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毕业设计（论文）-基于ProE的手机充电器外壳设计
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3秒自动关闭窗口构设计。它 的零件数目不多,但各零件之间的配合关系较为紧密,拟采用自顶 而下(TOP-DOWN)方法来进行设计.首先设计一个主控件(Master Part)，接着建立一个装配有主控件的组件文件,然后利用主控件 的基本几何信息继续创建具体的主要零件。通过对手机充电器 的设计可以发现在产品开发过程中，绝大部分类似产品是近似 的对称结构；或者在同一产品中有许多相同或相似的特征；或 者由于产品系列化的原因，以前的产品中曾有过相同或相似的 结构。对于这些特征，没有必要再去每一步设计它的尺寸结构, 可以在 Pro/ENGINEER 中快速复制这些特征，从而大大加快及 优化产品的设计。 关键词：Pro/ENGINEER 组件创建 曲面设计 手机充电器 外壳I基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计AbstractThe detailed design of a cell phone battery charger on the structural design of products. It's the small number of parts, but the relationship between the parts more closely, to be a top-down (TOPDOWN) approach to design. The first to design a master control (Master Part), then there are the establishment of an assembly The main components of document control, and then use the main controls the basic geometric information to create a specific major components. Based on the design of mobile phone chargers can be found in the product development process, the vast majority of similar products is similar to the symmetrical structure, or in the same product in many of the same or similar features, or because of the reasons for the serialization of products before the products There have been in the same or similar structure. For these characteristics, no need to go step by step design of the structure of its size, can Pro / ENGINEER in the rapid reproduction of these characteristics, thus greatly speed up and optimize the product design. Key words: Pro / ENGINEER, components designed to create surface shell, phone chargers.II基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计目录摘要...................................................................................................... I Abstract............................................................................................. II 目录....................................................................................................III 前 言.....................................................................................................1 1 材料的选取 .......................................................................................2 1 ABS 树脂的性质 ......................................................................2 2 绪 论.................................................................................................3 2.1 手机充电器简介 ....................................................................3 2.2 电话的市场调研....................................................................4 2.3 手机充电器的市场走向........................................................6 3 概述................................................................................................. 11 3.1 Pro/E 软件的建模功能........................................................ 