ProE三维建模的方法与原则李兵.docx

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ProE三维建模的方法与原则李兵

Pro-E三维建模的方法与原则

采用三维进行建模与设计是提高我们设计成功率与准确性，实现合理设计、科学设计、优化设计、协同设计的必要手段，也是实现PLM系统运行的前提与基础。

本文将对三维建模的方法及原则进行探讨，为三维设计提供参照和依据。

以Pro-E为例，其建模的方法与原则如下：

1.三维建模立必须足于同一平台。

这句话的意思是建模必须在同一个准则下，这样建立的平台才能调用他人的模型，或者被他人调用，从而实现准确设计，协同设计。

具体来说就是按照整车坐标系的规定原则进行建模。

整车坐标系的定义如图1：

图1整车坐标系

我们都知道三个平面相交就形成坐标系，汽车坐标系的三个方向分别定义为：

站在车体的后面向前看，以车架的上平面为TOP面，以前轴（前一轴）中心面为RIGHT面，以汽车中心面为FRONT面。

三个面相交之后形成坐标系，X、Y、Z分别定义为：

X方向指向汽车行驶的相反方向，Y方向指向汽车的右侧，Z方向垂直于XY平面向上，整个坐标系的定义符合右手定则。

2.建立骨架模型SKEL

根据整车总布置下发的设计任务联系单，确定动力总成系统在整车坐标系中的定位，从而建立SKEL骨架模型，这是实现三维建模最为关键的一个步骤。

SKEL模型建立时主要是把设计任务联系单上的有关尺寸变为整车坐标系中的坐标，也就是把尺寸语言转化为坐标语言，这些尺寸可能能够直接使用，也可能需要计算转化，因为所有的总成不一定是按照整车坐标系建立的。

另外在转化成一定要注意方向和角度。

一个正确无误的坐标总是与方向、角度和尺寸关联系来的，否则就是一个孤立的、没有任何实际意义或者作用的坐标。

建立SKEL骨架的过程中，必须保证每一个坐标都是有用的，而且可以对坐标用汉字或字母进行命名。

命名原则必须符合Pro-E的命名规则，不能使用连字符以及相应的标点符号等，但是可以使用下划线。

下面以冷却系统为例，介绍SKEL骨架模型的建立过程。

Step1.将整车总布置的语言转化为坐标语言。

从发动机定位图2可以看出，此车为850×300车架，因为一切的焦点都在前轴中心线处，所以就从此处入手，建立点、线或者面。

由图2可以看出发动机相对于车架下翼面是抬高300-175=125，此时这个面就能够建立起来，我们不妨将该面命名为ENGINE_I，它是如何实现的呢，假如我们把车架下翼面当成TOP面（冷却系统建模时，一般习惯将车架下翼面定义为TOP面，因为我们一般要分析离地间隙以及车辆通过性等等，这个其实是无所谓的，你只要知道原则就行了），那么以TOP面为基准，向上平移125即可，非常简单，如图3所示。

图2发动机定位图

图3ENGINE_I

建好了ENGINE_I之后，我们在回过头来分析一下图2，也就是发动机定位图，我们会看见2°50｀，如何体现这2°50｀，也近似为2.833°呢？

很显然以RIGHT与ENGINE_I两面相交做一条旋转轴，命名为AXIS_ENGINE，如图4所示。

图4AXIS-ENGINE

根据RIGHT和AXIS_ENGINE，向后旋转2.833°，建立ENGINE_II面，如图5所示。

图5ENGINE_II

建立缸体后端面ENGINE_III，将ENGINE_II面向后移动，或者是向X坐标正方向移动278即可，如图6所示。

图6ENGINE_III

根据ENGINE_III和AXIS_ENGINE，建立ENGINE_IV，如图7所示。

图7ENGINE_IV

在上述建模过程中，我们既建立了轴线，又建立了各种我们需要的面，根据我们之前建立的ENGINE_III面、ENGINE_IV面以及FRONT面，我们可以在发动机缸体后端面处建立起一个坐标系，命名为：

坐标_发动机缸体后端面，如图8所示。

图8坐标_发动机缸体后端面

将坐标_发动机缸体后端面向后，即向着X的正方向往后移动一个飞轮壳的厚度尺寸，形成一个新的坐标，对于此项设计而言，WP7飞轮壳的厚度为150.9，所以X方向向后移动，即正向移动150.9即可，命名为：

