【畢業(yè)設計1】玩具坦克的外形與傳動系統(tǒng)設計,畢業(yè)設計1,畢業(yè)設計,玩具,坦克,外形,傳動系統(tǒng),設計 玩具坦克的外形與傳動系統(tǒng)設計 GDGM-QR-03-077-A/1 Guangdong College of Industry & Commerce 畢業(yè)論文 Graduation Paper 題目：玩具坦克的外形與傳動系統(tǒng)設計 Toy tank contour and transmission system design 系 別： 機械工程系 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導老師： 完成日期： 2009年5月3 Contents 目錄 ? 引言 3 第一章 概述 4 （一）三維造型設計應用軟件原理 4 （二）三維造型設計應用軟件的應用特點 4 （三）三維造型設計建模和傳動設計及仿真運動的一般流程圖 5 （四）三維造型設計的應用領域 5 第二章 三維造型設計一般步驟 6 （一）三維造型設計設備 6 （二）三維造型設計的樣本及確定尺寸 6 （三）設計程序方案 6 （四）平、曲面實體構建修改 7 （五）外形顏色渲染 8 （六）圖形部件裝配 8 （七）運動仿真 9 第三章 設計玩具坦克外形具體過程 9 （一） 玩具坦克外形設計的流程 9 （二） 構思玩具坦克樣本 9 （三）確定尺寸圖檔 9 （四）構建坦克下半部分 9 （五）構建坦克上半部分 12 （六）玩具坦克炮臺造型 13 （七）傳動系統(tǒng)的設計 13 （八）總體裝配 15 總結 16 謝辭 17 參考文獻 17 玩具坦克的外形與傳動系統(tǒng)設計 摘 要: 隨著本世紀的一個重大變革，它使市場競爭更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產(chǎn)品的需求日益增加，作為一個生產(chǎn)機構應該怎樣應對呢。在這種背景下，計算機技術得以迅速發(fā)展，其中計算機輔助設計與計算機輔助設計制造技術得到迅速普及和極大發(fā)展，這是計算機三維造型逆向工程技術。作為一項新興的技術,短期內(nèi)在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應用，是有一定的原因。 原因之一是此項技術的誕生正好解決了傳統(tǒng)手工設計和普通制造技術在玩具外形設計中缺乏創(chuàng)新意境的難題，本文研究了計算機輔助設計與制造技術在玩具生產(chǎn)設計行業(yè)的應用,對此技術進行系統(tǒng)的闡述，并且以玩具坦克為例詳細詮釋了該技術在一些生活玩具生產(chǎn)中的應用。 關鍵詞：輔助設計 創(chuàng)新 傳動 造型 Abstract: Along with a this century significant transformation, it causes the market competition to be more intense, the product renews quickly, but do the limited resources add on the consumer to increase day by day to the complex product demand, how take productive enterprises to be supposed to be supposed to.Under this kind of background, the computer technology can develop rapidly, in which computer-aided design and the computer-aided design technique of manufacture obtains rapid popular and the enormous development, this is the computer three dimensional modelling reverse-engineering technology.As an emerging technology, in the short-term intrinsic industry already obtained the widespread application, has certain reason. One of reasons was this technical birth has happen to solved the traditional manual design and the ordinary