PAGE51.瓢蟲玩具的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真武漢工業(yè)學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘要目前，國內(nèi)外將虛擬樣機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于玩具的設(shè)計(jì)仿真中，這一技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維軟件建立玩具系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)模型，然后利用仿真軟件分析和評估玩具系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，這使得玩具的設(shè)計(jì)開發(fā)制造過程實(shí)現(xiàn)了真正意義上的柔性化和高效化。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用不僅提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率而且還不斷完善其性能，從而使得研究開發(fā)的設(shè)計(jì)成本不斷降低。為了適應(yīng)消費(fèi)者的需求，研發(fā)設(shè)計(jì)出更新更多種類的玩具產(chǎn)品，這使得虛擬樣機(jī)技術(shù)得到了進(jìn)一步的運(yùn)用，也使得設(shè)計(jì)周期大大縮短。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，使得整個玩具的設(shè)計(jì)過程不斷簡化，大大減少了成本開支和時間周期。本課題通過運(yùn)用Solidworks和Adams對瓢蟲玩具進(jìn)行運(yùn)動學(xué)的仿真，首先，對瓢蟲玩具進(jìn)行拆卸、測繪，然后在SOLIDWORKS軟件中進(jìn)行三維零件建模并裝配，裝配完后將其導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)的分析和仿真，通過不斷的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了瓢蟲的運(yùn)動學(xué)仿真。對仿真的結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī)三維建模調(diào)試運(yùn)動學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)AbstractAtpresent,domesticandinternationalvirtualprototypingtechnologytotoydesignandsimulation,thistechnologyusescomputersoftwaretocreatethree-dimensionaltoysystemofthree-dimensionalsolidmodelandthekinematicsanddynamicsmodel,analyzeandevaluatetheperformanceoftoysystems,makingthetoydesigndevelopmentofthemanufacturingprocesstoachieveatruesenseoftheflexibleandefficient.Theuseofthistechnologynotonlyimprovestheproductionefficiencybutalsotocontinuouslyimproveitsperformance,makingthedesignofresearchanddevelopmentcostshavebeenreduced.Inordertomeetconsumerdemand,researchanddesignagreatervarietyoftoyproductsupdate,whichmakesvirtualprototypingtechnologyhasbeenfurtheruse,butalsomakesthedesigncyclesignificantlyshortened.Withthedevelopmentandapplicationofcomputertechnology,makingthetoyscontinuetosimplifythedesignprocess,greatlyreducingthecostsandtimeperiodThesubjectofAdamsthroSolidworkshtheuseofSOLIDWORKSandthekinematicsofdolphintoyssimulation,firstofall,thedemolitionofthedolphintoy,mapping,andthenintheSOLIDWORKSsoftwaremodelingthree-dimensionalpartsandassembly,theassemblyafteritsexerciseintoADAMSsoftwareScienceanalysisandsimulation,throSolidworkshcontinuouscommissioningandparametersetting,andfinallyachievethekinematicsimulationdolphin.Theresultsofsimulationanalysisandsummary,optimaldesign.Keywords:virtualprototypethree-dimensionalmodeldebSolidworksgingkinematicoptimaldesign

目錄摘要 1Abstract 2目錄 31、前言 41.1課題的來源，研究目的和意義 41.2玩具動力學(xué)仿真的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 41.2.1玩具動力學(xué)仿真的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 51.2.2玩具動力學(xué)仿真的國外研究現(xiàn)狀 71.2.3現(xiàn)狀分析 81.3本課題的研究目標(biāo)與內(nèi)容 91.4課題的研究步驟 92、研究方案與研發(fā)工具 102.1研究方案 102.2SOLIDWORKS軟件簡介 112.3ADAMS簡介 133、基于SOLIDWORKS的瓢蟲玩具的三維幾何建模 163.1玩具的拆卸、測繪 163.1.1玩具外殼內(nèi)部尺寸定位 183.2零件建模中的關(guān)鍵技術(shù) 203.2.1齒輪建模技術(shù) 203.2.2零件的曲面建模技術(shù) 243.3瓢蟲玩具的零件建模 263.4瓢蟲玩具的零件裝配 294、基于Adams的瓢蟲玩具的仿真 334.1模型導(dǎo)入 334.2模型的重命名 354.3模型中約束的施加 374.3.1瓢蟲玩具中轉(zhuǎn)動副的創(chuàng)建 374.3.2瓢蟲玩具中齒輪副的創(chuàng)建 384.3.3碰撞的創(chuàng)建 404.3.4瓢蟲玩具中各零件的關(guān)系表 414.4瓢蟲玩具的運(yùn)動學(xué)仿真 424.4.1瓢蟲玩具模型的仿真 424.4.2播放仿真過程 434.4.3模型的測試 445、結(jié)論與展望 55參考文獻(xiàn) 56

1、前言1.1課題的來源，研究目的和意義“玩具”是個很寬泛的概念，廣義上講，任何可以拿來玩的物品都可以稱為“玩具”。而我們要討論的“玩具”是作為產(chǎn)品的玩具，即工業(yè)化批量生產(chǎn)并投入大眾消費(fèi)市場中的玩具。隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高和運(yùn)用，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與普及不但給各行各業(yè)帶來了前所未有的生產(chǎn)高效率與管理的規(guī)?；c統(tǒng)一化，而且網(wǎng)路也把全世界的人連通到了一起，越來越多的人開始遠(yuǎn)離操場，遠(yuǎn)離體育運(yùn)動，將大部分的休閑鍛煉時間投放到了網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境中。據(jù)調(diào)查，2010年發(fā)表的報(bào)告顯示中國青少年網(wǎng)民規(guī)模已經(jīng)達(dá)到1.95億人，其中74%的青少年使用手機(jī)上網(wǎng)，主要是用來上網(wǎng)聊天、聽音樂、看電影等，大部分時間用來娛樂。如何讓青少年有一個更健康的生活方式，這個問題急需解決。因而玩具對青少年來說是一個很不錯的選擇，可以開發(fā)孩子智力和培養(yǎng)孩子的動手能力。中國玩具以歷史悠久、分布地區(qū)廣闊和品種豐富著稱于世，在社會生活中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。玩具在漫長的發(fā)展過程中與其他社會科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生著復(fù)雜的關(guān)系。因此，玩具的研究工作不可避免的涉及美學(xué)、兒童心理學(xué)、史學(xué)、商品學(xué)科的內(nèi)容。如果要在玩具的研究過程中搞清這些復(fù)雜的聯(lián)系和作用，那玩具的研究不僅為其他社會學(xué)科提供重要的資料和線索，還會豐富和完善上述各學(xué)科的內(nèi)容。社會在飛速地發(fā)展，人們對物質(zhì)文化的需求不斷地提出了更新的要求。玩具在人類社會生活中占有重要的位置。