ug风扇建模仿真设计说明书毕业论文(编辑修改稿)

ug风扇建模仿真设计说明书毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

新的思路和方法，具有非常重要的研究价值。 而运动仿真能让设计工程师建立、评估和优化部件在现实环境中的运动，以便最佳地满足工程和性能需求。 当在产品开发的早期阶段应用运动仿真、并且作为设计过程的一个完整部分时，运动仿真可以对产品性能提供宝贵见解，这些见解可以帮助发现和解决设计问题 ， 运动仿真有助于从一开始就获得产品模型，因此它可以提高产品质量和发扬 设计优点。 基于 UG 的家电造型设计及动态仿真 5 2 基于 UG的风扇设计 电风扇的发展现状 近年来，国内电风扇行业发展很快，但是由于各地设备情况、管理水平不同，产品质量也有很大的差别。 目前，国内电风扇制造厂的零部件自给率较低。 除少数几家工厂以外，大多数工厂均需要相当数量的外购外协件，例如电镀件、琴键开关、定时器、塑料件等。 为了确保整机的质量，必须对外构件进行严格的质量控制。 从功能上来看，现在大多数电风扇的功能都比较单一，不能实现 “一专多能” ，这样往往会导致某些材料和空间的浪费。 如果能在电风扇上在安装其他功能，这样便实现了多功能化，既方便使用又节约了能源，将会带来很大的效益。 在市场发展越来越成熟的今天，电风扇产品所涉及的学科和工业门类众多，用传统的设计方法很难达到。 因此，对现代的电风扇产品来说，其设计思想和设计方法都将会有一些全新的内容。 正是基于这样的出发点，用发展的眼光，把现代设计方法与传统风扇产品的设计相结合 ， 进行了模块化设计、运动仿真在电风扇产品设计方面的应用。 我们知道电风扇和空调相比具有很多优点，它比空调的耗能要小，特别是随着国际能源短缺和人们节能观念的深入，电风扇更受重视。 另外，电风扇吹风比较自然，开门窗也不受影 响，而空调房间都是密闭的，空气流通差，很容易感染疾病。 由此可见，电风扇还有很大的发展空间。 UG在产品中的设计思路 在产品开发及制造过程中，几何造型技术已经使用相当广泛。 但是由于种种原因，仍有许多产品，设计和制造者面对的是实物样件，为了适应先进制造的发展，需要通过一定途径，将实物转化为 CAD 模型，使之能利用 CAD/CAM 等先进技术处理，这种从实物取样再获取三维模型的技术就是通常所说的“求反工程”（ Reserve Engineering）。 虽然仅仅只是实用型电风扇，但是看起来也是相当复杂。 造型时感到 无从下手，但只要能合理地对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，也就是将设计者构思的初步轮廓用 UG强大的三维实体造型功能，生成三维实体模型，即提供一个可视化界面，再在该界面上逐步进行详尽的设计造型。 分清哪些是基本特征（如配合面，保证产品外形轮廓的特征），哪些是构造特征（如面和面之间的过渡、凹槽、倒圆、倒角等）。 首先是从特征入手，保证重点，产生一个合理的造型 “毛坯” ，再在这些 “ 毛坯 ” 上完成细节部分如过渡面，凸台、凹槽、孔、肋板等。 这样主次分明，先做什么后做什么问题就迎刃而解了。 电风扇的建模设计分析 目前的三维设计系统随着计算机的发展，在 CAD 技术领域中，二维设计逐渐向三维设计方向发展，而二维设计只是提供了简单的建模、装配及二维工程图生成功能，这些功能远远不能满足设计工作的要求，比如当设计者在设计过程中需要进行一些简单的工程分析工作时，系统就无法满足要求，因此需要其它的工程分析系统来配合以便完成相应的工作，这就会大大增加设计者的设计工作量、延长设计的周期、增加设计费用 [3]。 在实际设计过程中，设计者可以根据客户提供的相关参数及性能要求合理选择材料及产品尺寸。 因为在这次设计过程，考虑材料的省材、环保 ，将扇叶、底座、操作面板部分无锡太湖学 院学士学位论文 6 使用价格比较低廉，性能优越的 ABS 塑料，支架部分可使用 45 钢 ，扇罩部分可用钢丝。 因为主要利用 UG 进行造型设计，材料的选择不加详细介绍。 在设计初期为了便于三维建模，以实用型电风扇为例按照其实现的功能将电风扇进行模块划分：（ 1）电风扇扇叶旋转模块。 电风扇扇叶在设计中是必不可少的，而且确定尺寸以后在系统中基本不变，确定扇叶尺寸以后便可考虑与其连接的前后罩的尺寸。 （ 2）操作面板模块，这个是根据实际需要进行确定，比如会 4 档变速，有 “摇头” 、 “定时” 旋钮开关。 （ 3）电风扇升降模块，主要用来 实现安装和联接所需的功能。 （ 4）支架模块。 这一部分尺寸基本确定，但是由于其他部分所需要可进行临时改变来满足预留要求。 （ 5）底座模块，这一部分相对固定。 到现在风扇的发展比较成熟，尺寸也相对固定，设计考虑风扇尺寸高度 1200~1400mm，高度可升降。 为了节省能源和材料，扇叶形状呈三叶形，直径 360mm。 扇叶部分用注塑成型，厚度 ~2mm。 底座的设计要保证支撑整个风扇主体，尺寸定为 300~300mm 正方形，高度 60mm，厚度 5mm，同时加肋板增加强度。 操作面板分为 4 档，有定时开关的旋钮。 在考虑操作面板的生 产问题，要考虑拔模角。 同时为了安全起见，底座、面板部分要注意进行边倒角。 数据的合理性不仅关系到电风扇的造型美观效果，同时也会影响整个风扇的装配及注塑模设计，因此这是整个毕业设计的重要一部分。 在整体尺寸大致确定以后，选择合理的造型方法也是相当困难的。 在创建模型时，采用搭积木的方式在模型上依次添加新的特征。 由于组成的模型特征既相互独立又具有一定的关联性，修改时只需对不满意的细节所在特征进行修改，在不违背特定特征之间基本关系的下，再生模型可获得理想的设计结果。 电风扇的建模设计总体上来说是使用了由顶而下的产品设 计方法，设计中将运用拉伸、扫描、抽壳、偏移、阵列，进行电风扇各个部件的设计 以及 曲面建模，偏移，修剪实体等复杂的建模方法。 在三维建模中主要有以下 3 种特征 : (1) 实体特征它是构建三维模型的基本单元和主要设计对象。 实体特征可以是正空间特征 (如销的突出部分 ),也可以是负空间特征 (如面板上上的孔、槽等 )。 在 UG 中，根据建模方式和原理的差异，把实体特征进一步分为基础特征和工程特征。 基础特征是三维模型设计的起点，包括拉伸特征、旋转特征、扫描特征和混合特征等。 (2) 曲面特征它是一种没有质量和体积的几何特征，对 曲面的精确描述比较复杂，在目前三维造型中通常通过曲率分布图对曲线进行编辑，进而得到高质量的曲面造型。 曲面特征主要用于产品的概念设计、外形设计和逆向工程等设计领域。 本论文的曲面主要是通过网格曲面创建，或者用艺术线条创建直纹面，然后片体加厚形成。 (3) 基准特征指参数化设计的基准点、基准轴、基准曲线、基准平面和坐标系等。 一般来说，基准特征主要用于辅助三维模型的创建。 在有了这些前期准备以后便可进行风扇的三维建模，将电风扇零件进行绘制。 零件的绘制尺寸一定要得当才能完成虚拟装配工作。 电风扇的虚拟装配 介绍 在风扇主体尺寸大致确定以后，实际设计过程中并不是完成所有零件再进行产品装配基于 UG 的家电造型设计及动态仿真 7 而是完成一个装配一个进行检测。 传统制造理论认为，装配应该是整个制造过程中的最后一个环节，就是按规定的技术要求，将零件、组件和部件进行装配和联接，使之成为半成品和成品的工艺过程 [4]。 作为一门新兴的技术，虚拟装配技术实际上是装配和制造技术可视化技术、仿真技术、产品设计方法学、虚拟现实技术等多种技术的结合，所以它的发展与以上技术紧密相关。 虚拟装配技术可以实现以可装配性的全面改善为目的，以实现操作仿真的高度逼真为要点，以实现装配信息模 型的集成化为核心，以全周期装配环节为对象，以装配多样化为特色 [5]。 它可以改变传统装配中的如下不足： （ 1） 传统装配必须等零件全部加工完成之后才能进行装配； （ 2） 传统装配不能体现并行设计思想； （ 3） 传统装配一般要反复修改，进行多次试装配，使得产品周期长，成本高，不能适应当前制造的需要。 利用 UG 装配模块，把电风扇的各个零件装配好，在装配时根据实际操作再修改零件。 装配时的约束可分为两大类，无连接接口约束和有连接接口约束。 无连接接口的主要用于一般的装配中，使用这种装配的零件不具有自由度，零件之间不 能做任何相对运动；有连接的约束主要用于解决机构的相对运动。 扇叶部分和后座（里边装有电机转轴，这里只是绘制模型，电机部分不作考虑）的装配就要是有连接口的约束，因为要做扇叶转动的仿真。 装配体建模承接于基础零件建模才能得到电风扇的三维零件模型，根据设计人员的装配图纸生成装配模型，在 UG 软件中进行装配设计主要有由底向上和由顶向下两种主要方法。 