基于pro/E的機械零件可靠性優化設計

摘 要：pro/E有著參數實體建模和數據全相關的特點，其在機械零件可靠性優化設計中有著重要的應用。本文分析了基于pro/E的機械零件參數化建模和優化設計系統，研究了應用實例。

關鍵詞：pro/E系統；機械零件；可靠性；優化設計

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、操作性良好的優點，其在各個領域中有著廣泛的應用。pro/E以參數化實體建模技術為基礎，采用單一數據庫來實現實體零件尺寸、密度、參數以及工程資料等信息的存儲。對于機械零件來說，可靠性優化設計對于提升機械零件制造企業的市場競爭力有著積極的意義。基于以上，本文簡要研究了基于pro/E的機械零件可靠性優化設計。

1 機械零件參數化建模

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參數化模型的建立。對于機械零件生產企業來說，可以通過pro/Toolkit來開發程序模塊，進行機械零件的參數化建模，在pro/E中，其能夠生成參數化的實體模型，機械零件結構尺寸結構被自動默認為參數，用戶可以設置自己的變量來實現參數的方便管理，通過參數設置對話框來實現pro/E中機械零件相關參數的設定[1]。

在設定參數之后，通過關系設定界面來實現機械零件結構尺寸參數與用戶參數的聯系，從而完成參數化模型的參數驅動。在參數化模型驅動關系設定完成之后，用戶可以從程序中實現用戶參數提取，以此來進行修改和更新，實現可靠性優化設計計算。

2 系統框架結構分析

對于機械零件可靠性優化設計系統來說，其屬于pro/E系統與應用程序的集成，采用模塊化設計方式來進行用戶應用程序設計。機械零件可靠性優化設計系統架構如圖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據庫構成，通過眾多獨立的功能模塊能夠實現對機械零件可靠性優化設計和可靠度的計算，在具體應用的過程中，可以根據機械零件可靠性優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數據庫采用的是微軟SQL Sever數據庫，此數據庫有著功能強大的特點，在Windows平臺上的穩定性十分優越，能夠有效滿足機械零件可靠性優化設計系統中用戶數據存儲的相關要求。

2.2 pro/E系統

pro/E設計平臺是機械零件可靠性優化設計系統的基礎，其能夠實現對用戶應用程序的管理和調用，對機械零件進行參數化建模，實現單位設置和材料屬性設置。pro/E系統數據庫能夠存儲三維機械零件尺寸、密度、用戶自定義參數、拓撲結構以及工程資料等數據信息，并對這些參數信息進行管理。通過pro/E系統來實現對用戶應用程序中相關功能模塊的操作、管理和調用，能夠得到需要的機械零件信息，并將機械零件相關載荷的情況輸入，從而完成機械零件的可靠度計算，實現機械零件的可靠性優化設計。

3 應用實例

機械零件可靠性優化設計理論為應力-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分布的情況，JC法適用于應力強度呈非正態分布的情況，可以將應力強度非正態分布轉化為正太分布之后再進行計算。以機械零件法蘭可靠性優化設計為例，點擊系統可靠性設計菜單下的法蘭可靠性優化設計子菜單，彈出設計對話框，輸入設計參數，實現法蘭模型的生成，之后點擊可靠性設計按鈕，此時程序會自動捕捉可靠性優化設計所需要的參數，在此案例中會自動捕捉法蘭底座的厚度和公差等參數，同時獲取材料屬性，將機械零件強度值和載荷輸入到參數欄中，實現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，實現機械零件可靠性優化設計[4]。

4 結論

綜上所述，以pro/E為基礎，分析了機械零件參數化建模過程，探討了機械零件可靠性優化設計系統架構及實現，并例舉機械零件可靠性優化實例，旨在為相關機械零件可靠性優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.參數化零件可靠性設計在Pro/E上的實現[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.機械零件可靠性優化設計新方法的分析研究[J].現代制造工程，2008（10）：94-96.

[4]譚贊武，廖志遠.基于Pro/E和MathCAD的機械零件優化設計[J]. 機電工程技術，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：職業教育教學方法、機械零件優化設計。