基于proe的健騎機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　編號(hào): </p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目 基于Pro/E的健騎機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　機(jī)械與汽車工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)</p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　起訖日期 2015.3.30~2015.5.25 </p><p>

3、　　基于Pro/E的健騎機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　摘要:健騎機(jī)是一種作用于腿部及胸部肌群，可使全身80%的肌肉和關(guān)節(jié)同時(shí)參加運(yùn)動(dòng)的一種不可多得的健身器材。文章基于人機(jī)工程學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法，在研究分析健騎機(jī)的組成和零件間的相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，測(cè)量其零件的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了健騎機(jī)設(shè)計(jì)。運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)健騎機(jī)的主要零部件及整機(jī)裝配圖進(jìn)行了三維建模，并運(yùn)用其運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)健騎機(jī)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)是

4、合理的。這種運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)和Pro/E軟件的設(shè)計(jì)方法，可應(yīng)用到其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。</p><p>　　關(guān)鍵詞:健騎機(jī)；Pro/E；三維設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　Design and Imitation of the Ridded-Body-Building</p><p>　　Abstract：It is designing principle of th

5、e Ergonomics that has an important and profound meaning in the workout devices being closely related with people .Making use of theories and research methods of the Ergonomics and the mechanical designing, a series of as

6、pects are conducted in this researching and analyzing such as the outer appearance of the ridded-body-building machine, structural size, the distances and the angles between the pedals, the shape and the structure of the

7、 seat and the knob, </p><p>　　Key words: Cycling Equipment; Pro/Engineer; Modeling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題

8、背景及研究意義1</p><p>　　1.2 健身器材的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 健身器材的發(fā)展及品牌1</p><p>　　1.1.2 健身器材的分類與功能2</p><p>　　1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)方法概論3</p><p>　　1.4 本課題主要研究內(nèi)容3</p><

9、p>　　2 Pro/E的功能概述5</p><p>　　2.1 Pro/E的三維模型創(chuàng)建功能7</p><p>　　2.2 Pro/E建模的一般過程7</p><p>　　3 基于Pro/E的健騎機(jī)建模9</p><p>　　3.1健騎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析9</p><p>　　3.2健騎機(jī)的建模過程12

10、</p><p>　　3.3生成虛擬樣機(jī)14</p><p>　　4 基于Pro/E的健騎機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真16</p><p>　　4.1 機(jī)構(gòu)組件的確定16</p><p>　　4.2 運(yùn)動(dòng)仿真分析17</p><p>　　4.2.1 仿真動(dòng)畫的生成17</p><p>　　4.2.2

11、仿真分析18</p><p><b>　　5 總結(jié)21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>

12、　　1.1 課題背景及研究意義</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，地球人的健身意識(shí)越來越強(qiáng)，進(jìn)行戶外運(yùn)動(dòng)和室內(nèi)健身已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊粋€(gè)內(nèi)容。眾所周知，各種各樣的健身器材落戶于操場(chǎng)邊上的開闊地、健身房甚至普通人家。這一方面緩解了有限的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地與大家愛好健身之間的矛盾，另一方面，室內(nèi)健身也克服了刮風(fēng)下雨天人們鍛煉身體的不便，而且，也為早出晚歸的辛勤工作者創(chuàng)造了良好條件

13、。</p><p>　　健身器材就是用于人體健身的器材或器械。健身器材的用途廣泛不僅提高身體素質(zhì)，而且還是體育基礎(chǔ)訓(xùn)練，康復(fù)鍛煉專用器材。它適用于人體健身，健美運(yùn)動(dòng)，還廣泛適用于體育鍛煉，專業(yè)運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)訓(xùn)練及體能訓(xùn)練，體療康復(fù)鍛煉以和體育性文化娛樂等方面。我國健身器材行業(yè)起步較晚，以依靠技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)模仿為主，產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新能力不足。在設(shè)計(jì)手段上，國內(nèi)企業(yè)以靜態(tài)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，缺少產(chǎn)品在工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬和分析。這些

