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ProE在汽车方向的应用

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ProE在汽车方向的应用

摘 要：Pro/Engineer是美国PTC公司的产品,问世10多年来，已成为全世界最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。在汽车设计工程中Pro/E已成为设计师们必不可少的工具软件。汽车一般由发动机、底盘、车身、电气设备四个基本部分组成。本文主要论述了Pro/E在造型、覆盖件、转向机构、离合器、变速器和轮毂等方面的应用。
关键词：Pro/E 建模 设计 参数化

1. 引言
1.1 关于汽车设计
在近百年中，汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期,在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计 （CAD，Computer Aided Design)等新方法,使设计逐步实现半自动化和自动化。
汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计.整车总体设计又称为汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。
1。2 关于Pro/E
1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究.1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了.经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊.目前已经发布了Pro/ENGINEER proewildfire6。0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。
Pro/E的主要特征有3D实体模型，单一数据库，基于特征的参数化实体建模，行为建模技术,机构设计技术，强大的装配功能，NC加工，二次开发技术。
1.3 基于Pro/E的汽车设计
随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验,从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试.同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配,零部件的强度核算与寿命预测，产品有关方面的模拟计算或仿真分析,都在计算机上进行。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计（CAD）。而Pro/E则是汽车计算机辅助设计中最重要的一种工具。Pro/E在汽车造型、覆盖件、转向机构、离合器、变速器和轮毂等方面都有较广泛的应用.
2. Pro/E在汽车造型设计中的应用
随着科技的不断进步,社会的不断发展，汽车已经逐渐成为人们生活和工作中不可缺少的运输工具。颇具个性的造型和时尚的外观是汽车给人们的第一印象，也是汽车的灵魂。然而，其外型的设计并不仅仅只是一种视觉上的艺术设计，而是在整个汽车造型设计的过程中融入了各种相关的专业知识：车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、心理学、美学等(谢萍萍 2009).汽车的造型设计已经成为整个汽车设计过程中不可或缺的关键技术之一。
20世纪后半期,计算机技术的不断发展极大的促进了各种设计软件在汽车造型设计中的应用。 Pro/E则是其中最具代表性的一款三维设计软件
2.1 设计思路
现代汽车的设计理念有很多。在纷纷复杂的社会生活的中简约式人们追求的一种生活风格，在现代汽车的设计中简约已经成为一个主题，标志品牌的206，207系列的车型简约而又美观实用。随着经济全球化的不断扩张，人们的思想理念也在不断变化，时尚便是年轻人日益追逐的理念，大众尚酷,CrossPolo都是时尚车型的典范.现代化程度的提高同时也带来了人们的反现代化的思潮，对大自然的青睐是人们不变的追逐。甲壳虫车型的复现就是一个很好的实例。
2.2 车身三维建模
计算机辅助设计为车身造型的设计提供了极大的方便.下面介绍Pro/E在车身造型的方面的应用。
首先，根据整车要求的外型尺寸，作出长方体模型的毛胚。然后对毛坯具体细节开始细化编辑，形成各部分的形状。第三,利用扫描混合拉伸项对座椅进行编辑。第四，通过拉伸及扫描混合命令，完成车轮防护罩及传输控制装置的构建。第五,车轮的构建。
最后，进行汽车的装配（谢萍萍 2009）.
2.3 模型渲染
渲染是Pro/E拥有的一个强大的设计功能.通过视图—模型设置-一渲染控制，打开渲染控制器，通过环境编辑器内的背景设置进行相应装饰和渲染（谢萍萍 2009）。
3. Pro/E在汽车覆盖件模具设计中的应用
当今，一个工业国家中，汽车制造业可以说是这个国家工业生产的支柱产业之一.而在整个汽车设计过程中，覆盖件模具的设计和制造则占了大约2/3的时间（谭永明，辛勇，王晓晖 2005).因此提高模具设计质量，缩短设计制造时间，成为各模具企业竞相追逐的目标。Pro/E则是在模具设计过程实现这一目标的最佳工具之一。汽车覆盖件模具设计标准系统由模具设计制造标准、冲压工艺过程DL图、铸造结构设计、拉深
模设计、修冲模设计、成形模设计、专家设计校正等部分组成(谭永明,辛勇，王晓晖 2005）.Pro/E在设计过程中通过建立各个设计标准及设计模块来完成整个设计过程。
反求工程也是 Pro/E在汽车覆盖件模具设计过程中一个重要的手段。反求工程开发流程如图1（陈罡,康剑莉 2003）：
4. Pro/E在转向机构设计中的应用
汽车转向梯形机构的设计在汽车设计中占据重要的地位，合理的设计可以减小车轮在转向过程当中的滑动，使轮胎的异常磨损控制在允许的范围内。车辆转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构(对于采用动力转向的车辆，还有动力系统)组成（吕明，方宗德，张国胜，颜克志，李俭波 2006）。