11 3.2 建模功能 .............................................................................. 11 3.3 建模准则 .............................................................................. 11 4 Pro/E 在创建手机外壳零件模型中应用.......................................13 4.1 零件造型分析 ......................................................................13 4.2 Pro/ENGINEER Wildfire2.0 系统简介 ...............................13 4.3 Pro/ENGINEER 的参数化技术特点 ..................................14 4.4 Pro/ENGINEER Wildfire2.0 的主要特色及常用模块 .......15 4.4.1 主要特色 ...........................................................................15 4.4.2 常用模块 ...........................................................................16 4.5 特征概述及分类 ..................................................................18 4.5.1 特征概述 ...........................................................................18 4.5.2 特征分类 ...........................................................................19III基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计5 手机充电器外壳的三维造型设计.................................................20 5.1 手机充电器外壳的分析.....................................................20 5.2 手机充电器的三维造型.....................................................20 5.2.1 新建文件..........................................................................20 5.2.2 上盖的造型......................................................................20 5.2.3 下盖的造型和组装图......................................................25 总结....................................................................................................33 致谢....................................................................................................34 参考文献............................................................................................35IV基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计前言光阴似梭，大学三年的学习一晃而过，为具体的检验这三 年来的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平 时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，如这一设 计《基于 Pro/E 的手机充电器外壳设计》 。 在高速发展的现今社会手机成为我们必不可少的通讯工 具，随着手机市场的高速发展，手机的配套设施也进入高速的 发展，对其要求也越来越高，手机充电器面对激烈的社会竞争 也需要不断地进步才能跟上时代的脚步。 本次设计以手机充电器外壳设计主线，综合了手机充电器 的结构设计、参数设计三维图像生成。把以前学过的基础课程 运用到本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统 方法外，同时引用了 Pro/E 等技术，使用 Office 软件，力求达到 减小劳动强度，提高工作效率的目的。 计算机仿真设计是制造业中的新型手段，运用计算机软件 对运动和动力学仿真分析，从而验证、修改、优化设计方案， 使得以前需要组织研究团队，进行复杂设计计算，制造物理样 机验证结果的设计过程大大简化，节约成本。下面我们通过 pro\E 对手机充电器外壳进行结构设计、参数设计及三维图像生 成。 Pro/E 软件由于它强大的功能，便捷的操作和在塑料模具设 计上不可取代的优越性能成为了我本次设计的首选。 在此次设计中关于曲面的设计是设计过程中的一大难点， 合并、拉伸是设计中运用最多的命令。而灵活的运用镜像复 制、阵列等命令则使得我的设计事半功倍。在设计的不断进行 中随着对软件的进一步熟练和掌握可以发现软件更多的便利之 处。1基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计1 材料的选取1 ABS 树脂的性质ABS 树 脂 是 微 黄 色 固 体 ， 有 一 定 的 韧 性 ， 密 度 约 为 1.04~1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一 定程度上耐受有机溶剂溶解。 ABS 树脂可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很 好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此 它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。