technique of manufacture lacks the innovation ideal condition in the toy contour design the difficult problem, this article has studied the computer-aided design and the technique of manufacture in the toy production design profession application, regarding this the technology carried on the system the elaboration, and take toy tank as example detailed annotation this technology in some life toy production application. Key word: Aided Design Innovation drive modeling ? 引言 本世紀的一個重大變革是全球市場的統(tǒng)一，它使市場競爭更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產(chǎn)品的需求日益增加，使你會很難保持市場分額。在這種背景下，CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE（計算機輔助測量）技術得到迅速普及和極大發(fā)展。PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。 面對激烈的市場競爭，各生產(chǎn)廠家在滿足產(chǎn)品功能的同時，為迎合消費者的需求，更加注重產(chǎn)品外觀造型的設計。因此在企業(yè)競爭中，產(chǎn)品的外觀造型的設計是非常重要的一環(huán)，玩具產(chǎn)品的設計就是其中的一個分支。 在當前玩具的快速發(fā)展下，它已經(jīng)不僅僅是只適合小孩口味的玩偶了，連大人都對玩具出現(xiàn)熱迷的狀況。人們對玩具的需求已經(jīng)大于開發(fā)設計玩具的速度。傳統(tǒng)的玩具產(chǎn)品外形只是一些比較常規(guī)的樣本，但目前玩具卻以高仿真、更新穎的外形設計敲開市場大門，征服了更多消費者群體。 既然外形的設計對產(chǎn)品的發(fā)展占有這么重要地位，我們該怎樣從外形設計方面下手呢。用什么來造型設計呢。提到產(chǎn)品的外形設計我們就會首先PRO/ENGINEER軟件了。它是 PTC 的集成3D CAD/CAE/CAM 的解決方案，它提供許多令人興奮的新功能，可滿足您一般的產(chǎn)品設計、分析和制造需求。它的更快的設計速度等優(yōu)點得到了廣大設計者的青睞。因此PRO/ENGINEER軟件在設計領域上占了十分重要的地位。 目前，在產(chǎn)品開發(fā)中用的繪圖軟件比較多，如常用的AutoCAD，PRO／ENGINEER，UG等。在設計產(chǎn)品時，設計者如果使用二維圖紙描述，其結構很難表達清楚，特別是光滑曲面二維圖紙是無法表達的；而三維軟件則顯示了其獨特的優(yōu)勢，不但能準確，直觀地表達產(chǎn)品的外觀，而且會大大縮短設計周期，降低設計者的勞動強度，提高設計效率，PRO/E軟件便是其中一個典型例子。 因條件所限，現(xiàn)以玩具坦克為例介紹用PRO/E軟件對玩具外形的造型設計的一些功能及步驟。 第一章 概述 （一）三維造型設計應用軟件原理 在各種玩具、工藝美術品和模具等行業(yè)的設計制造中，通常是由復雜的自由曲面拼接而成，因此在概念設計階段難以用嚴密、統(tǒng)一的數(shù)學語言來描述，這些產(chǎn)品的初始模型是通過對事先制造出的木制或泥制模型來實現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)生的。但近年來在產(chǎn)品造型設計中逐漸走向 成熟形成三維造型設計法。 隨著計算機技術的飛速發(fā)展，三維的幾何已被制造業(yè)廣泛應用于產(chǎn)品及工模具的設計、方案評審、自動化加工制造及管理維護各個方面。通過各種測量手段及直接用三維幾何造型設計軟件進行建模的方法，這就是所謂的三維應用軟件造型設計原理。 三維應用軟件外型設計工程應用領域相當廣泛，在軍工、模具制造業(yè)、玩具業(yè)、游戲業(yè)、電子業(yè)、鞋業(yè)、體育器材業(yè)、藝術業(yè)、醫(yī)學工程及產(chǎn)品造型設計等方面。由于產(chǎn)品造型設計有起點高、成本低、周期短、易改型、易創(chuàng)新的特性，自出現(xiàn)以來便受到了現(xiàn)代工業(yè)設計師的關注。