畢業(yè)設計（論文）多功能家用面條機的設計

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1、 編號 200901112009011138 南京航空航天大學 金城學院 畢 業(yè) 設 計 題 目 基于三維設計軟件的多功能 家用面條機的設計 學生姓名  學 號  系 部 機電工程系 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級  指導教師  二〇一三年六月 南京航空航天大學金城學 院 本科畢業(yè)設計（論文）誠信承 諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）（題目： 基于三維設 計軟件

2、的多功能家用面條機的設計）是本人在導師的指導下獨立進行 研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設計（論文）中特別加以 標注引用的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 作者簽名： 顧金兵 2013 年 05 月 31 日 （學號）： 2009011138 畢業(yè)設計（論文）報告紙 基于三維設計軟件的多功能家用面條機的設計 摘 要 針對傳統(tǒng)手工制作面食存在的勞動強度大、工序復雜、效率低等缺陷，設計了多功能家 用面條機。運用齒輪傳動、偏心軸上設置間隙調節(jié)機構及相

3、關的機械原理，通過分析多功能 家用面條機的功能需求，對其結構進行分析，重點對其傳動機構中的多對面輥和多個齒輪進 行設計，并基于 PROE 等三維造型軟件畫出面條機傳動裝配圖及其總裝圖。該面條機具有結 構緊湊、體積小、造型新穎、操作簡單、維修方便、光潔衛(wèi)生等特點，能壓制形狀整齊、厚 薄勻稱的寬窄面條、餃子皮、包子皮及餛飩等多種面食，是現(xiàn)代家庭的好幫手。實踐證明， 使用該面條機大大減輕了工人的勞動強度，生產(chǎn)效率提高了 4～6 倍，產(chǎn)品具有很大的市場 前景。 關鍵詞：面條機，三維設計，傳動機構 i 畢業(yè)設計（論文）報告紙 Design on

4、 the multi-function and household-use noodles mach ine A multi-function and household-use Abstract noodles machine was designed against the big labor strength,complex processes and low efficiency during traditional handicraft creation food. By using of

5、 the gear drive, the gap adgusting structure through a camshaft and some related mechanical principles，analyzing its functional requirements and its structure, focusing to optimize its design of the drive mechanism for several opposite rollers and gears, drawing its drive assembly diagram and i

6、ts general assembly diagram based on the PROE software. This noodle machine has some good characteristics, such as a compact structure, small volume, novel modeling, easy operate and maintenance, clean and health. The noodle machine can make noodles with neat shape and uniform thickness. It a

7、lso can make dumpling wrapper, dough and wonton cheek. It is a good helper for modern family. Practice has proved that using this noodle machine can gr eatly reduce the labor intensity and improve the production efficiency by four to six times. Key Words：noodles machine；design；gear drive

8、 ii 畢業(yè)設計（論文）報告紙 目 錄 摘 要................................................................................................................................................. i Abstract..........................................................................................

9、...................................................... ii 第一章 緒 論.................................................................................................................................... 1 1.1 面條的歷史.....................................................................................

10、..................................... 1 1.2 家用面條機的市場背景研究.............................................................................................. 2 1.2.1 家用面條機的選題背景.............................................................................................. 2 1.2.2 家用面條機的國內外研究概況..........

11、......................................................................... 2 1.2.3 家用面條機的應用前景............................................................................................... 2 1.3 本文主要研究內容..............................................................................................

12、................ 3 第二章 家用面條機的總體結構設計................................................................................................ 4 2.1 家用面條機的結構分析...................................................................................................... 4 2.2 面條機的工作原理............................

13、.................................................................................. 4 2.3 家用面條機傳動機構的設計.............................................................................................. 5 2.3.1 面輥的設計.......................................................................................

14、........................... 5 2.3.2 齒輪的設計.................................................................................................................. 7 2.4 典型偏心原理的分析............................................................................................................. 9 2.5 本章小結......

15、......................................................................................................................... 12 第三章 面條機的的三維設計........................................................................................................ 13 3.1 三維設計軟件概述......................................

16、......................................................................... 13 3.2 三維設計軟件 Pro/E 的介紹................................................................................................13 3.3 家用面條機具體三維制圖設計.....................................................................................

17、..... 14 3.3.1 Pro/E 操作界面介紹...................................................................................................15 3.3.2 面條機關鍵零件的建模............................................................................................ 15 3.3.3 面條機裝配圖............................................

18、................................................................. 22 3.3.4 面條機總裝圖............................................................................................................. 23 iii 3.3.5 畢業(yè)設計（論文）報告紙 面條機三維爆炸圖............................................................

19、......................................... 23 3.4 本章小結............................................................................................................................... 24 第四章 基于有限元的關鍵零件應力分析.................................................................................... 25 4

20、.1 有限元概述.......................................................................................................................... 25 4.2 ANSYS 軟件介紹................................................................................................................. 26 4.3 寬面條主動面輥的應力分析.................