图 1.1 ABS 塑料颗粒2基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计2绪 论2.1 手机充电器简介手机充电器主要按照使用的方式进行分类。手机充电器大 致可以分为座式充电器、旅行充电器和车载充电器。 所有手机 充电器其实都是由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定 工作电压和足够的电流加上必要的恒流、限压、限时等控制电 路构成。 座式充电器：这类充电器一般多为慢充模式，充电时间较 长，大约为 4～5 小时。图 2.1 座式充电器旅行充电器：大多数手机标准配置中只有旅行充电器。旅 行充电器和座式充电器对电池充电的效果是一样的。这类充 电 器携带方便，对于经常出外旅行的人来说比较合适，它一般是 快速充电方式，充电时间为 2～3 小时，旅行充电器基本 都具有 充满自停的功能，对手机不会有任何不良影响。3基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 2.2 旅行充电器车载充电器： 这类充电器可以方便用户在汽车上为手机充 电。 其原理是采用汽车点烟器的电流电压 12－24V， “车充” 经 内部电路进行稳压，整流滤波后，输出合适手机充电所需电 压，对电池进行充电。车载充电器的一端插入点烟器，另一 端 连接手机，一般充电电流较大，属快速充电，一般充电时间为 60－90 分钟。 现在一些大城市的主要商场、饭店、车站出现了 一种给手机充电的装置，叫做“街头手机充电器” ，这种装置 有一人多 高，分布有不同手机品牌的充电插头，只要把充电器 上的小夹子往电池上一夹，再投进去一元硬币，您的手机就可 以充 10 分钟的电，并可维持至少 5 个小时的待机时间。图 2.3 车载充电器2.2 电话的市场调研 根据国家工业和信息化部在 2011 年 03 月 25 日发布的全国4基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计电信业务统计显示，2011 年 2 月，全国电话用户净增 816.6 万 户，总数达到
万户。其中，固定电话用户减少 94.0 万 户，移动电话用户净增 910.6 万户。 1.固定电话用户：1-2 月份，全国固定电话用户减少 91.8 万 户，达到 29346.5 万户。固定电话用户中，无线市话用户减少 172.6 万户，达到 2690.6 万户，在固定电话用户中所占的比重从 上年底的 9.7%下降到 9.2%。图 2.4 08-11 年固定电话用户各月净增比较2.移动电话用户：1-2 月份，全国移动电话用户累计净增 19 82.6 万户，达到 87882.9 万户。移动电话用户中，3G 用户净增 8 93.8 万户，达到 5598.9 万户。图 2.5 08-11 年移动电话用户各月净增比较5基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计2.3 手机充电器的市场走向手机业务优势凸显，一方面因手机有方便快捷的天然优 势，另一方面得益于去年以来手机单向收费等资费优惠政策的 全面实施。此外，第三代移动通信即 3G 试商用，手机报、手机 电视等新鲜业务的推出，也吸引了更多人使用手机。 ”工业和信 息化部运行监测协调局负责人说，这些数据显示手机“环保节 能充电器”有着无限商机。 21 世纪是一个信息和经济的时代，人们钟爱出行、旅游， 商业人士更是奔波世界各地，由于不同型号的手机需专一的配 套充电器，出门在外关键时刻，遇到手机没电，不是没有充电 器，就是无电源可充。日常生活中使用手机，尤其是为了追赶 潮流经常换手机的人们，一定都会为了有很多的手机充电器发 愁，手机换新的了，以前的手机充电器留也不是、扔也不是， 就算是狠心扔了，还是会觉得可惜、浪费了，这都是因为不同 的手机充电器的技术指标和接口不同。就是在这样的市场需求 之下，公司成功的研制开发出了适合市场上任何型号手机的万 能充电器，该产品即充即用、携带方便。目前，就拥有 6 亿用户 的庞大市场消费潜力，且随着手机用户不断的增加而上升。有 预测称，2010 年全球手机用户将达 33 亿用户，相对现在的实际 情况，需求方面还有较大的空间，同时手机市场的看好促进通 讯配件尤其环保节能手机充电器市场前景非常乐观。 锂离子电池本身的良好特性，使得其在便携式产品中（手 机、笔记本电脑、PDA 等）的应用越来越广泛，用于锂离子电 池的充电器在设计和功能上也日趋完善。现在主要介绍了锂离 子电池手机充电器的市场现况、发展前景，以及目前流行的电 路设计6基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 2.6 锂电池锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比，无记忆 效应，可重复充电次数多，使用寿命较长，价格也越来越低。 它的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得 选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。 锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对 保护电路的要求较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为 有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过 压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于 1％）。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电终止检 测除电压检测外，还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后 备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保 护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应 用的瓶颈。 锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压， 从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电 池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓 流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电 器、电池部分放电后自动启动充电等。