基于PROE的抽油机部件的三维实体仿真设计.docx

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基于PROE的抽油机部件的三维实体仿真设计

无绳电话的三维实体仿真设计

作者姓名：

张丁丁

专业名称：

机械设计与制造

指导教师：

郑菲讲师

摘要

公元1876年贝尔发明了电话，在一个多世纪的岁月里，电话通讯服务已经成为了国家建设、人民生活不可缺少的一部分。

1987年中国移动通信集团公司开始运营900MHz模拟移动电话至今也已近20年，在这期间国内手机业务得到了飞速的发展，众多国产手机品牌群雄逐鹿，移动运营商也做好了一切准备迎接3G时代的到来。

回顾手机发展的过程，无论从造型还是功能都有了翻天覆地的变化。

手机的发展也是经过了一次又一次的变革，才形成了如今多样化的造型，多样化的功能。

集成技术的发展，集成度的不断提高，使计算机得以微型化，因此出现了微机。

PRO/ENGINEER是美国PTC公司开发的软件，是目前最先进、最广泛的三维设计软件，它集单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据于一体，利用全新设计理念彻底改变了传统的MDA（MechanicalDesignAutomation，机械设计自动化）设计概念，并迅速被广大客户所接受，这种全新的理念已成为当今世界MDA领域的新标注。

本次设计就是利用PRO/ENGINEER的参数化设计理念及仿真效果绘制无绳电话的外观模型,通过绷瓷设计市作者对软件的操作熟练对建模步骤又一定的了解。

利用PRO/ENGINEER的装配模块进行仿真，这是一种基于PRO/ENGINEER的新型的、先进的零件设计与装配技术，能更好的反应设计产品的性能外观。

关键词：

Pro/ENGINEER参数化无绳电话

Abstract

Alongwiththepopularityofcomputer,mechanicaldesignhasalsoadoptedthesoftwaredrawingofmoreconvenientshortcutefficiency.Thetechnologyofcomputerutilize,isreplacingtraditionalhandworkdesignwayineachaspect.BasedonPro/E,theparameterthatrealizesgeometrymodelmeltstobuildmouldmethodandit,realizetheprinciplewholecoursethathasintroducedthedesignpartsofpumpingunit,haveexpoundedproductsplanresearchanddevelopdeveloptendency.

Throughdiscoveringforthedesignofthepartsofpumpingunitinthedevelopmentcourseofproductsplan,inaproduct,havealotofidenticalorsimilarfeatures;Orbecauseofthereasonthatrangeofproductsmeltsbeforeproductinhavehadidenticalorsimilarstructure.ForthesefeaturescanduplicatefastinPro/ENGINEERthesefeatures,so,thedesignofandoptimizationproductacceleratesgreatly.

Basedonthedesignoffeaturethatthethree-dimensionalmodellingsoftwareofPro/Ehasofferedconveniencetodesignplatform,focalpointlieinthedesigncompletionofpassingforpumpingunitforthesoftwarebasicfeatureofPro/Egrasp.

Keyword:

Pro/ENGINEER,mashinebuilding,Thepartsofpumpingunit

前言

随着全球经济和科技的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素，，促使了工业产品在市场上的竞争力日益加强，产品开发周期、生产周期的不断缩短，促使了机械制造行业的飞速发展。

传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。

计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式。

随着信息化程度日益提高。

CAE、PDM、CAPP、RE、CIMS、ERP及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等广泛应用于机械行业。

机械制造正在向着应用越来越广泛地位越来越重要的方向发展。

鉴于以上几点，我选择了设计抽油机部件作为本次毕业设计的课题。

1抽油机概述

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井。

1.1抽油机工作原理

抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。

油井内的机械解堵采油器就是利用油管柱周期性的弹性变形来产生周期性的上下往复运动，从而对地层产生抽吸挤压频繁交替变换的活塞作用。

油层内“粘连”的液滴和堵塞颗粒物受到这种频繁地抽吸力和挤压力扰动后，被迫脱离原位，最终，使不易移动的液滴开始流动，使“粘连”的堵塞颗粒物脱离油道，实现疏通油道、扩大油流增加原油产量的目的。

套环形油道，使正向单流阀下方区域形成负压区，相当于对地层产生了一个强大的抽吸力。

磕头机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，通常由普通交流异步电动机直接拖动。

其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。

在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。

上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。

然而，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。

恒速应用问题显而易见。

如抛却这些不谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。

看来，只有调速驱动才能达到最佳控制。

引进调速传动后，可根据井下状态调节抽油机冲程频次及分别调节上、下行程的速度，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。

尤其是采用变频调速既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。

尤其是油泵的寿命，减少机械故障提高可靠性.

1.2抽油机管理

一般都是划分区域,然后有一个管理站集中管理，通常只是作些检查记录以及维护等.

