proe软件在机械设计中的应用

Pro/E软件在机械设计中的应用摘要文章主要介绍了Pro/E工程软件功能及作用，说明了Pro/E软件在三维实体造型的一般过程：分析了使用Pro／E软件在提高零件设计品质、防止干涉及生成二维图形等方面的特点；通过实践，阐述了零件实体建模、模拟装配等功能的应用方法。

使用Pro／E软件进行零件设计与传统的设计方式完全不同，其主要不同点在于使用该软件，实际上就相当于设计人员自己把零件从毛坯开始加工成所需的零件。

在这“加工”过程中，能非常直观地发现问题，及时加以纠正。

在设计过程中，首先根据功能要求，创建关键零部件的实体模型，然后进行强度、刚度分析，同时考虑加工工艺，反复进行结构调整和参数优化，直到设计出结构合理、工艺性强和生产便利的产品一般过程如下:创建草图→根据零件的基本特征和附加特征生成零件的三维模型→依照装配关系装配零部件→添加场景形成部件装配图。

关键词:Por/E软件；三维设计；实体造型1.前言随着机械行业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，如何提高产品品质，增强产品的市场竞争能力，缩短产品开发周期，降低成本已成为企业十分重视的问题。

现代化的开发手段是提高企业竞争力的重要保证。

企业应用Pro／E后，可改变传统的设计方法，显著缩短了新产品的设计周期，为新产品占领市场创造了有利的条件。

现结合Pro／E软件的实际，阐述该软件对提高产品设计能力的重要作用和应用效果。

在产品零部件的计过程中，运动机构的空间干涉问题历来都是令械设计工程师深感头疼的事。

按传统设计模式，计人员在一些细节问题上耗费了很大精力，降低设计效率。

而有些错误又往往具有很强的隐蔽，给生产造成不应有的损失。

因此，利用计算机三维设计工具合理地解决这些问题无疑具有一定的实意义。

当今流行比较广的三维设计软件主要有MechanicalDesktop(简称MDT),AutoCAD,Pro/ENGINEER(简称Pro/E)等。

无论从零件设计作中的整体结构设计，还是工程图三视图的生成，以及3D装配图的形成方式和仿真模拟加工记录参数完善改进，Pro/E软件都有操作容易、使用方便、修改方便的特点，因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的应用。

2.Pro/E软件的功能及作用简介2.1 Pro/E软件简介Pro/E是美国PTC（参数）公司开发的一款三维软件。

Pro/E以其基于特征的参化造型、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世，具有很强的实体造型和虚拟装配能力。

功能界面清楚明确，让使用者视觉和心理都有一种轻松感。

该软件是一款全方位的3D产品开发工具，棋手床的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念，强调实体模型架结构优于传统的面模型架构和线模型架构。

Pro/E还具有良好的数据接口，他可以将图纸输出为多种格式，可以方面的和AutoCAD、SolidWorks等软件进行数据交换。

Pro/E作为高端三维软件的代表，功能强大、使用简单、易学易用，莫钱已经成为机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。

同以往国内使用最多的AutoCAD等通用绘图软件相比，该软件直接采用了统一数据库和关联性处理、三维建模与二维工程图相关联等技术。

应用最新的Pro/ENGINEER Wildfire4.0技术可以迅速的提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期以及加强设计的标准化。

使工作效率、方便程度大为提高。

2.2 Pro/E软件的基本功能及作用Pro/E软件的基本功能及作用有:1.直接画出机械零件的3D(三维)图形这一方法在画出二维截面草图后，该软件可以将二维截面图进行拉伸、旋转、放样、倒角、布尔运算等操作，成所需的零件三维实体模v。

在屏幕上可直接显示、修改设计尺寸，并可以检查结构等方面是否合理、规范。

2.组建设备的3D装配视图该方法是将机械零件装配后，形成3D装配组件通过组合键我们可以从任何一个位置或角度去观察单个零件或组件的3D视图，如果设计结构不合理或比例失调，很容易就被发现，并对零件加以修改，既可以保证零件组合的协调性，又可以避免出现零件在构造上的相互干涉，如果出现零件的相互干涉，可以及时进行修改，且在修改中极为方便，只要将有尺寸结构错误的零件相应部分进行修改，就能达到目的要求，这比手工绘图节省人力、物力、财力，减少浪费。

3.计算机器组件、零件重贵和表面积当我们设计完成机器的一个零件，一个组件后，在很多时候要确定它的外形尺寸、整体重量、外表面积等外观因素。

Pro/E可以从相应的菜单中找出计算该机器组件或零件，很方便的得到零部件的外形尺寸、重量及表面积。

4.生成工程图建立三维实体模型后，可以对其进行任意方向上的观察，看其是否满足设计与使用要求，满意后可利用该实体模m，自动生成三视图，还可以生成任意位置剖视图，然后进行简单的修改及尺寸标注，即可生成二维的工程图。

5.生成真实感极强的动画图象将所设计的三维实体模型与3DMAX等软件结合，同时可以调整灯光布置场景，赋以机器一定的材料等，可以生成具有光照效果的逼真的机器模型动画图象。

此外，我们还可以对所设计的机械零部件进行运动学和动力学的分析，得出各个点的运动学和动力学参数，对机械零部件的应力挠度振动以及屈曲等加以分析，使所设计的机械结构得以优化Pro/E软件结合技术人员的设计思想和习惯，还建立了统一的数据库并具有完整的数据模型。

它以其强大的参数式设计和统一数据库管理等特点，实现了特征的尺寸驱动和3D实体与2D工程图的双向关联驱动、实体特征建模、标准件库的建立、零部件装配、动态仿真、有限元分析、干涉检查、NC加工和产品快速变型等功能，克服了二维图形不能包含产品所有设计信息的缺点。

