余力毕业设计(湖北理工大学)
本科生毕业设计（论文）
（ 2013 届 ）
学 生 姓 名 院 （系） 专 业 学 号 导 师 设计（论文）题目 的造型设计
机电学院独立本科段毕业论文（设计）任务书
机电一体化技术专业 学生 余 力 学号 本科准考证号
一、毕业论文（设计） 题目 基于CAD/CAM软件日常用品的造型设计
二、毕业论文（设计)工作2012 年 7 月 30 日起至 2012 年11月24日止
基于Pro/E的多功能豆浆机的设计
—三维建模与动态仿真
完成日期： 指导教师签字：答辩小组成员签字：
基于Pro/E的豆浆机的设计 —三维建模与动态仿真
摘 要
随着人们生活水平的日益提高，豆浆已经走向了人们的餐桌，因此，豆浆的相关产品进入了人们的视线，引起了人们的注意，在追求方便快捷的生活已经成为时代主旋律的情况下，豆浆机作为一件方便的日常厨房工具，正在逐渐走入便捷的生活时代。
本课题的目的是运用Pro/E软件对豆浆机的结构进行优化设计，了解一般产品设计的基本过程。应用Pro/E软件仿真系统优化豆浆机的使用功能，克服现在一些豆浆机的费时、费力、不易于清洗和外观不美观等缺点。并探索Pro/E在三维动态方面的应用价值，以及Pro/E软件在当今的工业生产中的应用。
关键词：Pro/E；豆浆机；零件装配；动态仿真
Based on the Pro / E soymilk machine design
—Three dimensional modeling and dynamic simulation
Abstract
With the improvement of people's standard of living, soy milk has been toward the table of people, therefore, milk related products into the line of sight of people, caused the attention of people, in the pursuit of convenient life, has become the main theme of the times situation, soya-bean milk machine as a convenient daily kitchen tools, is gradually into convenient life era.
The purpose of this project is to use Pro / E software to optimize the structure of the soybean milk machine design, the general understanding of the basic process of product design. Application of Pro / E software simulation and system optimization of soya-bean milk machine use function, overcoming some soybean milk machine time-consuming, laborious, is not easy to be cleaned and poor appearance. And exploration of Pro / E in 3D dynamic aspects of the application, as well as the Pro / E software in today's industrial production and application.
Key words: Pro/E; Pro/E; soya-bean milk machine; parts assembly; dynamic simulation
目 录
1 绪论
1.1多功能豆浆机的发展及Pro/E的应用 ...................................... 1
1.1.1 现今生活对多功能豆浆机的需求 ........................................ 1
1.1.2 Pro/E在工业中的应用 ................................................ 1
1.1.3 多功能豆浆机的发展历程 .............................................. 2
1.2 Pro/ENGINEER软件的简介 ............................................... 2
1.2.1 Pro/ENGINEER的发展历程 ............................................. 2
1.2.2 Pro/ENGINEER主要模块及应用领域 ..................................... 4
1.3 本课题的主要研究内容 .................................................. 6
2 多功能豆浆机的组成零件及绘制
2.1多功能豆浆机的组成零件 ................................................ 6
2.2多功能豆浆机零件的绘制 ................................................ 6
