利用Pro/E软件的参数化功能实现了单槽V型带轮的实体建模，同时应用其内在的Mechanica模块对建立的参数化模型进行仿真和有限元分析，生成应力条纹图，并对带轮的部分参数进行了优化设计，使得带轮的最大内应力减小。

　　在产品的设计和开发过程中，绝大部分产品具有相同或相近的结构，而改变某些设计参数将对整个产品的综合性能产生很大的影响。在传统的机械设计中，设计人员通过估算初始参数，经过设计计算和校核，如不满足设计和使用要求，则根据经验修改，再次校核，直到满足要求为止，无论在时间还是在经济上都是很大的浪费。Pro/E软件的参数化设计理念为产品设计的动态开发提供了可能，首先根据设计要求设计产品结构，给出初始参数，对其进行实体建模，通过添加约束和载荷，对产品受力情况进行分析仿真。然后对设定模型进行灵敏度分析，以便确定优化设计目标，对分析结果优化处理，以达到最优的设计结果。

1、带轮的结构设计

　　带传动是通过中间挠性件皮带传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合，与齿轮传动相比，具有结构简单，成本低廉的优点。带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成：轮缘是带轮的工作部分，制有V形轮槽;轮毂是带轮与轴的联接部分;轮缘与轮毂则用轮辐(腹板)联接成一整体。

　　V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种形式：1)实心带轮;2)腹板带轮;3)孔板带轮;4)轮辐带轮。

　　根据带速和传递功率要求选用普通V带传动，考虑减轻带轮重量和便于安装等因素，带轮的结构选择孔板式，根据设计要求带轮基圆直径选为140 mm，孔径为35 mm，沿圆周方向均匀分布4个大小相同的孔结构，图1为带轮的实体建模结果。

2、带轮的仿真和有限元分析

　　Pro/E的网格划分采用H 方法，其特点是划分的网格为四边形，单元较大，但其边界条件的拟合效果很好，不仅计算准确，而且节省计算时间，而其他的软件一般采用P 方法进行数据拟合，花费的计算时间很大，还需要很大的内存空间，图2 为带轮的有限元网格划分。

3、结果分析

　　从优化后的带轮有限元分析的应力条纹图中，可以看出最大弯曲应力为28.8 MPa，较初始参数下的应力有所减小，因此，计算机模拟分析的结果证明了采用优化设计模型可以有效地减小弯曲应力，而这种优化设计分析的方法要比传统的设计计算的方法更加省时、省力。

　　以盒子零件为例，介绍了应用Pro/E 软件进行产品三维建模和模具设计的流程。同时，详细讨论了在Pro/E的模具模块创建分型面的四种方法，以及模具的开模仿真与装配的具体过程。结果反映了应用Pro/E 软件进行模具设计的优越性。

　　Pro/E 作为一款功能强大的CAD/CAM/CAE 应用软件， 为用户提供了一套从设计到制造的完整的解决方案。Pro/E 广泛应用在机械设计与制造、模具、家电、玩具、电子、汽车、造船、工业设计等行业，可谓是全方位的3D 产品开发软件。因此，其广泛受到众多设计者的青睐。本文以盒子零件为例， 阐述应用Pro/E 软件进行三维建模和模具设计的全过程。

1、盒子结构分析与三维建模

　　盒子结构较为简单，属于壳体类零件，其外观质量要求较高，不得有裂痕、缺口及明显变形。盒子零件的薄壁结构以及所有转角处的圆角造型等均满足了压铸件设计的基本要求。针对盒子零件的设计，在建模设计方面， 可以通过Pro/E 软件的零件模块来实现，主要通过拉伸、倒圆角和抽壳等命令即可完成，其三维零件模型如图1 所示;在模具设计方面，则可以通过Pro/E 软件的模具模块来实现， 遵循模具设计的流程，通过创建合理的分型面，分割体积块抽取凸、凹模零件即可完成。