14、因素使得國內(nèi)健身器材行業(yè)在國際市場(chǎng)上缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力，大部分企業(yè)的產(chǎn)品屬于中低端產(chǎn)品，缺乏知名品牌，產(chǎn)品附加值較低。因此，研究健騎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、建模方法，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法或手段建立其參數(shù)化模型，并進(jìn)行仿真分析，從而為健身器材結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)方法，這對(duì)于提高我國自主研發(fā)健身器材創(chuàng)新型產(chǎn)品的能力，提高企業(yè)在全球市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，特別是實(shí)現(xiàn)從價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)到技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的轉(zhuǎn)變，意義深遠(yuǎn)。</p><p>　　1.2 健身器材

15、的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1 健身器材的發(fā)展及品牌</p><p>　　健身器材工業(yè)起源于20世紀(jì)70年代初的美國及加拿大，兩國的健身設(shè)備廠是歷史最悠久的制造廠商。他們經(jīng)歷了健身器材的誕生與成長過程，也見證了健身器材工業(yè)發(fā)展的低谷與高峰?？梢哉f，美國及加拿大的健身器材的專業(yè)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)一流，產(chǎn)品性能良好，頗受用戶好評(píng)。兩國的健身設(shè)備廠商，在確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能的同時(shí)，在工業(yè)創(chuàng)

16、新方面也投入了大量人力物力。經(jīng)過30年的不懈努力，美國及加拿大生產(chǎn)廠商成為全球健身器材行業(yè)的全球領(lǐng)跑者。</p><p>　　健身器材品種繁多。其中，包括有氧的“Lifefitness, Precor, Stairmaster, Schwinn, Concept II, Bodyguard”，力量設(shè)備“Cybex, Nautilus,Vectra”。從以上品牌開始，美洲大地開始了健身器材工業(yè)化。人們逐漸意識(shí)到健身

17、器材工業(yè)是一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大消費(fèi)者接受。之后，美國出現(xiàn)了眾多健身器材廠商，眾多品牌的工業(yè)化生產(chǎn)，包括目前的“StarTrac, Keys, Scifit, Trimline, Quinton, Hummer ,Trotter……”等等品牌，而且每個(gè)廠家都看到了這一市場(chǎng)的遠(yuǎn)大發(fā)展前景。同樣地，70年代中葉，英國﹑意大利有一批生產(chǎn)商開始效仿美國及加拿大的產(chǎn)品，于是，在歐洲便誕生了第一批健身器材生產(chǎn)商“3B,Keiser,Powe

18、rsport,Powerjog,Gym80,Epic,Technogym,Oxide,Freemotion……”開始了歐洲健身器材品牌的發(fā)展歷程。</p><p>　　再者，在70年代末、80年代初，臺(tái)灣“True, Johnson （后為中國產(chǎn)）, MagTonic , …… ”開始進(jìn)軍該領(lǐng)域。其中的許多廠商因?yàn)榕c美國及英國廠商合作生產(chǎn)健身器材配件，隨后發(fā)展到自創(chuàng)品牌或貼牌生產(chǎn)（使用美、英產(chǎn)品商標(biāo)，在臺(tái)灣進(jìn)行生

19、產(chǎn)）。之后，日本產(chǎn)品，由于產(chǎn)品造型過于粗糙，因而在全球范圍銷售失敗，并成為一個(gè)反面教材。但是，90年代中葉的韓國發(fā)揮了電子行業(yè)上的優(yōu)勢(shì)，并且開始電跑生產(chǎn)，“WaTa, Lucksport, Kaesun, JACO…… ”等都產(chǎn)生于那個(gè)時(shí)代。而在電跑制造上，中國直到 90 年代末才出現(xiàn)了國內(nèi)的“萬年青, 英派斯， 匯祥，喬山……”等品牌，這標(biāo)志著中國健身器材工業(yè)的真正開始。</p><p>　　1.1.2 健身器

20、材的分類與功能</p><p>　　健身器材按其應(yīng)用來說，有以下幾種分類：</p><p>　　功能型健身器。適宜中老年使用，以強(qiáng)身健體，健身長壽為目的。身體健壯的，可選用跑步機(jī)、健身車和飛標(biāo)等；身體欠佳的，可選用各種按摩器，主要以強(qiáng)健不同身體部位要求而選擇相應(yīng)的健身器材。</p><p>　　健美型健身器。適合女子使用，如三四磅重的小啞鈴、收腹器、健身轉(zhuǎn)盤、體操墊