坐标_发动机飞轮壳后端面，具体如图9所示。

图9坐标_发动机飞轮壳后端面

至此，建立SKEL模型的第一步已经完成。

Step2.根据发动机协议将相关接口坐标转化到整车坐标系中。

我们在进行建模分析以及具体设计时，只有正确认识和把握坐标才能够实现精确设计。

对于冷却系统而言，与发动机对接时，有关的几个坐标为：

发动机进水口、发动机出水口、发动机进气口、增压发动机压气机出气口、风扇的相关参数（相对位置、外廓直径、投影宽度等）。

仍以SX1161DL461WP7国Ⅳ车型设计为例，将发动机的各个坐标口通过计算，转化到整车坐标系统中。

发动机技术协议里面有这样一句话很重要：

为方便说明，以曲轴中心线与机体后端面交点为原点，朝向曲轴自由端为X轴正向，面对飞轮壳右向为Y轴正向，垂直向上为Z轴正向。

这个定义显然与整车坐标系的定义是稍稍有区别的，作为整车设计或者是动力总成系统设计时，需要把发动机的各个坐标口转化一下即可。

转化过程如下：

增压器压气机出气口接管外径Φ80，管口中心坐标（1346，-255，535），转化到整车坐标系中，其坐标为（-1346-150.9，-255，535），即为：

（-1496.9，-255，535），由此可见只要变化X坐标即可，150.9为WP7国Ⅳ发动机飞轮壳的厚度，由于整车坐标系中，X向后为正，与发动机定位方向正好相反，所以转化时取负值，为-150.9。

同理，发动机进气管口中心坐标为（1085，-119，577），转化为（-1235.9，-119，577）；柴油机进水口中心坐标（926，191，43），转化为（-1076.9，191，43）；柴油机出水口中心坐标（907，-10，516.5），转化为（-1057.9，-10，516.5）。

发动机自带吸风式Φ596mm电控恒温风扇，固定在水泵上，风扇前端面距离飞轮壳后端面1417mm，建立一个风扇前端面的面即可，把其命名为：

风扇前端面。

这样关于发动机定位部分以及发动机上的有关坐标或者位置的相关参数都已经转化到整车坐标系统当中了。

相对于整个冷却系统的设计而言，工作进展到这一步，已经完成30%，不要小看这30%，它是三维设计的前提与基础。

下面再根据驾驶室抬高的程度，整车总布置对于冷却模块离地间隙以及通过性的要求，冷却模块当中水箱后端面距离风扇前端面的距离要求（一般以50-120为最佳），中冷器（考虑到冷凝器）距离驾驶室前横向稳定杆的距离，冷却模块距离驾驶室左右间隙等等因素，确定冷却模块在整车坐标系统中的定位。

这一部分的定位原则详见编制的《冷却系统设计规范》。

基于上述工作，建立的SKEL骨架模型如图10：

图10SKEL骨架模型

3.发动机安装坐标的建立及装配

根据整车坐标系，在发动机三维数模上，建立发动机的安装坐标，具体来说，以发动机飞轮壳后端面，发动机曲轴中心面（相互交错90°的两个面）建立发动机安装坐标，命名为：

发动机安装坐标。

如图11所示：

图11发动机安装坐标

将发动机安装到大的模块下即可，大的模块为一个组件，名称为SX1161DL461.ASM。

安装时，使用坐标对坐标的安装方式即可，即将SKEL骨架模型中的“坐标_发动机飞轮壳后端面”与发动机三维数模上的“发动机安装坐标”配对即可。

4.冷却模块安装坐标的建立与装配

这一部分建立原则和方法在SKEL骨架模型以及《冷却系统设计规范》中有详细描述。

5.冷却系统各个附件部分的建模与设计

冷却系统为发动机动力总成系统的一个附件，但它同时又包含很多子附件，主要包括中冷器进气管、中冷器出气管、散热器进水管、散热器出水管、护风罩、冷却模块悬置系统、防虫网、膨胀箱及其管路、各种管接头、各类固定支架、缓冲块（垫块）、缓速器的冷却管路（带液力缓速器时）、风扇（发动机厂家不携带时）。

所有这些总成和零部件的设计都是基于整车三维坐标系统的。

具体如何设计，今后将对各个总成和零部件的设计原则、方法以及技巧进行总结，在这里不再描述。

6.出零件图和安装图

出零件图，就是将三维总成或零部件的.ASM格式的文件或.PRT格式的文件转化成.DRW格式的文件，当然这要按照标准化的格式去转化。

最后打印成PDF格式，以TIFF格式归档PDM。

出安装图的要求比较高，安装图其实和备件目录一样，要求都非常高，最重要的有以下几点：

（1）安装图要能准确表达系统中各个总成和零部件的安装位置关系。

（2）安装图里面体现的所有总成、零部件、螺栓、螺母、垫片等等信息必须和产品明细表DC里面包含的东西一致。

（3）安装图里面的标记必须按照一定的顺序，要么顺时针、要么逆时针。

（4）安装图必须突出重点，但同时又要有定位和参照。

这句话的意思是重点表达的部分使用实线，参照部分使用双点划线或者虚线，关键部分增加定位参数。

7.关于三维总成或者零部件中属性的识别和命名原则

这部分内容不再详述，掌握三维软件的人都应该知道属性和命名原则，否则无法进行设计，当你没有按照原则走时，Pro-E不会识别。

上述就是本文的全部内容。

汽车工程研究院商用汽车研究所

李兵

2010.7