UG课程设计说明书.doc

CAD/CAM实践性教学

题目名称 UG台灯综合训练
学生学院 机电工程学院
组 员 崔富成、陈有智、
白双权、陈志豪
指导教师 高伟强

2015年 07 月 01 日

目 录
1 绪论…………………………………………………………1
1.1 总体设计方案分析…………………………………………1
1.2 内容概述…………………………………………………2
1.3 论文构成及研究内容………………………………………3
2 设计分析步骤…………………………………………………5
2.1 建立台灯零（部）件三维参数化、变量化实体模型………………5
2.1.1 二维线框和草图 ……………………………………5
2.1.2 曲面造型 …………………………………………6
2.2 装配模型的建立 …………………………………………7
2.2.1 装配模型分析………………………………………7
2.2.2 装配定位约束 ………………………………………8
2.2.3 爆炸图生成 ………………………………………10
2.3 产品建模小结 ……………………………………………12
3 台灯产品结构有限单元分析……………………………………13
3.1 结构分析模型概述 ………………………………………13
3.2 结构分析处理……………………………………………15
3.2.1 材料参数设置 ……………………………
2.1.1二维线框和草图 3

………15
3.2.2 单元网格划分……………………………………………16
3.2.3 约束条件定义……………………………………16
3.2.4 载荷及边界条件定义…………………………………16
3.3 有限单元求解………………………………………………9
3.4 有限元处理及结果…………………………………………21
3.5 结果分析和设计结构改进 …………………………………23
结论………………………………………………53
参考文献………………………………………………………54
致谢……………………………………………………………55

1、绪论

1.1总体设计方案分析
（1）台灯是我们学生或者家庭用得比较普遍的一种产品，我们可以看到各式各样的台灯，但是每一款台灯都有其不同之处，在结构或者受力或者功能上都存在一定的差异。通过UG8.0 对其进行了设计，利用ANSYS对台灯的各个零部件进行分析，例如：灯罩、灯杆、底座。对其进行有限元分析，使设计的结果更加完善。 
（2）课程学习使我们掌握机械 CAD/CAM 技术的基本理论知识，掌握 CAD/CAM 系统的学习方法，能够较熟练地运用一种 CAD/CAM 系统进行三维参数化建模，进行一般的产品机械结构设计， 开展结构力学的工程分析和仿真， 完成复杂零件的数控自动编程和数控仿真。 在此基础上使我们具备进一步提升设计知识、工程应用技能的自学能力。并培养进行自主学习、项目组织、合作的能力，提高创新意识。
1.2内容概述
台灯的设计内容包括部件建模、部件组装、整体渲染、运动仿真、有限元分析等。台灯造型主要以直线平面为主，用到的主要命令有拉伸、剪切、合并、镜像、、倒圆角等。其中灯杆为复杂曲面，需要通过艺术样条曲线绘制曲线草图，画出其曲面，再通过加厚命令形成叶片。通过本次设计，学习 CAD 零件几何建模和产品装配建模的基本理论的基础。 掌握 UG系统线框建模、 曲面建模、 实体建模和装配建模的基本方法。学习ANSYS有限单元分析的基本理论和软件操作 学习并掌握 CAD/CAM 数控自动编程的基本理论和软件操作。
1.3论文构成及研究内容
论文的构成主要包括了台灯三维建模成型、装备过程、有限元分析、结构仿真等，应用CAD/CAM技术分析了台灯从建模到加工仿真的过程。研究了台灯各个部件的受力分析，结构分析等。
2、设计分析步骤
2.1建立台灯零件三维参数化变量化实体模型
2.1.1二维线框和草图

2.1.2曲面造型

2.2装配模型的建立
2.2.1装配模型分析
台灯建模项目总共包含三个大部件——台灯底座、台灯灯杆、台灯灯罩，台灯装配按从下往上的顺序进行装配，各大部件中的小部件直接在不见建模中建立关系，不需在装配中额外装配定位。
2.2.2装配定位约束
装配装中台灯底座、台灯灯杆和台灯灯罩之间的约束关系为：
①　 台灯底座与台灯灯杆之间以相互接触的结构的样条曲线的重合点约束
②　 台灯灯杆与台灯灯罩之间以相互之间接触结构的穿线孔中心对齐，接触
结构的想接触面间距为零为约束。
2.2.3爆炸图

