涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究范文免费预览.doc

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1、涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究本科学生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着现代技术的发展，工业应用对超细粉体技术与工艺提出了越来越高的要求，不仅要求粉体超细，而且粒径分布要窄。在粉碎过程中，往往只有一部分粉体达到粒度要求，如不将已经达到要求的产品及时分离出去，而与未达到粒度要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。此外，颗粒细化到一定程度后，出现粉碎与团聚的现象，甚至因颗粒团聚变大而使粉碎工艺恶化。因此，在超细粉体制备过程中必须对产品进行分级，一方面控制产品粒度处于所需的分布范围，另一方面使混合物料中粒度已达到要求的产品及时分离出来，使粗颗

2、粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级设备的技术要求也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关键，是各国粉体技术中最主要的操作单元之一。目前涡轮式气流分级机是国内矿物加工、建材（如水泥）、化工、粮食加工、食品、医药等行业干法粉体制备系统中最为重要的设备之一。分级机性能的好坏，不但决定着产品质量，同时也明显影响着系统能耗。当前各行各业对粉料的要求越来越高，因而对分级设备提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。现代高技术和新材料产业的迅速发展，要求超细粉体加工技术也要与时俱进，不断发展。近年来，国内外关于微细

3、粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。然而，我国的超细粉体分级技术面临着巨大的挑战，具体表现为：（1）起步晚、起点低，总体水平与先进国家相比尚有一定的差距，远远不能满足工业生产的需求。（2）超细分级设备发展缓慢，制造工艺落后，精度不高，技术集成度较低，设备配套性能较差。（3）基础理论研究较少，缺少全面系统的理论研究，设计力量不足，研发不够，缺少创造性；实用新型专利多，发明专利少，具有独立自主知识产权的超细分级机少之又少。（4）设备的档次与品牌，尤其是自动控制、机电一体化方面与国外差距过大，加工能力不强，设备陈旧，在国际市场上缺乏竞争力。（5）产品稳定性差，设

4、备缺乏国家标准，没有行业标准。正是在这样的技术背景下，国内新的分级技术与设备层出不穷。就超细颗粒分级而言，通常有干法和湿法两种分级方式。湿法分级因超细产物的脱水与干燥以及废水处理等较难处理的问题，因而应用较少。干法分级，目前大多采用气力分级。干式气力分级技术在目前占居着主导地位，就基本型式可概括为二类：一是内部无回转运动件，仅设置简单惯性结构件。气流在惯性力场和较弱的离心力场中分离微粉。如旋风式、惯性式、通过式、CPC式和GCFC式等，其结构简单,但选粉效率较低（35%65%）。二是内部设置回转运动件，利用高速回转体上的叶片、撒料盘等产生强大的离心力场对物料进行离散和分选，如MS型、O-Sep

5、a型、TSU型、Sepax型和ATP型等，结构虽复杂，但分级效率高（65%90%），分级粒径易于调节。粉体机械及装备的传统的研发途径基本上是在借助经验数据的条件下通过几何上的放大或缩小来实现设备规格（如产量等）上的变化，但随着经济的发展，市场对产品规格的需求趋于多样化，单凭经验数据实现产品规格上的变化已远不能满足市场的需求；另一方面，任何设备规格上的变化都必然导致系统发生或多或少的变化，系统的放大或缩小绝非是简单的“几何相似”，这时就要求研究人员对设备系统的内在规律性有一个比较深的把握，从而更好的指导宏观上的设计，并以仿真软件校验新设计，进一步修改满足设计要求。本文就是掌握分级机工艺流程和工作

6、原理的基础上，在PRO/E系统中，深入分析150型涡轮式气流分级机的工作原理及结构特点，建立其三维模型，并进行虚拟装配与零部件干涉检测，优化设备结构，同时对分级机主轴进行应力分析，为提高分级机性能打下基础，最后在3ds Max中完成分级机工作过程仿真。我们知道，计算机仿真技术、虚拟制造技术以其高效率、低成本的优势已在航空航天、汽车、船舶等领域取得了累累硕果，但将虚拟制造、计算机仿真技术和粉体机械及装备设计相结合，在国内还处在尝试阶段，建立在工程数据和虚拟现实技术基础上的数字化产品，不仅为学科的发展提供了新的研究手段，也是今后粉体机械及装备数字化的发展方向。2、基本内容和技术方案涡轮分级机虚拟设