3 多功能豆浆机零件的装配
3.1建立新文件并固定顶盖 .................................................. 8
3.2装配加热管 ........................................................... 10
3.3装配刀具 ............................................................. 12
3.4装配杯体 ............................................................. 14
3.5 装配把手 ............................................................. 16
3.6 底座的装配 ........................................................... 18
4仿真运动
4.1仿真运动的参数设置 ................................................... 20
4.2模拟仿真运动效果 ..................................................... 23
5 结论与展望
5.1结论 ................................................................. 25
5.2课题展望 ............................................................. 25
参考文献 ............................................................... 26
致谢 .................................................................... 26
1 绪论
1.1多功能豆浆机的发展及Pro/E的应用
1.1.1 现今生活对多功能豆浆机的需求
随着生活水平提高，生活节奏的加快，人们的生活习惯也随之改变，以往慢节奏慢
慢的被淘汰。生活的需求是产品开发的向导，一切的设计都要源于人们生活的需要，符
合人们需要才是产品设计的最终目的。因此这次的设计题目就从身边选择，一个简单实
用的生活必备工具：豆浆机。
快节奏已经成为当今社会的主流，跟不上生活的节奏就要被淘汰，豆浆机作为日常
生活的必备厨具，已经进入了快节奏的生活时代。豆浆里含有多种优质蛋白、多种维生
素、多种人体必须的氨基酸和多种微量元素等。无论成年人、老年人和儿童，只要坚持
饮用，对于提高体质、预防和治疗病症，都大有益处。所以豆浆饮品日益受到人们的青
睐。随着人们健康认识的增强，为了卫生，喝的放心，纷纷选择家庭自制豆浆，从而拉
动家用微电脑全自动豆浆机市场。一部好的豆浆机不仅能为我们节约很多宝贵的时间，
而且还能榨出鲜美可口、营养丰富的豆浆，为我们的健康保驾护航！
1.1.2 Pro/E在工业中的应用
CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、机械制造等
领域中最有影响的一项高新应用技术。Pro/E作为CAD软件中的突出代表，在工业生产、
产品创新等各个方面有着重要的作用。它使机械产品在设计过程中，产品的性能设计和
结构优化设计技术能得到充分的施展，而不仅仅是代替简单而重复的人工劳动。在进行
产品设计过程中，产品设计人员可以通过Pro/E的动态仿真技术进行产品的性能分析设
计和结构优化设计，并将产品的形体设计已产品性能设计结合起来，对产品个主要部件
的动、静态分析和结构形体等的优化。
自从美国PTC公司的PRO/E软件自诞生那一天起，就引领机械行业的发展，将一场
深刻的变化带进了工业生产的各个方面。其优势在航空航天、汽车工业、生物医学、桥
梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等制造业的广泛、深入应用就
能得到生动的说明。相关联的据库、参数化设计基于特征的实体型化、以及多兼容的数
据接口等，都是PRO/E的最大特点。
Pro/e软件作为计算机辅助设计系统中非常重要的一款三维设计软件，它所具有的
功能是计算机发挥辅助设计功能、提高设计效率的重要基础。建立在统一基层上的数据
库上的特点令数据结构与工程设计结合，使得一件产品的设计能够在各个阶段称为一个
完整一体的过程。工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模
型，如腔、壳、倒角及圆角等特征，可以轻易改变模型。这一功能特性给工程设
计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。该软件的多数据的接口可以与多种
CAE/CAM软件的的连接应用。
1.1.3 多功能豆浆机的发展历程
1994年，第一次技术创新——电机上置式安装：启动力矩大、转速高、调
速范围广，稳定性高，粉碎效果好；1996年，第二次技术创新——外加豆技术；
1999年，第三次技术创新——智能不黏技术，便于清洗，省时省力；2001年，
第四次创新技术——浓香技术，豆浆的口味进一步提高；2002年，第五次技术
创新——专利文火煎敖技术；2004年，第六次技术创新——营养萃取技术；2005
