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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习2021 届本科毕业论文（设计）论文题目：基于 Pro/E 的手表造型设计及动态仿真同学姓名 : 赵易 科所在院系：机电学院所学专业：机械工程导师姓名：吴 涛完成时间： 2021 年 6 月 20 日摘要本文主要是在Pro/E 软件设计平台上完成新型手表的三维造型设计；在整个设计的过程中，主要对手表的各个零部件进行造型设计和颜色渲染，最 后对各个零部件进行虚拟装配、动态仿真、全局干涉检查；通过对新型手表 的系统设计，确定了Pro/E 软件在造型设计、基本特点创建、组件虚拟装配、动态仿真、颜色渲染等方面的优势，从而使设计工作直观化、高效化、 精确化
2、；并充分证明白Pro/E 软件在新产品的讨论和开发中具有很重要的意义；关键字 ： Pro/E，三维造型设计，虚拟装配，动态仿真Based on Pro/E of the watch design and dynamic simulationAbstract The new watch of three-dimensional design was completed， used the software of Pro/E in this paper. In the processof three-dimensional design，mainly completed thedesign and
3、 colorrendering of watch partsandcomponents.Finally， completedthevirtualassembly ， Dynamicsimulation ，theoverall interference checking of variouspartsandcomponents. Through the system design of new watches， affirmed the advantages of Pro/E software in design， the creation of the basic characteristic
4、s， components， virtual assembly ， dynamicsimulation ， colorrendering ， sothatthedesignof visualization，efficient ，and precision. And it was proved that Pro/E software has great importancein research and development of new products.Keywords ： Pro/E ， three-dimensional design ， virtualassembly ， dynam
5、ic simulation目录1 绪论 41.1 产品概述 41.2 三维设计软件在产品造型设计方面的应用42 产品设计过程 52.1 创建大表盘 52.2 创建小表盘 62.3 创建表壳基体 72.4 创建时针 102.5 创建分针 102.6 创建秒针 102.7 创建小表盘时针、分针 112.8 创建玻璃表盖 112.9 创建旋钮 112.10 创建表链 112.11 创建连接轴 122.12 创建细节 133 产品的虚拟装配 133.1 产品虚拟装配设计 133.2 装配爆炸图 143.3 干涉检查 144 动态仿真与动画录制 145 终止语 14致谢 15参考文献 151 绪论科学技
6、术的迅猛进展，以前所未有的速度冲击和转变着我们的生活水平和生产方式；物质的极大丰富，使人们对各种产品的要求发生了根本性的变化；纯功能性的产品已经满意不了人们的生活需要；艺术的外形、人性化的设计成为大众首选的时尚，二十一世纪是设计的世纪，在猛烈的市场竞争中，杰出的造型设计将是企业胜利的重要因素，由于它可以制造产品的个性，提升品牌的价值，使产品更具有竞争力 16；1.1 产品概述本产品是一种打破传统概念的新型手表，外形美观，时尚，简洁，大方；把两个大小不同的圆形指针表奇妙地组合在一起，同时显示双重计时，并能同时满意不同地区和国家人们的作息时间，追求一种新颖的乐趣和时尚感；在造型设计上，力求点线面转