21、等小型用品，這些小型健身物品則以減肥，塑造體形為主，以人不同需求而選擇。</p><p>　　休閑型健身器。上班人可利用合理鍛煉減少疲勞，可通過健身方式來醒腦提神，也可以選用登高器、健身車、劃船器及跑步機(jī)等。</p><p>　　成長型健身器。青少年健身則強(qiáng)調(diào)力量型，全面性，各種仰臥撐架、拉力器、啞鈴、臂力棒，握力器等都適合青少年使用。</p><p>　　綜合型健

22、身器。家中常備有一臺(tái)多功能綜合型的健身器，跑步機(jī)，健騎機(jī)等一體的登山運(yùn)動(dòng)男女老少皆宜。</p><p>　　健身器材又常以訓(xùn)練功能多少來，又分為單功能和綜合型多功能兩類。</p><p>　　常見的單功能器械，有健美車，健步機(jī)、臺(tái)階機(jī)，跑步機(jī)、美腰機(jī)，橢圓機(jī)等。它們主要功能如下：</p><p>　　(1)劃船器：主要用來增強(qiáng)手臂力量。</p><

23、;p>　　(2)健美車：鍛煉時(shí)像騎自行車一樣，是增強(qiáng)腿部力量和增強(qiáng)心血管功能。</p><p>　　(3)健步車：主要用以鍛煉腿、腰、腹部肌肉。</p><p>　　(4)跑步機(jī)：主要用以鍛煉腿、臀、腰、腹部肌肉。</p><p>　　(5)美腰機(jī)：可對(duì)腰部、背部作按摩放松。</p><p>　　綜合型多功能器，一般都包括擴(kuò)胸器，引體向

24、上、仰臥起坐等器械的功能。擴(kuò)胸器仰臥推舉，是用來鍛煉上肢力量及胸大肌力量；仰臥起坐，用來鍛煉腰肌群，減少腰腹部的多余脂肪。</p><p>　　我國健身器材行業(yè)，盡管銷售市場(chǎng)趨旺，但在國際市場(chǎng)上缺乏知名品牌，這是一個(gè)不得不面對(duì)的事實(shí)。目前，我國出口健身器材產(chǎn)品是以委托等方式進(jìn)入國際市場(chǎng)，而且產(chǎn)品附加值較低。同時(shí)，與國際的先進(jìn)水平相比，我國不少生產(chǎn)企業(yè)還是處在仿制階段，產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力的不足，由此導(dǎo)致健身器材

25、性能不夠完善，用之起不到較好的鍛煉作用，白白浪費(fèi)資源。因此，我們要不斷創(chuàng)新，不斷優(yōu)化產(chǎn)品，是產(chǎn)品發(fā)揮出最佳效果，使得健身器材起到其真正的強(qiáng)身健體作用。</p><p>　　1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)方法概論</p><p>　　Pro/Engineer 是美國PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問世。20余年來，Pro/Engineer經(jīng)歷多次改版，已成為全世界最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，

26、廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、家電、玩具工程等行業(yè)。Pro/Engineer目前共有80多個(gè)專用模塊，為用戶提供了一套從設(shè)計(jì)到制造的完整的解決方案。因?yàn)樗鼜?qiáng)大的功能，Pro/Engineer很快得到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎，并迅速成為當(dāng)今世界最為流行的CAD/CAE/CAM軟件之一。</p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)是一門通過設(shè)計(jì)新產(chǎn)品不斷優(yōu)化老產(chǎn)品，滿足人們需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。他設(shè)計(jì)工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域

27、，主要研究產(chǎn)品的尺寸，形狀，樣式和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本思想，還要研究產(chǎn)品在制造，造價(jià)，銷售和使用等方面的問題。</p><p>　　進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作的人員通常被稱為設(shè)計(jì)人員或者設(shè)計(jì)工程師。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性地工作。設(shè)計(jì)工程師不僅在工作上要有創(chuàng)新性，還必須在機(jī)械制圖，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)，工程材料，材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)新能力。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成人

28、員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝的一個(gè)良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個(gè)好的設(shè)計(jì)中年做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確地進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的位置放錯(cuò)，也會(huì)是正確的設(shè)計(jì)變成錯(cuò)誤的。所以作為機(jī)械設(shè)計(jì)工程師必須慎之又慎！</p><p>　　為進(jìn)一步推動(dòng)MDA的發(fā)展，PTC公司于20世紀(jì)末又成功推出Pro/Eng