當(dāng)代玩具的發(fā)展離不開對傳統(tǒng)玩具的繼承與革新、玩具的豐富內(nèi)容和多樣形式為中國當(dāng)代玩具的生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對各種玩具的深入研究有助于玩具事業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，將為當(dāng)代玩具的民族化、現(xiàn)代化提供理論依據(jù)。從上述分析，開展對玩具的研究不僅僅有利于玩具自身的發(fā)展，而且對美學(xué)的研究、對社會科學(xué)的研究、對促進(jìn)民族藝術(shù)的發(fā)展，都有現(xiàn)實(shí)的意義。1.2玩具動力學(xué)仿真的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析玩具的娛樂和教育兩大功能越來越受到消費(fèi)者的密切關(guān)注，家長所要求的玩具不僅要是孩子的親密玩伴，而且必須是他們成長的良師益友。這樣的認(rèn)識已經(jīng)在眾多玩具購買者和消費(fèi)者的心目中確立，因而國內(nèi)外對玩具功能的研究都在不斷的探究和技術(shù)的更新。同時玩具不只是兒童的專利，成年人也需要玩具。于光遠(yuǎn)同志指出：“一個人活到老，學(xué)到老，也玩到老。玩是人生的基本需要之一。人的一生，從出生、兒童少年、成年到老年都需要玩。”早在春秋戰(zhàn)國時期，孔夫子就在《論語》中說過：“飽食終日，無所用心，難矣哉！不有博弈者乎，為之猶賢乎已”。說明這位圣人也是贊成玩的。清代的大汕廠翁在其《海外紀(jì)事》中說：“人各有為適情之具，詩、書、六藝而外，以及品茶、飲酒、鉤弋、聲色、陸博，凡所以引人耳目口體之交者，不一而足。蓋血肉之軀，頑然獨(dú)守，使五官四肢，絕不與物接，則氣脈郁結(jié)不得流利，天機(jī)已將沉滯于枯寂而不復(fù)發(fā)揚(yáng)。是則適情之具，外可以運(yùn)行氣脈，內(nèi)可以發(fā)越天機(jī)，而為人之助者不?！彼鞔_指出游戲不僅能滿足人們的娛樂，而且于身體、大腦智力的開發(fā)都是有益的。玩學(xué)家的理論則認(rèn)為：玩是人的普遍性行為，是一種情感宣泄；是對生活或工作中各種事務(wù)的模仿；是人的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)的重復(fù)；是一種心理滿足；是人類認(rèn)識一切客觀事物及其發(fā)明創(chuàng)造的前提條件。玩是建立在閑暇基礎(chǔ)上的行為情趣，是人的一種本能的必需。人在玩中成長，認(rèn)識客觀事物，激勵進(jìn)取和創(chuàng)新精神。而玩的重要工具之一就是玩具。好的玩具，又為玩好創(chuàng)造好的條件，玩的更精彩、更有意義。因此，玩具文化是人們一生中需要的一種獨(dú)特的教育方式，是中華文化的傳播工具之一。于光遠(yuǎn)同志為此曾在1988年寫的《玩具（大綱）》和1996年寫的《補(bǔ)充》中提出將玩具作為系統(tǒng)的教材。他建議集中心理學(xué)、教育學(xué)以及百科知識的專家共同研究編寫這部教科書，其內(nèi)容應(yīng)包括：校前教育、小學(xué)部分、中學(xué)部分、大學(xué)部分、校后部分和老年部分。1.2.1玩具動力學(xué)仿真的國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國玩具文化源遠(yuǎn)流長，遠(yuǎn)在新石器時代就出現(xiàn)了人類原始的玩具，如石球、陶塤、陶哨等。隨著中華民族經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、文化藝術(shù)的不斷發(fā)展和提高，創(chuàng)造出了許多絢麗多彩、精巧迷人的玩具。它反映出我國一定歷史階段的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、文化藝術(shù)以及人們生活條件的發(fā)展面貌，具有鮮明的民族特色。是中華文化優(yōu)秀傳統(tǒng)的組成部分，在中華文化發(fā)展史上占有獨(dú)特的地位。有些玩具甚至成為世界科學(xué)技術(shù)和文化藝術(shù)發(fā)展的先驅(qū)或啟萌。在促進(jìn)人們身心健康成長、豐富人們的生活內(nèi)容、增長知識、陶冶品德、勇于追求和創(chuàng)造方面起了積極的作用，成為人們文化娛樂生活中不可或缺的重要內(nèi)容之一。具有很強(qiáng)的生命力，流傳至今，并創(chuàng)出輝煌。我國玩具行業(yè)是從上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來，70%以上還是來料加工和來樣加工，自主開發(fā)和創(chuàng)新的能力不強(qiáng)，能夠以自創(chuàng)品牌出口的還為數(shù)不多，要從依附式發(fā)展轉(zhuǎn)向自主式發(fā)展還需要一定的過程。