7、折和过渡；在同一组合体内，呈现出两个在形象，颜色上都具有差异和对比的表盘，增加了表盘本身的动感和新颖感；采纳珍贵的银质材料制造，显示出高档手表的珍贵品质 7；1.2 三维设计软件在产品造型设计方面的应用三维造型设计软件正广泛应用于工业产品的设计和制造过程中；目前流行的大型设计应用软件 如 Solid Works， UG，ProE 均能实现从产品的造型设计、精确设计、模具分型、模具结构设计和模具数控加工等一整套自动化功能，为美化工业产品的外观造型、提高产品的精度和质量、缩短产品的设计和加工周期供应了特别有效的手段 14；1.2.1 UG软件UG 是 Unigraphics Solutions公司
8、推出的集 CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件； UG 软件是由多个模块组成的，主要包括CAD 、CAM 、CAE、注塑模、钣金件、 Web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以 Gateway 环境为基础；在产品曲面造型设计方面要优越于其他三维软件，但是在参数化设计和工程图的分析方面存在差异1；1.2.2 Solid Works软件SolidWorks 是世界上第一家将结构分析的功能嵌在 CAD 环境中的软件公司；其中最为显著的 COSMOSXpress 模块使得使用 SolidWorks 软件的设计和工程队伍可以直接对设计的零件进行有限元分析，对产品
9、的性能进行评估，而不必花大量的时间和金钱制造昂贵的样机；但是 SolidWorks 软件在产品的参数化设计方面以及在产品的曲面造型设计方面要略逊色于 Pro/E 和 UG 等设计软件，因此该软件广泛应用于简洁的三维机械设计、工程分析和产品数据治理等公司； 1.2.3 Pro/E 软件Pro/E 软件是由 1985年美国 PTC公司研发的运算机帮助工程设计软件；二十多年进展成为世界三维软件中的代表产品，作为高端的、全方位的三维产品设 计开发软件，也成为国内最受欢迎的三维CAD CAM 软件，应用范畴遍布汽车、机械、电子、模具等诸多行业 10；1) 信息全相关性：产品开发过程中的某一处进行修改，能
10、够扩展到整个设计中，自动地更新全部的工程文档；2) 基于特点的造型： Pro/E软件中构造实体的基本单元是特点，造型过程就是不断地增加特点，以达到最终产品期望的模型；在构造实体完成后，可对特点进行修改、复位义、重排序等操作，为用户修改模型供应了极大的便利；3) 参数化：由于采纳参数化设计，用户在草绘特点时，只需按自己的意图构造几何外形，再按实际需要修改尺寸即可；4) 装配治理： Pro/E 软件的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合 ”、“插入 ”、“对齐 ”等很简洁的把零件装配起来，同时保持设计意图；高级的功能支持大型复杂装配体的构造和治理，这些装配体中零件的数量不受 限制；5)
11、Pro/E系统仍供应了机构运动仿真功能，可以帮忙用户更好地完成机构设计，使原先在二维图纸上难于表达和设计的运动机构变得直观和易于修改；2 产品设计过程本设计主要是以Pro/E 软件为设计平台，以软件中的基本特点创建为主线，实现新型手表在 Pro/E 软件中的三维造型设计、虚拟装配和动态仿真；2.1 创建大表盘2.1.1 创建表盘实体（1） 创建拉伸特点截面，如图 1 所示；（2） 设置表面的厚度为 0.50mm，单击确定按钮，完成特点模型，如图2所示；图 1 表盘实体特点截面图 2 表盘实体特点模型2.1.2 创建刻度（1） 创建拉伸特点截面，如图 3、4 所示；（2） 设置高度为 0.10m
12、m，单击确定按钮完成创建；（3） 利用阵列工具对刻度进行圆周阵列；（4） 设置类型为“轴”，数目挑选59，角度挑选 6，确定按钮，完成表盘刻度创建，如图 5 所示；图 3 表盘刻度特点截面一图 4 表盘刻度特点截面二图 5 表盘刻度“阵列”成效图2.1.3 创建刻度时刻（1） ）创建拉伸特点截面，如图6 所示；（2） 打开左侧的模型树，右击【拉伸】【阵列】命令，如图7 所示；弹出【阵列】特点面板，参数设置如图8 所示，预览成效如图 9 所示；（3） 单击确定按钮，完成特点创建，如图10 所示；图 6 表盘刻度“阵列”特点面板图 7 表盘刻度特点截面图 8 模型树目录图 9 表盘刻度阵列特点预览
13、图图10 表盘刻度最终成效图2.1.4 创建中心孔（1） 利用孔工具，创建中心孔；（2） 设置为直径 1.00mm，单击确定按钮，完成中心孔创建，如图11 所示；、图 11 中心孔最终成效图2.1.5 创建字体（1） 利用拉伸特点工具，创建字体，如图12 所示；（2） 设置字体高度为 0.10mm，单击确定按钮，完成特点创建；（3） 渲染成效如图 13 所示图 12 字体特点截面图 13 表盘最终成效图2.2 创建小表盘2.2.1 创建表盘实体此步参照大表盘创建过程，特点截面如图15 所示，特点模型如图 15 所示；图 14 表盘特点截面图 15 表盘特点模型2.2.2 创建表盘刻度（1）此步