29、ineer 2001系列產(chǎn)品。在該系列產(chǎn)品中，PTC公司引入了新的建模技術(shù)，這種技術(shù)現(xiàn)已成為Pro/Engineer的核心技術(shù)。而且，由于其個(gè)人電腦版本的推出和操作界面的完全視窗化，使初學(xué)者學(xué)習(xí)更為便利快捷。</p><p>　　1.4 本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文通過調(diào)研健身器材的發(fā)展?fàn)顩r和機(jī)械結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，確定以健騎機(jī)為主要研究對(duì)象，然后健騎機(jī)實(shí)物為參考，測(cè)量其各零

30、件的數(shù)據(jù)，分析各個(gè)零件之間的連接狀態(tài)，利用Pro/E建立其三維實(shí)體模型和虛擬樣機(jī)，并進(jìn)行仿真分析，從而為其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。2 Pro/E的功能概述</p><p>　　Pro/E是全方位3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，相關(guān)軟件Pro/DESINGER（造型設(shè)計(jì)），Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的裝配、模具的開發(fā)、加工制造、鑄造件設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)，逆向工程、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)

31、庫管理等功能，從而使用戶縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間并簡化了開發(fā)流程；國際上有27000多企業(yè)采用了Pro/E軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)模塊 </p><p>　　工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要是用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，前期，在零件未制造出時(shí)，則無法觀看零件形狀的，也只能通過二維平面圖進(jìn)行想象。但是現(xiàn)在，可以用3DS可以生成實(shí)體模型，但3DS生成的模

32、型在工程實(shí)際中則“中看不中用”。用Pro/E生成的實(shí)體建模，不但中看，而且還相當(dāng)管用。事實(shí)上，Pro/E后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都是要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　包括： Pro/3D建模， Pro 動(dòng)畫模擬、 Pro概念設(shè)計(jì)，Pro網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫的合成、Pro圖片轉(zhuǎn)三維模型、Pro圖片的渲染子模塊。 </p><p>　?。?）機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)模塊 </p>

33、;<p>　　作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，還能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來使用，還支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。 包括：實(shí)體裝配，電路的設(shè)計(jì)，彎管的鋪設(shè)，應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示，物理模型數(shù)字化，曲面設(shè)計(jì)，焊接設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）功能仿真(CAE)模塊 </p><p>　　功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。機(jī)械零件內(nèi)部變化情況是難以知曉的事。有限元仿真使

34、我們獨(dú)具慧眼，可摸索到零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，可以在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便充分優(yōu)化零件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　包括：Pro/FEM POST（有限元分析），Pro/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入），Pro/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序的連接），Pro/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運(yùn)動(dòng)分析）、Pro/MECHANICA

35、 THERMAL（熱分析），Pro/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動(dòng)力仿真），Pro/MECHANICA VIBRATION（震動(dòng)分析）Pro/MESH （有限元網(wǎng)格劃分）。 </p><p>　?。?）制造(CAM)模塊 </p><p>　　在機(jī)械行業(yè)中用到 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。Pro/E的數(shù)控模塊包括：Pro/CASTING（

36、鑄造模具設(shè)計(jì)）、Pro/MFG（電加工）、Pro/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計(jì)）、Pro/NC-CHECK（NC仿真）、Pro/NCPOST（CNC程序生成）、Pro/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計(jì)）。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 </p><p>　　Pro/E的數(shù)據(jù)管理模塊像醫(yī)生，在計(jì)算機(jī)上則對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的真正原因，排除其產(chǎn)品

37、故障，改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。它就像Pro/E大管家，伸到每一個(gè)任務(wù)模塊中。并自動(dòng)跟蹤你創(chuàng)建的所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)則包括你存貯在模型文件或者庫中零件的數(shù)據(jù)。通過了一定機(jī)制，保證所有數(shù)據(jù)的安全和存取方便。 </p><p>　　其包括：Pro/PDM（數(shù)據(jù)管理）、Pro/REVIEW（模型圖紙?jiān)u估）。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 </p&g