目前在我國，玩具產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大生產(chǎn)能力和相對薄弱的設(shè)計(jì)力量形成了鮮明的對比。我國是世界上最大的玩具制造國和出口國，全球70％的玩具是在我國境內(nèi)制造的。我國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產(chǎn)值1000多億元，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70％以上，其中,廣州的產(chǎn)值達(dá)300億元。2005年全國玩具出口額達(dá)150多億美元。廣東、江蘇、浙江、上海、山東和福建這五省一市歷來是中國玩具最重要的生產(chǎn)和出口基地，占中國玩具年銷售額的95％以上，其中廣東占中國玩具年銷售額50％以上，其主要生產(chǎn)基地在深圳、東莞以及沿海地區(qū)。隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)收入不斷增加，物質(zhì)文化生活不斷改善和提高，人們的休閑時間的延長（每年的假期達(dá)一百多天），離退休的中老年人日益增長（60歲以上的人口已達(dá)到1.33億人）。加之現(xiàn)代化社會工作節(jié)奏日益加快，競爭激烈，腦力勞動強(qiáng)度加重，生活壓力不斷增大。人們?nèi)找嫘枰嗟膴蕵泛托蓍e的活動空間，借助某種形式把緊張的腦力勞動和生活壓力發(fā)泄出來，使身心得到輕松自由和安怡，以玩具作為休閑娛樂工具，與親人、朋友作戲，或自己欣賞把玩，或作為社會交往中互相贈送的禮物，有的還作為收藏品等等，正好適應(yīng)了上述需要。從20世紀(jì)90年代末，社會對玩具禮品的需要日益增長，并漸成風(fēng)尚。據(jù)報(bào)導(dǎo)：有一對80歲的老夫妻，為了給朋友孩子送禮，一下買了三副多米諾牌，送給朋友孩子兩副，受到朋友及孩子的歡迎，自己留了一副，老兩口一起碼玩，逐漸琢磨其中的規(guī)律，大約玩了十多次，就碼到一百多張，連喊"不易，不易"。他感慨地說：“似也象征我的一生，爬起來，倒下去，倒下去，爬起來。當(dāng)有點(diǎn)成就時，興奮、欣慰之情也直溢于言表啊！”玩得興沖沖，被鄰居稱為“好一對老小孩”。有一位李先生，“十一”休假時在家里辦聚會，買玩具讓朋友們玩具，他認(rèn)為原來聚會多是唱歌、聊天，唱歌太吵，還影響鄰里關(guān)系，光聊天太單調(diào)，玩具則是休閑時的調(diào)味品。北京百貨大樓玩具部的經(jīng)理介紹說：成人玩具與兒童玩具不同，更具挑戰(zhàn)性、更為復(fù)雜，玩起來頗需要些毅力、耐心和好的心理素質(zhì)，它潛在的好處不僅僅是精神放松，更能啟迪思路，開拓思維。因而北京、天津、上海、成都、泉州、佛山等一些城市，玩具吧、成人玩具柜臺、玩具酒吧悄然興起，并逐漸火熱起來。

進(jìn)入21世紀(jì)，成人玩具將會成為玩具工業(yè)的又一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。事實(shí)上，美、日等主要玩具消費(fèi)國，成人玩具早已受到重視。據(jù)報(bào)載：美國市場上40%以上的玩具是為成人設(shè)計(jì)的。前幾年在市場上掀起的電子寵物購買熱潮，也是以成人為主要對象設(shè)計(jì)的。因此進(jìn)入21世紀(jì)，我們除了繼續(xù)重視和大力發(fā)展兒童少年所需要的玩具外，也要把成人玩具的發(fā)展重視起來。努力開拓創(chuàng)新，使我國玩具文化全面實(shí)現(xiàn)對人們的獨(dú)特教育方式和文化傳播工具的作用。近年來，國際油價持續(xù)攀高，與石油相關(guān)的原材料價格亦隨之上揚(yáng)，塑料價格較年前上漲30%-40%。而一件玩具中，塑料成本大概占據(jù)總成本的60%-70%，這大大增加了塑料玩具的生產(chǎn)成本。這就要求生產(chǎn)企業(yè)必須跨越原料價格高漲、貿(mào)易壁壘和3C認(rèn)證等重重障礙。有人認(rèn)為，國內(nèi)玩具企業(yè)面臨著如此多的困難，制約其發(fā)展的主要因素可以歸結(jié)為質(zhì)量不高和技術(shù)含量低。據(jù)此，我們不難找到解決難題的路徑：研發(fā)符合安全和環(huán)保要求的產(chǎn)品；利用科技創(chuàng)新，提高產(chǎn)品附加值，并向高檔化邁進(jìn)。在這種情況下，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用就顯得尤為重要。它可以很好的解決我國玩具目前面臨的一些問題。作為一個發(fā)展中國家，特別在電子信息方面相比西方發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)是我們必經(jīng)的路。