下面简单介绍一下本文装配所用到的设计方法 ：由底向上和由顶向下的装配设计方法。 产品在设计的过程中是一个复杂的创造性活动，产品的内的质量和生产总成本从根本上来讲由产品的设计 决定。 输入零件之间的几何约束关系，将设计好的零件装配成产品，是目前 CAD 系统普遍支持的一种由底向上的设计过程。 它的主要思路是先设计好各个零件，然后将这些零件拿到一起进行装配，如果在装配过程中发现某个零件不符合要求，比如：零件与零件之间产生干涉、某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配， 再 发现问题， 再 进行修改，如此反复 [6]。 如图 所示。 图 由 底向上的装配 设计 按照一般人的思维方式 ,通常的设计过程是：先需求分析、概念设计，再进行机构设计、详细设计，最后试制修改。 其中一般是先设计总装配图，再设计零件图，这就是由顶向下的设计方法。 如图。 零件 零件 零件 零件 部件装配体 部件装配体 装配体 无锡太湖学 院学士学位论文 8 图 由顶向下的装配设计 由顶向下的设计是一个产品的开发过程。 通过该过程，确保设计由原始的概念开始，逐渐地发展成为具有完整零部件造型的最终产品。 把关键信息放在一个中心位置，在设计过程中通过捕捉中心位 置的信息传递到较低级别的产品结构中，如果改变这些信息将自动更新整个系统。 设计时确定扇叶直径以后，才能进行扇罩尺寸的确定，然后一步步完成设计任务。 由顶向下的设计方法是在零件设计的初期就考虑零件与零件之间的约束和定位关系，在完成产品整体设计之后，再实现单个零件的详细设计。 从产品构成的最顶层就开始把组成整机的部件作为产品系统的零件来思考，电风扇操作面板就是设计初期进行全局考虑，预留好旋钮及按钮的位置，在操作面板部分绘制完成以后根据预留孔的大小设计旋钮最后进行装配。 由顶向下的设计过程能充分利用计算机的优良特性， 能最大限度地发挥设计人员的潜力，最大限度地减少设计实施阶段不必要的重复工作，使企业的人力、物力等资源得到充分的利用，大大地提高了设计效率，减少了新产品的设计研究 [7]。 电风扇主要零件的建模绘制 在电风扇主要零部件的草图绘制中，电风扇罩、扇叶、后座的绘制具有典型性，本节内容我们将介绍这几个重要零件的绘制方法。 考虑到实际设计过程中的先后循顺序及装配顺序，建模过程中只是将文件命名为数字，在文中将有所提及。 本章节的建模设计并非实际设计先后顺序。 首先我们打开 UG 软件，在 “文件 ”下拉菜单下单击 “新建” 命令着 手进行绘制。 电风扇罩的绘制 单击 “ ” ，或者 “文件 ”下拉菜单里的 “新建” 会出现图 所示的对话框，取名 “ 2”。 然后进行草图绘制。 装配体 部件装配体 部件装配体 零件 零件 零件 零件 基于 UG 的家电造型设计及动态仿真 9 图 新建对话框 电风扇前罩的绘制主要运用了拉伸，扫描（管道），阵列等建模思想进行绘制。 选定 “ XCYC” 为工作平面草绘直径 400mm 和 392mm 的圆，通过拉伸长度 2mm，然后偏移基准面 “ XCYC” 沿 YZ 方向偏移 52mm，得到图 所示的草绘图，然后按照“ YCZC” 基准平面画网格，因为用的是扫描中的管道，绘制好不同阶段的线段以后，选中会出现如图 所示的对话框，外直径设置为 内直径 0mm 点击确定。 图 草绘图 图 扫描（管道）对话框 最后进行阵列工具，右击需要阵列的工具栏会出现（阵列）工具选择中心轴然后对象选择为刚才所绘连续线段，环形阵列半径 200 起始角 0 角度增量 360176。 数字 60，点击确定。 如图 是完成以后的风扇前罩（前、后罩的绘制方法一致）。 图 绘制完成的风扇罩 2 无锡太湖学 院学士学位论文 10 电风扇叶的 绘制 扇叶文件名 “ 4”。 在建模模块下，单击 “插入” — “设计特征” — “圆柱体” ，选择“直径 — 高度” 鼠标左键点击确定，在图 所示的圆柱特征对话框中输入 “直径 340 高度 20” ，生成圆柱体。 然后在圆柱中心位置打孔，点击 ，孔直 径 50，深度通透，选择“点对点 ” 定位，然后选中圆柱体边缘线，得到扇叶中间的简单孔。 图 圆柱对话框 图 基本曲线对话框 在 “插入” 下拉菜单找到 “曲线 — 基本曲线” 点击确定，点击 ，在图 基本曲线对话框中选择 “直线” ，点方式选择 “象限点” ，单击圆柱体上边缘线然后单击圆柱体下。