38、t;<p>　　在實(shí)際當(dāng)中還存在別的CAD系統(tǒng)，由于它們門戶有所別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對(duì)方識(shí)別。但在實(shí)際工作中，則往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時(shí)幾何數(shù)據(jù)交換模塊就發(fā)揮作用。 </p><p>　　Pro/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊就有好幾個(gè)，如：Pro/CAT（PRO/E和CATIA數(shù)據(jù)交換）、Pro/CDT（二維工程圖接口），Pro/DATA FOR PDGS（Pro/E和福特汽車設(shè)計(jì)軟件的接口）

39、、Pro/DEVELOP（PRO/E軟件開發(fā)）、Pro/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入）、Pro/LEGACY（線架/曲面維護(hù)）、Pro/LIBRARYACCESS（ProE模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)入）、Pro/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出）。</p><p>　　以下詳細(xì)介紹本文中用到的Pro/E的及個(gè)功能模塊。</p><p>　　2.1 Pro/E的三維模型創(chuàng)建功能</

40、p><p>　　特征造型是幾何造型技術(shù)發(fā)展，其對(duì)諸如零件的形狀、尺寸、工藝、功能等一系列相關(guān)信息綜合描述會(huì)更直觀和更具工程含義。基于特征造型系統(tǒng)先將大量的標(biāo)準(zhǔn)特征或者用戶自定義特征存入數(shù)據(jù)庫中，在設(shè)計(jì)階段調(diào)用特征庫中特征作為基本造型單元進(jìn)行建模，還要逐步輸入幾何信息，建立零件的特征數(shù)據(jù)模型，并存入數(shù)據(jù)庫?；谔卣髟煨头椒ㄌ岣吡嗽O(shè)計(jì)效率及質(zhì)量，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員可以方便進(jìn)行特征的合法性，便于組織復(fù)雜的特征。特征建

41、模過程實(shí)際上則是一系列特征的累加過程。</p><p>　　在三維建模中則主要有以下3種特征：</p><p>　　(1)實(shí)體特征　是構(gòu)建三維模型的基本單元和主要設(shè)計(jì)對(duì)象，實(shí)體特征可以是正空間特征，也可是負(fù)空間特征。 (2)曲面特征　是一種沒有質(zhì)量和體積幾何特征，對(duì)曲面的精確描述比較復(fù)雜。 (3)基準(zhǔn)特征　指參數(shù)化設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)平面和坐標(biāo)系等。</p>

42、<p>　　2.2 Pro/E建模的一般過程</p><p>　　利用Pro/E建模首先從整體研究將要建模的零件，明確不同特征之間的關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，確定創(chuàng)建順序，在基礎(chǔ)上進(jìn)行建模，添加工程特征等設(shè)計(jì)。Pro/E建模的一般過程如下：</p><p>　　(1) 建立或者選取基準(zhǔn)特征作為模型空間定位基準(zhǔn)：如基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)坐標(biāo)系等。建立實(shí)體特征時(shí)，都是要利用基準(zhǔn)特征作為參照的;

43、</p><p>　　(2) 建立基礎(chǔ)實(shí)體的特征：拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等等;</p><p>　　(3) 建立工程特征：孔、倒角、肋等;</p><p>　　(4) 特征的修改：特征陣列、特征復(fù)制編輯操作等；</p><p>　　(5) 添加材質(zhì)及渲染處理。  </p><p>　　3 基于Pro

44、/E的健騎機(jī)建模</p><p>　　前面對(duì)現(xiàn)代建模軟件做了相應(yīng)介紹。接下來首先了解健騎機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用事項(xiàng)，在此基礎(chǔ)上，利用Pro/E軟件建立其實(shí)體模型，并進(jìn)行分析。</p><p>　　3.1健騎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　健騎機(jī)系力量、有氧復(fù)合器械類。人們用它可以做全向運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)上、下肢的肌力和胸部肌肉，并能鍛煉腰腹部肌肉和按摩內(nèi)臟，增強(qiáng)消化系統(tǒng)和心臟

45、功能。其簡單易學(xué)，適用年齡廣泛，尤其適于14-75歲人群使用。具體操作方法為：人坐在座板上，雙手拉動(dòng)手柄、同時(shí)雙腳踩動(dòng)踏腳，作往返運(yùn)動(dòng)。注意，鍛煉時(shí)動(dòng)作幅度不宜過大，速度不能過快。</p><p>　　圖1為健騎機(jī)的實(shí)物模型。對(duì)其進(jìn)行分析可知，健騎機(jī)主要有四個(gè)部分組成。分別是：1坐墊，2支撐架，3連接件，4把手及腳架。這四個(gè)部分之間分別以銷釘進(jìn)行連接，通過對(duì)把手和腳架施力，帶動(dòng)健騎機(jī)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)健身功能。<