抽油机其实和我们平时家里自己打的水井抽水的原理一样，也是通过一个活塞拉杆（抽油杆）的抽汲作用把油抽上来，然后通过地下埋的管道送走。

唯一不同的地方就是这个拉杆的动作是通过一个电机来带动的。

抽油机目前国内有很多中形式，一般常见的就是电视上看到的那种带有一个大大的扇形铁块那种，来回运动，形象地成为“磕头机”。

也有直线电机带动的，体积小，据说节能效果好些，但是成本比较高。

抽油机这样的外形设计不是为了节能，而是从减少对电网影响的角度来考虑的，因为我们知道当抽油杆下落是，电机是不做功的，相反还有电能回溃电网，油田的抽油机比较多，这些回溃的电能是电网产生了严重的畸变，所以现在有的抽油机就带了回溃制动或者回溃逆变等多种处理方式。

2Pro/ENGINEER软件简介

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/ENGINEER2000i2。

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。

下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。

2.1Pro/ENGINEER的主要特性

（1）全相关性：

Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。

这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。

全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。

（2）基于特征的参数化造型：

Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。

这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。

例如：

设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。

（3）装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。

通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。

（4）数据管理：

加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。

为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。

数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。

（5）装配管理：

Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。

高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。

（6）易于使用：

菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。

2.2Pro/ENGINEER的常用模块

Pro/DESIGNIER是工业设计模块的一个概念设计工具，能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。

可以生成高精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和/或原型制造中。

Pro/NETWORKANIMTOR通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染，大大的加快了动画的产生过程。

Pro/PERSPECTA-SKETCH能够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。

Pro/PHOTORENDER能够很容易的创建产品模型的逼真图象，这些图象可以用来评估设计质量，生成图片。

Pro/ASSEMBLY构造和管理大型复杂的模型，这些模型包含的零件数目不受限制。

装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究，同时在整个产品中使设计意图保持不变。

附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计，有效的支持工程数据重用（EDU）。

Pro/DETAIL由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力，因而扩大了Pro/ENGINEER生成设计图纸，这些图纸遵守ANAI、ISO、DIN和JIS标准。

Pro/FEATURE允许产品设计人员创建高级特征（例如高级的扫描和轮廓混合）利用简便的设计工具，在很短的时间内就可以实现。

Pro/NOTEBOOK以“自顶向下”的方式对产品的开发过程进行管理，同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务自动分配，来增强工程的生产效率。

Pro/SCAN-TOOLS满足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。

把模型数字化，它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到Pro/SCAN-TOOLS中，因此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。

Pro/SURFACE能够使设计人员和工程人员直接对Pro/ENGINEER的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发，或者开发整个的曲面模型。

Pro/WELDINGTM参数化的定义焊接装配体中的对接要求，使用户很容易的确认焊接点，避免装配零件与焊接点之间发生干涉，在文件编制和制造中消除错误成本.

2.3Pro/E软件的建模功能

Pro/E是非常成功的CAD/CAM软件之一，是新一代的产品造型系统，是参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。

（1）建模功能

Pro/E软件的基本建模功能体现如下：

1）实体特征（倒角、壳、拉伸、自由造型等）、基本曲面特征（拉伸、合并、转换等）结合特征复制（复制、阵列、镜像几何等）功能直接画零件三维图。

2）基于装配约束及干涉检查的零件组合功能，及时修改零件设计结构的不合理以保证零件组合的协调性，并可组建设备的三维装配图。

3）实体模型自动生成工程图功能可生成三视图及任意位置的剖视图，并对视图进行标注及编辑。

（2）建模准则

了解Pro/E的建模准则，可以快速地进行产品设计，其建模准则如下。

1）基于特征的参数化造型准则

Pro/E的基于特征的参数化造型准则，即用一些基本的几何模型的构造要素（如圆角、倒角、壳体等）加入必要的参数经过叠加、相交、相切等操作形成特征，然后将特征组合形成零件，再将零件组装起来，即可实现完整的设计意图。