所有或者部分这些功能 都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用 ASIC、分立器件、 或在微处理器的基础上用软件实现。 目前，市场上手机充电器种类繁多，但其中也有很多质量 低劣的不合格产品。在去年产品质量国家监督抽查结果中，将 近 40％的厂家生产的充电器不合格。其主要问题出现在: 与交流 电网电源的连接，电源端子骚扰电压，辐射骚扰场强和充电电 压几个方面。另外，一些产品的低温性能、额定容量、放电性7基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计能、安全保护性能等方面存在质量问题。这些质量问题会影响 到手机的正常使用，还会影响手机的使用寿命，严重时还可能 伤害消费者。 现在市场上发现有一些假冒伪劣手机电池便携式充电器。 这些充电器由于价格非常低，携带方便，有许多手机用户更愿 意使用这些充电器来对电池进行充电。劣质充电器实际上就是 一个没有安全保证的简易变压器，由于内部缺少保护电路等保 证安全的零配件，因而重量较原装品轻很多。但实际上，由于 现在的手机电池多采用锂离子电池或镍氢电池作电芯，对充电 器的电压、电流特性及安全保护有很高的要求。这些假冒伪劣 充电器由于设计简单，采用劣质材料，加工手段粗糙，对手机 电池的性能和寿命有很大损害。没有保护电路的充电器，由于 不能保证充电时电流的稳定，因而会有烧坏电池甚至爆炸的危 险。 手机充电器的市场走向 1. 目前，手机充电器可分为单槽形状和双槽型充电器，单 槽形充电器正在受到双槽形的攻击。双槽形充电器除了具有慢 速充电、快速充电、放电及镍镉、镍氢电池兼充的标准功能 外，还有部分产品带有自动温度控制与电压控制，严防过充的 新功能，因而消费者应将倾向于选择双槽型充电器。 2. 随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电 源端口的大小也不相同，从而不能互换使用，给消费者带来了 不便。标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座 （端口）的充电器。而且，生产的手机的电源端口将统一为适 用于标准充电器的规格。这样，消费者将不必在每次换手机时 同时购买新的充电器。由此可见，充电器在从坐式向便携式、 双槽式等方向发展的同时，也开始向标准化、通用化的方向发 展。 3. 手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计 过程中的一个重要环节。相比于以前的充电器，今后生产的产 品将会在各项功能完善的同时进一步降低本身的待机耗电量。 为了达到这一目标，可以设计一个判断 AC 适配器是否连接负荷8基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计（手机）的 IC，当未连接负荷时，将 AC 适配器的直流输出方 （2 级电路）切换到高阻抗电路上。通过采取这一措施可以大幅 减少待机时 2 级电路的消耗电流（可以达到数十 μA）。另外， 还可以在输入交流 100V 方（1 级电路）中设置切换电路。在未 连接负荷时，通过开关切换电路来减少供应给直流输出方（2 级 电路）的功率从而减少耗电量。 4.现在市场上的大部分充电器，只是针对锂电池或镍氢电池 充电的，但是随着市场的发展，自动识别两种电池而进行相应 的充电进程的充电器正在逐步占据主流。可以自动分辨锂电池 或镍氢电池的座充能“防止将锂电放电的错误动作”，如果在充锂 电池时不小心按到了座充上的“放电钮”，好的座充可以辨识出来 是锂电池，因此不会做放电动作 差的座充则不管三七二十一地 进行放电，这就会造成锂电池寿命的折损。 目前一些大的厂家生产的手机充电器都具有以下特点: 宽范 围 AC 输入或多国电压可选 具备限流保护，电流短路与反充保 护线路设计 体积小、重量轻 自动、快速充电，充满电后自动关 断等等。另外，有的充电器还有自动识别锂离子、镍氢、镍镉 电池组 具有放电功能 LED 充电状态显示 低噪声 模拟微电脑控 制系统等特点。 一般来说，恒压充电结束时的小电流充电过程中，电流的 大小一般为恒流充电时电流的十分之一。目前在锂离子电池充 电器的设计中，对手机充电结束后由于某种因素放电的情况而 专门设计了检测电路，一旦检测到电池电压降低，就会重新启 动充电过程。9基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 2.7 充电曲线综上所述，随着便携式产品突发猛进的发展，尤其是手机 的普及，以及锂离子电池的广泛应用，锂离子电池充电器的设 计和功能面临着进一步的改善。对于众多充电器生产厂家来 说，尽早设计出功能完善、安全实用的充电器，就能更早的在 市场中占据领先地位，抢占商机。10基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计3 概述3.1 Pro/E 软件的建模功能Pro/E 是非常成功的 CAD /CAM 软件之一，是新一代的产品 造型系统，是参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单 一的数据库功能。3.2 建模功能Pro /E 软件的基本建模功能体现如下： 1)实体特征(倒角、壳、拉伸、自由造型等) 、基本曲面特征 (拉伸、合并、转换等)结合特征复制(复制、阵列、镜像几何等) 功能直接画零件三维图。 2)基于装配约束及干涉检查的零件组合功能，及时修改零件 设计结构的不合理处,以保证零件组合的协调性，并可组建设备 的三维装配图。 3)实体模型自动生成工程图的功能,可生成三视图及任意位 置的剖视图，并对视图进行标注及编辑。3.3 建模准则了解 Pro/E 的建模准则，可以快速地进行产品设计，其建模 准则如下。 1) 基于特征的参数化造型准则 Pro/E 的基于特征的参数化造型准则，即用一些基本的几何 模型的构造要素(如圆角、倒角、壳体等)加入必要的参数经过叠 加、相交、相切等操作形成特征，然后将特征组合形成零件， 再将零件组装起来，即可实现完整的设计意图。 参数化的特点 使零件造型的再设计和再修改变得方便易行，在任何时候都可 以对零件的设计尺寸进行修改。 2) 基于全尺寸约束的参数化模型设计准则 Pro/E 系统将形状和尺寸结合起来，通过尺寸约束实现对实 体几何形状的控制。 实体造型必须有完整的尺寸约束。