21、............................................................................. 27 4.4 本章小結.............................................................................................................................. 36 第五章 總結與展望....................................................................

22、.................................................... 37 5.1 總結...................................................................................................................................... 37 5.2 展望............................................................................................

23、.......................................... 38 參考文獻............................................................................................................................................ 39 致 謝...................................................................................................

24、............................................. 40 iv 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第一章 緒 論 1.1 面條的歷史 面條是一種用谷物或豆類的面粉加水磨成面團，之后壓或搟制成片再切或壓，或者使用 搓、拉、捏等手段，制成條狀（或窄或寬，或扁或圓）或小片狀，最后經(jīng) 煮、炒、燴、炸而 成的一種食品。面條花樣繁多，品種多樣。中國、阿拉伯及意大利都聲稱是面條的發(fā)源地， 但可考的關于面條的最早文字記錄是東漢時期的中國。而且在 2005 年，中國社會科學院考古 研究所研究員葉茂林在青海

25、省民和縣喇家遺址（約 4000 年前被地震掩埋）中發(fā)現(xiàn)了距今有 4000 多年歷史的面條，長約 50 厘米、寬 0.3 厘米，由粟制成，有最早的文字和實物佐證，很 明顯面條是起源于中國。面條是一種制作簡單，食用方便，營養(yǎng)豐富，即可主食又可快餐的 健康保健食品，早已為世界人民所接受與喜愛。在古代中國，食品衛(wèi)生條件較差，相對于其 它食品而言，經(jīng)過煮沸的面條最為潔凈， 可以大大減少腸胃疾病的發(fā)生，因此面條成為中國 最常見的食品之一。由于制條、調味的不同，從而使中國各地出現(xiàn)了數(shù)以千計的面條品種， 遍及各地。著名的面條有北京的炸醬面、河北的撈面、南京的小煮面、山西的刀削面、上海 的陽春面、

26、港臺地區(qū)的擔擔面等，地方特色極其豐富，又如節(jié)日喜慶的長壽面，國外的香濃 意大利面，日本的日本拉面等。面條不僅含有豐富的蛋白質、脂肪、碳水化合物等多種營養(yǎng) 成分，而且易于消化吸收，有改善貧血、增強免疫力、平衡營養(yǎng)吸收等功效，所以面條備受 人們的喜愛。 圖 1.1 素菜面 圖 1.2 青菜面 圖 1.3 牛肉面 1 1.2 1.2.1 家用面條機的市場背景研究 家用面條機的選題背景 畢業(yè)設計（論文）報告紙 [16] [16] [14] 隨著人們生活水平的不斷提高，人們對食品的口感也越來越挑剔，隨之一些大型的 生產(chǎn)食品的機械

27、廠都紛紛對機械進行改進，生產(chǎn)了各種家用的食品生產(chǎn)機器。眾所周知， 面條是中華民族的傳統(tǒng)美食，也是我們日常生活的主食之一， 面條不僅含有豐富的蛋 白質、脂肪、碳水化合物等多種營養(yǎng)成分，而且易于消化吸收，有改善貧血、增強免疫 力、平衡營養(yǎng)吸收等功效，所以面條備受人們的喜愛 。然而，面條好吃難做，不僅需 要和面，還要壓面、切面，十分麻煩，并且如果面和不好，將嚴重影響面條的口感。為 了滿足人們日常生活的需求，讓人們方便快捷地制作出美味的面條，面條機以其方便快 捷逐漸成為了北方大部分家庭日常生活不可缺少的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品須同時具有使用功能 及相應的審美形式，即具有物質功能和文化功能的雙

28、重屬性。連路邊的街邊小吃都有好 多面條店，所以如何更快地制作面條成為一個熱點，面條機就這樣應運而生。市場上已 經(jīng)出現(xiàn)許多如和面機、洗面機、面條機、餃子機等形狀各異、種類繁多的面食品加工機 械，但是大多為大型面食品加工機械，而家用面食品節(jié)能加工機械并不多，且功能單一， 而人們對面條的需求量很大，所以研發(fā)家用面條機有很大的市場需求 。 1.2.2 家用面條機的國內外研究概況 本次設計的家庭面條機主要面向的市場是個人家庭，目前現(xiàn)有市場同類型的面條機 體積都比較大，操作也比較復雜，且大多適合批量生產(chǎn)，從經(jīng)濟實用角度上來看大多不 太適合家用。 現(xiàn)有的大中型面條機在美觀方面考慮地一直