年，第七次创新技术——专利易清洗多功能技术---拉法尔技术；2006年，第八
次技术创新——推出“无网豆浆机”丰富了产品系列；2008年，第九次技术革
新——推出了“五谷精磨器”使得豆浆营养和口味得到质的飞跃。
豆浆作为中国的传统饮品已有几千年的历史，是国际营养学界公认的四大健
康饮品之一，以其独特的营养价值一直受到人们喜爱。早餐喝豆浆已经是中国人
多年形成的习惯，豆浆机做的早餐“绿色牛奶”具有天然、健康、营养等特点适
合国人的生活习惯，因而受到消费者和集团购买的追捧，决定了它的需求量将会
不断增长。近年来，家用豆浆机市场需求已经呈现加速增长的势头。豆浆机从一
面市即受到广大消费者的喜爱和欢迎，产品畅销全国，并远销日本、美国、新加
坡、印尼、泰国等海外20多个国家和地区。国内豆浆机市场2005年至2007年
的销售量分别为250万台、300万台、500万台，今年的销量则有望猛增到1000
万台。专家预计，未来几年豆浆机市场将非常乐观。现在许多企业都加大了对小
家电的投入，如飞利浦、TCL、美的等。此外，这个市场的发展速度也非常快，
包括豆浆机在内的整个小家电市场在未来几年将迎来巨大的发展空间。
1.2 Pro/ENGINEER软件的简介
1.2.1 Pro/ENGINEER的发展历程
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，自面世后以优异的性能获得了众多CAD用户
的认可。Pro/ENGINEER经历10余年的发展，技术上逐步成熟，已经成为三维建
模软件的领头羊。Pro/ENGNEER作为一种通用工程软件有着极其强大的功能。在
现代产品设计中，随着设计手段日趋先进，计算机辅助设计使得产品设计快捷、
直观，以往使用的CAD软件以二维软件为主，主要起辅助绘图作用，而随着产品
设计的发展需要，越来越多的产品设计已经不再停留在二维的设计领域，正在越
来越多的朝着三维的产品设计发展， Pro/Engineer软件采用全参数化造型技
术，比较适于零件相对简单，部件结构比较复杂的产品设计。而Pro/ENGINEER
与其它CAD软件相比，有着很大的优越性：Pro/ENGINEER可以实现三维造型的
随意性和方向性，可进行模拟装配和有机的可行性分析，从而缩短设计周期，降
低生产成本。PTC公司以每年推出一个新版本的速度不断改进软件的不足之处并
引入现先进的设计理念。在Pro/ENGINEER的Wildfire系列推出之前，最近的几
个版本是Pro/ENGINEERR20、Pro/ENGINEER2000i、Pro/ENGINEER2000i2和
Pro/ENGINEER2001。每个版本都有代表性的先进设计思想。
2003年，PTC推出了Wildfire版，全面改进了软件的用户界面，对个设计
模块重新进行功能组合，进一步完善了部分设计功能，是软件的界面更友好，使
用更方便，设计能力更强大。两年后PTC公司推出了Pro/ENGINEER Wildfire 2.0。
2006年4月，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 正式推出。2007年7月，Pro/ENGINEER
Wildfire 4.0 面世。现在Pro/ENGINEER Wildfire 5.0已经进入应用领域。
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
的主要特性。
主要特性：
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。
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。 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。
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。
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。
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。
1.2.2 Pro/ENGINEER的主要模块及应用领域
PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作?它通过一系列完全
相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力
于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理
等。其中PRO/E V2000i更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出
工具。
1.工业设计(CAID)模块
工业设计模块主要用于对产品进行几何设计?以前?在零件未制造出时是
无法观看零件形状的?只能通过二维平面图进行想象。现在用3DS可以生成实体
模型但用3DS生成的模型在工程实际中是"中看不中用"。用PRO/E生成的实体建
模不仅中看?而且相当管用。事实上PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依
赖于实体建模所生成的数据。
包括PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(动画模拟)、PRO/DESIGNER(概念设
