基于pro/E的機械零件可靠性優(yōu)化設計

摘 要：pro/E有著參數(shù)實體建模和數(shù)據(jù)全相關(guān)的特點，其在機械零件可靠性優(yōu)化設計中有著重要的應用。本文分析了基于pro/E的機械零件參數(shù)化建模和優(yōu)化設計系統(tǒng)，研究了應用實例。

關(guān)鍵詞：pro/E系統(tǒng)；機械零件；可靠性；優(yōu)化設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.021

0 前言

在三維CAD軟件中，pro/E有著功能強大、操作性良好的優(yōu)點，其在各個領域中有著廣泛的應用。pro/E以參數(shù)化實體建模技術(shù)為基礎，采用單一數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)實體零件尺寸、密度、參數(shù)以及工程資料等信息的存儲。對于機械零件來說，可靠性優(yōu)化設計對于提升機械零件制造企業(yè)的市場競爭力有著積極的意義?；谝陨?，本文簡要研究了基于pro/E的機械零件可靠性優(yōu)化設計。

1 機械零件參數(shù)化建模

在pro/E中，用戶可以通過掃掠、混合、拉伸以及自由曲面造型等來實現(xiàn)參數(shù)化模型的建立。對于機械零件生產(chǎn)企業(yè)來說，可以通過pro/Toolkit來開發(fā)程序模塊，進行機械零件的參數(shù)化建模，在pro/E中，其能夠生成參數(shù)化的實體模型，機械零件結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)被自動默認為參數(shù)，用戶可以設置自己的變量來實現(xiàn)參數(shù)的方便管理，通過參數(shù)設置對話框來實現(xiàn)pro/E中機械零件相關(guān)參數(shù)的設定[1]。

在設定參數(shù)之后，通過關(guān)系設定界面來實現(xiàn)機械零件結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)與用戶參數(shù)的聯(lián)系，從而完成參數(shù)化模型的參數(shù)驅(qū)動。在參數(shù)化模型驅(qū)動關(guān)系設定完成之后，用戶可以從程序中實現(xiàn)用戶參數(shù)提取，以此來進行修改和更新，實現(xiàn)可靠性優(yōu)化設計計算。

2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)分析

對于機械零件可靠性優(yōu)化設計系統(tǒng)來說，其屬于pro/E系統(tǒng)與應用程序的集成，采用模塊化設計方式來進行用戶應用程序設計。機械零件可靠性優(yōu)化設計系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

2.1 用戶應用程序

如圖1所示，用戶應用程序系統(tǒng)主要包括拉桿模塊、螺栓模塊、齒輪模塊、法蘭模塊以及專用模塊等眾多獨立的功能模塊和用戶數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，通過眾多獨立的功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對機械零件可靠性優(yōu)化設計和可靠度的計算，在具體應用的過程中，可以根據(jù)機械零件可靠性優(yōu)化設計要求來進行功能模塊的添加和更改，圖1中包含了常用的機械零件設計功能模塊，也可以是特定的系列化機械零件產(chǎn)品，采用模塊化的設計方式能夠保證程序掛接新模塊的方便性[2]。本設計中用戶應用程序系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用的是微軟SQL Sever數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫有著功能強大的特點，在Windows平臺上的穩(wěn)定性十分優(yōu)越，能夠有效滿足機械零件可靠性優(yōu)化設計系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)存儲的相關(guān)要求。

2.2 pro/E系統(tǒng)

pro/E設計平臺是機械零件可靠性優(yōu)化設計系統(tǒng)的基礎，其能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶應用程序的管理和調(diào)用，對機械零件進行參數(shù)化建模，實現(xiàn)單位設置和材料屬性設置。pro/E系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能夠存儲三維機械零件尺寸、密度、用戶自定義參數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)以及工程資料等數(shù)據(jù)信息，并對這些參數(shù)信息進行管理。通過pro/E系統(tǒng)來實現(xiàn)對用戶應用程序中相關(guān)功能模塊的操作、管理和調(diào)用，能夠得到需要的機械零件信息，并將機械零件相關(guān)載荷的情況輸入，從而完成機械零件的可靠度計算，實現(xiàn)機械零件的可靠性優(yōu)化設計。

3 應用實例

機械零件可靠性優(yōu)化設計理論為應力-強度干涉利率，可靠度計算方法包括JC法、一次二階矩法以及設計驗算點法等等。設計驗算點法適用于應力強度呈正態(tài)分布的情況，JC法適用于應力強度呈非正態(tài)分布的情況，可以將應力強度非正態(tài)分布轉(zhuǎn)化為正太分布之后再進行計算。以機械零件法蘭可靠性優(yōu)化設計為例，點擊系統(tǒng)可靠性設計菜單下的法蘭可靠性優(yōu)化設計子菜單，彈出設計對話框，輸入設計參數(shù)，實現(xiàn)法蘭模型的生成，之后點擊可靠性設計按鈕，此時程序會自動捕捉可靠性優(yōu)化設計所需要的參數(shù)，在此案例中會自動捕捉法蘭底座的厚度和公差等參數(shù)，同時獲取材料屬性，將機械零件強度值和載荷輸入到參數(shù)欄中，實現(xiàn)對機械零件可靠度的計算，如果給定機械零件的可靠度，通過程序計算可以得出給定可靠度下法蘭底座厚度的最小值，實現(xiàn)機械零件可靠性優(yōu)化設計[4]。

4 結(jié)論

綜上所述，以pro/E為基礎，分析了機械零件參數(shù)化建模過程，探討了機械零件可靠性優(yōu)化設計系統(tǒng)架構(gòu)及實現(xiàn)，并例舉機械零件可靠性優(yōu)化實例，旨在為相關(guān)機械零件可靠性優(yōu)化設計實踐提供參考。

參考文獻：

[1]錢文學，謝里陽，尹曉偉，何雪.參數(shù)化零件可靠性設計在Pro/E上的實現(xiàn)[J].機械設計，2006（01）：19-21.

[2]鄧興平.基于Pro/E的前置式抽油機連桿可靠性設計[J].科技信息（學術(shù)研究），2007（31）：444-447.

[3]程濤，李珊，何亮，胡云波，儀明星.機械零件可靠性優(yōu)化設計新方法的分析研究[J].現(xiàn)代制造工程，2008（10）：94-96.

[4]譚贊武，廖志遠.基于Pro/E和MathCAD的機械零件優(yōu)化設計[J]. 機電工程技術(shù)，2010（02）：77-80+111-112.

作者簡介：伍偉敏（1976-），男，湖南祁東人，學士，講師，研究方向：職業(yè)教育教學方法、機械零件優(yōu)化設計。