29、較少，且重量較大，不易攜帶，不適合 家用。這些面條機工序復雜、價格昂貴、清潔不便，家用面條機應盡量改善這些缺點 。 1.2.3 家用面條機的應用前景 針對傳統(tǒng)手工制作面食存在的勞動強度大、工序復雜、效率低、不衛(wèi)生等缺陷，運 用齒輪傳動、偏心軸上設置間隙調節(jié)機構及相關的機械原理，設計多功能家用面條機。 要求該面條機具有結構緊湊、體積小、造型新穎、操作簡單、維修方便、光潔衛(wèi)生、可 流動作業(yè)等特點，能壓制形狀整齊、厚薄勻稱的寬窄面條、餃子皮、包子皮及餛飩等多 種面食。市場上的大中型面條機工序復雜、價格昂貴、清潔不便，小型家用面條機應盡 2 [16] 畢業(yè)設計（

30、論文）報告紙 量改善這些缺點。應努力達到攜帶方便，價格便宜，所需功率小，面條成型。可根據(jù)個 人喜歡制作出不同款式和不同營養(yǎng)的面條。面條在我國食品類很受歡迎。農副產(chǎn)品深加 工是中國十五期間重點扶持行業(yè), 隨著經(jīng)濟條件的改善和人們對綠色新鮮早餐的需求，該 課題市場前景廣闊，具有重要的應用價值 。 1.3 本文主要研究內容 面條好吃難做，不僅需要和面，還要壓面、切面，十分麻煩，并且如果面和不好，將嚴 重影響面條的口感。為了滿足人們日常生活的需求，讓人們方便快捷 地制作出美味的面條， 為此開展了家用面條機的三維設計研究。傳統(tǒng)的通用機械產(chǎn)品的設計是先將產(chǎn)品以二維平面 圖的形式表

31、達出來， 然后進行反復校核和修改，最后由加工者把圖樣上的內容轉化為成形的 產(chǎn)品。這樣不僅設計周期長、成本高，而且當產(chǎn)品制造出來后，零部件之間相互干涉，經(jīng)常 會出現(xiàn)無法安裝或裝配不到位等問題，反復修改勢必會延長產(chǎn)品投放市場的周期，應用 Pro/E 等高端三維設計軟件就可以很好地解決這些問題。直接采用三維設計，使設計者能夠了解產(chǎn) 品的每一個細節(jié)，并利用其參數(shù)化設計的思想，使零件的設計、修改變得簡單易行 ，并在后 期使用 ANSYS 有限元分析內部軸的強度。同時，還可以完成產(chǎn)品的系列化設計。 3 畢業(yè)設計（論文）報告紙 2.1 第二章 家用面條機的結

32、構分析 家用面條機的總體結構設計 面條機有三對傳動裝置：軋面皮機構，軋寬面條機構、軋窄面條機構。其主要包括 主動面輥、從動面輥、互相嚙合的主動齒輪和從動齒輪、偏心軸、寬窄面條輥、支撐板、 側封蓋、面輥蓋、進面板、驅動手柄和夾具等部件組成。面條機三對面輥并排平行分布， 布局合理易于操作；每對輥刀靠齒嚙合，三對輥刀的驅動槽同放一側，用同一個驅動手 柄來換槽操作；傳動機構齒輪分布在另一側。這樣使得結構比較緊湊，操作比較方便快 捷。 圖 2.1 面條機示意圖 2.2 面條機的工作原理 4 畢業(yè)設計（論文）報告紙 面條機是由手柄圓

33、周攪動驅使主動面輥轉動，通過帶動主動齒輪和從動齒輪互相嚙 合使從動輥和主動輥同速度對滾，從而進行面皮及面條的加工。 面皮厚度的調節(jié)：從動面輥套有偏心軸，偏心軸上設置有面輥間隙調節(jié)機構，在軋 面皮時通過調節(jié)此機構來改變主從面輥之間的間隙，從而來改變面皮的厚度。 面條寬度的調節(jié)：面條的寬度是由面輥齒槽寬來控制的。 2.3 家用面條機傳動機構的設計 2.3.1 面輥的設計 面輥機構是通過兩個壓輥的相對回轉，面團在摩擦力和壓力的作用下在輥隙中擠壓 延伸，由于輥的間隙逐漸減小，其間的壓力和剪切作用逐漸加強，已完成面料在脫離壓 輥后延展成厚薄均勻的面片。 面團導入力學條件分析:

34、 圖 2.2 面條進入面輥示意圖 1，3 壓輥 ；2 面團 設 P 為壓輥對物料產(chǎn)生的徑向力，T 為面料受到的摩擦力，α為導入角，即壓輥在 接觸變形區(qū)對應壓輥的中心角。f 為摩擦系數(shù)，h1 和 h2 為面團導入前后的厚度。面團導 入輥隙的力學條件是 Tx≥Px，分析后得到α≥(h1-h2)/1-f。 面輥原來采用普通鑄鐵，由于壓輥尺寸較大，鑄件常出現(xiàn)宿孔和疏松。而且硬度不 夠，磨損較嚴重，面片很容易粘在壓輥上。由于壓輥在裝配時，其直徑大小是配合平衡 5 2 2 畢業(yè)設計

