CAD课程设计说明书us迷你风扇.docx

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CAD课程设计说明书us迷你风扇

華南農業大學

课程设计说明书

USB迷你风扇设计及加工

陆浩华

201030510617

指导老师夏红梅

学院名称工程学院专业及班级10机制6班

提交日期2013年6月答辩日期2013年6月

一、课程设计目的及基本要求……………………………………………………2

1.1课程设计目的………………………………………………………………………2

1.2课程设计要求………………………………………………………………………2

二、CAD设计部分………………………………………………………………...2

2.1风扇后盖的设计……………………………………………………………………2

2.2转子的设计………………………………………………………………………….6

2.3风扇前盖的设计……………………………………………………………………7

2.4支架的设计…………………………………………………………………………8

2.5扇叶的设计…………………………………………………………………………8

2.6总装配图……………………………………………………………………………9

三、CAE工程分析部分……………………………………………………………10

3.1问题分析…………………………………………………………………………….10

3.2确定问题的范围…………………………………………………………………….11

3.3建立有限元模型……………………………………………………………………..11

3.4实体单元参数设置…………………………………………………………………..11

3.5划分网格…………………………………………………………………………….12

3.6定义边界条件……………………………………………………………………….13

3.7加载荷和求解……………………………………………………………………….13

3.8结果查看…………………………………………………………………………….15

3.9结果分析…………………………………………………………………………….16

四、CAM部分………………………………………………………………………16

4.1分析零件结构、工程图要求，划分工序...................................................................17

4.2工件毛胚制定...........................................................................................................17

4.3利用PRO/E软件数控加工模块进行演示.................................................................17

五、参考文献………………………………………………………………………20

六、设计总结、意见及建议………………………………………………………20

一、课程设计目的及基本要求

1．1课程设计目的

随着CAD/CAE/CAPP/CAM技术的不断发展，其应用领域越来越广泛。

为了使学生更好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相关技术在设计及实际加工中的应用，特设计本课程设计。

本课程设计知识覆盖面广，涉及到机械制图学、机械工程材料、机械设计、制造基础、模具设计及制造、数控加工工艺学、三维设计软件、工程设计美学、人机工程学等专业基础理论课的知识，以及产品装配的实践能力。

通过本课程设计，学生能够熟悉应用所学知识结合先进的CAD/CAE/CAPP/CAM软件解决工程实际问题的方法，初步掌握零件设计，模具设计及加工的方法和步骤，培养严肃认真的科学态度，提高对所学知识综合运用的能力，培养团结协作精神，为走向工作岗位奠定基础。

1．2课程设计要求

设计产品，应用CAD/CAE/CAPP/CAM相关软件完成产品零件设计，同时确定合适的工程材料，把各零件按照设计及运动要求进行装配，并对关键结构零部件进行工程分析校核。