11基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计3) 基于尺寸驱动 的参数化模型设计准则 Pro/E 使用尺寸来驱动特征，即通过修改尺寸可以驱动模 型。 尺寸驱动可以很方便地修改模型的初步设想尺寸，从而改 变模型形状，达到设计要求。 4) 基于单一的数据库的全相关数据管理准则 由于 Pro/E 采用了单一的数据库，使得在零件设计、组装、 加工制造等环节对数据的修改都可自动反映到其他各个相关环 节。 系统使用统一的数据库，使零件数据管理更加容易、科 学。12基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计4 Pro/E 在创建手机外壳零件模型中应用创建零件模型就是把要塑造的几何形状添加到模型中，或 将不需要的部分按一定的几何形状去掉，在 Pro/E 中这些几何形 状就是要创建的特征。Pro/E 软件采用了基于约束的参数化特征 建模技术，通过修改特征的约束参数创建出一系列功能和形状 相似的设计模型。 手机外观线条自由随意，又属于更新换代快 的时尚产品，设计的模型需要不断修改或变形，产品造型设计 过程具有代表性。 因此，以手机外壳零件模型造型设计为例， 说明 Pro/E 三维特征造型的一般过程。4.1 零件造型分析手机电池充电器的主要结构件有顶壳面盖、顶壳基体、异 型按键、插头组件和底壳。它的零件并不多，但各零件的配合 关系紧密，适合采用主控件的形式来辅助设计各零件的形状与 结构。倘若在设计后对模型效果不满意，可以通过修改主控件 的外形，来使相关的受控零件随之得到修改，而不必对具体的 零件进行逐一修改并保证其相互配合关系。 在进行具体的结构分析是，应该考虑到个零件的用途、大 概的材料加工情况、配合关系、要满足的测试要求等。 在本设计中，将底壳、顶壳面盖、顶壳基体、异型按键和 插头组件这五个零件分别命名为 TSM_SJC_1、TSM_SJC_2、 TSM_SJC_3、TSM_SJC_4 和 TSM_SJC_5。4.2 Pro/ENGINEER Wildfire2.0 系统简介Pro/ENGINEER 简称 Pro/E，是美国参数技术公司(PTC)推 出 的 CAD/CAE/CAM 一 体 化 软 件 。 是 美 国 参 数 技 术 公 司 (Parametric Technology Corporation，简称 PTC)的主要产品。它 提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念彻底改 变了机械 CAD/CAE/CAM 的传统概念，这种全新的概念已成为 当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准。利用该概念开发13基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计的第 3 代机械 CAD/CAE/CAM 产品 Pro/ENGINEER 软件能将设 计到制造的全过程集成在一起，让所有的用户能够同时进行同 一产品的设计制造工作，即实际所谓的并行工程。 从设计思想上看， Pro/ENGINEER 系统可以实现真正的全 相关性，任何修改都会自动反映到所有相关对象；它具有真正 管理并发进程、实现并行工程的能力；具有强大的装配功能， 能够始终保持设计者的设计意图，可以极大地提高设计效率。 从实用性上看， Pro/ENGINEER 系统界面简洁，概念清 晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的 数据库上，具有完整而统一的模型。它不但可以应用与工作 站，而且现在也推出了单机版，大大增强了它的竞争力。 自 1988 年推出以来，由于其强大的功能很快得到业内人士 的普遍欢迎。并迅速成为当今世界最为流行的 CAD/CAM 软件 之一。其强大的功能表现在以下几个方面： ? 采用面向对象的统一数据库和全参数化造型技术，为三维 实体造型提供了一个优良的平台。 ? 其工业设计方案可以直接读取内部的零件和装配文件，当 原始造型被修改时，系统自动更新其装配件。 ? 全方位的 3D 产品开发软件。其模块众多。 ? 集零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、铸造设 计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、 产品数据库管理等功能于一体。操作界面的完全视窗化，使初 学者的学习和使用更加便利。 总之，经过十多年的发展， Pro/E 得到了不断的充实与完 善。使用 Pro/MOLDESIGN 可以快速规划产品的分模面，完成 模具体积块的分割。若再搭配使用 Mold layout(模具布局)或 EMX(模具专家系统)，将会更有效的完成模座的设计。通过最新 版本 Pro/ENGINEER Wildfire 这样的系统可以轻易的达到产业界 所追求的生产力于竞争力[1]。4.3 Pro/ENGINEER 的参数化技术特点Pro/ENGINEER 的参数技术特点主要表现在以下几个方面：14基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计(1) 基于特征的几何造型过程 将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所 有的尺寸存为可变参数，进而形成实体，以此为基础来进行更 为复杂的几何形状的构造。显然，工程师们的设计思维和系统 的造型过程一致，使得系统使用起来十分方便。 (2) 采用参数化造型系统 采用参数化技术的好处在于彻底改变了自由建模的无约束 状态，几何形状均以尺寸的形式被有效的控制。即所谓的全尺 寸约束，因此可通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。打 算修改零件形状时，只需修改一下尺寸即可实现形状的改变。 (3) 关联的数据模型 系统创建的零件模型、装配模型及工程图之间保持着一种 数据关联系统，尺寸参数的修改会导致其他相关模块中的相关 尺寸得以修改。利用此项功能，可在任意层次上修改设计，而 系统会自动地在所有层次做出相应的变更[2]。4.4 Pro/ENGINEER Wildfire2.0 的主要特色及常用模块 4.4.1 主要特色(1) 易学易用：有了新的 Pro/ENGINEER Wildfire2.0 用户模 式，工程师和设计师只需花很少的时间就能学会该软件，并能 很熟练的使用。 Pro/ENGINEER Wildfire 集成了最著名的可用性 方法，它能模仿 CAD 用户进入“设计实模”的工作模式，从而 更新了易用性的定义。其结果是开发了一个新的用户界面和柔 性工作流。