7、计与运动仿真研究：本次设计要求对一单轮分级机，其涡轮（分级轮）直径为150mm的分级机作相应的三维建模，并在此基础上，实现设备的虚拟装配，进行主要零件的应力分析；同时实现该装置的工作过程虚拟仿真。设计的整个涡轮式气流分级机主要由进料系统、排料系统、动力系统、主分级室和二次进风室组成。关键部件涡轮是一个特殊的转子型驱动器，转子的外圆周上安装一定数量的叶片。该分级机设置反冲气套使进入分级机的全部粉料均经过分级叶片，主要工作参数涡轮转速通过专设的变频调速器进行无级调节，空气流量通过调整排风门的开度而改变。涡轮式气流分级机是根据物料颗粒大小不同，在旋转气流场里受到离心力大小也不同的原理进行分级。涡轮在

8、筒体内高速旋转，形成一个宽度为H的分级区域，空气从外部引入，在分级区中心有一个排风机产生的轴向抽吸力即空气曳力，使筒体内形成负压，其中涡轮中心的负压最低，待分级机的物料被负压抽吸带到涡轮外边缘附近形成分级区，同时，由于涡轮作高速旋转，使气流成螺旋状向涡轮中心运动。本设计的基本内容：1）掌握该超细粉体分级机应用的工艺流程；2）掌握分级机的工作原理和结构组成；3）熟悉建模软件Pro/E，实现分级机的三维建模、虚拟装配与零部件的干涉检测，并在此基础上进行结构改进和主要零件的应力分析；4）熟悉动画制作软件3ds Max，实现分级机工作过程的运动仿真。本文的技术路线：选择三维建模与动画制作软件分级机三维

9、实体建模虚拟装配与零部件干涉检测分级机工作过程仿真结构改进与应力分析研究工作原理与结构分析3、进度安排第1-5周：查阅设计相关资料，翻译查阅的英文文献，完成开题报告。第6-8周：了解涡轮式气流分级机的结构组成和工作原理，完成分级机零部件及总体的三维建模，并进行整机的虚拟装配与零部件的干涉检测。第9-11周：运用Pro/Mechanica对分级机主轴进行应力分析。第12周：运用3ds Max软件制作分级机工作过程仿真。第13-15周：撰写毕业设计论文，做好答辩的准备工作。第16周：毕业设计答辩。4、指导教师意见 在查阅了大量相关技术文献资料的基础上，完成了开题报告的撰写。开题报告撰写认真、规范，

10、内容详细，所述技术内容清晰，技术路线可行，进度安排合理，很好的完成了开题报告的撰写任务，达到了预期的目标。同意开题，并进入论文研究阶段工作! 指导教师签名： 叶涛2012年 3 月 15 日 目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 分级的概述31.1.1 分级的定义31.1.2 分级的分类31.1.3 分级的作用31.1.4 分级的工艺流程41.2 超细分级设备的研究动态41.3 涡轮式气流分级机的概述51.3.1 结构组成及特点51.3.2 工作过程61.3.3 工作原理61.4 论文选题的目的意义及主要工作72 分级机零件三维实体建模92.1 Pro/Engineer软件概述92

11、.2 零件的三维建模102.2.1 Pro/E三维零件建模的基本步骤102.2.2 轴类零件的三维建模112.2.3 大带轮的三维建模122.2.4 箱体零件的三维建模132.2.5 涡轮底盘的三维建模142.3 本章小结153 分级机虚拟装配、干涉检测与结构改进163.1 分级机的虚拟装配163.1.1 虚拟装配的意义163.1.2 虚拟装配的方法163.1.3 部件装配173.1.4 总体装配183.2 干涉检测概述183.3 进气孔干涉检测与结构改进193.4 涡轮与反冲气套间隙干涉检测与结构改进203.5 本章小结224 基于Pro/Mechanica的分级机主轴应力分析234.1 P