46、/p><p>　　以下是通過Pro/E建立起來的健騎機(jī)總體模型和各個(gè)零件的模型圖：</p><p>　　3.2健騎機(jī)的建模過程</p><p>　　利用Pro/E建立健騎機(jī)的過程如下：</p><p>　?。?）Pro/E的TOP，F(xiàn)RONT，RIGHT三個(gè)面作為模型空間定位的基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)坐標(biāo)系。建立以上每個(gè)實(shí)體特征時(shí)，都利用基準(zhǔn)特征作為參考，然

47、后根據(jù)需要再另外建立新的基準(zhǔn)面。</p><p>　　（2）通過對(duì)每一個(gè)零件的分析，建立拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合這些基礎(chǔ)實(shí)體特征和倒角、拔模等工程特征。使用surface菜單下的各種選項(xiàng)，如merge（融合曲面，包括：join（連接）、intersect（相交）、trim（修剪曲面）、extend（延伸曲面）等，對(duì)曲面進(jìn)行修剪、編輯，完成模型的初步設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）對(duì)建立好的

48、模型進(jìn)行添加材質(zhì)和渲染處理，以便將來在室內(nèi)外安裝時(shí)與周圍的環(huán)境和諧、統(tǒng)一，即達(dá)到強(qiáng)身健體的鍛煉作用，又美化環(huán)境，令人有心曠神怡的感覺。</p><p>　　以把手和坐墊的建模過程為例（如圖5）：</p><p>　　1、打開Pro/E，新建零件，不使用缺省模板，選擇mmns_part_solid，確定。</p><p>　　2、首先在FRONT平面草繪一條與RIGH

49、T平面成20°夾角的68cm的直線，然后對(duì)其掃描成直徑6.5cm的圓柱1。</p><p>　　3、新建一個(gè)以A步驟圓柱中心線為基準(zhǔn)軸線，與FRONT平面成左傾20°角的一個(gè)平面DIM1，在DIM1上草繪把手，然后掃描生產(chǎn)直徑為3.5cm的圓柱。</p><p>　　4、新建一個(gè)與DIM1平行的在DIM1右端6cm的平面DIM2。在DIM2上，在以（圓柱1）的中心線為基

50、準(zhǔn)線，與（圓柱1）的頂端距離41cm的地方草繪一個(gè)長6.5cm，寬4cm的矩形，然后掃描到（圓柱1）的表面上，生成一個(gè)突塊1。在新生成的突塊1上拉伸實(shí)體形成如圖所示的銷釘。</p><p>　　5、在離圓柱1頂端46cm的地方新建一個(gè)與DIM1平面成左傾23°角的平面DIM4，然后向右平移14cm，形成平面DIM5，在DIM5上草繪、拉伸實(shí)體生成突塊2.</p><p>　　6、

51、以圓柱1的底端圓軸線為中心線，新建一個(gè)與FRONT成左傾75°角的平面DIM3，然后草繪、掃描成腳架。</p><p>　　3.3 生成虛擬樣機(jī)</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械零件及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，零部件如何裝配、加工、各零部件是否發(fā)生干涉，可視化設(shè)計(jì)等方面能否實(shí)現(xiàn)，都具有很實(shí)際的意義。虛擬裝配技術(shù)就是在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境下，來完成三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)。按照一定

52、的約束條件連接方式，將各零件組織成一個(gè)整體并能滿足功能的過程。</p><p>　　在其虛擬裝配中，零部件的幾何體是被裝配利用，而不是復(fù)制到裝配中?；赑ro/E具有單一數(shù)據(jù)庫的特性，不管如何編輯零部件，整個(gè)裝配依然保持關(guān)聯(lián)性，如果修改整個(gè)零部件，則引用它的裝配件自動(dòng)更新，反映零部件最新變化。</p><p>　　進(jìn)行零件裝配同時(shí)，最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)約束，在Pro/E中建立裝