35、（論文）報告紙 齒輪中心距的，可調節(jié)的范圍比較小，所以當出現(xiàn)以上問題時壓輥就無法使用從而造成 浪費。同時面團中含有鹽、堿及一些添加劑，對壓輥有一定的腐蝕性，也減少壓輥的壽 命。采用球墨鑄鐵作為壓輥材料，其鑄造加工問題得到解決，而且壓輥有了足夠的剛度。 壓輥表面經(jīng)調質后能達到很高的硬度和光滑度，大大提高了壓輥的質量。隨著科技發(fā)展， 新材料逐漸應用到壓輥表面，大大調高了壓輥表面的硬度和光滑度。 根據(jù)面皮在生活飲食操作當中的要求，一般在做餃子過程中，餃子皮的大小 為 100 mm 左右，在做混沌皮其大小在 50 mm 左右。綜合其它面皮的需要和整個面條機的外 觀大小，為了節(jié)省材料

36、，設計軋面皮主動輥和從動輥為圓筒，兩段分別配合驅動件和傳 動件，它們以過盈配合聯(lián)接，每對軋輥表面要求達到拋光。 2.2 L 145 mm D 24mm 面輥（圖 ）工作部位的尺寸為：軋面皮的面輥，長度 ＝ ，直徑 ＝ ； 軋寬、細面條的面棍：長度 L＝175 mm，直徑 D＝17 mm。 1 2 圖 2.2 主、從面輥 1，主動面輥；2，從動面輥 根據(jù)面條的寬度和面輥的長度，設計了兩種面輥，即寬面條輥（圖 2.3）和窄面條 輥（圖 2.4），對應面輥的齒數(shù)和齒槽深度分別為：

37、寬面軋輥齒數(shù) Z＝16，窄面軋輥齒數(shù) Z＝36；寬面軋輥齒槽寬深 H＝2.5 mm；窄面軋輥齒槽寬深 H＝2.5 mm。 圖 2.3 寬面條輥嚙合圖 6 畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖 2.4 窄面條輥嚙合圖 [2] [1] [5] 在面輥上等間距分布齒槽，為了保證每對滾刀在對滾時不產(chǎn)生摩擦阻力，每對齒采 用間隙配合，從而使?jié)L切出的面條不受影響 。 2.3.2 齒輪的設計 (1) 軋面皮輥傳動齒輪的設計 變位齒輪傳動分三種類型：高變位傳動（又稱零傳動）、角變位正傳動和角變位負傳 動。其中角變位正傳動的優(yōu)點為：機構

38、更加緊湊，提高了抗彎強度和接觸強度，提高了 耐磨性能，可滿足中心距要求。由于面條機的軋面皮輥要壓制不同厚度的面皮，即中心 距可變，所以選擇角變位的正傳動齒輪。為了保證齒輪傳動有足夠的剛度和強度，延長 使用壽命，所以齒輪材料選用 45 鋼調質。根據(jù)軋面機主動齒輪和從動齒輪要求同速對滾， 在齒輪設計時保證主動齒輪和從動齒輪一樣，即所有三對嚙合齒輪傳動比為 1:1，所以就 可只對其一進行設計計算并校核 。 由面輥的直徑尺寸 D＝24 mm，確定齒輪嚙合中心距 a＝ 24 mm，選擇漸開線齒輪的 模數(shù) m＝2 時，齒輪齒數(shù) z 為 12 mm，由公式計算齒輪其它參數(shù) ： ha h

39、a * m 2mm hf (ha * c*)m (10.25) * 2 2.5mm h ha hf 4.5mm d mz 12 * 2 24 mm 7 da d 2 ha 24 2 * 2 28mm db d cos ?24 * cos 20 22.553mm df ( z ?2ha* ?2c*)m (12 ?2*1?2*0.25) *2 19mm p m 3.14*2 6.28mm s e m / 2 3.14 * 2 / 2 3.14mm 畢業(yè)設計（論文）報告紙 [5] 考慮到軋面輥的從動齒輪上套有圓柱偏心軸，所以設計的齒輪內徑以螺紋方式與軋

40、 面輥配合，根據(jù)設計得：齒輪內徑為 d＝13.5 mm，螺距 p＝1 mm 的螺紋齒輪 。 傳動齒輪的實體如下圖 2.5 所示。 （2）軋面條輥傳動齒輪設計 圖 2.5 面皮傳動齒輪 齒輪嚙合中心距 a＝16 mm，取 m＝1.5；齒數(shù) z＝10.67，取整 z=10，齒輪其它參數(shù) 如下： ha ha * m 1.5mm hf (ha *c*)m (10.25) *1.5 1.875mm h ha hf 1.5 1.875 3.375mm d mz 1.5 *10 15mm da d 2 ha 15 2 *1.5 18mm db d cos

