摘要本文以健身器材中的單人漫步機為研究對象，從健身器材的研究現狀與發展趨勢出發，闡明對健身器材的研究意義。接著介紹Pro/E建模的基礎知識包括建模方法及建模思路，為實體建模打下基礎。實體建模中從零件建模出發，繪制出單人漫步機的相關零件圖及整體裝配圖。最后進行造型設計分析，其中包括結構分析，尺寸和比例分析，線形組織分析，材質分析，人機協調性分析，接著闡述結論并做出未來展望。關鍵詞：Pro/E,單人漫步機，造型設計分析2AbstractInthisarticletakefitnessequipmentssinglestrollsmachineastheobjectofstudy,embarksfromthefitnessequipmentsresearchpresentsituationandthetrendofdevelopment,expoundstothefitnessequipmentsresearchsignificance.ThenintroducedthatthePro/Emodellingtheelementaryknowledgeincludingthemodellingmethodandthemodellingmentality,buildsthefoundationfortheentitymodelling.Intheentitymodellingembarksfromthecomponentsmodelling,drawsupthesinglestrollsmachinetherelateddetaildrawingandtheoverallassemblydrawing.Finallycarriesonthemodellingprojectanalysis,includingthestructureanalysis,thesizeandtheproportionanalysis,thelinearorganizationanalysis,thematerialqualityanalysis,theman-machinecoordinationanalysis,thenelaboratedthattheconclusionandwillmakeforecastsinthefuture.Keywords:Pro/E,TheSingleStrollsMachine,ModellingProjectAnalysis1緒論1.1研究背景隨著我國人民生活水平的日益提高和居家條件的逐步改善，人們對體育健身的需求越來越強烈。近年來出現的高科技新材料用于健身器材的制造中,顯示出的巨大優越性主要是質輕、堅硬、耐磨損、耐腐蝕、彈性好。新材料主要有碳纖維復合材料、工程陶瓷及稀有金屬復合材料。健身器材中的跑步機、劃船器、健身車、按摩椅、太空漫步機、登山訓練器、各種球棒、水上和冰上運動器材的新材料比例都在逐漸增加。新技術的應用，使健身器材發生了革命性的變化。例如，美國市場最近出現了一種新型健身器械。這種器械帶有音響的閃爍指示燈，能在人鍛煉的不同階段發出聲光提示，并顯示出鍛煉者設定的程序和圖像，屏幕還具有先進的畫中畫功能。在新工藝方面創新結構創新工藝的健身器材更具有生命力。健身運動的發展，運動訓練水平與人類身體素質的不斷提高，促進了健身器材廣泛的適用性與功能的針對性更有機的結合。我國的健身器材起步較晚，發展較快，取得了很大的成績。在新的世紀里，我國正在由體育大國向體育強國的目標前進，作為服務于大眾的健身器材必須有更大的發展。目前，我國的健身器材與世界先進國家相比，還有較大的差距。要加強學科研究，要采用高新技術來加快我國健身器材的發展速度，爭取在不長的時間內，使我國的健身器材立于世界強國之林。1.2研究現狀與發展趨勢健身器材經歷了由簡單到復雜，由單一到多樣，科技含量不斷增加的發展過程。現代健身器材已不再是機械零件的簡單組合，而是集電子、機械、光電、傳感技術、計算機技術及自動控制技術等多學科知識于一體的新型運動器材。近年來，世界上出現了先進的健身器材迅速發展和激烈競爭的趨勢。這種趨勢體現在以下三個方面：(1)多學科知識更緊密的應用于健身器材的設計與研制；(2)新材料，新技術，新工藝應用于健身器材的速度加快；(3)健身器材廣泛的適用性與功能的針對性更有機地結合。同時還出現了高科技新材料用于健身器材的制造，顯示出的巨大優越性，主要是質輕、堅硬、耐磨損、耐腐蝕、彈性好。1.3研究意義全民健身計劃是一項利國利民，功在當代，福蔭子孫的宏偉工程。健身器材是全民健身的重要基礎環節，加速完善健身器材市場，對于推動全民健身的實施有非常重要的意義。全民健身在一些發達國家開展較早，關于健身器材的研究已形成多層次、多檔次、全方位的市場體系，借鑒國外先進經驗，結合我國國情，建立和完善中國特色的健身器材市場體系是貫徹全民健身的重要課題。隨著科學技術的進步、工作節奏的加快以及人們生活水平的提高，人們越來越感到了健康的重要性。健身器這一新興行業逐漸興榮起來，同時也面臨著十分激烈的市場競爭。由于健身器材的自身特點(除具備健身的物質功能以外，還應具備裝飾生活環境，體現生活品位的精神功能)，所以國內外市場對其造型設計提出了較高的要求。純功能性的健身器材已滿足不了人們的消費需求，藝術的形態、人性化的設計已成為大眾首選的時尚。21世紀是設計的世紀，健身器材的生產企業已清楚的認識到良好的產品造型設計可以提高企業的市場競爭能力，因為它可以創造產品的個性，提升品牌的價值，同時也可以激發使用者的鍛煉熱情和美化生活空間，因此，企業努力美化和改善自己產品的造型，提高產品的藝術美感。41.4研究對象與內容1.4.1研究對象名稱：單人漫步器使用方法：站在腳板上，雙手握緊橫桿，雙腿呈行走姿勢前后擺動。