图1 盒子零件模型

2、盒子压铸模具的设计

　　2.1、模具设计流程

　　利用Pro/E 软件进行模具设计的基本流程为：

　　①新建一个模具设计文件，进入模具设计环境;

　　②调入参考模型零件，也就是盒子三维建模零件;

　　③设置收缩率，选择“按尺寸收缩”，比率取0.005;

　　④利用自动方式创建工件;

　　⑤创建分型面;

　　⑥分割模具体积块;

　　⑦抽取模具元件;

　　⑧创建浇注系统;

　　⑨模架设计。

　　2.2、分型面的设计

　　分型面的创建在模具设计中起着至关重要的作用。分型面与铸件的形状和尺寸，在模具中的位置和方向密切相关。分型面确定后， 将对整个模具结构，铸件质量产生很大的影响。

　　Pro/E 的模具模块提供了四种创建分型面的方法， 包括拉伸方法生成分型面、复制方法生成分型面、阴影曲面法和裙边曲面法。接下来，针对盒子零件，分别阐述应用这四种方法创建分型面的过程。

　　(1) 拉伸方法创建分型面。拉伸方法是曲面生成中常用的方法，主要用于简单平面零件的分型面，其难点是确定分型面的位置， 而分型面的具体生成则比较简单。首先，单击“模具/ 铸件制造”工具栏中的“分型曲面”命令按钮，进入到创建分型曲面模式;然后，单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”命令按钮，进行草图绘制，创建拉伸特征;最后，获得如图2 所示分型面。

图2 拉伸方法生成的分型面

3、结论

　　(1) 通过本例可以看出，Pro/E 软件集三维建模、模具设计和模架装配等功能于一体，大大缩短了模具设计的时间，节约了设计成本。

　　(2) 在模具模块中，Pro/E 软件提供了四种不同的分型面构建方法，生成的分型面各不相同，但最终的开模效果是一样的。这使得模具设计人员在面对不同的参照零件时，可以灵活选择分型面构建方法，以方便设计。

　　阐述了牛头刨床导杆机构在Pro /E 环境中建模和ADAMS 环境中运动仿真过程。通过对机构中滑枕的速度和加速度曲线分析，说明了滑枕在工作阶段运行平稳，返回阶段速度较快。分析了导杆的摆角曲线，计算了机构的行程速比系数，说明了机构存在急回特性。另外分析了驱动的平衡力矩和功率曲线，结果表明，由于返回阶段速度较快，所需的驱动力矩及功率的损耗相应增加，运动参数符合刨床的工作特点，机构设计合理。

　　近年来，虚拟样机技术在国内外得到了快速发展，通过建立虚拟样机，能够模拟产品在真实环境下的各种运动学和动力学特性，并根据仿真结果优化产品的设计方案，避免了传统设计中物理样机的反复制造、修改过程，大大缩短了开发周期，降低了研发成本，提高了面向客户与市场需求的能力。

　　利用虚拟样机进行仿真设计，所涉及的领域比较广，可以支持以保证和提高产品性能为主旨的各种工程分析，支持不同领域的人员同时对同一个虚拟样机进行测试、分析，从而将许多潜在的产品设计隐患和缺陷消灭在设计初期阶段，因而可以大幅度提高产品的质量。

　　本文采用Pro/E 对某牛头刨床导杆机构进行了三维CAD建模，并导入到虚拟样机分析软件ADAMS中，进行运动学仿真分析。

1、基于Pro/E 的CAD 建模

　　ADAMS 本身具有一定的三维CAD 建模能力，但对于牛头刨床导杆机构这样具有复杂外形与构造的机械来说，则建模能力有限且过程比较复杂，因此需要由Pro /E 的专业CAD 软件协助建模。对于导杆机构虚拟样机的CAD 建模，主要是利用Pro /E 中的拉伸、旋转、扫描等操作建立零部件三维实体模型，力求形状圆滑美观逼真。同时考虑到仿真研究的需要，对不是特别重要的图形，则尽量简化，如取消过渡圆角等非关键性信息，完成了滑枕、滑块、导杆及齿轮等各零件的建模。