53、配關(guān)系是用面和面配合，平面和基準(zhǔn)面對(duì)齊。坐標(biāo)系各個(gè)軸相互對(duì)齊等約束命令將所有零部件按要求裝配在一起。</p><p>　　健騎機(jī)的模型主要用到銷釘?shù)倪B接方式，裝配比較簡單，主要就是注意各零件裝配的先后和各個(gè)銷釘配合問題。裝配好以后的虛擬樣機(jī)就是如整體圖3.1-5所示。</p><p>　　4 基于Pro/E的健騎機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　基于Pro/E的健騎

54、機(jī)的模型已經(jīng)建立，接下來主要確定模型運(yùn)動(dòng)仿真的機(jī)構(gòu)組成和初步動(dòng)態(tài)仿真分析。</p><p>　　4.1 機(jī)構(gòu)組件的確定</p><p>　　在Pro/E的組件頁面下，在菜單-應(yīng)用程序-機(jī)構(gòu)中（如圖12）對(duì)健騎機(jī)模型的連接、電動(dòng)機(jī)、分析等進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)選擇把手和腳架的A-2連接為ServoMotor1，初始角設(shè)置預(yù)覽位置為-180de

55、g，模采用余弦，把振幅設(shè)置為100，其余默認(rèn)。如下圖13所示。</p><p>　?。?）右鍵點(diǎn)擊圖12分析，在彈出的對(duì)話框中，選擇類型、終止時(shí)間、幀頻、最小間隔如下圖14所示。</p><p>　　（3）最后點(diǎn)擊運(yùn)行，機(jī)構(gòu)則會(huì)顯示運(yùn)動(dòng)軌跡</p><p>　　4.2 運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p>　　4.2.1 仿真動(dòng)畫的生成</p&

56、gt;<p>　　在確定了4.1中幾個(gè)步驟之后，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入回放界面，繼續(xù)點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫界面，如圖15所示。點(diǎn)擊捕獲，設(shè)置輸出工作目錄，生成MPG格式的文件，便是運(yùn)動(dòng)仿真的效果視頻了。</p><p>　　在動(dòng)畫生成之后，便要對(duì)健騎機(jī)模型進(jìn)行仿真分析了。由于在使用健騎機(jī)的時(shí)候，我們是雙手緊握手柄，同時(shí)雙腳踩動(dòng)踏腳，做往返運(yùn)動(dòng)。從運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫可以看出在健騎機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要是把手和腳架這2個(gè)主運(yùn)動(dòng)點(diǎn)以

57、及坐墊這個(gè)副運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此在仿真分析時(shí)，我們就選取這3個(gè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，選取Pro/E的笛卡爾坐標(biāo)為零點(diǎn)。</p><p>　　（1）點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入測(cè)量結(jié)果界面，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入測(cè)量定義界面，在這里面設(shè)定類型、點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸以及評(píng)估方法，分別對(duì)measure1，measure2，measure3（如圖16所示）進(jìn)行定義：</p><p>　　（2）點(diǎn)擊應(yīng)用、確定，回到測(cè)量結(jié)果界面，點(diǎn)擊則生成

58、下圖所示各點(diǎn)的位置/時(shí)間變化曲線。</p><p>　　圖18 點(diǎn)measure2在X方向上的位置變化曲線</p><p>　　圖19 點(diǎn)measure3在Y方向上的位置變化曲線</p><p>　　其中各個(gè)參數(shù)的最大、最小值如圖20所示： </p><p>　　表4.1 3個(gè)點(diǎn)的最大、最小值</p><p>　

59、　由以上各圖和表可以看出模型中，把手的移動(dòng)范圍為24mm左右，腳架的移動(dòng)范圍為29mm左右，而坐墊的移動(dòng)范圍為19mm左右，由于比例為1:10，它們的實(shí)際移動(dòng)范圍則分別是25cm、30cm、20cm，再結(jié)合大部分人體的身體比例，此模型已經(jīng)可以讓人起到很好的鍛煉作用了。</p><p>　　當(dāng)然，由于時(shí)間關(guān)系，不能對(duì)健騎機(jī)速度變化、力情況、各部分的干涉以及產(chǎn)品的外觀等等一一進(jìn)行仿真分析，但是相信在以后的學(xué)習(xí)和工作中