它使 Pro/E 变的易学易用。 (2) 功能强大：用户是否具有开发零件、产品或过程的经 验，利用该软件都能进行产品设计。PTC 的 Granite 内核帮助 PTC 建立了覆盖面光、深度和性能都很出色的功能。同时长期 被公认为最强大和最可靠的 3D CAD 解决方案的 Pro/ENGINEER Wildfire，又提供了许多功能增强之处。 (3) 互连互通：通过嵌入 web 服务于底层结构可以更有效地 合作者、客户和供应商沟通。 Pro/ENGINEER Wildfire 提供了快 速、简单和安全的设计协作工具以及 web 技术，可以很方便地15基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计获取全球产品信息，用户可以与其他用户共享 Pro/E 会议、可以 基于 web 的资源无缝连接进行项目管理和协作、可以访问产品 数据库、并可以订购零件。4.4.2 常用模块(1) Pro/DESIGNIER： 是工业设计模块的一个概念设计工 具。能够使产品开发人员快速、高效地进行设计，可以生成高 精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和原型制造 中工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件 未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进 行想象。现在，用 3DS 可以生成实体模型，但用 3DS 生成的模 型在工程实际中是“中看不中用” 。用 Pro/E 生成的实体建模， 不仅中看，而且相当管用。事实上，Pro/E 后阶段的各个工作数 据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。包括： Pro/3DPAINT(3D 建 模 ) 、 Pro/ANIMATE( 动 画 模 拟 ) 、 Pro/DESIGNER(概念设计)、Pro/NETWORKANIMATOR(网络动 画 合 成 ) 、 Pro/PERSPECTA-SKETCH （ 图 片 转 三 维 模 型 ） 、 Pro/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。 (2) Pro/NETWORK。ANIMTOR： 通过把动画中的帧分散 给网络中的多个处理器进行渲染，可大大加快动画产生的过 程。 (3) Pro/PERSPECTA-SKETCH： 它能够使产品的设计人员 从图纸、照片、透视图或者任何其他二维图像中快速生成一个 三维模型。 (4) Pro/PHOTOR ENDER： 能够很容易地创建产品模型的 逼真图像，这些图像可以用来评估设计质量、生成图片功能仿 真(CAE)模块 功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。有限元 仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。 利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零 件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮 料瓶，结果使瓶体质量减轻了近 20％，而其功能丝毫不受影 响，仅此一项就取得了极大的经济效益。 包括：Pro/FEM~POST16基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计（有限元分析） 、Pro/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载 荷输入） 、Pro/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连 接） 、Pro/MECHANICA MOTION（指定环境下的装配体运动分 析 ） 、 Pro/MECHANICA THERMAL （ 热 分 析 ） 、 Pro/MECHANICA TIRE MODEL （ 车 轮 动 力 仿 真 ）、 Pro/MECHANICA VIBRATION（震动分析） 、Pro/MESH （有限 元网格划分） 。 (5) Pro/ASSEMBLY： 用来构造和管理大型复杂的模型。这 些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程 序来表示。从而是工程人员可以对某些特定部件或者子装配体 进行研究。同时在整个产品中使设计意图保持不变机械设计模 块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的 零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图 1 中的摩 托车轮轴，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对 曲面产品的需求将会大大增加。用 Pro/E 生成曲面仅需 2～3 步 操作。Pro/E 生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网 格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此 Pro/E 可以迅速建 立任何复杂曲面。它既能作为高性能系统独立使用，又能与其 它实体建模模块结合起来使用，它支持 GB、ANSI、ISO 和 JIS 等 标 准。包括： Pro/ASSEMBLY （实体装配 ） Pro/CABLING 、 （电路设计） 、Pro/PIPING（弯管铺设） 、Pro/REPORT（应用数 据 图 形 显 示 ） Pro/SCAN-TOOLS （ 物 理 模 型 数 字 化 ） 、 、 Pro/SURFACE（曲面设计） 、Pro/WELDING（焊接设计） 。 (6) Pro/DETALL： 由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生 视图的能力，因而扩大了 Pro/E 生成设计图纸的功能，这些图纸 遵守 ANAI、ISO、DIN 和 JIS 的标准。 (7) Pro/FEATURE： 允许产品设计人员创建高级特征，只需 利用简便的设计工具，就可以在很短的时间内实现。 (8) Pro/NOTEBOOK： 以“自顶而下”的方式对产品的开发 过程进行管理，同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务进 行自动分配，以增强工程的生产效率。 (9) Pro/SCAN-TOOLS： 可满足工业上使用物理模型作为设17基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计计起点的需求把模型数字化。它的形状和曲面就以“点数据” 的形式输入到 pro/SCAN-TOOLS 中。因此能产生高质量的与物 理原型非常匹配的模型数据管理(PDM)模块 Pro/E 的数据管理模 块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿 真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产 品故障，改进产品设计。它就像 Pro/E 家庭的一个大管家，将触 角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数据 包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定 的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。 它包括： Pro/PDM（数据管理） 、Pro/REVIEW（模型图纸评估） 。数据交 换(Geometry Translator)模块 在实际中还存在一些别的 CAD 系 统，如 UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT 等，由于它们门 户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。 (10) Pro/SURFACE： 能够使设计人员和工程人员直接对 Pro/E 的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效 的开发或者开发整个曲面模型。 (11) Pro/WELDINGTM： 用来参数化地定义焊接装配体中的 对接要求。使用户很容易确认焊点，避免装配零件与焊接点之 间发生干涉。在文件编制和制造中减少由于错误带来的成本增 加。4.5 特征概述及分类 4.5.1 特征概述特征指可以用参数驱动的实体模型。特征应满足的基本条 件如下： (1)特征必须是一个实体或零件中的具体构成之一。 (2)特征能对应与某一个形状。 (3)特征应该具备有工程上的意义。 (4)草绘平面是创建模型中供绘制特征截面的参考平面，草 绘模式中，草绘平面平行与屏幕。 (5)参考平面是确定草绘平面放置方向的平面，因为草绘平 面平行于屏幕且有多种摆放方式，因此须提供一个水平的或垂18基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计直的参考平面。 草绘平面与参考平面选择方式： (1) 基准平面： 在特征创建的初始，系统会给出一个基准 平面系。 (2) 特征平面： 在基础特征基础上创建其他特征时，操作者 在选择草绘平面或参考平面时，除系统默认的基准平面系仍可 选择外，还可选择已创建特征的某个表面作为草绘平面或参考 平面。但要注意，所选择的特征表面应为平面[4]。4.5.2 特征分类特征常分为基准特征、基础特征及放置特征。 1) 基准特征 指在零件的建模过程中，起辅助而不构成零件表面形状的 辅助平面、辅助轴线、辅助点特征。基准特征也称辅助特征， 它们没有体积和质量等物理属性，其显示与否也不影响其他几 何结构。 它作为零件创建的参数数据，提供了设计、实体造型和装 配的基准。 2) 基础特征 指设计者进行零件建模时创建的第一个实体特征，也称基 本特征。它代表零件最基本的形状，对零件其他特征的创建往 往依赖基本特征。 基本特征类型有实体特征、正交基准平面。 3) 放置特征 指由系统提供的或由用户自定义的一类模板特征。它的几 何形状是确定的，用户只需改变其尺寸即可得到不同的相似的 几何特征。如孔特征、圆角特征等。19基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计5 手机充电器外壳的三维造型设计5.1 手机充电器外壳的分析在设计之前要对手机充电器外壳进行结构分析，对各个部 位的尺寸要进行测量。由于外壳是塑料制品所以要考虑在模压 的时候所产生的各种问题，还要对塑料制品的结构工艺性进行 分析也是必须考虑的。5.2 手机充电器的三维造型 5.2.1 新建文件1.启动 UG 软件后，选择“文件” 、 “新建”命令，系统会 弹出“新部件文件”对话框如图 5.1 所示。 2.在对话框中先选择要创建的文件的路径，然后在“文件 名”下拉表框中输入文件名，再在“设置单位标准”对话框中 设置度量单位，UG 软件提供有两种度量单位 nches（英寸）和 Milimenters(毫米)。图 5.1 “新部件文件”对话框5.2.2 上盖的造型1.打开 UG 软件进入“建模”状态，设置图层并建立基准坐20基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计标系，并建立草图平面，绘制草图约束如图 5.2 所示。单击工具 栏中的完成按钮，此时退出草图模式，点击【拉伸】命令 ， 并输入深度尺寸-9mm 并确认后，最后生成实体如图 5.3 所示。图 5.2 草图约束图 5.3 拉伸实体2、单击工具栏中的【边倒圆】命令 ，对 8 个边进行边倒 圆，设置边倒圆的半径为 4.5mm，完成实体如图 5.4 所示。21基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.4 边倒圆3、运用【草图】命令 成草图，单击【拉伸】命令 实体如图 5.6 所示。，画出草图约束如图 5.5 所示，完 ，输入 6mm，选择求差，确认后图 5.5 绘制草图图 5.6 拉伸求差后的实体4、单击【插入】→【设计特征】→【球】 ，在工件体上建 立个球体，设置直径为 16.5mm，进行求差，并对拉伸求差完的 边进行边倒圆，完成实体如图 5.7 所示。22基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.7 球体求差的实体5、单击工具栏中的【抽壳】命令 示。，完成实体如图 5.8 所图 5.8 抽壳后的实体6、运用【草图】命令 ，画出草图约束如图 5.9 所示，完 成草图，单击【拉伸】命令 ，输入 0.5mm，选择求差，确认 后实体如图 5.10 所示。图 5.9 绘制草图23基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.10 拉伸后的实体7、运用【草图】命令 成草图，单击【拉伸】命令 上盖实体如图 5.12 所示。