　　机构传动过程由斜齿轮转动带动摇杆作往复摆动，导杆带动滑枕作往复直线运动。装配完成的虚拟样机应该有一个自由度，所以在装配时应根据运动形式选择“连接”约束方式，如销钉、圆柱、球、滑动杆等。本次装配采用了2 个转动副、1 个移动副和1 个圆柱副，具体装配方法为: 滑枕和摇杆、方滑块和斜齿轮之间的相对运动副为转动副，可以选择销钉( pin) 连接约束方式; 方滑块和摇杆之间的相对运动副为移动副，可以选择滑动杆( slider)连接约束方式; 圆滑块和摇杆之间的相对运动副为圆柱副，可以选择圆柱( cylinder) 连接约束方式; 其他辅助零件采用刚性连接中的“匹配”和“对齐”约束。这样就成功装配完成了导杆机构的CAD模型，如图1 所示。

　　利用Pro /E 干涉分析功能进行干涉检查，避免了该模型导入ADAMS后因机构出现问题而必须返回Pro /E 环境重新修改的重复工作。

2、建立虚拟样机

　　由于Pro /E 与ADAMS 是分属2 家不同公司开发的软件平台，从功能以及程序内核等多方面来看，各自的数据都很难为对方识别。要将Pro /E格式的三维实体模型导入ADAMS 环境中，必须利用Pro /E 和ADAMS 的接口软件Mechanism/Pro2005，采用无缝连接的方式，用户不必退出Pro /E 应用环境，即可将导杆机构装配体中的零件定义为刚体，添加一些简单的约束后，将模型导入到ADAMS 环境中。重新定义各零件的材料属性等，软件会自动计算质心、转动惯量等质量信息，此外还要进行如下模型完善工作:

图1 导杆机构的CAD 模型

　　a. 为保证机构运动的准确，取消原先设定的约束。

　　b. 依据机构运动关系，在构件之间重新添加约束，原动件添加驱动。

　　c. 使用模型验证工具检查错误，包括不恰当的连接和约束、没有约束的构件、样机的自由度等内容。

　　通过上述操作对模型进行进一步的完善，建立了导杆机构的虚拟样机模型( 如图2 所示) 。

图2 导杆机构虚拟样机模型

4、结束语

　　本文通过对导杆机构中滑枕的运动曲线分析，说明了在工作阶段滑枕的速度值变化平缓，加速度较小，所需的驱动力矩和功率损耗基本恒定。而返回阶段则相反，速度变化剧烈且所需驱动力矩和功率损耗大幅增加。根据所测量导杆摆角的最大值，可计算出机构的行程速比系数大于1，证明机构存在急回特性，机构仿真的结果与牛头刨床的切削特点相符合，本次设计具有较好的可靠性利用虚拟样机技术对机构的运动进行仿真并分析相关参数，无需制造物理样机即可验证产品设计的正确性，从而大大缩短了设计周期。另外，还可根据不同的工作要求进一步对机构进行改进设计，推进同类产品的模块化和系列化。

　　依据实际工程需要，为满足电缆的三维快速布局并减少人为因素在三维设计中可能造成的失误因素，对电缆三维设计软件进行了二次开发，为实现电缆三维设计的高效率、高质量、高精度以及电缆三维制造进行了探讨。

1、引言

　　随着信息技术的发展以及航天器产品任务的增多，对电缆的设计制造也提出了更高的要求。传统的电缆设计是在二维展开布局图中进行电缆走向设计，设计效率低，电缆长度误差较大，对电缆通道中的干涉情况较难检查，而且设计过程中容易出现人为错误;虽然现在的很多三维设计软件已经具有了较强的电缆三维设计模块，但设计过程不是很人性化，设计过程中的工作量也并未减少，未体现三维设计的优势。