1.2.2玩具動力學(xué)仿真的國外研究現(xiàn)狀美國是中國傳統(tǒng)玩具出口的主要市場，美國進(jìn)口玩具的70%以上來自中國。但美國市場上的中國玩具絕大部分打的是國外品牌，中國只是加工生產(chǎn)。出口金額雖然不小，但出口收效僅限于加工費(fèi)。因此，研究美國玩具市場的特點(diǎn)，對我國玩具出口意義重大。盡管2001年美國經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)衰退和受到“9.11”恐怖事件的嚴(yán)重影響，但美國玩具業(yè)仍呈發(fā)展態(tài)勢，玩具銷售總額比上一年增長10%，其中傳統(tǒng)玩具銷售額比上年增長1.7%，電子游戲玩具增長43%。美國是中國傳統(tǒng)玩具出口的主要市場，美國進(jìn)口的玩具70%以上來自中國。因此，研究美國玩具市場的特點(diǎn)，對我國玩具出口意義重大。美國堪稱世界第一大玩具市場，具有3大特點(diǎn)：玩具進(jìn)口量占世界的1/3：美國玩具市場80%以上的產(chǎn)品從國外進(jìn)口。玩具生產(chǎn)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，美國玩具業(yè)從上世紀(jì)50年代開始將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至海外，先是日本，然后是臺灣、韓國以及其它亞洲國家。到80年代中期，中國開始成為美國玩具業(yè)的主要生產(chǎn)地。美國本土玩具企業(yè)主要從事產(chǎn)品開發(fā)與市場行銷，部分從事科技含量高的高檔玩具的研發(fā)。2000年，美國進(jìn)口玩具133.86億美元，2006年進(jìn)口玩具168.45億美元，年均增長率4.3%。2006年從中國進(jìn)口145.24億美元，占美國總進(jìn)口的86.2%。美國前五大玩具進(jìn)口地，除中國以外，分別是日本、墨西哥、香港、臺灣。前五大玩具進(jìn)口，占全美玩具進(jìn)口總額的95%。越南玩具對美出口增長很快，2000年時只有30萬美元，2006年有近3千萬元，增長了100倍。目前它在美國玩具進(jìn)口地中名列14，但今后很有可能超過港、臺；玩具零售總額居世界各國之首：平均每年銷售各類玩具30億件，2006年零售額達(dá)到223億美元，占全球市場670億美元的三分之一。而全亞洲只有162億美元，全歐洲為192億美元。美國是全亞洲的1.38倍，全歐洲的1.16倍。；玩具人均消費(fèi)水平最高：美國有14歲以下兒童6300萬，人均年消費(fèi)287美元。相比之下，亞洲有10億零8千1百萬兒童，人均年消費(fèi)只有15美元。歐洲有1億1千3百萬兒童，人均年消費(fèi)也只有169美元。美國玩具消費(fèi)水平是亞洲的19倍，歐洲的1.7倍。美國社會對玩具安全十分重視。聯(lián)邦政府1969年頒布了“保護(hù)兒童和玩具安全法案”，該法案與1973年頒布的“消費(fèi)者產(chǎn)品安全法案”一并成為美國玩具安全的法律框架，由美國消費(fèi)品安全協(xié)會（CPSA）負(fù)責(zé)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)危及兒童安全的產(chǎn)品（如易燃、漏電、涂料含鉛、零件脫落造成兒童吞噎等），CPSA與經(jīng)銷商都會主動發(fā)布公告“召回”（Recall），否則政府會處以重罰，受傷害的賠償訴訟都會達(dá)到上千萬美元。美國玩具協(xié)會（ToyIndustryAssociation縮寫為TIA）是一個非盈利的團(tuán)體，它有500個以上會員，占全美玩具貿(mào)易額的85%，主導(dǎo)著美國玩具經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。它的會員不但包括從事制造、進(jìn)口的企業(yè)，也有從事專利/授權(quán)、設(shè)計(jì)師、投資人、安全顧問、測試實(shí)驗(yàn)室、公關(guān)專家與媒體。董事會由美國最主要的玩具企業(yè)組成，如Mattle（美泰）、Hasbro（孩子寶）、WildPlant、LEGO、Character、MEGABrands、Sport-Fun、RadioFlyer、SpinMaster、Cranium、Alex、Playthings、LittleKids等。美國兒童對玩具“喜新厭舊”的速度很快，玩具產(chǎn)品的生命周期一般不超過一年，其實(shí)主要集中在圣誕節(jié)銷售期中的三個月。除游戲機(jī)、玩具車類產(chǎn)品，兒童在購買玩具后的“新鮮感”甚至不超過一星期。因此，經(jīng)銷商必須不斷的更新玩具貨架，設(shè)計(jì)師必須不斷的改進(jìn)老產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品。