14、骤参照大表盘字体创建过程，在此不再表达，特点截面如图16所示；图 16 表盘刻度特点截面2.2.3 创建中心孔特点创建参照大表盘的创建过程，设置直径为0.80mm，完成特点创建， 如图 17 所示；图 17 创建“孔”特点2.2.4 创建字体（1） 创建步骤和参数设置参照大表盘特点，特点截面如图18 所示；（2） 渲染成效如图 19 所示；图 18 字体特点截面图 19 表盘最终成效2.3 创建表壳基体2.3.1 创建基体（1） 利用拉伸特点工具创建特点截面，如图20 所示；（2） 设置高度 3.50mm，单击确定按钮，完成特点模型，如图21 所示；图 21 表壳基体特点模型图 20 表壳基体
15、特点截面2.3.2 创建过渡圆弧（1） 利用倒角工具，创建倒角特点，设置参数为D D，数值为 1.30mm， 完成特点创建；（2） 利用倒圆工具，创建过渡圆弧；设置倒圆半径为2.50mm，挑选壳体的边界，单击确定按钮，成效如图21 所示；图 21 创建“倒角”特点2.3.3 创建基准平面 DTM1（1） 挑选特点工具栏上的基准平面工具，弹出【基准平面】对话框；（2） 挑选“ RIGHT ”基准平面，种类挑选“偏移”，输入偏距为3.00mm，单击确定按钮，创建基准平面完成，最终成效如图21 所示；图 22 壳体特点截面图 23 壳体“拉伸”特点面板图 24 壳体拉伸特点模型2.3.4 创建表壳细
16、节（1） 利用拉伸工具，绘制特点截面，设置草绘平面为“DTM1 ”，参照平面为“ TOP”，方向挑选“右”，单击“确定”，进入草绘界面，如图22 所示；（2） 设置参数如图 23 所示，单击确定按钮，成效如图24 所示；（3） 利用拉伸特点面板中的按钮去除材料，截面创建如图25 所示；图 25 壳体截面特点图 26 去除材料（4） 单击确定按钮，完成特点模型，如图26 所示；（5） 利用拉伸特点工具绘制特点截面，如图27 所示；（6） 挑选去除材料按钮，然后单击确定按钮，完成特点创建；（7） 创建表壳细节；最终成效如图28 所示；图 27 壳体特点截面图 28 表壳基体特点成效图（8） 利用拉
17、伸特点工具创建特点截面，如图29 所示；（9） 挑选去除材料按钮，单击确定按钮，完成模型创建，如图30 所示；图 29 创建特点截面图 30 创建“去除材料”特点2.3.6 创建指针位置（1）利用拉伸特点工具创建特点截面，分别在指针位置绘制1.00mm 和0.80mm 的圆；（ 2）设置高度为 0.80mm，单击确定按钮，完成凸台创建，如图31 所示；（3）创建拉伸特点图 31 特点创建模型1） 在 1.00mm 和 0.80mm 的圆柱上分别绘制如下列图的两个圆0.60mm 和0.50mm，设置高度为 0.30mm，单击确定按钮，完成模型创建，如图32 所示；2） 在刚创建的两个圆柱面0.6
18、0mm 和 0.50mm 上分别创建 0.40mm，高度设置为 0.30mm 的两个圆柱，最终模型如图 33 所示；3） 在刚创建的直径是 0.40mm，高度为 0.30mm 的圆柱端面上绘制一个直径是 0.20mm，高度为 0.20mm 的圆柱，如图 34 所示；整体成效如图35 所示；图 32 创建拉伸特点图 33 创建拉伸特点图 34 创建拉伸特点图 35 表壳基体成效图2.3.7 创建旋钮孔（1） 创建旋钮孔特点；特点截面如图36 所示；（2） 设置孔深为 16.00mm，如图 38 所示；（3） 创建基准平面 DTM2、DTM3（4） 创建旋钮孔特点截面，如图 37 所示；（5） 设
19、置深度为 15.00mm，单击确定按钮，完成孔的创建，如图39 所示；图 36 创建“孔”特点截面图 37 创建“孔”特点截面图 38 创建“孔”特点一图 39 创建“孔”特点二2.3.8 创建大小表盖位置（1） 利用拉伸特点创建特点截面，如图40 所示；（2） 设置深度为 0.40mm，单击确定按钮，完成模型创建，如图41 所示；图 40 创建表盖特点截面图 41 表壳基体成效图2.3.9 创建表链连接孔（1）创建孔截面特点，特点截面如图42 所示；（2）设置参数如图 47 所示，单击确定按钮，完成孔特点的创建，如图43所示；图 42 创建连接孔特点截面图 43 表壳基体成效图2.3.10
