目錄1緒論.12設計任務.13設計理念.13.1鐘表的發(fā)展狀況.23.2鐘表的分類和基本工作原理.33.3選擇鐘表的類型.33.4確定工藝鬧鐘的元件.44實體建模.44.1工藝鬧鐘上蓋設計.44.2下蓋的繪制.94.3表盤的繪制.105鬧鐘的裝配.106運動仿真.126.1進入機構(gòu)模塊.136.2設置驅(qū)動、定義伺服電動機.136.3創(chuàng)建并運行運動分析.146.4進行干涉檢驗、結(jié)果回放及捕捉.157結(jié)束語.17致謝.17參考文獻.18附圖.1811緒論隨著機械設計行業(yè)競爭的日益加劇和CAD/CAM技術的不斷完善，三維設計技術已經(jīng)發(fā)展到了一個很高的階段，它為工程技術人員提高設計效率和產(chǎn)品質(zhì)量做出了很大的貢獻，所以現(xiàn)在Pro/E、UG、Solidworks等一系列三維CAD/CAM軟件應用日益廣泛，并逐漸滲透到產(chǎn)品設計全過程中，作為一種流行的高端三維CAD/CAM軟件，Pro/E功能強大，操作靈活，設計理念優(yōu)越1。Pro/E是美國PTC（ParametricTechnologyCorporation,參數(shù)技術公司）開發(fā)的大型CAD/CAM集成軟件，自1989年問世以來，Pro/E軟件經(jīng)歷了二十年的發(fā)展，憑借其優(yōu)越的性能，在與同類軟件的激烈競爭中占據(jù)了主導地位，成為機械設計領域主流三維設計軟件，越來越受到工程技術人員的歡迎。Pro/E軟件在工業(yè)產(chǎn)品造型設計、機械設計、模具設計、加工制造、有限元分析、功能仿真以及關系數(shù)據(jù)庫管理等方面都有廣泛的應用，是當今優(yōu)秀的三維實體建模軟件之一3。2設計任務對于鬧鐘大家都很熟悉，它已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁荒苋鄙俚奈锲?，其外觀造型多種多樣，其基本功能也就是計時和定時，從而成了上班族和學生族的必須品，隨著社會商品的不斷豐富以及人們對產(chǎn)品審美追求的日益提高，現(xiàn)在的鬧鐘除了實現(xiàn)基本功能外，設計精良的鬧鐘更是一件不可多得的房屋裝飾品。Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，在產(chǎn)品的外觀造型設計方面應用十分方便，它能將所有數(shù)據(jù)放置在單一數(shù)據(jù)庫上，即在整個設計過程中的任何一處發(fā)生參數(shù)改動，都可以反應到整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上，大大提高了設計效率4。本文將以籃球作為整體造型的鬧鐘為例，以Pro/E的實體建模、虛擬裝配、機構(gòu)仿真等功能對其進行設計，設計的具體要求為：（1）實現(xiàn)鬧鐘各零部件的設計（2）零件和部件的裝配（3）鬧鐘的運動仿真3設計理念使用Pro/E軟件進行虛擬產(chǎn)品設計總的來說有倆種設計方法，它們分別是由底向上的產(chǎn)品設計和自頂向下的產(chǎn)品設計。由底向上的的產(chǎn)品設計就是先設計好產(chǎn)品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設計方法。由底向上的設計方法是一種比較簡單、低級的方法，其設計思路比較清楚，設計原理也容易被廣大用戶接受，但是其設計理2念還不夠先進，設計方法不夠靈活，還不能完全適應現(xiàn)代設計的基本要求。這種方法主要應用于一些已經(jīng)比較成熟的產(chǎn)品的設計過程，可以獲得比較高的設計效率5。由頂向下的裝配設計與由底向上的設計方法正好相反。