中國作為世界最大的玩具生產(chǎn)基地，有8000家玩具企業(yè)，300萬從業(yè)人員，與美國玩具市場己有了千絲萬縷的關(guān)系。因此，不能不對美國玩具市場的特點(diǎn)有一個全面了解，而這也是中國玩具業(yè)制訂應(yīng)對世界玩具市場變化策略的重要依據(jù)。1.2.3現(xiàn)狀分析鑒于上述特點(diǎn)，建議我國應(yīng)從以下幾方面拓展玩具市場：一、鑒于我國產(chǎn)玩具對美國玩具市場的依賴程度很高，我國只有高度重視對美國玩具市場不斷拓展，技術(shù)的提高，才不會對我國出口貿(mào)易特別是對美出口產(chǎn)生負(fù)面影響。二、在重視玩具加工的同時，要注意開發(fā)中國特色的玩具，以提高玩具業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。中國產(chǎn)玩具與中國某企業(yè)具有知識產(chǎn)權(quán)的玩具是不同的概念。只有注重開發(fā)生產(chǎn)有特色的中國玩具或具有自主知識產(chǎn)權(quán)的玩具，才能從根本上提高我國玩具業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。三、密切關(guān)切玩具市場變化，不斷革新玩具產(chǎn)品。產(chǎn)品的革新、創(chuàng)造是玩具業(yè)成敗的關(guān)鍵。2001年美國玩具業(yè)許多成功的典范均與及時抓住市場機(jī)會進(jìn)行玩具發(fā)明創(chuàng)造有著密切的關(guān)系。比如電影侏羅紀(jì)公園III、哈利波特、指環(huán)王等的發(fā)行，使孩子們對電影里的人物產(chǎn)生了濃厚的興趣，玩具商及時抓住這一市場機(jī)會，發(fā)明創(chuàng)造了許多仿電影人物，結(jié)果去年美國此類產(chǎn)品的銷量比2000年猛增36.2%?！?.11”事件以后，美國人人都在頌揚(yáng)英雄，孩子們也一樣，他們爭相購買仿英雄人物的玩具，從而使這類玩具暢銷全美。1.3本課題的研究目標(biāo)與內(nèi)容在對玩具的調(diào)研和了解中，認(rèn)識到玩具的重要性。選擇瓢蟲玩具作為本課題的研究對象，是由于瓢蟲玩具其機(jī)構(gòu)巧妙、運(yùn)動多樣性、價格便宜、易于拆卸等特點(diǎn)使得其成為研究對象。通過在對瓢蟲玩具進(jìn)行動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)的分析，聯(lián)合使用SOLIDWORKS和ADAMS軟件，使自己學(xué)會玩具測繪的方法，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行曲面建模，熟練掌握SOLIDWORKS的零件建模，裝配，虛擬拆卸，虛擬裝配的方法，并學(xué)會如何把外部裝配體導(dǎo)入到ADAMS中的方法，學(xué)會在ADAMS中對零件施加約束，進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析的方法。1.4課題的研究步驟瓢蟲玩具作為本課題的研究對象，通過學(xué)習(xí)和分析，對瓢蟲玩具的研究步驟如下：1、對瓢蟲玩具拍照2、對瓢蟲玩具進(jìn)行測繪，計(jì)算出各零件的尺寸和相對關(guān)系3、在SOLIDWORKS中建立玩具的各個零件，并裝配4、把裝配圖導(dǎo)入ADAMS中5、在ADAMS中對各零件命名，創(chuàng)建約束6、設(shè)定參數(shù)，進(jìn)行調(diào)試2、研究方案與研發(fā)工具2.1研究方案在瓢蟲玩具的虛擬仿真設(shè)計(jì)中，最后的目的是實(shí)現(xiàn)瓢蟲玩具在Adams軟件的運(yùn)動學(xué)虛擬仿真，為了得到最后的結(jié)果，要對玩具市場有一定的調(diào)研和考察，分析玩具的研發(fā)方向和市場需求。選中瓢蟲玩具作為研究對象，其方案研究流程圖2-1.閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)對玩具市場進(jìn)行相關(guān)分析對瓢蟲玩具拆卸、拍照對瓢蟲玩具中個零件進(jìn)行測繪對玩具中個零件之間的相對關(guān)系進(jìn)行分析在Solidworks中進(jìn)行零件的三維建模裝配零件圖，并導(dǎo)入Adams中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真對仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)試、修改、優(yōu)化圖2-1方案流程圖2.2SOLIDWORKS軟件簡介SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今，至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