12、ro/Mechanica概述234.2 分级机主轴应力分析234.2.1 应力分析软件选择234.2.2 模型简化234.2.3 材料的定义244.2.4 施加载荷及约束244.2.5 分析结果254.3 本章小结265 基于3ds Max的分级机工作过程仿真研究275.1 3ds Max软件概述275.2 分级机工作过程的仿真研究275.2.1 仿真软件选择275.2.2 仿真的意义275.2.3 实体模型的导入275.2.4 装配与拆卸过程仿真295.2.5 工作过程仿真295.3 本章小结316 结论与展望326.1 结论326.2 展望32参考文献33致谢34摘 要随着技术的进步和科技

13、的发展，各工业领域对粉料的要求越来越高，因而对分级设备也提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。因此利用信息技术、计算机仿真技术与现代测试技术对传统的粉体机械及装备进行改造与革新，可以大大促进粉体技术的研究和应用开发水平的提高，同时也是粉体机械及装备数字化的发展方向。近年来，国内外关于微细粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。涡轮式气流分级机作为一种特殊的流体分级机械，是“超微粉体材料”生产制造的主要工艺设备，在超微粉体加工和分级方面均有着极为重要的作用。为了改进涡轮分级机的功能作用，进行性能优化升级设计，必须首先对

14、该设备的结构组成特征与工作机理进行研究。结合分级轮150mm型涡轮式气流分级机的研究开发，本文致力于完成了如下相关研究分析工作：（1）在Pro/E中创建分级机的三维实体模型，直观地分析其零部件及装配体的结构形式与装配关系；（2）进行分级机零部件的干涉检测研究，发现二维图设计存在的缺陷，对分级机各零件结构进行改进；（3）使用Pro/Mechanica对三维实体模型进行应力分析，为今后的结构优化设计打下基础；（4）采用运动仿真技术实现了平面二维图纸难以表现的设备运动过程，这样可以根据设备的运动仿真状态所表现的问题对初始设计进行时时修改，大大的缩短了设备的开发周期，降低研发成本，提高工作效率。关键词

15、：涡轮式气流分级机；Pro/E；干涉检测；应力分析；运动仿真AbstractAs technology advances and science develops, the requirements of various industrial areas on the powders are getting higher and higher, thus, they put forward higher requirements for the classification equipment, which require not only high energy efficiency and

16、 classification efficiency, but also the finished particles level to meet specific requirements. Therefore, the use of information technology, computer simulation technology and modern testing techniques to transform and innovate the traditional powder machinery and equipment, can greatly contribute

17、 to raising the level of powder technology research and application development, meanwhile which is also the digital development direction of the powder machinery and equipment.In recent years, domestic and international research on the precise classification of the fine powder is developing rapidly

18、, and developed a classifier suitable for the fine powder of a variety of particle size. As a special fluid classification machinery, the turbo air classifier, is the main process equipment of ultrafine powder manufacturing, which plays an extremely important role in the superfine powder processing

19、and classification. In order to improve the functional role of the turbo classifier and proceed designing performance of optimization and upgrading, firstly we must research the structural characteristics and working mechanism of the device.Combined with the research and development of turbo air cla

20、ssifier, whose classification wheel is 150mm, this article is committed to complete the following research and analysis:(1) Create three-dimensional solid model of the classifier in Pro/E, and intuitively analyse the structure and assembly relationship of the parts and assembly;(2) Proceed researchi

21、ng the interference detection of parts of the classifier and find the defects of two-dimensional drawing design and improve the structural components of the classifier; (3) Use Pro/Mechanica on the stress analysis of three-dimensional solid model, which lay the foundation for future structural optim

22、ization design; (4) The motion simulation technology achieves the motor process of the equipment which is difficult to perform in a flat two-dimensional drawings, so we can modify the initial design from time to time according to the motion simulation state of the problems performed by the equipment

23、, and greatly shorten the development cycle, reduce development costs, and improve work efficiency.Key Words: Turbo air classifier; Pro/E; Interference detection; Stress analysis; Motion simulation1 绪论1.1 分级的概述1.1.1 分级的定义分级技术是一门涉及机械、材料、化工以及流体力学等多学科的高新技术。广义的分级是利用颗粒粒径、密度、颜色、形状、化学成分、磁性、放射性等特性的不同而把颗粒分为不