计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成) 、PRO/PERSPECTA-SKETCH(图片转三
维模型)、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子
模块。
2.机械设计(CAD)模块
机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具?它可绘制任意复杂形状的
零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面。随着人们生活水平的提高?对
曲面产品的需求将会大大增加。用PRO/E生成曲面仅需2步~3步*作。PRO/E生
成曲面的方法有拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法
较多因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。它既能作为高性能系统独立使用又
能与其它实体建模模块结合起来使用它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。
3.功能仿真(CAE)模块
功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话?"画虎画皮难
画骨知人知面不知心"。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化
情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼能"看到"零件内部的受力状
态。利用该功能在满足零件受力要求的基础上便可充分优化零件的设计。著名的
可口可乐公司利用有限元仿真分析其饮料瓶结果使瓶体质量减轻了近20%而其
功能丝毫不受影响仅此一项就取得了极大的经济效益。
4.制造(CAM)模块
在机械行业中用到的CAM制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。
功能就PRO/ES的数控模块包括PRO/CASTING(铸造模具设计)、PRO/MFG(电加工)、
PRO/MOLDESIGN(塑料模具设计)、PRO/NC-CHECK(NC仿真)、PRO/NCPOST(CNC程序
生成)、PRO/SHEETMETAL(钣金设计)。
5.数据管理(PDM)模块
PRO/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测
试仿真找出造成产品各种故障的原因?帮助你对症下药排除产品故障改进产品
设计。它就像PRO/E家庭的一个大管家?将触角伸到每一个任务模块。并自动跟
踪你创建的数据这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通
过一定的机制保证了所有数据的安全及存取方便。 它包括PRO/PDM(数据管理)、
PRO/REVIEW(模型图纸评估)。
6.数据交换(Geometry Translator)模块
在实际中还存在一些别的CAD系统?如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等。
由于它们门户有别?所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中往往
需要接受别的CAD数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。
PRO/E中几何数据交换模块有好几个。如PRO/CAT(PRO/E和CATIA的数据
交换)、PRO/CDT(二维工程图接口)、PRO/DATA FOR PDGS(PRO/E和福特汽车设计
软件的接口)、PRO/DEVELOP(PRO/E软件开发)、PRO/DRAW(二维数据库数据输入)、
PRO/INTERFACE(工业标准数据交换格式扩充)、PRO/INTERFACE FOR
STEP(STEP/ISO10303数据和PRO/E交换)、PRO/LEGACY(线架/曲面维护)
PRO/LIBRARYACCESS(PRO/E模型数据库进入)、PRO/POLT(HPGL/POSTSCRIPTA数据
输出)。
Pro/ENGINEER软件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：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，它已广泛应用于电
子，机械，模具，汽车，航天，家电等各行业。在工业产品的设计过程中应用最
为广泛。Pro/ENGINEER作为高端的三维设计软件，应用布局、骨架及参照关系
等进行大型复杂机械产品的Top-Down设计，可以建立有效的产品数字化模型，
尤其是在设计变更、系列化产品或者数据借用时，您会有深刻的体。Pro/E软件
会通过自动生成相关的机械模具设计、装配指令和机床代码也能在大程度提高生
产效率，Pro/ENGINEER软件能够仿真和分析虚拟样机及优化设计，无需制造昂
贵的实物样机，即可以虚拟方式模拟实际的作用力和运动情况，并分析机械产品
在这些情况下的可能出现的问题。在设计阶段中及早洞察产品性能，从而改进产