参数化的特点使零件造型的再设计和再修改变得方便易行，在任何时候都可以对零件的设计尺寸进行修改。

2）基于全尺寸约束的参数化模型设计准则

Pro/E系统将形状和尺寸结合起来，通过尺寸约束实现对实体几何形状的控制。

实体造型必须有完整的尺寸约束。

3）基于尺寸驱动的参数化模型设计准则

Pro/E使用尺寸来驱动特征，即通过修改尺寸可以驱动模型。

尺寸驱动可以很方便地修改模型的初步设想尺寸，从而改变模型形状，达到设计要求。

4）基于单一的数据库的全相关数据管理准则

由于Pro/E采用了单一的数据库，使得在零件设计、组装、加工制造等环节对数据的修改都可自动反映到其他各个相关环节。

系统使用统一的数据库，使零件数据管理更加容易、科学。

3抽油机部件设计

3.1缸体

（1）选择菜单栏【文件】—→【新建】命令，系统弹出如图3.1所示的对话框，选择类型为”零件”,同时取消【使用缺省建板】选项。

单击【确定】按钮。

如图1.1所示：

图1.1

（2）选择菜单栏【插入】—→【伸出项】—→【拉伸】选项，系统弹出拉伸特征面板，如图31.2所示：

图1.2

（3）如图3.3所示，选择TOP基准作为草绘平面，默认系统参照面。

如图1.3所示：

图1.3

（4）在该草绘平面上绘制两个相交的圆并标注，如图1.4所示：

图1.4

（5）将多余的剪切掉，画一等腰直角三角形与其相交并标注。

如图1.5所示：

图1.5

（6）将多余的剪切掉，倒角。

如图1.6所示：

图1.6

（7）输入深度12，点击确定。

如图1.7所示：

图1.7

（8）绘制凸垫，菜单栏中依次选择创建→实体→加材料→拉伸→实体→完成。

选择top为基准面。

长度17，宽度68，高度3。

如图1.8所示：

图1.8

（9）绘制大圆台，菜单栏中依次选择创建→实体→加材料→拉伸→实体→完成。

选择top为基准面。

直径48，高度60。

如图1.9所示：

图1.9

（10）绘制另外两个，方法同上。

分别选择大圆台和第二个圆台表面为基准面。

尺寸依次为36*4，30*6。

如图1.10所示

图1.10

（11）绘制底座，方法同上。

选择最底面为基准面。

长度73，宽度96，高度8。

如图1.11所示

图1.11

（12）绘制加强筋，方法同上。

加强筋长13，宽度15，高24。

如图1.12所示：

图1.12

（13）绘制左侧镗孔，选择插入→切削→拉伸→单侧→完成.选择最左侧圆台表面为基准面。

直径44,深度4。

再选择孔底面为基准面，直径36，深度65。

如图1.13所示：

图1.13

（14）绘制右侧镗孔，方法同上，选择最右侧小圆台表面为基准面。

直径18，深度50。

如图1.14所示：

图1.14

（15）绘制安装板上的安装孔。

圆心到中心线距离34。

方法同上。

选择凸垫表面为基准面。

直径9，深度20。

如图1.15所示。

图1.15

（16）绘制底板上的安装孔。

方法同上，选择底面为基准面。

直径18，深度2。

再选择孔表面为基准面，直径11，深度4。

如图1.16所示：

图1.16

（17）底版倒圆角。

依次选择深插入→倒圆角→简单→常数→边链→相切链。

选取要倒角的边。

尺寸输入4。

如图1.17所示。

图1.17

（18）阶梯轴倒圆角。

方法同上。

尺寸输入2。

如图1.18所示：

图1.18

（19）绘制底版凹槽。

依次选择插入→切削→拉伸→单侧→完成。

选择最底面为基准面。

长度80，宽度30，深度3。

如图1.19所示：

图1.19

（20）绘制螺纹。

依次选择插入→切削→螺纹扫描。

长度26，螺距1.5，角度60。

如图1.20所示：

图1.20

3.2填料压盖

（1）新建文件。

在该草绘平面上绘制两个相交的圆并标注。

将多余的剪切掉，倒角。

圆角半径12。

如图2.1所示：

图2.1

（2）输入深度12。

如图2.2所示：

图2.2

（3）绘制圆台。

菜单栏中依次选择创建→实体→加材料→拉伸→实体→完成。

选择top为基准面。

直径46，高度3。

如图2.3所示。

图2.3

（4）绘制小圆台。

方法同上。

选择圆台表面为基准面。

直径44，高度20。

如图2.4所示：

图2.4

（5）绘制左右小圆台。

方法同上。

选择背面为基准面。

尺寸定位如图2.5.1所示。

直径18，高度2。

如图2.5.2所示：

图2.5.1

图2.5.2

（6）绘制柱塞通孔。

选择插入→切削→拉伸→单侧→完成.。

选择圆台表面为基准面。

直径36，深度30。

如图2.6所示：

图2.6

（7）绘制螺栓安装孔。

选择插入→切削→拉伸→单侧→完成.。

选择左右小圆台表面为基准面。

直径为9，深度为20。

如图2.7所示：

图2.7

3.3柱塞