分析各个零件，确定需要进行机床加工的零件，建立加工模型，编排加工工艺，确定加工参数，完成模拟加工。

【或者零件装配完成之后，设计型芯、型腔，完成模具的加工】。

要求设计的产品具有可装配性、宜人性和可加工性。

二、CAD设计部分

USB迷你风扇采用SolidWorks建模。

2.1风扇后盖的设计

风扇后盖模型主要运用了实体和曲面建模的综合知识。

从建模的过程来看，首先大量使用了拉伸特征建立整体结构，接着运用镜像和切除等特征进行模型的局部修改。

其结果如下图所示。

1．利用旋转、抽壳等特征创建底座基础面。

2．建一个参考面，利用拉伸特征建盖子的结合面。

3．利用扫描、圆周阵列创建格栅。

4．利用拉伸特征创建转子基座。

5．利用拉伸、镜像特征创建连接支架的支撑耳。

2.2转子的设计

转子模型主要运用了拉伸和切除特征的综合知识。

结果如下图所示。

1.拉伸底座

2．拉伸凸台、切除螺孔。

2.3风扇前盖的设计

风扇前盖模型主要运用了旋转、拉伸、切除、扫描、阵列等特征。

其结果如下图所示。

1.旋转、抽壳

2.拉伸与后盖的结合面。

3．扫描、阵列格栅。

2.4支架的设计

支架的模型主要运用了扫描和镜像的特征建模综合知识。

且结果如下图所示。

2.5扇叶的设计

扇叶模型主要运用了曲面建模的综合知识。

从建模的过程来看，大量运用了曲面的旋转、剪裁、缝合、阵列、加厚等特征。

其结果如下图所示。

2.6总装配图如下图所示。

三．CAE工程分析部分

USB迷你风扇的旋钮需要经常承受扭矩，本部分选用此旋钮进行CAE分析，对其所受的静力模型进行简化，运用ANSY软件中的静力分析对其进行分析。

最后对得到的结果进行讨论。

3.1问题分析

旋钮的模型如图1所示，它是一个盘类零件，底面通过与风扇底盖配合、嵌入其中，整个零件的受力部分主要来自旋钮上扳手的扭矩。

以工程的常识进行初步估计，可以得出其也是零件结构的弱点所在。

所以在利用ANSYS分析时主要是看这两个支撑部分的受力情况。

基于以上的分析，为了分析过程中简单，数据运算量小，本文对零件的模型进行简化，如图2所示。

图1

图2

3.2确定问题的范围

对于问题有了初步的了解之后，进一步要弄明白问题涉及的领域，即确定问题的范围。

对于本问题，可以很容易地看出来，这是一个力分析的过程。

由于动力分析过于复杂。

所以本文对零件只进行静力分析。

零件的材料是塑料，又由于在实际当中，没有哪种材料的应力应变关系是完全遵循线性关系的。

所以此处选择材料为非线性。

查ANSYS使用指南，可知规定的非线性材料的特性是：

塑料是永久的，不随时间变化而变形，蠕变也是永久的，随时间变化而变形的。

3.3建立有限元模型

由于零件已经有建立好的SolidWorks模型，所以可以利用标准格式数模型型文件导入的方法在ANSYS中建立有限元模型。

3.31建立“.x_t”格式模型文件

本文通过SolidWorks2012软件建立模型文件，并把文件保存为副本，其模型数据格式为“.x_t”。

3.32打开ANSYS软件，读取x_t格式模型文件

执行UtilityMenu<

CAD模型导入ANSYS后的效果如左图所示。

接着执行PlotCtrls<

3.4实体单元参数设置

3.4.1定义单元类型

本模型是三维的实体，执行MainMenu<

3.4.2定义材料属性

零件的材料为塑料，为ABS,由机械设计手册查得其弹性模量为EX=1.76E9、泊松比为0.35。

定义材料的弹性模量和泊松比：

执行MainMenu<

如下图所示。

3.5划分网格

本文采用自由网格划分功能对几何模型进行划分。

首先要设置网格的大小，执行MainMenu<

接着进行网格划分。

执行MainMenu<

结果如图所示。

至此，完成了ANSYS对三维结构的自由网格划分。

3.6定义边界条件

该处选用面加载方式施加固定边界条件，定义下表面为固定边界条件。

执行MainMenu<

在弹出的选择约束所有的自由度，即AllDOF；通过VALUE定义自由度为0.单击OK，完成了边界条件的施加，如下图所示。

3．7加载荷和求解

3.7.1施加分布载荷

执行MainMenu<

结果如下图所示

3.7.2求解

执行MainMenu<

3.8结果查看

执行MainMenu<

执行MainMenu<

3.9结果分析

从ANSYS分析结果的结构变形云图可以看出，零件在受力的作用下变形主要产生在支撑板部分，特别是在中间部分变形时最大的。

从当量应力云图中也可以看出，最大应力出现在两个角上，并且在圆面一下结构的当量应力大部分都较大。

这将指导我们在设计零件时要特意去关注此处的结构，考虑改变其结构，以减小其应力。

四、CAM部分

风扇的是大批大量生产的产品，但在制作样品时需要利用机床进行加工零件，所以本文在加工部分，选取旋钮利用PRO/E软件的数控加工板块的功能进行机械制造的演示，旋钮的三维模型如图所示。

4.1分析零件结构、工程图要求，划分工序

旋钮外形是一个轴类零件，轴上开两个槽，其加工工序为用铣床采用槽腔加工成型。

4.2工件毛胚制定

查看零件的工程图，可以了解到，零件的外形大小为，最大外径为16，长度为15，所以为了制造的方便可以选用外长为16，宽未16，高未15的长方体作为毛坯。

4.3利用PRO/E软件数控加工模块进行演示

在利用PRO/E软件进行制造加工演示时的主要步骤有：

1、建立加工模型；2、选用机床等设备；3、选择定义切削刀具；4、选择加工方法；5、设置加工参数；6、刀具路线规划；7、刀位文件生成；8、刀具轨迹仿真；9、刀位文件后处理；10、NC代码生成。

1、新建一个文件，选择制造类型，命名为“旋钮”。

2、引人参照模型，由于零件模型已经建好了，所以直接在制造模型中选择装配——参照模型，选取零件”xuanniu”。

3、创建工件，由于本工件用的是长方体料，结构相对简单，可以自动生成。

参照模型和创建的工件装配后的结果如图所示。

4、制造设置

在制造设置——操作——机床设置，设置机床为铣床MACH01。

选定机床坐标，并在切削工具中设置刀具的参数，具体如图所示。

5.选用铣削类型

步骤—腔槽加工—设置刀具类型等，如图所示。

6.设置铣削的参数，如图所示。

7、铣削在屏幕上的演示结果和NC检测如图所示。

五、参考文献

[1]丁淑辉，曹连民.Pro/EngineerWildfire4.0基础设计与实践[M].北京：

清华大学出版社，2008.

[2]李建雨.CAD/CAM/CAE原理[M].北京：

电子工业出版社，2006.

[3]殷国富，陈永华.计算机辅助设计技术与应用[M].北京：

科学出版社，2000.

[4]张胜民.基于有限元软件ANSYS7.0的机构分析[M].北京：

清华大学出版社，2003.

六、设计总结、意见及建议

本次课程设计我选择了USB迷你风扇，因为可以利用到老师所给课件上的一些图纸数据，设计起来比较方便，虽说挺多零件都是照着图纸画的，但也有渗入自己的想法，在某些零件上进行改造，设计方向小巧可用以及整体美感等。

感觉自己具备的专业知识技能还不够，有时很难把自己较为新颖的设计想法通过模型体现出来。

因为之前学的制图软件SolidWorks、Pro/e和分析软件ANSYS都是比较基础的，在本次课程设计中，我不断求教同学，幸好同学也比较乐意帮助，这才使自己的迷茫无力感慢慢消失。

然而即便如此，时间上的不足让我也只能选择一些比较简单的零件进行模拟加工制造与分析，最后勉强完成了老师所布置的任务。

整体上感觉，这次课程设计是挺辛苦的，归结原因是课程知识学得不够，一来《机械CAD/CAE/CAM》这门课程的学习时间比较少；二来教室的电脑设备又陈旧落后，上课人数又多，闹哄哄的；三来上课是双语教学哇，所以上课的时候有时会分神，甚至提不起兴趣来，当然这也与自身的自制力有关。

不过在这段时间的补充学习下，我能够逐一解决遇到的问题，得到比较满意的结果，这一点是非常令人欣慰的，也让我肯定了自己的学习能力。