品性能，设计更好的产品。同时节省时间和成本。另外Pro/ENGINEER软件支持
与多种CAD工具（包括相关数据交换）和业界标准数据格式兼容利用，与PTC
的其他产品一起能形成团队成员之间有效地共享数字化产品数据环境，基于产品
研发体系，优化数字化产品价值链，改善企业业务流程。
1.3 本课题的主要研究内容
本课题的目的是通过对多功能豆浆机的优化设计，了解一般产品设计的基本
过程。通过应用Pro/E软件仿真对豆浆机结构进行优化，克服目前市面上豆浆机
费时、费力、难清洗以及外观不美观等缺点。探索Pro/E在三维动态方面的应用
价值，以及Pro/E软件在当今工业生产中的应用价值。长远的观点看，三维CAD
技术必然会替代二维绘图。随着计算机性能的提高，CAD三维技术正向着开放、
集成、智能和标准化的方向发展。正确把握CAD三维技术的发展趋势，对我国机
械行业的企业正确的规划自身设计系统，有着深远的意义。
2 多功能豆浆机的组成零件及绘制
2.1多功能豆浆机的组成零件
豆浆机主要零件总共包括6个，分别是，顶盖、加热管、刀具、杯体、把手
和底座。
2.2多功能豆浆机零件的绘制
1.顶盖的绘制主要使用的特包括，“旋转”、“拉伸”、“倒圆角”等一些其它的特
征命令。顶盖的整体效果图如图2-1所示。
图2-1 顶盖 图2-2加热管
2.加热管的绘制主要使用的特征包括，“扫描混合”、“拉伸”、“旋转”“镜像”等
特征命令。加热管的整体效果图如图2-2所示。
3.刀具的绘制主要使用的特征包括，“拉伸”、“基准平面”、“镜像”、“拉伸”等
特征命令。刀具的整体效果图如图2-3所示。
图2-3 刀具 图2-4 杯体
杯体的整体效果图如图2-4所示。 4.杯体的绘制主要使用的特征包括,“旋转”、“抽壳”、“倒圆角”等特征命令。
5.把手的绘制主要使用的特征包括，“拉伸”、“旋转”“倒圆角”等特征命令。把
手的整体效果图如图2-5所示。
图 2-5 把手 图2-6 底座
基于Pro/E的多功能豆浆机的设计—三维建模与动态仿真
6.底座的绘制比较简单，只需要“旋转”等特征命令。底座的整体效果图如图
2-6所示。
3 多功能豆浆机零件的装配
从多功能豆浆机的结构来看，固定件为顶盖和杯体，选择顶盖为固定件，刀
具左旋转运动。具体设置步骤如下：
3.1建立新文件并固定顶盖
（1）单机窗口上部工具栏中的“创建新对象“按钮，打开“新建”对话框，
确认“类型”选项为“组件”，“子类型”选项为“设计”，在“名称”文本框里
输入“doujiangji”将其做为组件名，不要勾选“使用缺省模版”选项（见图
3-1），然后单击
按钮系统会自动打开“新文件选项”对话框（见图3-2）。
图3-1 “新建”对话框 图3-2 “新文件选项”对话框
（2）选取“新文件选项”对话框中的“mmns-asm-design”选项，然后单击
按钮，系统会自动进入装配环境界面。
（3）单击窗口右侧快捷工具栏中的“将元件添加到组件” 按钮，系统会自
动打开如图3-3所示的“打开”对话框。
图3-3 “打开”对话框
（4）选择对话框里的“dinggai.prt
”文件然后单击底部的
图3-4 “元件放置”操控板
（5）单击操控板中部“自动”列表框右边的
“缺省”选项（见图3-5）。
按钮，在弹出的下拉列表里选择按钮，系统会自动打开如图3-4所示的“放置”操控板，且绘图区会显示出待装配的零件模型。
图3-5 下拉列表
（6
）单击操控板中的“应用并保存”
的底座零件，效果图如图3-6所示。 按钮，绘图去会显示完成约束设置后
图3-6顶盖效果图
3.2装配加热管
（1
）单击窗口右侧快捷工具栏中的“将元件添加到组件”
动弹出“打开”对话框。
（2）选择对话框里的“jiareguan.prt”文件然后单击底部的
3-7 按钮，系统会自动打开“放置”操控板，同时绘图区会显示选定的零件模型。效果图如图
按钮，系统会自
图3-7 显示的待装配的零件
基于Pro/E的多功能豆浆机的设计—三维建模与动态仿真
(3）单击操控板中 按钮，打开“放置” 上滑面板，如图3-8。
图3-8 “放置”上滑面板
(4)在装配操控板的“约束类型”下拉列表中选取“匹配”选项，在“偏移”下
拉列表中选取“重合”选项，然后分别选取顶盖的凸台端面和加热管的一个端面，
如图3-9所示。
图3-9 选取匹配面示意图
（5）选取完后，在模型上有匹配预览，如果方向不对，可以单击“反向“
钮。
（6）单击装配操控板上的“放置”按钮，打开“放置”上滑面板，如图3-10
所示。 按
图3-10 “放置”上滑面板
（7）单击“放置”上滑面板中的“新建约束”按钮，在“约束类型”下拉列表
中选择“对齐”选项，然后分别选取顶盖的RIGHT面和加热管的RIGHT面。
（8）单击“放置”上滑面板中的“新建约束”按钮，在“约束类型”下拉列表
中选择“匹配”选项，然后分别选取加热管的TOP面和顶盖的FRONT面。
图3-11 装配图
（9）单击装配操控板中的“完成”
配图如图3-11所示。 按钮，完成两个零件的装配。完成的装
3.3装配刀具
（1）单击特征工具栏中的“装配”
按钮。如图3-12所示。
按钮，此时系统能够自动弹出“打开”对话框，在该对话框中选择装配的装配体零件文件“daoju.prt”，单击“打开”
图3-12 窗口显示图
（2）在装配操控板的“约束类型”下拉列表中选取“圆柱”选项。然后选择刀
基于Pro/E的多功能豆浆机的设计—三维建模与动态仿真
具杆的轴线和顶盖的轴线。
（3）选取完后，窗口中显示装配图效果，如果方向不对，可以单击“反向“
按钮。如图3-13所示。
图3-13 窗口显示图
（4