41、?15 cos 20 14.095mm df d ?2hf 15 ?2 *1.875 11.25mm 8 p m 3.14*1.5 4.17mm s e p / 2 4.17/ 2 2.085mm 畢業(yè)設計（論文）報告紙 [2] 因為面條輥軸為實心，設計面條輥時，在其傳動軸端開鍵槽，所以齒輪與面條輥以 鍵形式配合 。 軋面條傳動機構齒輪的實體如圖 2.6 所示。 2.4 典型偏心原理的分析 圖 2.6 面條傳動齒輪 [8] 安裝偏心軸就是靠它的慣性作用而不至于機器在運轉到死點位置時鎖機。最常見的 例子就是：家用縫

42、紉機的腳動驅動輪的運轉。而在面條機中，在從動面輥中安裝偏心軸 可以實現(xiàn)從動面輥的自轉，通過從動面輥的旋轉可以調節(jié)主動面輥和從動面輥間的中心 距，從而調節(jié)面皮進入的厚度。所以安裝偏心軸就先要考慮從動面輥的尺寸參數(shù)再進行 設計。另外根據(jù)安裝條件及扭轉強度，可選偏心軸材料為 鋼 。 158mm 圖 2.7 偏心軸的示意圖 160mm 因為從動面輥長度為 ，所以偏心軸中段設計尺寸為 即可。其左右就 為偏心軸部分，左端因為不需要與外界作用，可以把所設計尺寸壓短為 7mm 左右，而 右端為了實現(xiàn)偏心原理，故要將其拉長，可為 25mm。因

43、為偏心軸裝入從動面輥中實現(xiàn) 9 畢業(yè)設計（論文）報告紙 過度配合。所以其最大直徑要小于從動面輥的內部圓孔的直徑，但要相近。所以其最大 直徑可設為 10mm，偏心軸內部間的直徑關系可用下圖表示。 7mm 圖 2.8 偏心軸的左視圖 1.5mm 偏心軸的直徑設為 具體分析。 ，所以兩個圓心之間距離為 。下面針對偏心原理的實現(xiàn)作 偏心軸右端與固定機構（如下圖 2.9 所示）中的中部小孔相連，而這個固定支架通過 右側支撐板的兩個小孔固定，這樣就達到了偏心軸位置不變的這個事實。 圖 2.9 固定夾子 10

44、 畢業(yè)設計（論文）報告紙 因為偏心軸固定，即偏心的那部分軸的圓心固定，就好比下圖（圖 2.10 偏心原理圖） 中左側小圓的圓心固定不動，而偏心軸上兩圓之間距離不變，所以當從動面輥圓筒旋轉， 即從動面輥圓心變動時只能在小圓上運動；另外如果假設下圖（圖 2.10）中大圓圓心即 為主動面輥的圓心，所以從動面輥與主動面輥之間的距離就達到了變化。 圖 2.10 偏心原理圖 那么這樣就實現(xiàn)了從動面輥與主動面輥間距離可調的功能。但是如何使其間的距離不變 又能使用要求中的六種距離呢？可以在偏心軸右側再加上檔位調節(jié)器（如下圖 2.11 所示）， 就可實現(xiàn)每次使用時兩面輥之間的距離

45、不變。 圖 2.11 檔位調節(jié)器 偏心軸右側穿過檔位調節(jié)器并與其間隙配合，而調節(jié)器上面的六個小孔正好可以和固定 夾子的支點聚合，所以就國定住了偏心軸，使其不運動，所以從動面輥與主動面輥之間的距 離就達到了恒定，為此這上面的六個孔就對應著面輥的 6 個檔位，實現(xiàn)了面輥間間隙的調節(jié) 11 畢業(yè)設計（論文）報告紙 即壓入面皮厚度的調節(jié)。通過彈簧和螺母來實現(xiàn)檔位調節(jié)器的固定，正好可以借助彈簧的彈 力來回拉放，再選擇 6 個檔位其中一個作為支點固定某一孔來達到檔位的調節(jié)選擇。 2.5 本章小結 本章對面條機的總體結構進行了設計計算，重點對其

46、中的主動面輥和從動面輥、寬面條 面輥、窄面條面輥、軋面皮輥傳動齒輪、軋面條輥傳動齒輪進行了尺寸計算，并聯(lián)系實際依 靠機械設計手冊等參考工具對其中的參數(shù)進行優(yōu)化設計。 12 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第三章 面條機的的三維設計 3.1 三維設計軟件概述 三維設計是新一代數(shù)字化、虛擬化和智能化設計平臺的基礎。它是建立在平面和二維設 計的基礎上，讓設計目標更立體化，更形象化的一種新興設計方法?，F(xiàn)在國內外三維設計軟 件種類繁多，每種軟件都有自己的優(yōu)點和缺點。比較權威的繪圖軟件有 CATIA、Pro/E、 UG、 SolidWorks、3Dmax