（1）绘制圆柱体。

直径36，高度80。

如图3.1所示。

图3.1

（2）绘制凸垫。

画一正方形。

居中。

长宽24，高度14。

如图3.2所示：

图3.2

（3）绘制圆台。

以正方形侧面中心为圆心画一圆，利用减材料的方法绘制，圆幅半径为14。

用同样的方法绘制腔体。

如图3.3所示：

图3.3

（4）绘制通孔，通孔直径10。

深度30。

如图3.4所示：

图3.4

（5）柱塞头倒角，倒角半径2。

选取柱塞底面倒角。

如图3.5所示。

图3.5

3.4阀体

（1）绘制阀体主体,选用拉伸功能拉伸三个圆柱体，分别为直径36，高度40；直径30，高度30；直径20，高度20。

如图4.1所示：

图4.1

（2）绘制YOZ小圆台基准面上的圆台。

直径20，高度40。

如图4.2所示：

图4.2

（3）绘制XOZ基准面上的圆台，并拉伸出两个大小圆台。

分别为直径24，高度24；直径30，高度3；直径20，高度20。

如图4.3所示：

图4.3

（4）绘制阀体下方沉头孔。

沉头直径28，沉头深度35；孔直径18，孔深度64。

如图4.4所示：

图4.4

（5）绘制阀体上方通孔。

直径12，深度30。

如图4.5所示：

图4.5

（6）绘制阀体侧面圆台的通孔。

直径12，深度50。

如图4.6所示：

图4.6

（7）绘制沟槽。

依次选择插入→切削→伸出项。

沟槽直径18，深度为2。

如图4.7所示：

图4.7

（8）绘制内螺纹。

主直径30，长度15，螺距为2，角度60。

如图4.8所示。

图4.8

（9）绘制外螺纹。

两个螺纹尺寸相同。

副直径17.5，长度18，螺距2.5，角度60。

如图4.9所示：

图4.9

3.5阀盖

（1）绘制六角螺帽。

利用旋转特征生成。

如图5.1所示：

图5.1

（2）拉伸实体。

高度为10。

如图5.2所示：

图5.2

（3）绘制圆台。

尺寸分别为直径36，高度5；直径30，高度12。

如图5.3所示：

图5.3

（4）绘制沟槽。

直径26，宽度2。

如图5.4所示：

图5.4

（5）绘制外螺纹。

螺距为2，角度60。

如图5.5所示。

图5.5

3.6上阀瓣

（1）绘制圆柱体及圆台。

选用拉伸功能拉伸四个圆柱体，分别为直径9，高度30；直径24，高度4；直径14，高度2；直径12，高度4。

如图6.1所示：

图6.1

（2）绘制凸垫。

利用创建平面方法，分别拉伸三个实体。

三个凸垫尺寸相同。

长度10，宽度2，高度8。

如图6.2所示：

图6.2

（3）绘制简单孔。

直径为8，深度10。

尖角118。

如图6.3所示：

图6.3

3.7下阀瓣

（1）绘制圆柱体及圆台。

选用拉伸功能拉伸三个圆柱体，分别为直径10，高度18；直径17，高度4；直径4，高度18。

如图7.1所示。

图7.1

（2）端面倒直角。

依次选择插入→倒角→边倒角→45xd。

尺寸输入1。

如图7.2所示：

图7.2

3.8总装配图

如下图所示：

总结

通过对抽油机部件的设计，基于Pro/engineer环境下进行抽油机部件设计。

该解决方案从产品造型设计、机械设计、加工制造、机构分析到数据库管理，彻底改变了传统的设计理念。

它更方便设计人员创建、修改和仿真分析构件，以及快速更新它们。

可以发现Pro/E在机械设计流程简明而合理。

在设计过程中，任何一环节如需要对产品进行更改，Pro/E可以自动更新过来，无需重复大量的工作。

设计完成后可以自动生成装配图。

设计完成后，可直接对前步进行修改。

通过这一系列的工作，大大地缩短了设计部件的生产周期,传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。

计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式。

通过这次设计，我学习和熟练了Pro/E软件的操作，并进一步了解了Pro/E在机械设计工作中的巨大的作用。

这次设计只是对Pro/E软件的一次简单运用，更是会有很多的不足之处，希望能在以后的学习中进一步完善对Pro/E软件的运用。

致谢

在这次毕业设计论文撰写过程中，我要感谢那些帮助过我的老师，同学以及所有曾经和现在帮助我的人。

首先要衷心地感谢我的指导教师郑菲老师！

她丰富的知识、严谨耐心的治学态度、全面的指导，对我启发颇多，收获颇丰。

特别在指导我操作的时候，即使我问了好几次的问题她都能热心的解答，很有诲人不倦的作风。

其次感谢我们系的每位老师，您们一直以来的辛勤工作和教诲使我能顺利地度过这难忘的三年，使我在综合素质提高、专业理论知识学习和实践工作能力等各方面受益匪浅。

最后感谢我的同学，是他们在我最需要帮助的时候，伸出友谊之手。