24、同的几个部分。在粉体中，分级是指根据生产工艺的需要，把粉碎产品按某种粒度大小或不同类型颗粒进行分选的操作。按颗粒的大小而进行的分级称为粒度分级，而按颗粒的形状进行的分级则称为形状分级。由于形状分级目前还处于实验室研究阶段，没有达到实用化的程度，因此，我们通常所提到的分级是指粒度分级。1.1.2 分级的分类超细颗粒分级有两种方式，一是干法分级，二是湿法分级。湿法分级因超细产物的脱水与干燥以及废水处理等较难处理的问题，因而应用较少。干法分级，目前大多采用气力分级。采用干法气力分级技术的设备可概括为二类：一是内部无回转运动件，仅设置简单惯性结构件。气流在惯性力场和较弱的离心力场中分离微粉。如旋风式、

25、惯性式、通过式、CPC式和GCFC式等，其结构简单,但选粉效率较低（35%65%）。二是内部设置回转运动件，利用高速回转体上的叶片、撒料盘等产生强大的离心力场对物料进行离散和分选，如MS型、O-Sepa型、TSU型、Sepax型和ATP型等，结构虽复杂，但分级效率高（65%90%），分级粒径易于调节。1.1.3 分级的作用在超细粉体制备过程中对产品进行分级，一方面控制产品粒度处于所需的分布范围，另一方面使混合物料中粒度已达到要求的产品及时分离出来，使粗颗粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级设备的技术要求也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关

26、键，是国内外各国研究的热门课题之一。1.1.4 分级的工艺流程在生产中根据工艺和经济效果的要求，往往要求粉碎机生产的产品粒度分布在一定的范围内。然而实际上，粉碎机产出的产品的粒度分布要比所要求的粒度范围更广泛，且大多数难以满足要求。这时就需要采用分级机将物料中合格的细粉分离出来，以提高粉碎效率降低能耗，同时也能保证产品的质量。使粉碎产品控制在所要求的范围内的方法是将粉碎机和分级机组合起来使用，这种两者组合的装置称为闭路系统，该系统将粉碎产品按大于和小于某一粒度分开，把细粒排出机外，以防止产品过粉碎，而成为合格产品，并将粗粒再返送入粉碎机，再次进行粉碎。分级机是闭路粉碎系统的重要部分，当采用一定

27、的粉碎机以后，则与该机配合的分级机性能对粉碎效果有极大的影响。图1-1是两种常见的闭路系统。其中(a)为分级机后置的粉碎-分级系统，(b)为分级机前置的粉碎-分级系统。图1-1 分级的两种工艺流程1.2 超细分级设备的研究动态现代高技术和新材料产业的迅速发展，要求超细粉体加工技术也要与时俱进，不断发展。近年来，国内外关于微细粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。（1）研究开发新的强有力的分散装置。目前，已经可以应用的有物理方法和化学方法。化学方法中常用的是在前一级粉碎过程中升级前的物料中添加分散助剂，但这种方法会增加生产成本，而且分散剂可能会污染物料，故只在

28、特殊情况下使用。物理方法中常用的是机械式或高速压缩空气式分散装置，其中又以高速压缩空气式用得最多。另外，表面改性的化学法使颗粒分散是超细分散的另一个重要途径。（2）分级流场的研究。分析涡轮式气流分级机分级流场的流动特性（主要是气固两相流运动特性），弄清分级流场的影响因素，设计出合理的结构形式，减少局部涡流的产生，使分级流场的流动状态尽可能均匀。 （3）分级力场的设计及新的分级原理的探索。通过对粒子表面特性、界面状态以及粒子在不同介质和不同力场中的行为差异进行研究，寻找新的原理、方法和途径，设计稳定、可调的力场，开发更加精细的新型超细分级机。（4）性能参数和系统操作参数的研究。通过对分级机本身特