設計時，首先從整體上勾畫出產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)關系或創(chuàng)建裝配體的二維零件布局關系圖，然后再根據(jù)這些關系或布局逐一設計出產(chǎn)品的零件模型。在現(xiàn)實的虛擬產(chǎn)品設計中，往往都是先設計出整個產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步對產(chǎn)品進行設計上的細化直至單個零件5。由頂向下的產(chǎn)品設計方法因其設計方法靈活和修改容易等優(yōu)點，深受設計者喜愛。同時這種設計方法對設計者的要求較高，設計者不僅要熟練掌握Pro/E的各種應用技巧，而且要對產(chǎn)品有完整的構(gòu)思。本文將采用由底向上的方法進行鬧鐘的設計。3.1鐘表的發(fā)展史鬧鐘是由鐘表演化而來，公元1300年以前，人類主要是利用天文現(xiàn)象和流動物質(zhì)的連續(xù)運動來計時。例如，日晷是利用日影的方位計時；漏壺和沙漏是利用水流和沙流的流量計時。東漢張衡制造漏水轉(zhuǎn)渾天儀，用齒輪系統(tǒng)把渾象和計時漏壺聯(lián)結(jié)起來，漏壺滴水推動渾象均勻地旋轉(zhuǎn)，一天剛好轉(zhuǎn)一周，這是最早出現(xiàn)的機械鐘。北宋元祜三年(1088)蘇頌和韓公廉等創(chuàng)制水運儀象臺，已運用了擒縱機構(gòu)10。1350年，意大利的丹蒂制造出第一臺結(jié)構(gòu)簡單的機械打點塔鐘，日差為1530分鐘,指示機構(gòu)只有時針；15001510年，德國的亨萊思首先用鋼發(fā)條代替重錘，創(chuàng)造了用冕狀輪擒縱機構(gòu)的小型機械鐘；1582年前后，意大利的伽利略發(fā)明了重力擺；1657年，荷蘭的惠更斯把重力擺引入機械鐘，創(chuàng)立了擺鐘10。1660年英國的胡克發(fā)明游絲，并用后退式擒縱機構(gòu)代替了冕狀輪擒縱機構(gòu)；1673年，惠更斯又將擺輪游絲組成的調(diào)速器應用在可攜帶的鐘表上；1675年，英國的克萊門特用叉瓦裝置制成最簡單的錨式擒縱機構(gòu)，這種機構(gòu)一直沿用在簡便擺錘式掛鐘中。695年，英國的湯姆平發(fā)明工字輪擒縱機構(gòu)；1715年，英國的格雷厄姆又發(fā)明了靜止式擒縱機構(gòu)，彌補了后退式擒縱機構(gòu)的不足，為發(fā)展精密機械鐘表打下了基礎；1765年，英國的馬奇發(fā)明自由錨式擒縱機構(gòu)，即現(xiàn)代叉瓦式擒縱機構(gòu)的前身；17281759年，英國的哈里森制造出高精度的標準航海鐘；17751780年，英國的阿諾德創(chuàng)造出精密表用擒縱機構(gòu)10。1819世紀，鐘表制造業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并達到相當高的水平。20世紀，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電池驅(qū)動鐘、交流電鐘、電機械表、指針式石英電子鐘表、數(shù)字式石英電子鐘表相繼問世，鐘表的日差已小于0.5秒，鐘3表進入了微電子技術與精密機械相結(jié)合的石英化新時期10。3.2鐘表的分類和基本工作原理鐘表的應用范圍很廣，品種甚多，可按振動原理、結(jié)構(gòu)和用途特點分類。按振動原理可分為如下兩種：（1利用頻率較低的機械振動的鐘表，如擺鐘、擺輪鐘等；（2）利用頻率較高的電磁振蕩和石英振蕩的鐘表，如同步電鐘、石英鐘表等；按結(jié)構(gòu)特點可分為如下幾種（1）機械式的，如機械鬧鐘、自動、日歷、雙歷、打簧等機械手表；（2）電機械式的，如電擺鐘、電擺輪鐘表等；（3）電子式的，如擺輪電子鐘表、音叉電子鐘表、指針式和數(shù)字顯示式石英電子鐘表等。機械鐘表有多種結(jié)構(gòu)形式，但其工作原理基本相同，都是由原動系、傳動系、擒縱調(diào)速器、指針系和上條撥針系等部分組成。