　　本文主要针对以上问题，对Pro/E软件提出二次开发，提高载人航天器的电缆三维设计效率，实现电缆的快速布线和指导三维下厂生产。

2、电缆三维协同设计方案

　　为提高电缆设计效率及设计质量，载人航天器电缆设计模式由二维转变为三维数字化的方式，并由三维数字化模型指导电缆的生产和制造，电缆三维设计基于Pro/E及Intralink平台，实现设计师与设计师之间、设计师与制造工艺之间、设计师与总装工艺之间的在线协同工作模式，工艺设计师提前介入电缆三维数字化设计过程中。

　　根据载人航天器构型以及三维模型体系的特点，对Pro/E软件的电缆设计模块进行了二次开发工作，减少电缆设计过程中的工作量，提高设计效率，其主要体现的特点如下：

　　a. 将电缆连接关系通过Excel表格的形式转入到Pro/E电缆模块中，无需专业的电气连接原理图，大大减少设计者工作量，并减少设计失误率;

　　b. 电接插件实现自动装配及指定功能;

　　c. 电缆设计过程中，系统根据电缆连接关系表，自动匹配起始点并根据指定电缆路径进行布局;

　　d. 电缆设计完成后，可以利用软件导入的电缆分支关系表格，自动对电缆的连接关系进行校核，无需设计人员再次参与手工校核，大大缩短了设计时间，并避免设计过程中的人为失误;

　　e. 根据电缆接点关系中的导线信息，对电缆直径进行计算和赋值，使电缆三维设计结果与实物电缆直径相近，在数字化设计过程中即可检查电缆设计主通道及布局的合理性;

　　f. 利用三维电缆进行下厂生产，工厂生产及工艺人员能够更加直观地提前看到生产后的电缆的状况，减少生产失误，同时可以在生产过程中提前将有转弯半径要求的电缆焊接好，避免实际弯曲时造成局部电缆的挤压和扭曲。

6、结束语

　　基于Intralink 协同设计平台，设计师可以根据任务分工，同时对不同舱段进行电缆三维设计，并实时交流，提高设计效率和质量;设计输入采用电子导入表格的形式，不需对输入进行二次加工，杜绝低级错误的增加;设计过程中，软件根据电缆分支起始点，自动识别三维模型中相应设备上的电连接器，省去设计人员的手动寻找，大大降低工作量并减少设计失误;采用电缆三维模型直接下厂生产，更加直观，电缆分支长度更加精确，减少器上电缆重量和占用空间。

　　综上所述，通过实际工程需要和Pro/E 软件的实际建模经验，对电缆三维设计模块进行二次开发后，能够极大提高电缆设计效率和质量，满足载人航天器三维数字化设计的需求。

　　文中根据从动件的运动要求，建立了凸轮轮廓曲线的数学模型，用Pro/E 建立凸轮轮廓曲线，从而建立凸轮的三维模型，然后使用此三维模型进行凸轮的平衡设计。基于Pro/E 的凸轮优化设计方法，在满足凸轮的使用要求、保证性能的前提下，可以设计出重量最轻的凸轮，同时节省设计时间、减小设计难度，是对传统设计的重大改进。

引言

　　凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。由于凸轮机构可通过合理设计凸轮曲线轮廓，推动从动件实现各种预期的运动规律，因而在内燃机和各种自动化机械中得到广泛应用。

　　运用解析法建立凸轮轮廓曲线的数学模型

表1 对心凸轮原始数据

结语

　　综上所述，在设计凸轮机构时，可根据从动件的运动要求，建立凸轮轮廓曲线的数学模型，然后用Pro/E建立凸轮轮廓曲线，从而建立凸轮的三维模型，为凸轮下一步的CAD/CAM 提供了便利。在进行凸轮的平衡设计时，首先要算出重心，对于曲线轮廓的凸轮，如果是手工计算，要使用重积分，繁琐而且容易出错。基于Pro/E 的凸轮优化设计方法，在满足凸轮使用要求、保证凸轮使用性能的前提下，可以设计出重量最轻的凸轮，同时节省设计时间、减小设计难度，是对传统设计的重大改进。