47、 和 Auto CAD 。其中，CAD 主要用來二維制圖，是最經(jīng)典的二維制圖軟 件，也是最基礎的； UG 、PRO/E、SolidWorks 和 CAT IA 是主要用來三維建模的軟件。 SolidWorks 是最簡單好學的，但是其建模精度比較低，一般中小企業(yè)用的比較多。Pro/E 是現(xiàn) 在比較流行的三維建模軟件，各行業(yè)應用比較廣泛。UG 一般大中型企業(yè)用的比較多。CAT IA 適合流線型建模，比如飛機流線型翅膀，汽車的外殼等，在航空領域應用的比較多。其實現(xiàn) 在的三維建模軟件都已經(jīng)很完善了，功能也比較齊全，在進行設計時需要根據(jù)設計項目來選 擇適合的三維設計軟件。而 3Dmax

48、是基于 PC 系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。廣泛應用于 廣告、影視、工業(yè)設計、建筑設計、三維動畫、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視 化等領域。而作為大四的我們所學的也就是 Pro/E 、UG 和 CAD 這三種軟件，所以作為即將 走進社會的我們需要學習更多的軟件來豐富自己，來鍛煉自己的實體建模能力。 3.2 三維設計軟件 Pro/E 的介紹 Pro/Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC）旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三 維軟件。Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在三維造型軟件領域 中占有著重要地位。Pr

49、o/Engineer 作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準而得到業(yè) 界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內產(chǎn)品設計領域占據(jù) 重要位置，廣泛應用于3C 產(chǎn)品、汽車電子、通信、機械、模具、工業(yè)設計、航天、家電、玩 具等各行業(yè)。Pro/E 可謂是全方位的三維產(chǎn)品開發(fā)軟件，整合了零件設計、零件裝配、產(chǎn)品設 13 畢業(yè)設計（論文）報告紙 計、塑料模具設計、鈑金設計、沖壓模具設計、工程圖制作、公差分析、造型設計、NC 加工、 機構設計分析、動態(tài)仿真、動畫制作、鈑金件設計、逆向工程、自動量測、結構分析、熱流 分析、簡易模型分析、

50、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理、協(xié)同設計開發(fā)等功能于一體，其模塊眾多，但學習 只要認真就可掌握操作要領。另外 Pro/E 軟件還有下面三大優(yōu)點。 第一點： 參數(shù)化設計 參數(shù)化的整體理念就是不管是有多繁雜的幾何模型，我們都可以把它分解，然后用參數(shù) 完全約束。就拿產(chǎn)品來說，我們可以把產(chǎn)品看成是一個幾何的模型，但是不管是有多繁雜的 幾何模型，我們都可以把它來分解成有限數(shù)量的構成特征，而不管什么樣的構成特征，我們 也都可以用有限的參數(shù)完全的來約束。 第二點： 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員生成模型一般都會采用基于特征的功 能，因為它具有智能

51、特性，例如倒角、圓角、腔、殼，你可以隨心地描繪草圖，很容易地改 變模型，工程設計者在設計中有了這樣一個功能上的特性，在這個過程中將會使工作既簡便 又靈活，省了不少事。 第三點： 單一數(shù)據(jù)庫 建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫是 Pro/Engineer 的一大特征，大部分傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng) 都是建立在多量數(shù)據(jù)庫上的。工程中所有的資料都來自一個庫就叫做單一數(shù)據(jù)庫，不管是哪 一個部門，每一個獨立的用戶都要為同一件產(chǎn)品的造型在工作著。換句話說，整個的設計過 程中無論哪一處發(fā)生變動，整個設計過程的相關環(huán)節(jié)都會前后反應出來。比如，工程詳圖一 旦有了改變，數(shù)控工具的路徑也會自動更新；組裝工

52、程圖假如有了變動，也會同樣在三維模 型中。一件產(chǎn)品的設計結合就因為有了這樣的獨特的數(shù)據(jù)結構和工程設計的結合而形成了。 這樣的一個特點會讓設計更加完美，產(chǎn)品的質量也會更高，這樣的產(chǎn)品會更好的更易的推向 市場，在價格上也會有更好的成果！ 所以我自己綜合上面的三個優(yōu)點以及自己的熟練程度選擇 proe 作為我的三維設計軟件。 3.3 家用面條機具體三維制圖設計 14 3.3.1 Pro/E 操作界面介紹 畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖3.1為進入 Pro/E 圖3.1 Pro/E 操作界面 界面后的畫面。主畫面左

