干涉检查。通过干涉检查可精确测量出零件间的最小缝隙并得到客户所需要的零件组装。此外，还可以进行诸如质量特性，计算零件质量、体积、惯性矩等装配分析。设计人员还可以通过把装配后的零件分开，重新设定零件间的相对位置，再次通过模型分析显示零部件间的结构和装配关系来建立零部件的分离图，也就是爆炸图。

3.3 二维工程图的获取

设计人员在零部件的装配设计中，如果确定了零件间的运动关系和给定主动件的运动形式，可以运用Pro/e软件模拟显示这个机构的运动，再通过动态仿真就可以看出机器每个零部件间的位置约束情况和运动关系的合理性。

4 结语

本文简要叙述了减速器3D实体模型设计的具体步骤，机械设计和制造中其他产品的建模过程同样可以按此步骤进行。在设计3D实体模型时，可以和其他软件结合使用，对产品的计算机辅助工程、数据管理、计算机辅助制造等进行运用，以此使机械设计的周期缩短、提高效率，减低设计成本。因Pro/e软件拥有对极其复杂零件的实体模型造型的能力、产品装配和干涉检查能力、设计分析和数据管理系统的高密集性，在机械设计和制造中应大力推广Pro/e软件的应用并使该软件为工程设计做出贡献。

[1] 葛正浩，胡志刚.Pro/E三维机械设计实例教程[M].北京:机械工业出版社，2016.

[2] 詹友刚.Pro/ENGINEER野火版5.0机械设计教程[M]. 北京:机械工业出版社，2016.

[3] 邱志惠.Pro/engineer实用教程[M]. 西安:西安电子科技大学出版社，2011.

The application of Pro/e software in mechanical design and manufacturing

FANG Fang

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science,Harbin 150001,China)

This study analyzes the establishment of 3D solid model,and we can clearly know three-dimensional solid model design can embody,enrich and improve design intent of the designer. The product analysis of the model can efficiently access to high-quality design products.

Pro/e software; Mechanical design and manufacturing; Mold design and manufacturing; Application

2017-01-12

方芳(1977-)，女，工程师。

TH122

B

1674-8646(2017)06-0142-02