20、创建后盖（1） 创建截面特点，设置草绘平面为表壳壳体的“下表面”，参照平面为“ RIGHT ”，方向挑选“右”，如图 44 所示；（2） 设置高度为 1.00mm，单击右侧的确定按钮，完成特点创建；（3） 创建倒角特点；设置数值为 0.70mm，单击确定按钮，完成特点；（4） 创建倒圆特点；设置半径为 0.80mm，单击确定按钮，完成特点；（5） 渲染实体；最终成效如图 45 所示；图 44 创建后盖特点截面图 45 表壳基体渲染成效图2.4 创建时针（1） 创建时针截面特点，如图 46 所示；（2） 设置厚度为 0.20mm，单击确定按钮，得到实体，如图47 所示；（3） 渲染实体；成效如图
21、 48 所示；图 46 创建时针特点截面图 47 时针特点成效图图 48 时针渲染成效图2.5 创建分针（1） 创建分针特点参照时针创建过程，特点截面如图49 所示；（2） 渲染实体；最终成效如图 50 所示；图 49 分针创建特点图 50 分针渲染成效图2.6 创建秒针（1） 创建秒针截面特点，如图 51 所示；（2） 设置表针厚度为 0.15mm，然后单击，完成特点创建；（3） 渲染实体，最终成效如图 52 所示；图 51 创建秒针特点截面图 52 秒针渲染成效图2.7 创建小表盘时针、分针（1） 创建截面特点，如图 53、54 所示；（2） 设置高度为 0.20mm，单击确定按钮，完成实
22、体创建；（3） ）渲染实体；最终成效如图55、56 所示；图 53 创建时针特点截面图 54 创建分针特点截面图 55 时针成效图图 56 分针成效图2.8 创建玻璃表盖（1） 创建大表盘盖体；截面特点如图57 所示；（2） 设置厚度为 0.40mm，单击确定按钮，完成表盖创建；（3） ）创建倒圆特点；设置倒圆半径为0.20mm，完成特点创建；（4） 颜色渲染；如图 58 所示；（5） 创建小表盖；特点创建参照大表盖，绘制直径为17.00mm 的圆；图 57 创建表盖特点截面图58 表盖渲染成效图2.9 创建旋钮（1） 利用旋转工具，创建旋转截面特点，如图59 所示；（2） 设置旋转角度为 3
23、60，单击确定按钮，完成特点创建；（3） 创建倒圆特点，设置倒圆半径为1.00mm，完成特点创建；（4） 实体渲染；参数设置和创建步骤参照表壳基体创建过程，最终成效如图 60 所示；图 59 创建旋钮特点截面图 60 旋钮渲染成效图2.10 创建表链2.10.1 创建表链一（1） 创建拉伸特点截面，如图 61 所示；（2） 设置长度为 110.00mm，单击确定按钮，完成特点创建；（3） 利用拉伸去除材料按钮，完成实体；（4） 创建连接中心孔；（5） 创建细节；利用倒圆工具，设置倒圆半径为3.00mm，完成创建；（6） 创建孔；利用拉伸去除材料在表链上绘制长轴为1.60mm，短轴为0.80mm
24、 的椭圆孔，完成特点创建；（7） 渲染特点创建参照大表盘的创建过程，最终成效如图62 所示；图 61 创建表链特点截面图 62 表链渲染成效图2.10.2 创建表链二（ 1）创建拉伸特点截面，如图 63 所示；（2） 利用拉伸特点去除材料；（3） 渲染实体；最终成效如图 64 所示；图 63 创建表链特点截面图 64 表链渲染成效2.11 创建连接轴2.11.1 创建连接轴一（1） 创建旋转特点截面，如图 65 所示；（2） 设置旋转角度为 360，单击确定按钮，完成特点创建；（3） 渲染参数设置和创建步骤参照连接轴的创建过程，成效如图66 所示；图 65 创建连接轴特点截面图 66 连接轴渲
25、染成效图2.11.2 创建连接轴二（1） 特点创建参照连接轴二的创建过程，特点截面如图67 所示；（2） 最终成效如图 68 所示；图 67 创建连接轴特点截面图 68 连接轴渲染成效图2.12 创建细节2.12.1 创建铲子（1） 利用拉伸特点创建实体特点；（2） 利用倒圆工具美化表面；（3） 渲染实体，成效如图 69 所示；2.12.2 创建夹子特点创建参照铲子的创建过程，最终成效如图70 所示；图 69 铲子最终成效图 70 夹子最终成效3 产品的虚拟装配3.1 产品虚拟装配设计对手表各个零部件进行虚拟装配，装配步骤如下：(1) 用缺省装配形式装配手表主壳体；(2) 单击装配按钮，把大表