53、側顯示硬盤的部分文件夾及默認的工作目錄， [17] 右側自動連接到參數(shù)科技公司的網(wǎng)頁，若點文件夾或工作目錄，則網(wǎng)頁區(qū)會轉變?yōu)樾畔^(qū)， 顯示出文件夾或工作目錄內的文件。在其操作界面共分為8個模塊，分別為零件顯示區(qū)、特征 顯示區(qū)、瀏覽區(qū)、下拉式菜單、工具欄圖標、圖標版、動作提示區(qū)、過濾器 。 3.3.2 面條機關鍵零件的建模 面條機內部最基本的零件分析就是軸與齒輪的建模。以寬面條面輥三維設計為例，下面 詳解其操作步驟： 第一步：打開 Pro/E 軟件，先設置工作目錄。如圖3.1所示。 第二步：點擊菜單文件夾中的新建進行實體建模設置，因為實體所以選擇零件單元，再 點擊

54、確定。 第三步：點擊右邊的拉伸圖標，進行拉伸操作，選擇一個面作為草繪平面。再次點擊進 入平面內進行草繪操作，然后選擇要進行拉伸的高度，依次打鉤，確定；就可把圓柱體創(chuàng)建 出來。 15 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第四步：按照第三步操作要領在其基礎上再次進行拉伸操作，并對拉伸實體進行陣列操 作。如圖3.3選擇要陣列的方向，選擇個數(shù)，點擊確定，即可完成多個圓柱的創(chuàng)建。 圖3.2 建模零件設置 圖 3.3 陣列操作示意圖 第五步：根據(jù)面輥尺寸上的具體要求再進行簡單的拉伸操作，即可得到實體。如下圖3.4所示。 16

55、畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖3.4 寬面條面輥 上面介紹了寬面條面輥的三維設計，下面就簡單介紹對面輥進行驅動的手動搖桿的分析。 分析其內部結構，其設計步驟如下。 第一步：打開 Pro/E 軟件，先設置工作目錄。 第二步：點擊菜單文件夾中的新建進行實體建模設置，因為實體所以選擇零件單元，再 點擊確定。 第三步：進行掃描操作，點擊插入中的掃描，出現(xiàn)選擇窗口（如圖3.5），選擇平面來草 繪軌跡，草繪軌跡如圖3.6。再選擇截面操作，如圖3.7。點擊確定，即可完成拉伸訓練。 圖3.5 掃描界面 第四步：對手搖處進行操作，拉伸，指定一個平面

56、進行拉伸再陣列。 第五步：再在其表面進行倒圓角操作，使表面光滑，實用。再進行優(yōu)化，具體操作過程 見圖3.8所示的模型樹，可以直觀看出搖桿的創(chuàng)建過程。最后就可以得出搖桿的三維圖。 17 畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖3.6 草圖軌跡 圖3.7 截面 18 畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖3.8 模型樹 圖3.9 搖桿 同理，都是利用 Pro/E 軟件繪制了家用面條機的主要零件的三維視圖，下面就簡單列出 其他重要零件的三維圖。 19 畢業(yè)設計

57、（論文）報告紙 圖 3.10 面皮傳動齒輪 圖 3.11 支撐板 20 畢業(yè)設計（論文）報告紙 圖 3.12 底座 圖 3.13 夾具體 如圖 3.10 所示即為面皮傳動齒輪，用于連接主動面輥和從動面輥。圖 3.11 所示的是支撐 板，即左右兩端放置面輥的機構，是面條機里面的重要基礎機構。其內部孔徑的大小以及孔 與孔之間的距離都是根據(jù) 6 對面輥來設計的。圖 3.12 所示為底板，顧名思義就是放在桌子上 用來穩(wěn)定面條機的。圖 3.13 為夾具體，將圖 3.14 的夾子塞入其孔內，然后將其往上旋轉，當 夾子上端

58、連接工作臺面時即可完成固定面條機的任務。 21 畢業(yè)設計（論文）報告紙 3.3.3 面條機裝配圖 圖 3.14 夾子 通過以后操作，繪制三維視圖，并把其進行組裝從而得到機體的傳動裝配圖，即由面輥、 齒輪、偏心軸、換檔機構、緊固機構和支撐板等組成機體傳動裝配圖（圖 3.15）。 圖 3.15 機體傳動裝配圖 22 畢業(yè)設計（論文）報告紙 3.3.4 面條機總裝圖 再由分面片、驅動手柄、夾具、側封蓋 3.16）。 、面輥蓋、進料板和底板等組成面條機總裝圖（圖 圖 3.16 面條機總

59、裝圖 3.3.5 面條機三維爆炸圖 將家用面條機的總裝圖進行爆炸分解，得到下圖所示的三維爆炸分解圖。如圖將總裝圖 進行爆炸分析，點擊插入中的視圖管理器，如下圖 3.17，右擊操作，將其爆炸分離。 圖 3.17 視圖管理器 23 畢業(yè)設計（論文）報告紙 再進行位置的編輯，把各零件分隔開來，可以直觀其爆炸分解，如下圖 3.18 所示。 圖 3.18 爆炸分解圖 3.4 本章小結 本章主要進行了面條機三維圖的創(chuàng)建，從基礎零件開始一步一步，再進行組裝，然后對 總裝圖進行爆炸分解，上面只是簡單地介紹這個過程，但在真正 Pro