Pro/E中的族表(FamilyTable)功能允许设计人员把一个设计模型扩展到一个产品家族，由此可以减少高达90%的工作量大大地提高了生产自动化程度，提高了生产效率。

3. Pro/E软件的设计实例尽管机械产品的结构形式千差万别，用途和工作原理也各不相同，但在计算机上进行三维实体造型有一些规律可循，使用Pro／E软件进行零件设计与传统的设计方式完全不同，其主要不同点在于使用该软件，实际上就相当于设计人员自己把零件从毛坯开始加工成所需的零件。

在这“加工”过程中，能非常直观地发现问题，及时加以纠正。

在设计过程中，首先根据功能要求，创建关键零部件的实体模型，然后进行强度、刚度分析，同时考虑加工工艺，反复进行结构调整和参数优化，直到设计出结构合理、工艺性强和生产便利的产品一般过程如下:创建草图→根据零件的基本特征和附加特征生成零件的三维模型→依照装配关系装配零部件→添加场景形成部件装配图。

减速器是重要的机械传动设备之一，它主要用于动力的传递和变换，是最常见的机械产品之一。

减速中包括了许多典型的机械零件，如箱体、齿轮、传轴和轴承等。

这些机械零件的设计各有特点，需要综合运用各种实体造型设计方法。

而Pro/ENGINEER所具有的强大机械功能，能够较好地完成这些零件的设计造型工作。

减速器的设计中，涉及到箱体类零件的创建方法、齿轮的参数化设计方法、轴承的装配方法、大型组件的装配方法、装配时各个元件间的体积干涉检验方法等，基本涵盖了机械产品设计的全过程。

这些设计，都可在Pro/ENGINEER中完成。

此外，利用Pro/ENGINEER强大的单一数据库功能，用户还可以使用工程图环境，由三维实体模型方便地生成二维工程图。

在许多机械产品中应用广泛，且其结构较复杂，设计过程具有代表性，在此，我们就以工程机械传动用的减速器设计为例，具体说明Pro/E软件在机械设计中的应用。

3.1设计概述设计完成的减速器主要由箱体、箱盖、一对齿轮传动副、两根传动轴和两对轴承组成，其分解视图如图1所示。

在设计过程中，首先使用三维实体造型方法创建出各个基本元件，然后使用组件装配方法将这些元件装配成为一个整体，最后根据三维实体模型创建组件工程图。

如图2所示为装配完成后的减速器模型，而如图3所示为减速器组件的工程图。

图1 分解视图图2 组件装配图图3 工程图3.2减速器箱体的设计减速器的箱体用于放置齿轮、轴承等零件，同时，它还是整个减速器的基础，设计完成的减速器如图4所示，它是由图5所示的过程创建而成。

即先后通过实体拉伸、草绘、壳工具、拉伸界面草绘、孔特征、镜像孔特征、创建圆角等操作步骤完成对减速器箱体的设计。

图4 减速器箱体图5 箱体创建过程3.3 减速器箱盖设计减速器中，箱体和箱盖相互配合，组成了减速器的外壳，其中各种零件的放置基础。

虽然箱盖和箱体的形状不同，但其设计广泛和步骤基本相同。

减速器箱盖的几何外形如图6所示，而图7所示为箱盖的创建流程。

由图7可知，箱盖的创建过程和箱体的创建流程相似，都综合采用了拉伸、筋特征、拔模特征等造型方法。

图6 减速器箱盖图7 箱盖设计流程3.4 齿轮设计齿轮是一种非常重要的机械零件，广泛应用于动力传递、变速等方面。

在创建齿轮时，需要使用参数化的设计方法。

说明齿轮是一种参数化的零件，一个齿轮的形状，可以由它的模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数以及齿宽完全确定。

只要修改这些参数的数值，就可以改变齿轮的形状。

下面作具体介绍。

在“参数”对话框中，单击按钮，依次将齿轮的参数添加至“参数”列表框中，完成后，单击【确定】。

齿轮的各个参数如表1所示。

表1 齿轮参数参数名称类型数值说明M 实数 2 模数Z 整数25 齿数Alpha 实数20 压力角Hax 实数 1 齿顶高系数Cx 实数0.25 齿隙系数B 实数30 齿厚Ha 实数齿顶高Hf 实数齿根高X 实数变位系数Da 实数齿顶圆直径Df 实数齿根圆直径Db 实数基圆直径D 实数分度圆直径我国的国家标准中规定，压力角为20度，齿顶高系数为1，齿隙系数为0.25。

所以只需要模数、齿数及宽度三个数值，就可以完全确定一个齿轮的形状了。

完成参数添加修改后，再通过绘制齿轮的基本圆、创建齿轮轮廓线、渐开线、镜像渐开线、创建拉伸特征、创建齿廓曲线、创建第一个齿槽、复制齿槽（图8）、完成特征复制（图9）、阵列齿槽（图10）、齿槽阵列参数（图11）等步骤完成齿轮创建中的核心步骤。

至此，使用参数驱动齿轮的轮齿已经全部创建完成，用户只需要修改Z、M和B的数值，然后再生齿轮，即可以得到各种不同规格的齿轮。

齿轮创建步骤中的最核心步骤已经介绍完成，然后修饰特征，如添加齿轮孔等操作。

图8 旋转轴图9 完成特征复制图10 阵列齿槽图11 齿槽阵列参数4. Pro/E软件的装配实例减速器中，包括了箱体、箱盖、一对齿轮传动副、两根传动轴、两对轴承以及其它一些元件，如螺栓、螺母等组成。

减速器的零件装配即把上述建模过程中产生的轴、齿轮、端盖、轴套等零件三维模型按照需要添加装配约束，放人箱体三维模型中去。