，画出草图约束如图 5.11 所示，完 ，选择求和、求差，确认后完成图 5.11 绘制草图图 5.12 拉伸后的实体24基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计5.2.3 下盖的造型和组装图1.打开 UG 软件进入“建模”状态，设置图层并建立基准坐 标系，并建立草图平面，绘制草图约束如图 5.13 所示。单击工 具栏中的完成按钮，此时退出草图模式，点击【拉伸】命令 ，并输入深度尺寸 20mm 并确认后，最后生成实体如图 5.14 所示。图 5.13 绘制草图图 5.14 拉伸后的实体2、单击工具栏中的【边倒圆】命令 ，对 8 个边进行边倒 圆，设置边倒圆的半径为 4.5mm，完成实体如图 5.15 所示。25基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.15 边倒圆后的实体3、运用【草图】命令 ，画出草图约束如图 5.16 所示，完 成草图，单击【拉伸】命令 ，输入 17mm，选择求差，确认 后实体如图 5.17 所示。图 5.16 绘制草图图 5.17 拉伸求差后的实体4、运用【草图】命令，画出草图约束如图 5.18 所示，完26基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计成草图，单击【拉伸】命令 后实体如图 5.19 所示。，输入 17mm，选择求差，确认图 5.18 绘制草图图 5.19 拉伸后的实体5、单击工具栏中的【抽壳】命令，完成实体如图 5.20 所示。图 5.20 抽壳后的实体6、单击【边倒圆】命令 ，对上一步拉伸完的实体进行边 倒圆，最后完成的实体如图 5.21 所示。27基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.21 边倒圆7、运用【草图】命令，画出草图约束如图 5.22 所示。图 5.22 绘制草图8、退出草图模式，单击【拉伸】命令 后的实体如图 5.23，5.24 所示。选择求差，完成28基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计5.23 拉伸后的实体图 5.24 拉伸后的实体9、运用【草图】命令 图 5.25，图 5.26 所示。，画出草图约束，完成后的草图如29基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.25 完成的草图图 5.26 完成的草图10、退出草图模式，单击【拉伸】命令 ，根据各个部位 的数据进行拉伸，选择求差或者求和，完成后的实体如图 5.27，5.28 所示。图 5.27 完成拉伸后的实体30基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.28 完成拉伸后的实体11、单击【开始】→【所有应用模块】,在工具栏里选择 【初始化项目】 ，完成如图 5.29 所示实体。图 5.29 初始化的实体12、单击【模具 csys】命令 ，在对话框中选择【产品体 中心】 ，锁定 Z 轴位置，完整坐标定位，步骤如图 5.30 所示。31基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计图 5.30 定位中心13、单击【收缩率】命令 ，在【收缩率】对话框中输入 收缩率为 1.006，然后就如图 5.31 所示组合图。图 5.31 此为上下盖组合图32基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计总结本设计介绍的是一款手机电池充电器的设计过程。它主要 由底壳、顶壳面盖、顶壳基体、按键和插头组件组成。在开始 设计的时，需要重点考虑到相关的电子技术要求与安全要求， 具体要考虑到相关电路板的装配情况，从而预留出其装配空 间。 本设计的重点与难点有如下几点。 (1) 采用 TOP-DOWN(自顶而下)设计思路，即先确定总体思 路，设计总体布局，然后才是进行相关零件部件的设计工作。 本产品大部分建模工作都在组件(装配)设计模式下进行。 (2) 重点在于主控件的设计，以及如何由主控件分解出相关 的零部件。采用主控件设计的主要优点在于更改方便，可以大 量地减少修改设计的工作量。适合应用主控件设计的产品一般 为箱体、外壳类产品，如手机、鼠标、电话机、显示器外壳 等。 (3) 注意各零件的装配关系，并合理地在底壳零件上设计一 些方形网格的通风结构，这有助于产品在使用中热量的散发。 (4) 注意零件壁厚的选择，一般情况下，壁厚定在 1.5mm 以 上，但也不能太厚，如不能超过 3mm，否则会增加材料成本 等。对于零件中的某些支撑柱，应在其周围设计加强筋，形成 行业中常说的“火箭头”结构；对于零件中的某些潜在的薄弱 环节，可适当地设计加强筋来进行加固，防止其发生变形。33基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计致谢本次毕业设计撰写，让我收获许多。 首先要衷心地感谢曾纯琴指导老师严谨的治学态度和全面 的指导，让我克服了设计中的每一个困难。时常询问我毕业设 计进行的进度，在百忙之中抽出时间来辅导我不懂的地方。在 老师的关怀下，我走完了毕业设计艰难的历程。 其次，我要感谢大学三年来给我指导与教诲的老师们。还 有那些和我一起走过大学风风雨雨的同学。让我在大学的生活 丰富多彩。因此，我能和谐的相处于每个人。 最后我要感谢我自己，希望自己在困难面前勇往直前的精 神常存。34基于 PROE 的手机充电器三维实体仿真设计参考文献[1] 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计[M]. 机械工业出版社, 2001. [2] 周其炎.MOLDFLOW 5.0 基础陈艳霞.MOLDFLOW 2010 完 全自学与速查手册 电子工业出版与典型范例 电子工业出版 2010 [3] 《塑料模具技术手册》编委会. 塑料模具技术手册[M]. 机械 [4] [5] [6] [7] 工业出版社, 2005. 宋玉恒. 塑料注射模具设计实用手册[M]. 航空工业出版社, 2003. 《塑料模具设计手册》编写组. 塑料模具手册[M]. 机械工业 出版社, 2006. 王咏梅.Pro／Engineer Wildfire 4.0 中文版基础教程[M]. 清华大学出版社.2008. 丁松聚.塑料模具设计[M].机械工业出版社 2001.[8] 单辉祖.材料力学（I） 高等教育出版社 2004.35
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