26、盘打开，约束类型挑选对齐，使两轴对齐， 新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(3) 装配小表盘，装配过程参照大表盘装配过程；(4) 单击装配按钮，把时针打开，为了实现机构运动仿真，用户定义挑选，约束类型挑选对齐，使两轴对齐，新建一个约束类型为匹配， 使协作面对齐；(5) 装配全部指针参照时针的装配过程，(6) 单击装配按钮，把大表盖打开，约束类型挑选对齐，使两轴对齐， 新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(7) 装配小表盖参照大表盖的装配过程；(8) 单击装配按钮，把旋钮打开，约束类型挑选对齐，使轴和孔轴线对齐，新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(9) 单击装配按钮，把连接轴打开，约束
27、类型挑选对齐，使两轴对齐， 新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(10) 单击装配按钮，把表链打开，约束类型挑选对齐，使两轴对齐，新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(11) 单击装配按钮，把铲子打开，约束类型挑选对齐，使两轴对齐，新建一个约束类型为匹配，使协作面对齐；(12) 装配完成后，成效得到如图 71 所示；图 71 装配成效图3.2 装配爆炸图装配完成后生成装配爆炸图，使装配过程更加直观，如图72 所示；图 72 装配爆炸图3.3 干涉检查干涉检查在产品结构设计中特别重要；运用传统的二维设计方法，检查零件之间是否干涉难度较大，甚至在产品装配调试时才能发觉，一旦有问题就要返修或改进
28、设计，有时候造成无法更换的错误，导致设计的失败；运用Pro/E 的模型分析功能对装配体进行干涉检查，可以直观地获得零件间的干涉情形，很便利地找到干涉点的位置并进行修改，保证了设计结果的精确性20 ；（1） 从菜单栏中挑选“分析”“模型” “全局干涉”命令，打开分解位置对话框；（2） 接受默认设置，单击（运算当前分析以供预览）按钮，运算结果为“”（表示没有零件干涉情形）；（3） 关闭“全局干涉”对话框；4 动态仿真与动画录制动态仿真是在真实产品的实物造型制造之前，利用此软件在运算机的虚拟环境下，设计人员可以对产品整体的外观成效、设计风格、动态仿真进行虚拟化的演示；从而可以对产品进行合理的运动分析
29、，并供应设计人员进行探讨分析和修改设计总体方案，并有利于产品二次开发和创新 16；（1） 单击下拉菜单【应用程序】【机构】，进入仿真界面；（2） 创建电动机；单击伺服电动机按钮，分别创建各个指针的电动机；（3） ）单击分析定义按钮，设置终止时间为120，单击“运行”按钮，实现运动仿真；（4） 创建动画完毕；单击按钮进行动画捕获，另存为：MPG 格式；关闭对话框；5 终止语本文通过对手表的整体设计，充分证明白Pro/E 在产品造型设计和研制开发方面的重要意义；主要表达在：1) 利用 Pro/E 可以对产品进行概念设计，外观设计，曲面造型设计，参数化设计，产品的虚拟装配和动态仿真等；从而使设计工作
30、直观化，高效化；2) 利用 Pro/E 可以检查设计过程中的不足（装配干涉，颜色不佳，运动牢靠性分析），从而缩短生产周期，提高生产效率，扩大企业的经济效益；3) 虽然利用 Pro/E 软件给设计带来便利，但加工精度、装配次序等与实际操作并不完全相同，所以在设计过程中肯定要结合实际操作来考虑，这样才能 使设计过程更顺当、更合理；致谢本设计论文是在指导老师的尽心指导和严格要求下完成的；指导老师具有严谨的治学态度，丰富的专业学问和实践体会，在治学及做人方面使我受益匪浅；诚心感谢老师对我的关怀指导和帮忙；通过这次毕业设计，不但使我回忆可高校期间所学的专业学问，而且也使我领会了机械专业领域中一些前沿的学
31、问；我也特别感谢帮忙过我的同学，正是由于他们的帮忙和勉励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺当完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我；在此，请答应我再次向曾直接赐予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！参考文献1 夏德伟，董伟，李瑞等. 中文版 工业造型时尚百例M. 机械工业出版社，2006.72 林清安 . Pro Engineer 基础零件设计 M. 电子工业出版社，2006.123 林华 .工业设计造型基础M .北京：清华高校出版社，2005.4 唐林 .产品概念设计基本原理与方法. 国防工业出版社，2006.65 沈法，王庆斌等 .运算机帮助产品造型设计M. 人民邮电出版社，
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