60、/E 的建模過程中還有不 少的問題，就是操作實例的解析，該怎么操作。總體而言，面條機的大體三維機構已經(jīng)建成， 后期對其結構再進行優(yōu)化就可以達到預期效果。 24 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第四章 基于有限元的關鍵零件應力分析 4.1 有限元概述 有限元的概念早在幾個世紀前就已產(chǎn)生并得到了應用，例如用多邊形（有限個直線單元） 逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩 陣近似方法，應用于航空器的結構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事 力學研究的科學家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)

61、十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及， 有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多 彩、應用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。 有限元法可以稱為有限單元法或有限元素法，其基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離 散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬和逼近原來的物體，從而將一 個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的數(shù)值分析法。將有限元分析法 應用到工程技術中，可成為工程設計和分析的可靠工具，將它應用到科學研究中，可成為探 究物質客觀規(guī)律的重要手段。嚴格來說，有限元分析必須包含三個方面 ：（1）有限元方法的

62、 基本數(shù)學力學原理；（2）基于原理形成的實用軟件；（3）使用時的計算機硬件。有限元法的 具體應用范圍主要在如下方面。 1. 線性靜力分析 這是最簡單的也是最基本的也是應用最廣的一類分析。主要計算結構在靜力作用下的應 力和變形，從而進行產(chǎn)品的強度和剛度校核。 2. 動態(tài)分析 計算結構的固有特性（模態(tài)頻率和模型振動），以及在動載荷激勵作用下的結構的各種響 應（位移響應、速度響應、加速度響應）和動應力、動應變等。 3. 熱分析 25 [18] 畢業(yè)設計（論文）報告紙 計算在熱環(huán)境下，結構或區(qū)域內部的溫度分布和熱流，以及和熱引起的熱應變和熱變形

63、。 4. 流場分析 計算流體（液體或氣體）場的速度、壓力分布。有限元法可計算穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的流場參數(shù)。 5. 電磁場計算 計算電磁場的電磁參數(shù)，包括磁場密度、電位分布以及結構的吸力特性等。 6. 非線性分析 對結構中的一些非線性現(xiàn)象進行分析，包括材料和幾何非線性、接觸非線性等。 7. 過程仿真 有限元法可對一些物理過程進行仿真，如沖壓成型、金屬切削、注塑成型、碰撞過程等， 以計算一些復雜的過程參數(shù)。 有限元法的優(yōu)越性：由于有限元法處理問題的特點，使其具有獨特的優(yōu)越性。主要表現(xiàn) 在以下幾個方面。 1. 能夠分析形狀復雜的結構。 2. 能夠處理復雜的邊界結構。 3. 能夠保

64、證規(guī)定的工程精度。 4. 能夠處理不同類型的材料。 目前最流行的有限元分析軟件主要有：ANSYS、ADINA、ABAQUS 和 MSC 四個比較知 名比較大的公司。我們初級使用者著重學習 ANSYS 和 ABAQUS 這兩大軟件。這兩種簡單易 懂，符合大學生的基本需求。 4.2 ANSYS 軟件介紹 ANSYS 軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。 由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS 開發(fā)。 它能與多數(shù) CAD 軟件接口， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEA

65、S, AutoCAD 等，是現(xiàn)代 產(chǎn)品設計中的高級 CAE 工具之一 。 ANSYS 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 前處理模塊：前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地 構造有限元模型。 26 [20] 畢業(yè)設計（論文）報告紙 分析計算模塊：包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體 動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理 介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力 。 后處理模塊：可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯

66、示、粒子流跡顯示、 立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結 果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 ANSYS 解題步驟： 1.建模：建立幾何模型 2.網(wǎng)格劃分：形成有限元模型 3.加載：重力，位移約束，載荷約束 4.求解：指定求解的類型及選用的求解模式 5.后處理：查看結果 4.3 寬面條主動面輥的應力分析 [18] 制定分析方案。分析類型為線彈性材料，結構靜力分析，3D 實體靜力分析問題，選用十 節(jié)點四面體結構實體單元 Tet 10node92 單元（Solid92），不需要設置實常數(shù) 。 1. ANSYS 分析開始準備工作 （1）清 空 數(shù) 據(jù) 庫 并 開 始 一 個 新 的 分 析 ： 打 開 ANSYS 軟 件 ， 選 取 Utility Menu>File>Clear&Start New，彈出 clears and datebase and start New 對話框，單擊 OK 按鈕， 彈出 Verify 對話框，單擊 OK 按鈕完成清空數(shù)據(jù)庫。 （2）指定新