Pro/E的转向机构设计过程中主要为：建立理想的内、外转向轮的转角关系数学模型--——转向梯形机构的主要参数的确定-———转向梯形机构的校核.在Pro/E的应用过程中同时借助MATLAB提供线型绘图命令和函数文件编辑对相应函数进行求解.
5． Pro/E在离合器设计中的应用
离合器是汽车上能按工作需要随时将主动轴与从动轴接合或分离的机械零件。可用来操纵机器传动系统的起动、停止、变速及换向等。在汽车的整个行驶过程中离合器扮演着十分重要的作用。因此，对于离合器的设计也一直是汽车设计过程的重要组成部分。
基于Pro/E的汽车离合器的设计实际上是一个基于Pro/E的 二次开发的离合器的参数化建模过程。其过程如图2(陈国金，严小敏,陈昌，龚友平 2008）。

其参数化实现过程是：首先建立离合器零件模型的参数，之后是实现离合器模型的再生.
6．Pro/E在变速器设计中的应用
在汽车从启动加速至速度为100km/h的过程中。汽车的驱动力和车速的变化范围很大。而汽车上普通采用高转速、低转矩的活塞式内燃机，其转速和转矩的变化范围很小。只装有发动机的汽车性能是远远不能满足实际行驶状况的需要。因此，我们需要一种能够改变发动机输出转矩和转速的装置。它就是我们通常所说的变速器(徐计 2009）。
齿轮可以说是支撑变速器功能的关键部件。在现代计算机辅助设计的潮流下，Pro/E对于齿轮的设计有着独特的优势。首先建立斜齿轮的三维参数化模型。建模的过程主要是：（1）设置齿轮的基本参数，（2）绘制齿轮基本圆曲线，(3）创建齿轮齿廓渐开线,(4)创建斜齿轮的螺旋曲线，（5）创建齿廓曲线，（6)齿轮造型.之后便是要求完成齿轮的运动与仿真。其过程主要是：(1）创建齿轮连接，(2）创建伺服电动机,（3)运动分析（徐计 2009）。
在整个变速器的装配仿真过程中，Pro/E也起到了举足轻重的作用。装配仿真是利用计算机图形学和仿真技术，在计算机上模仿产品的实际装配过程，其任务就是用可视化手段研究和解决产品的可装配性问题。它将产品设计阶段产生的产品数字信息在计算机内进行虚拟实物复现，以验证产品的可装配性。在虚拟环境中，设计人员可以象实际操作一样对虚拟零件进行装配操作、建立产品装配模型、进行装配规划、检查装配过程中的干涉情况，以提高产品装配的一次成功率口。（周尔民，周新建 2006)。大多情况下，整个过程是一Pro/EGINEER作为装配的软件工具进行装配，同时以Pro/TOOLKIT作为二次开发工具进行研究。
7. Pro/E在轮毂设计中的应用
在计算机辅助设计中铝合金轮毂的设计的核心便是轮毂模具的设计和生产。无论是在汽车轮毂的重力铸造及挤压铸造过程中，模具设计是关键的过程，而模具型面复杂，几何构造图素和曲面造型独特，对此，传统的模具设计及制造方法很难满足要求.目前采用Pro／E对汽车轮毂模型实体设计以及模具设计中分模面的确定将解决这一设计难题，使得设计过程简便，快捷，可靠（陈荣,降国璋 2004)。
设计要点是：首先，进行逆向工程设计三维产品图。大体过程是（1)产品的测绘，（2）数据的处理，（3）曲面构建,(4）三维产品实体的建立。然后便是进行模具的设计:(1）产品成型工艺分析，（2）模具结构图，（3)分模(张平 2008）。
8．Pro/E在其他设计中的应用
Pro/E在汽车其他零部件的设计中也有着广泛的应用.如操纵稳定性中的应用，油管检具设计中应用,在汽车音响面板三维造型设计中的应用等等。
9。 总结
汽车设计是一个十分复杂的过程，计算机辅助设计的发展极大的简化和改进了汽车设计理论.相信随着计算机技术的不断提高，类似Pro/E的三维设计软件将会在汽车设计甚至其他工业设计中占有越来越重要的地位。
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