29、性参数的研究及分级系统（或粉碎分级系统）操作参数的分析，设计合理规格的分级设备，优化结构参数和系统操作参数，使分级设备处于理想的工作状态，即高效、节能、低耗。（5）针对超细分级过程中出现的其它问题相应的措施研究。如针对超微粉体的爆炸危险，开展惰性气体作为分级介质的研究；针对超微粉体的粒度测试，开发研究具有分散性能好、能实行标准化操作的测试装置等。而涡轮式气流分级机作为一种特殊的流体分级机械，目前是“超微粉体材料”生产制造的主要工艺设备，在超微粉体加工和分级方面均有着极为重要的作用。为了改进涡轮分级机的功能作用，进行性能优化升级设计，必须首先对该设备的结构组成特征与工作机理进行研究。1.3 涡轮

30、式气流分级机的概述1.3.1 结构组成及特点整个涡轮式气流分级机主要由进料系统、排料系统、动力系统、主分级室等部分组成。其关键部件涡轮是一个特殊的转子型驱动器，转子的外圆周上安装一定数量的叶片。该分级机设置反冲气套，使进入分级机的全部粉料均经过分级叶片，主要工作参数涡轮转速通过专设的变频调速器进行无级调节，空气流量通过调整排风门的开度而改变。图1-2是分级机主体部分的结构图示意图，其中1轴承；2主轴；3主轴皮带轮；4电机；5电机皮带轮；6涡轮；7筒体；8反冲气套。图1-2 涡轮式气流分级机结构示意图涡轮式气流分级机采用涡轮高速旋转产生强大的离心力场来进行有效分散和分级，为了达到转子支承结构的稳

31、定性，提高运转寿命，满足精细分级的基本要求，该分级机的结构设计上采取了以下的优化措施: （1）电机通过皮带轮带动支承在精密滚动轴承上的主轴，其转速可由变频器调整；（2）涡轮以悬臂方式联结在主轴的另一端，悬臂主轴支承结构和涡轮质量级配均通过动力学参数优化计算，从而获得了较好的支承稳定性，并保证轴系在允许的振动烈度范围内；（3）为防止轴承中混入细小灰尘而磨损，对轴承采用气封技术，以保证轴承寿命极限和安全运转；（4）涡轮与安装在筒体上的反冲气套间采用较小的间隙，通过一定的压力的反吹气体进行气封处理，有效防止了粗颗粒混入分级后的微粉中；（5）涡轮采用在径向均匀布置72片叶片的鼠笼结构和特殊的焊接技术，

32、叶片每分钟通过某点的次数可高达7200次，从而形成了强大而均匀的离心场；（6）筒体内衬用聚氨脂胶粘，防止颗粒受铁质污染。1.3.2 工作过程主分级室内有一个可以任意调节转速的涡轮，涡轮由电机通过带传动带动在主分级室内作高速旋转运动。物料由螺旋输送机送进涡轮式分级机的主分级室内并获得一定的初速度，进入分级区后，即涡轮高速旋转形成的强迫涡旋流场内，颗粒受到风的阻力和由于涡轮叶片旋转而产生的离心力作用，因颗粒的大小不同而所受的离心力不同，从而粒径小，质量轻的细小颗粒经过涡轮叶片间隙，进入输出管道被分选出来，粒径较大的颗粒被涡轮叶片甩向器壁进入主分级室下面的二次进风室，在二次进风室中，粒径较小的颗粒再

33、次被吹回主分级室进行分级，从而达到提高分级效率的目的。1.3.3 工作原理涡轮式分级机是根据物料颗粒大小不同，在旋转气流场里受到离心力大小也不同的原理进行分级。涡轮在筒体内高速旋转，形成一个宽度为H（如图1-3所示）的分级区域，空气从外部引入，在分级区中心有一个排风机产生的轴向抽吸力即空气曳力，使筒体内形成负压，其中涡轮中心的负压最低，待分级机的物料被负压抽吸带到涡轮外边缘附近形成分级区，同时，由于涡轮作高速旋转，使气流成螺旋状向涡轮中心运动。假设颗粒向涡轮中心运动的径向速度为VR，由惯性离心力产生背向涡轮中心的速度VM，即沉降速度，VM因颗粒大小而不同。当VRVM时，颗粒将通过涡轮叶片从周边