目前，在下面幾個方面得到了廣泛應用： a．用于各種產(chǎn)品具有較復雜曲面外型產(chǎn)品的造型設計； b．用于設計與制造個性化的產(chǎn)品，如機械造型、日常用品設計、工業(yè)產(chǎn)品設計等； c．根據(jù)客戶樣件進行模具設計時，該項技術可使自動化程度大大提高； d. 產(chǎn)品設計后期，可以對產(chǎn)品進行運動仿真鑒定，提高設計產(chǎn)品的形象性。 （二）三維造型設計應用軟件的應用特點 三維造型設計應用軟件的應用，要求有較高創(chuàng)新設計意識能力的工作者進行設計。要求設計者先在自我意識中構思一個新穎的設計樣本空間，然后建立精確的工件尺寸圖檔，根據(jù)自身的主觀意識形態(tài)再進行必要的外形修改，為后續(xù)在三維造型設計應用軟件上設計起到便利作用。 進行三維造型設計，在尊重一定的客觀事實下，進行完全主觀意識設計。三維造型設計應用軟件的特點是在設計過程中可以根據(jù)設計意圖進行任意修改、建模時間短、尺寸精確并可以進行運動仿真設定。三維造型設計應用軟件系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個全新、高效的三維制造路線。并給出一個一體化的解決方案：從尺寸圖檔→設計數(shù)據(jù)→產(chǎn)品造型。 三維造型設計可用一般的CAD系統(tǒng)（如：UG、PRO/EENGINEER等），進行設計，進一步修改和再設計。因此這種設計方法給制造業(yè)市場帶來了不可估量的價值。 確定設計方案 確定具體尺寸 外形造型設計 傳動系統(tǒng)設計 對設計修改 進行顏色渲染 運動仿真 作品完成 空間構想 總體裝配 （三）三維造型設計建模和傳動設計及仿真運動的一般流程圖 圖1-1 設計流程圖 空間構想—→確定設計方案—→確定具體尺寸 —→外形造型設計及傳動系統(tǒng)設計—→修改—→顏色渲染—→總體裝配—→運動仿真—→設計完成 (如圖1-1) （四）三維造型設計的應用領域 三維造型設計工程應用領域相當廣泛，有軍工，航空航天，模具制造業(yè)、玩具業(yè)及產(chǎn)品造型設計等方面。 第二章 三維造型設計一般步驟 （一）三維造型設計設備 本次玩具坦克的外型設計及傳動系統(tǒng)仿真運動設計應用軟件均為PRO/EENGINEER 4.0。 （二）三維造型設計的樣本及確定尺寸 在三維造型設計時，構思設計樣本并確定尺寸是最基本的一步。它們的確定是后面進行造型設計建模的根本依據(jù)，因此樣本和尺寸是不是合乎設計要求直接影響到后續(xù)建模的成功與否。 構思設計樣本時，要根據(jù)一定的客觀事實進行主觀構思，構思出來的造型既要有創(chuàng)新突破點，又要使廣大消費群體容易接受。這樣的產(chǎn)品才有繼續(xù)設計下去的意義，才真正具有生命力，敲開市場，實現(xiàn)價值。 確定尺寸是整個系統(tǒng)工程的根本。確定好精確的尺寸，后續(xù)工作就能順利進行，從而加快工作效率。尺寸確定好，后面的部件裝配工作才能進行，整體構造才顯得完美。 （三）設計程序方案 確定設計程序方案也是整個過程十分重要的一步。要確定先設計哪個部件，后設計哪個，依照設計樣本，按部就班，避免順序倒置，導致不必要的麻煩。譬如，設計玩具坦克，按照尺寸依次做好坦克底盤，履帶，坦克上蓋，炮臺部分以及頂部上的一些搭配裝置。 這樣做就能夠十分有順序的設計下去，即使有需要修改的地方，也能夠迅速完成修改，大大加快工作速度。 （四）平、曲面實體構建修改 平、曲面實體構建是工程中最重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)尺寸構建每一個模塊，平面、曲面、平曲結合面、倒角、倒圓角等。如本人本次所設計玩具坦克，是一個外形相對復雜的產(chǎn)品，平、曲面模塊較多，尺寸也比較復雜。在進行這樣復雜的設計中，難免會出現(xiàn)誤差，這就需要修改，進行二度設計。 在這個工程中，平面實體構建這一步驟是常用步驟，具體操作是在頂橫菜單欄點擊：文件—→新建—>零件—→不適用缺省模板—→mmns_part_solid，在這個模板下用實體拉伸、實體旋轉、掃描等方法進行建模，并在棱邊處做好倒角、倒圓角的工作。 曲面實體構建是一個復雜而且較難的工作。 1、 平面創(chuàng)建 平面的創(chuàng)建主要是最基本的一中創(chuàng)建方法，一般是在創(chuàng)建平面的基礎上然后拉伸去材料，來滿足所需要的造型。 2、 曲線創(chuàng)建 具體操作是在頂橫菜單欄點擊：插入—→造型，在次進行創(chuàng)建曲線。 （1）判斷和決定生成哪種類型的曲線。曲線根據(jù)尺寸，在指定的基準面上進行創(chuàng)建。 （2）創(chuàng)建曲線。根據(jù)需要創(chuàng)建曲線，可以改變控制點的數(shù)目來調(diào)整曲線。控制點增多則形狀吻合度好，控制點減少則曲線較為光順。 （3）診斷和修改曲線。可以通過曲線的曲率來判斷曲線的光順性，可以改變曲線與其他曲線的連續(xù)性（連接、相切、曲率連續(xù)）。PRO/EENGINEER。軟件提供很多工具來調(diào)整和修改曲線。 3、曲面創(chuàng)建 具體操作是在頂橫菜單欄點擊：插入—→邊界混合，再次進行創(chuàng)建曲面。 （1）決定生成那種曲面。同曲線一樣，可以考慮生成更準確的曲面、更光順的曲面，或兩者兼顧。根據(jù)產(chǎn)品設計需要來決定。 （2）創(chuàng)建曲面。創(chuàng)建曲面的方法很多，掃掠、四個邊界線等方法生成曲面，也可以通過其他例如圓角等生成曲面。 （3）診斷和修改曲面。比較曲面表面光順程度，檢查曲面的光順性及與其他曲面的連續(xù)性，同時可以進行修改，例如可以調(diào)整曲面的控制節(jié)點讓曲面更光順，或對曲面進行重構等處理。 PRO/EENGINEER是著名的三維造型設計應用軟件，其廣泛應用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、玩具、計算機零部件領域。而且擁有以上專業(yè)的曲線到曲面的造型功能，在進行三維造型設計工程時是一個不錯的工具。 （五）外形顏色渲染 一般玩具的設計和制造，都是提供給人們休閑娛樂之用，那么要達到使人賞心悅目的效果，主要體現(xiàn)在外形的顏色布置上了。其中顏色上的選擇也是人們選擇產(chǎn)品的一個標準，外形上的顏色能不能吸引消費者的眼球，能不能使消費者為之動容，就要看產(chǎn)品外形顏色的渲染效果了，所以外觀顏色上的設計就至關重要了。操作步驟為，打開應用軟件，在頂橫菜單欄點擊：視圖—→顏色和外觀，實現(xiàn)顏色渲染設置，進行渲染。 （六）圖形部件裝配 在設計完全部部件之后，要將把部件裝配成完整的產(chǎn)品。具體操作是在頂橫菜單欄點擊：文件—→新建—→組件—→不適用缺省模板—→mmns_asm_design，在這個模板下進行一系列的裝配工作。 在裝配過程中要注意的就是約束條件的控制，還有先備一些必要的基準面、基準線等。裝配的順序也很重要，一般是按照模型的一般連接順序進行，例如從下到上或者從里到外等順序。 （七）運動仿真 運動仿真是整個系統(tǒng)工程的最后一步，這一步將實現(xiàn)整個產(chǎn)品的價值功能。能使玩具產(chǎn)品運動起來。具體操作是在頂橫菜單欄點擊：應用程序—→機構，在這個模板下設置好相應的步驟，設計好主體、連接、電動機等運動功能，實現(xiàn)仿真運動效果。 這一步的完成完成，意味著整個玩具坦克設計完成。 第三章 設計玩具坦克外形具體過程 （一） 玩具坦克外形設計的流程 空間構想—→確定設計方案—→確定具體尺寸 —→外形造型設計及傳動系統(tǒng)設計—→修改—→顏色渲染—→總體裝配—→運動仿真—→設計完成 。 （二） 構思玩具坦克樣本 設計玩具坦克的外形，一般要仿真于真實坦克，但又要有玩具特有的想象創(chuàng)新風格。它分別是由底盤、履帶、上蓋部、炮臺部分和頂部上的一些配套裝備組成，有這些部分建立起來再裝配為一個整體。整體來看基本上是一個左右對稱體。 （三）確定尺寸圖檔 有了以上的建模思路，就可以進行玩具坦克的尺寸設定。由于坦克外形相對復雜，因此要注意尺寸的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使整體設計合乎客觀事實。 （四）構建坦克下半部分 設定好尺寸圖檔，再確定好構建順序方案后，就要開始構建實體了。 1、 構建坦克車輪 坦克車輪以圓柱為基礎而進行的再構造，使用實體拉伸方法完成。具體操作在頂橫菜單欄點擊：插入—→拉伸。該車輪用以機械運動，如圖3-1所示。 圖3-1 機構傳動車輪 2、 構建玩具坦克履帶部分的主從動輪 坦克履帶上的主動輪用以帶動從動輪轉動，造型上帶有齒輪狀的，用拉伸、去材料，陣列等命令來實現(xiàn)。從動輪是經(jīng)過兩個零部件的裝配起來的，用以在主動輪的帶動下逐一傳動下去。主動輪如圖3-2，從動輪如圖3-3所示。 圖3-3 從動輪 3、玩具坦克履帶的設計 主要用來傳動，確定尺寸后進行造型，如圖3-4所示。 圖3-4 履帶 4、構建玩具坦克底盤 底盤是整個玩具的基礎。具體操作在頂橫菜單欄點擊：插入—→拉伸，要注意基準面的確定。底盤是一個殼體，在進行拉伸主體后抽殼完成大體形狀。底盤里邊要安裝電機、齒輪等傳動機構，兩邊要安裝車輪和履帶。棱角區(qū)要倒角和倒圓角。如圖3-5所示。 