功能說明：增強心肺功能及下肢，腰部肌肉力量；改善下肢柔潤性和協調能力。提高下肢各關節的穩定性，對腰肌勞損、髖關節酸痛，下肢活動障礙，肌肉萎縮等有康復作用。圖1為單人漫步器的實體模型。圖1單人漫步機1.4.2研究內容本文以健身器材中的單人漫步機為例，依據造型設計理論及現代CAD軟件Pro/Engineer的強大功能，進行3D建模，模型分析，實現單人漫步機的造型優化設計，功能測試，使得單人漫步機的功能從細節上得到細化，在未批量生產前就達到預期功能的效果。2Pro/Engineer的功能介紹2.1引言Pro/E是全方位的3D產品開發軟件包，和相關軟件Pro/DESINGER（造型設計），Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設計、產品裝配、模具開發、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、工業設計、逆向工程、自動測量、機構分析、有限元分析、產品數據庫管理等功能，從而使用戶縮短了產品開發的時間并簡化了開發的流程；國際上有27000多企業采用了Pro/Engineer軟件系統，作為企業的標準軟件進行產品設計。2.2建模初步作為一個功能強大的設計軟件，與其他的設計軟件相比，Pro/Engineer有自己的建模方式和自己的一些定義，因此，有必要了解和掌握該軟件的建模原理和基本概念。也只有理解了其建模原理與基本概念，才能利用它去實現模型的設計意圖。本節將就這些內容展開全面的討論，目的是掌握Pro/Engineer的建模原理和基本概念，以便于更好、更快地創建和處理模型。2.3建模方法及基本概念從目前大多數的計算機輔助繪圖軟件的工作方式來看，建模方法主要有3中形式：線框形式、三位曲面形式和實體模型形式。(1)線框形式：這種形式用線條搭建三維幾何模型，但不包含任何的表面積、體積等信息。例如AutoCAD中的三維線框模型。(2)三維曲面形式：這種形式能夠建立具有一定輪廓的幾何外形，但是只相當于物體表面的表皮，不具備質量信息。例如3dsmax中的三維曲面。(3)實體模型形式：這種形式是真正意義上的幾何形體，不僅有“表”（即外形），而具有“里”（即質量），“表”“里”如一，能完整地定義三維實體。Pro/Engineer就是采用這樣的形式。Pro/Engineer是一個實體建模器，它將模型建立成實體，并允許在三維的環境中進行設計。用Pro/Engineer建立的模型具有表面積和體積，因此可直接由創建的幾何模型計算出質量特征。在介紹Pro/Engineer的強大功能之前，先介紹3個基本概念：特征、關聯和參數化。62.3.1特征特征在Pro/Engineer中是一個非常重要的概念，因為所有的操作都是圍繞著特征來完成的。特征是指所有的實體、嵌片和對象等，是構成零件的最基本部分。Pro/Engineer是一個基于特征的實體模型。改變與特征相關的形狀或位置定義，就可以改變與模型相關的形位關系。2.3.2關聯Pro/Engineer采用單一數據庫管理，不論零件還是裝配件，都共享同一數據庫，并且使用數據庫關聯方法。所謂關聯就是在任意層面上更改設計，系統會自動在所有層面上作相應的改動。比如，將某個零件進行修改（修改操作包括修改尺寸參數、添加特征和刪除特征等），并且保存，那么所有包括此零件的模型也會相應地進行變化。所有的這些關聯變化都是自動進行的，其實質就是使用單一數據庫管理機制。2.3.3參數化Pro/Engineer是一個參數化系統。所謂參數化是將模型的所有尺寸定義為參數形式。系統默認的參數名字是d#，其中“#”是尺寸標注的流水號。系統默認的參數名字是可以進行修改的。當修改參數的值時，在保持模型的拓撲關系不變的情況下，模型的幾何大小和相對比例將隨著參數的改變而變化。可以定義參數之間的相互關系，這樣就會使得特征之間存在相依關系。當修改某一單獨特征的數值時，會牽動其他與之存在相依關系的特征進行變更，這樣就能保證整體的設計意圖。當某一特征參考到其他特征時，特征之間便產生關系，即所謂的父/子關系。通過加入關系式，可以增加特征之間的參數關系。2.3.4建模思路在建模過程中，要養成好的建模習慣，行程明確的建模思路，不能看到什么特征，就建立什么特征。不好的建模習慣不僅影響設計效率，而且使特征之間缺乏關聯性，不利于后續的分析操作。這里所說的建模思路并不是唯一的，可根據實際情況在建模過程中靈活掌握。建模的設計準則如下。(1)確定特征的順序：在模型中，特征的順序對模型的實現意圖影響相當大，同一個模型，由不同的特征順序生成，產生的結果可能會截然不同。基礎特征是考慮的重點，應選擇適當的特征作為設計中心。(2)簡化特征模型：組成模型的特征要盡量簡單化，這樣能使修改更為容易。另外，還要充分考慮尺寸參數的控制。(3)建立特征的父/子關系，注重解決特征的關聯問題。(4)靈活使用特征復制操作：復制操作會產生一個特征陣列，如果改變其中任意一個特征的參數，系統會自動地反映在其他陣列特征上。具體的建模過程如下。（1）對于要建立模型的零件來說，首先要分析其特征，確定特征的創建順序。（2）進入零件設計階段。（3）創建草繪特征。它是其他特征的父特征。（4）確定參考平面。（5）繪制其他特征。（6）進行必要的標注和尺寸修改。（7）保存。2.4基準平面要創建一個零件模型，必須先創建一個實體特征，用來在模型上定位后續的實體特征。基本特征是定義零件模型需要創建的第1個實體模型。基本特征包括基準軸、基準平面和基準坐標等。本節將介紹基準平面。2.4.1基準平面及其使用如果模型中沒有任何特征，選擇