34、外缘进入涡轮中心，经输出管道被收尘器收集；当VRVM时，颗粒将被甩离涡轮；当VR=VM时，颗粒在确定的半径上处于平衡状态，这是一种理想状态，此种粒子的粒径就是所谓的分级直径。涡轮分级机分级直径的大小与涡轮转速、抽风机风量、风压及结构参数有关，对于一个结构尺寸确定的涡轮分级机，通过改变前三个参数到合适的程度，可得到理想的分级直径。图1-3 分级原理示意图1.4 论文选题的目的意义及主要工作如上所述，目前涡轮式气流分级机是国内矿物加工、建材（如水泥）、化工、粮食加工、食品、医药等行业干法粉体制备系统中最为重要的设备之一。其分级机性能的好坏，不但决定着产品质量，同时也明显影响着系统能耗。粉体机械及装

35、备的传统的研发途径基本上是在借助经验数据的条件下通过几何上的放大或缩小来实现设备规格（如产量等）上的变化，但随着经济的发展，市场对产品规格的需求趋于多样化，单凭经验数据实现产品规格上的变化已远不能满足市场的需求；另一方面，任何设备规格上的变化都必然导致系统发生或多或少的变化，系统的放大或缩小绝非是简单的“几何相似”，这时就要求研究人员对设备系统的内在规律性有一个比较深的把握，从而更好的指导宏观上的设计，并以仿真软件校验新设计，进一步修改满足设计要求。结合分级轮150mm型涡轮式气流分级机的研究开发，本文完成了如下相关研究分析工作：（1）在Pro/E中创建分级机的三维实体模型，直观地分析其零部件

36、及装配体的结构形式与装配关系；（2）进行分级机零部件的干涉检测研究，发现二维图设计存在的缺陷，对分级机各零件结构进行改进；（3）使用Pro/Mechanica对三维实体模型进行应力分析，为今后的结构优化设计打下基础；（4）采用运动仿真技术实现了平面二维图纸难以表现的设备运动过程，这样可以根据设备的运动仿真状态所表现的问题对初始设计进行时时修改，大大的缩短了设备的开发周期，降低研发成本，提高工作效率。本课题的技术路线：选择三维建模与动画制作软件分级机三维实体建模虚拟装配与零部件干涉检测分级机工作过程仿真结构改进与应力分析研究工作原理与结构分析图1-4 本文工作的技术流程综上所述，当今一些优先发展

37、的科学领域，如材料科学、微电子学、环保和生命科学等，都与粉体机械及装备密切相关。因而我们可以利用信息技术、计算机仿真技术与现代测试技术对传统的粉体机械及装备进行改造与革新，从而促进粉体技术的研究和应用开发水平的提高。计算机仿真技术、虚拟制造技术以其高效率、低成本的优势已在航空航天、汽车、船舶等领域取得了累累硕果，但将虚拟制造、计算机仿真技术和粉体机械及装备设计相结合，在国内还处在尝试阶段，建立在工程数据和虚拟现实技术基础上的数字化产品，不仅为学科的发展提供了新的研究手段，也是粉体机械及装备数字化的发展方向。2 分级机零件三维实体建模2.1 Pro/Engineer软件概述Pro/Enginee

38、r操作软件是美国参数技术公司旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目 前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。Pro/E的主要特性有以下几点：（1）参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复

39、杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 （2）基于特征建模 Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 （3）单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个

40、设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。本章用到Pro/E的两个主要模块：（1）Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋、槽、倒角和抽空等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不

41、象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系， 任何一个参数改变，其相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。Pro/Engineer功能如下： 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间的关系来

42、进行设计。 支持大型、复杂组合件的设计。 贯穿所有应用的完全相关性。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/Engineer的基本功能。（2）Pro/Assembly是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/Assembly是 Pro/Adssembly的一个扩展选项模块，只能在Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能： 在组合件内自动零件替换； 规则排列的组合； 组装模式下的零件生成； Pro/Assembly里有一个 Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性