圖3-5 玩具坦克底盤 （五）構建坦克上半部分 1、構建玩具坦克的上蓋 坦克頂部的構建十分復雜，綜合利用了實體拉伸、旋轉、掃描、偏距、鏡像、陣列等一系列功能。在構建過程中，由于頂部構造復雜，加上坦克一些特有的搭配裝置要使用到多個不同平面的基準面。頂部如圖3-6所示。 圖3-6 坦克上蓋 2、坦克炮臺的造型 玩具坦克炮臺包括炮桿，排槍口，接收天線，散熱窗等裝置。更加綜合地運用的pore一些命令，也是該設計的一個難點。具體結構如下圖2-7所示。 圖3-7 坦克炮臺 （六）傳動系統(tǒng)的設計 傳動機構是玩具坦克的動力裝置，運動時它為坦克提供扭矩，利用電機和嚙合齒輪組成。構建齒輪要注意齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒頂圓、分度圓、齒根圓、基圓和齒寬的數(shù)量關系。齒輪嚙合時，要注意嚙合面的匹配。圖3-12為電機，圖3-13為傳動的齒輪， 圖3-14為整個傳動機構。 圖3-12 電機 圖3-13 齒輪 圖3-14 傳動機構 （八）總體裝配 在全部部件構建完成之后，就要進行裝配工作。將各零部件總裝配起來。具體操作是在頂橫菜單欄點擊：文件—→新建—→組件—→不適用缺省模板—→mmns_asm_design，在這個模板下進行。裝配過程中，要注意產(chǎn)品的外形構造，按一定順序裝配。注意基準線的對齊和面得匹配。圖3-15，3-16分別為整個裝配后的玩具坦克。 圖3-15 玩具坦克總裝配圖 圖3-16 玩具坦克裝配分解圖 總結 玩具坦克的建模設計，三維造型設計技術。比較系統(tǒng)的闡述了玩具產(chǎn)品造型設計的基本流程和方法，由于本人本方面的能力及知識所限，在許多方面還存在著缺陷與不足，其玩具坦克設計的美觀性與完整性還有所差距，達不到預期的設計效果。 這次造型設計讓我回顧和復習了我們已學過的知識！而且比以前的掌握程度更高了，例如仿真運動、曲面構造等方面。也讓我了解了造型設計在現(xiàn)在的工業(yè)中的重要地位，它提高玩具生產(chǎn)的生產(chǎn)效率，增大了玩具仿真程度，減低了玩具的開發(fā)成本，大大地推動了玩具行業(yè)的發(fā)展。 在建模的過程中有時候也會遇到困難，不過還在有互聯(lián)網(wǎng)的幫助，在網(wǎng)上有許許多多的建模高手指點迷津，決絕了不是的問題。在此要向網(wǎng)上的友人表示感謝。但是由于工作繁忙，還是一些未能解決的問題只能在以后的工作中慢慢積累決絕了。 總之，此次畢業(yè)設計是我從大學畢業(yè)生走向社會重要的一步。從最初的構思，策劃設計、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。 通過這次實踐，我更加了解了三維設計在社會上的用途是多么的廣泛以及在自己專業(yè)上占了十分重要的地位，熟悉了玩具的一般設計步驟，鍛煉了思維及動手設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的設計能力。 但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎知識的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，軟件的一些功能應用不太熟悉，等等。這次實踐是對自己大學三年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻的人，為設計界添上自己的微薄之力。 謝辭 時間過得很快，轉眼就要畢業(yè)了，畢業(yè)設計任務也落下了帷幕，在此十分感謝楊忠高老師在百忙之中指導我們的畢業(yè)設計作業(yè)，給我們在學校最后一次學習的機會，讓我們重溫了我們學過的知識，使我在以前僅限于理論基礎的的技術面前找到了學習方法并通過實踐提高自己的能力。通過本次畢業(yè)設計，使我增長了三維造型設計的知識，同時更進一步掌握了PRO/EENGINEER軟件的使用，更重要的是提高了認識新事物掌握新技術的能力，讓我們走上社會作最后的準備。 同時也感謝我的老師和同學們在我三年生活和學習中對我的支持和幫助，希望大家以后工作順利。謝謝！！ 參考文獻 1 王平，余蔚荔.PRO/EENGINEER野火版機械工程應用教程. 化學工業(yè)出版社，2005.3 2羅玉福，王少巖.機械設計基礎.大連理工大學出版社，2005.7 3 詹友剛.PRO/EENGINEER中文野火版2.0高級應用教程.機械工業(yè)出版社，2006.7 4 王雷. PRO/EENGINEER（野火版）應用基礎與產(chǎn)品造型實例.人民郵電出版社，2003.9 5 吳石林. PRO/EENGINEER Wildfire零件設計基礎.國防工業(yè)出版社，2004.1 18