60、，我會(huì)努力彌補(bǔ)這方面的不足，積極創(chuàng)新，對(duì)產(chǎn)品做出好的優(yōu)化設(shè)計(jì)。5 總 結(jié)</p><p>　　本文借助Pro/E實(shí)現(xiàn)了對(duì)健騎機(jī)從建立模型、裝配到仿真分析的全過程，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣機(jī)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)從開始到現(xiàn)在主要完成了一下幾方面內(nèi)容：</p><p>　?。?）對(duì)健騎機(jī)的測(cè)量收集數(shù)據(jù)工作</p><p><b>　?。?）零件的建模</b></

61、p><p>　?。?）虛擬樣機(jī)的裝配</p><p>　　在完成了所有的零件的建模之后，利用Pro/E的裝配模塊 ，結(jié)合對(duì)“約束”概念的理解，使用“約束”完成了快速成型機(jī)的零件裝配。</p><p><b>　　（4）運(yùn)動(dòng)仿真分析</b></p><p>　　在完成了零件裝配之后，利用Pro/E的裝配模塊，通過定義“驅(qū)動(dòng)”，

62、完成了快速成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，并進(jìn)行簡單的仿真分析，從而生成滿足設(shè)計(jì)要求的健騎機(jī)模型。</p><p>　　在利用Pro/E軟件完成本課題的過程中遇到了許多問題，比如：（1）零件之間的連接方法有很多，像剛體、銷釘、滑動(dòng)桿、圓柱、平面等等，我們?cè)谘b配零件時(shí)如何選用合適的連接直接影響到以后的運(yùn)動(dòng)仿真，如果選錯(cuò)，仿真就無法進(jìn)行；（2）由于Pro/E軟件仿真方面的局限性，無法對(duì)樣機(jī)的仿真分析做到很具體，因此機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)或

63、許有不足之處。還有一些問題，在這里不一一贅述，但相信在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)經(jīng)過自己的努力，改善這些不足之處。</p><p>　　本文借助Pro/E實(shí)現(xiàn)了對(duì)簡化健騎機(jī)從建立模型、裝配到仿真分析的全過程，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)健騎機(jī)樣機(jī)的設(shè)計(jì)。借助像Pro/E這樣的三維CAD軟件及仿真技術(shù)，大大的縮短新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期;還通過對(duì)數(shù)字化模型分析可以提早的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷并且加以修改，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)目的;直接的在數(shù)字化模型上面進(jìn)行各種運(yùn)

64、動(dòng)和材料特性仿真分析而不用投入大量的人力，財(cái)力進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效的節(jié)約了生產(chǎn)成本。應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)健身器材行業(yè)，及各個(gè)機(jī)械行業(yè)都是大有裨益的。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b></p><p>　　[1] 文熙.Pro/ENGINEER野火版3.0寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[2] 李乃文,郭曉

65、俊,姜勇.Pro/ENGINEERWildfire3.0中文版機(jī)械設(shè)計(jì)基本技術(shù)與案例實(shí)踐[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007</p><p>　　[3] 王隆太.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[4] 陳榕林.機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)[M]. 北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2006</p><p>　　[5] 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)第四版[M].

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68、lt;/p><p>　　[12] 曾振祥.工業(yè)工程三維造型設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[13] 鄭伯學(xué),吳俊海.現(xiàn)代制造環(huán)境下的CAD技術(shù)［J］.煤礦機(jī)械,2006(9):35-37</p><p>　　[14] 朱新云,顧寄南.基于Pro/E三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)［J］.中國制造業(yè)信息化,2006</p><p

69、>　　[15] 林黎明.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.電腦知識(shí)與技術(shù),2006(4):42-46</p><p>　　[16]施 平。機(jī)械工程專業(yè)英語教程 [M].電子工業(yè)出版社，2013</p><p>　　[17] 曾振祥.工業(yè)工程三維造型設(shè)計(jì)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005</p><p><b>　　致 謝</b>&l

70、t;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)能夠順利的完成，除了自己的努力外，首先應(yīng)該感謝的是我的輔導(dǎo)老師。她對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師們也提供了許多相應(yīng)的支持和幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的老師表示衷心的感謝！我要感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者們。本文是引用了數(shù)位學(xué)者的相關(guān)的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者研究幫助和啟發(fā)，我是很難完成本篇論文寫作。感謝我的