機械鐘表利用發(fā)條作為動力的原動系，經(jīng)過一組齒輪組成的傳動系來推動擒縱調(diào)速器工作；再由擒縱調(diào)速器反過來控制傳動系的轉(zhuǎn)速；傳動系在推動擒縱調(diào)速器的同時還帶動指針機構(gòu)，傳動系的轉(zhuǎn)速受控于擒縱調(diào)速器，所以指針能按一定的規(guī)律在表盤上指示時刻；上條撥針系是上緊發(fā)條或撥動指針的機件10。鐘表要求走時準確，穩(wěn)定可靠。但一些內(nèi)部因素和外界環(huán)境條件都會影響鐘表的走時精度。內(nèi)部因素包括各組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計、工作性能、選用材料、加工工藝和裝配質(zhì)量等。例如，發(fā)條力矩的穩(wěn)定性，傳動系工作的平穩(wěn)性，擒縱調(diào)速器的準確性等都影響走時精度。外界環(huán)境條件包括溫度、磁場、濕度、氣壓、震動、碰撞、使用位置等。例如，溫度變化會引起鐘表內(nèi)潤滑油和擺輪游絲性能的變化，從而引起走時性能的變化；濕度大會引起部分零件氧化和腐蝕等等。3.3選擇鐘表的類型在現(xiàn)在講求分秒的快節(jié)奏生活中，鐘表成為生活中必不可少的角色，對于鐘表人們不但看重它的功能，但同時也很追求它的外觀造型，一個造型完美的鐘表可以成為自己臥室里的一道亮麗風景，本文以工藝鬧鐘為例進行研究，鬧鐘是鐘表的一種，它除了計時以外，還有定時的功能，可以在設定的時間到達時叫醒主人。所謂工藝鬧鐘就是一種外觀設計精美別致的鬧鐘，外觀酷似一中工藝品。它的形式多樣，外觀精美，在現(xiàn)在的鐘表行業(yè)中占據(jù)重要地位。下面以籃球作為整體造型的鬧鐘為例，介紹使用Pro/E進行產(chǎn)品設計的一般過程。43.4確定工藝鬧鐘的元件由于該設計只注重鬧鐘的外觀造型，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設計本論文不作介紹，現(xiàn)將鬧鐘外觀零件以結(jié)構(gòu)圖形式表示，如下圖1所示。4實體建模三維實體建模是Pro/E中最富有特色的一個部分，它具有強大的功能。相對于二維草繪來說，三維建模涉及的知識面更加廣泛，其理論知識更加豐富。其建模方式最常用的就是基于特征建模和參數(shù)化設計建模?；谔卣魇侵赣脩艨梢酝ㄟ^定義特征來創(chuàng)建零件，這些特征包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、打孔、切削和倒角等，應用十分方便。本設計主要應用基于特征建模的方式來進行實體建模16。4.1工藝鬧鐘上蓋設計鬧鐘上蓋外形為一籃球，因此上蓋的設計實際上就是籃球的設計，首先使用曲面的方法為籃球表面造型，包括造出下凹的條文，接下來將曲面實體化，在模型內(nèi)部再使用拉伸、旋轉(zhuǎn)等方法進一步創(chuàng)建其他特征。具體設計過程如下:（1）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)曲面在Pro/E的三維建模環(huán)境下，單擊按鈕打開設計圖標板，在圖標板中單擊按鈕打開參照面板，單擊其中的按鈕打開草繪對話框，選者基準平面TOP作為草繪平面，其他設置接受系統(tǒng)缺省參數(shù)，單擊按鈕進入二上蓋下蓋鏈接附件表盤表針螺釘支撐桿燈泡圖1工藝鬧鐘結(jié)構(gòu)圖工藝鬧鐘5維草繪模式，繪制如圖2的旋轉(zhuǎn)剖面，完成后單擊按鈕，退出草繪模式。完成以上操作后，在旋轉(zhuǎn)圖表中按照如圖3所示設置特征參數(shù)，完成后單擊按鈕，生成如圖4所示的旋轉(zhuǎn)曲面特征。（2）創(chuàng)建下凹條紋創(chuàng)建本特征時主要應用掃描和合并功能。首先利用草繪工具繪制如圖5