43、用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可； 组件特征。2.2 零件的三维建模2.2.1 Pro/E三维零件建模的基本步骤根据已经设计出的涡轮式气流分级机的二维结构，可以创建零件的三维实体模型。通常，在Pro/E中每个零件的三维实体建模的过程都大同小异，主要有以下几个步骤：（1）对照零件的二维图，运用空间想象力在大脑形成零件的三维轮廓。（2）选择零件三维实体建模的主要方法。（3）根据不同的零件，草绘每个特征的二维图，然后进行拉伸、旋转、扫描以及混合等主要特征操作以完成零件主体的三维实体建模。（4）在零件主体模型上进行其它相关的辅助特征操作，进一步完善零件模型。（5）在零件模型上做最终

44、修饰，然后保存。这里我们设计的零件和选取的标准零件数量较大，该分级机自行设计的非标准零件数为104个，部分主要零部件名称见表2-1。由于零件三维建模的过程和方法都基本相同，因此本章只选择了几个典型的零件，对其三维建模的特点及过程进行简单的论述。表2-1 分级机部分零部件名称表部件名称组成零件名称涡 轮环盘套环叶片（72片）底盘反冲气套端盖1端盖2外套进气孔法兰内套箱 体顶盖法兰1法兰2侧板1侧板2侧板3天方地圆其他主要零件名称主轴大带轮小带轮大带轮挡圈小带轮挡圈大带轮轴套支架套筒压盖气封轴承盖轴承端盖轴承套2.2.2 轴类零件的三维建模2.2.21 轴类零件的特点轴类零件的结构特点是：回转体，

45、主要结构以其轴线对称，各轴段直径有一定差异，但是相临轴段直径相差不大，呈阶梯状；根据使用场合和功能的不同，轴上其他结构要素有些以其轴线为对称，有些则没有对称线、对称面；当传递扭矩时，轴类零件具有键槽或花键槽结构；为定位方便，轴两端具有中心孔结构。2.2.22 轴类零件建模基本方法首先创建主轴的毛坯模型, 再确定各特征之间的正确关系, 然后完成各特征的细节设计。主轴结构较为简单，其二维图如图2-1所示。可采用拉伸创建轴的基础特征, 用旋转方法创建轴的阶梯, 形成完整的阶梯、键槽、倒角和圆角等特征，建立的主轴三维实体模型如图2-2所示。图2-1 主轴的二维零件图图2-2主轴三维实体模型2.2.3

46、大带轮的三维建模大带轮的截面较复杂，其二维零件图如图2-3所示。首先在平面草绘界面画出大带轮主体截面的二维图，包括轮槽和轮毂，如图2-4所示。图2-3 大带轮二维主视图然后利用旋转方法生成带轮主体，再用拉伸去除材料得到轮辐，键槽，最后进行倒角、倒圆角等辅助特征，生成大带轮的三维实体模型如图2-3所示。 图2-4 大带轮三维实体模型2.2.4 箱体零件的三维建模（1）顶盖顶盖的主体部分用拉伸和去除材料可以得到，两个握把的创建则需要用到扫描特征，首先在草绘界面画出吊环轨迹，接着在草绘图中画出吊环的截面图，最终便能生成吊环实体，顶盖的三维实体模型如图2-5所示。图2-5顶盖三维实体模型（2）天方地圆

47、天方地圆的创建方法与其他零件不大一样，其二维零件图如图2-6所示。首要用拉伸特征生成一个圆柱体，然后利用一个与水平面成一定夹角的基准面将圆柱体切除掉一角，再用镜像方法切除剩下三处，最后运用壳工具将实体掏空，得到天方地圆的三维实体模型如图2-7所示。图2-6 天方地圆二维图图2-7 天方地圆三维实体模型2.2.5 涡轮底盘的三维建模首先运用旋转方法创建底盘主体部分，然后利用拉伸去除材料得到键槽和一个叶片槽，使用阵列将72个叶片槽均匀分布在底盘上，最后添加倒角等辅助特征，涡轮底盘的二维零件图与三维实体模型如图2-8、2-9所示。图2-8 涡轮底盘二维零件图图2-9 涡轮底盘三维实体模型2.3 本章小结本章以Pro/E作为软件平台，完成了涡轮式气流分级机非标准件（104个零件）的三维实体建