2.3产品建模小结
在建模中运用到的一些建模功能，自己在翻阅书本和指导书中一步步实践出来。
1) CAD 建模基本理论：CAD 建模中的图形学基础，CAD 图形几何变换理论基础，CAD/CAM 技术中曲线、曲面理论，CAD 建模技术中的线框建模、曲面建模、特征建模、参数化与变量化设计技术、装配建模技术等。
2) UG NX 6.0 基础入门和基本界面操作：UG Gateway，文件操作，UG 的菜单及鼠标操作，视图管理和布局(Layout)，UG 中的坐标系，UG 的图层管理，零件导航器(PartNavigator)，几何体移动和变化。
3) UG NX 6.0 线框建模：UG NX 6.0 曲线绘图(Curve、Curve Splines、Curve from curve、Curve from bodies)，UG NX 6.0 草图功能。
4) UG NX6.0 CAD 实体建模及特征建模：UG 中的CSG 基本体素造型(块Block、圆柱Cylinder。圆锥Cone、球Sphere)和布尔运算(并Unite、差Subtract、交Intersect)，扫描法实体造型(拉伸Extrude、旋转Revolve、扫掠面Sweep)，特征建模(孔Hole、圆台Boss、型腔Pocket、台Pad、键槽Slot、沟槽Groove、抽壳Shell、倒圆Edge Blend、倒角Chamfer、面倒圆Face Blend、拔锥Taper、螺纹Thread、引用Instance (阵列)、剪裁实体Trim body )；基准(Datum)特征，包括基准平面(Datum Plane)、基准轴(Datum Axis)、参考点(Point)等。
5) CAD 曲面建模：通过点(Through Points)、通过控制点(From Poles)、通过云点(From PointCloud)、直纹面(Ruled)、通过线(Through Curves)、通过两组正交曲线(Through Curve Mesh)、扫掠面(Sweep)、延伸面(Extension)、偏置面(Offset)、搭桥(Bridge)、剪裁面(Trimmed Sheet)、多个曲面整合为一个面(Quilt)、两个面的倒圆(Fillet)等。
6) 装配建模技术：UG NX 6.0 装配建模基础：部件(Componnent)、自顶向下装配建模、自底向上装配建模、装配约束、装配导航器等基本概念；NX6.0 的装配约束方法：角度(Angle)、中心(Center)、胶合(Bond)、适合(Fit)、接触对齐(Touch Align)、同心(Concentric)、距离(Distance)、固定(Fix)、平行(Parallel)、垂直(Perpendicular)等。
7) UG NX 6.0 工程图：NX6.0 工程图的创建及设置、修改；视图及视图的编辑、剖视图及其编辑、尺寸及公差的标注、形位公差及粗糙度等符号标注、图样管理。
运用了以上功能，让我们对建模的整个过程有了一个很好地了解，加深了我们队软件的操作，从建模到装配完成，我们花了很多时间，尤其是在曲面造型的阶段，也算是比较难的地方，但是也正是通过这样的训练，我们对基本知识的把握也就更加的熟练，认识到每个功能的用法和操作。
3、台灯产品结构有限单元分析
3.1 结构分析模型概述
对与台灯的结构，底座固定不动时，灯罩可以随着灯杆的受力弯曲变化而满足灯罩面向空间间方向的改变，这就需要在灯杆上施加一定的作用力，且X Y Z 各方向都有，根据生活中台灯的实际使用情况，假定各州的最大施加力为10N，对其经行有限元分析。分析时以灯杆与底座连接处部分为固定约束，则，按实际情况，外力是作用在灯杆的其他外表面上。底座与灯罩均不受过大力，一般的材料都能满足它们的使用要求，顾，只对灯杆做有限元分析。
3.2 结构分析处理
3.2.1 材料参数设置
材料： = Aluminum_2014
材料类型： 各向同性
质量密度 2.794e-006 kg/mm^3
参考温度 .
杨氏模量 温度表 1
泊松比 温度表 2
剪切模量 .
屈服强度 温度表 3
极限抗拉强度 温度表 4
热膨胀系数 温度表 5
导热性 温度表 6
比热 8.8e+008 microJ/kg-K
塑性应变比 .
加工硬化 .
成形极限 .
应力/应变 .
疲劳强度系数 1.008e+006 mN/mm^2(kPa)
疲劳强度指数 -0.114
疲劳韧性系数 1.418
疲劳韧性指数 -0.87
3.2.2 单元网格划分（三位四面体网格单元大小为16mm，如下图）

3.2.3 约束条件定义
以灯杆与底座镶嵌部分为固定约束（如下图）

约束部分应力（如下图）

3.2.4 载荷及边界条件定义
边界条件为杆的外侧（如下图）

X Y Z均受力10N（如下图）

3.3 有限单元求解
完成固定约束、载荷大小、受力面选择之后，求解参数设置为

3.4 有限元处理及结果

位移——节点的

旋转——节点的

应力——单元的

应力——单元节点

反作用力——节点的

反作用力矩——节点的

3.5 结果分析和设计结构改进
从分析结果中可以看到，杆的设计，由于过于扁平，所以应力与反向应力都比较大，而且旋转不够。所以整体上应该蒋璧厚减小，或者将杆的整体粗度减小，也可以尝试者选取其他较为柔软的材料。
4、结论
由于使用的软件都是非正版的，所以一开始在对UG和ANSYS的安装上花了不少时间，最后通过不同电脑尝试和网上查找资料还是基本解决了问题。本次小组对于两个软件之前接触不多，在CAE分析的时候，由于对步骤不熟悉，反复从网上寻找视频教学等。
本次小组首先是通过UG完成实体建模部分，在此过程中加深了对UG的掌握，小组通过讨论互相学习，网上查找资料，图书馆借书查阅等，基本解决了遇到的问题，这对于小组成员的团队分工，以及自学能力都有很大帮助。 完成实体建模以及运动仿真后，小组作品进行了CAE的有限元分析模块。通过本次的课程设计，我们掌握了一个专业性很强的软件，基本掌握了UG建模，通过UG软件的学习，知道如何使用UG软件的各种功能。UG是一个较难学习、专业性极强的软件。学习好UG有利于将来的专业发展。在建模的过程中，并不是一帆风顺，你会遇到很多的难题，这时就需要发挥集体智慧的作用了。希望这些收获将有助于我未来的发展。
5、参考文献
[1]史鹏涛、袁越锦、舒蕾编著，《UG NX6.0建模基础与实例》——北京：化学工业出版社，2009.09
[2]李体仁、李佳编著，《UG NX6.0数控加工》——北京：化学工业出版社，2009.09

致 谢

本设计（论文）是在我的指导教师高伟强老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，高老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。从课堂上的软件讲解与案例分析，都让我们获得了很多有用的知识。

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