達(dá)索（DassaultSystemes）公司收購，作為達(dá)索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機(jī)平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國際大獎，其中僅從1999年起，美國權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達(dá)索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風(fēng)險投資商和股東，以一千三百萬美元的風(fēng)險投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。由于使用了WindowsOLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機(jī)車、食品、機(jī)械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機(jī)構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過SolidWorks的培訓(xùn)課程。據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它3DCAD系統(tǒng)相比，與SolidWorks相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達(dá)5500萬小時。在美國，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內(nèi)的一些大學(xué)（教育機(jī)構(gòu)）如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海教育局等也在應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行教學(xué)。Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。對于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks來搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司Daratech所評論：“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者?！痹趶?qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。零件建模SolidWorks提供了無與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時的設(shè)計(jì)修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或?yàn)楣艿?、電纜、線和管線生成路徑。曲面建模通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面。可以直觀地對曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。鈑金設(shè)計(jì)SolidWorks提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力。可以直接使用各種類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。用戶化SolidWorks的API為用戶提供了自由的、開放的、功能完整的開發(fā)工具。開發(fā)工具包括MicrosoftVisualBasicforApplications(VBA)、VisualC++，以及其他支持OLE的開發(fā)程序。少樣機(jī)的制作費(fèi)用，快速地將產(chǎn)品投放入市場。PhotoWorks為你提供方便易用的、最品質(zhì)的渲染功能。通過在Windows環(huán)境下，與三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的標(biāo)準(zhǔn)SolidWorks的無縫集成，PhotoWorks幫助你方便制作出真實(shí)質(zhì)感和視覺效果的圖片，并向客戶發(fā)布。任何熟悉微軟Windows的人都能用PhotoWorks非?？斓貙olidWorks的零件和裝配體渲染成漂亮的圖片。在高級渲染領(lǐng)域中，PhotoWorks無疑是最優(yōu)秀的。高品質(zhì)的圖片顯示既然能用高質(zhì)量的圖片更方便交流設(shè)計(jì)思想，為什么還要用陳舊的視圖表示呢？任何熟悉微軟Windows的人，都能用PhotoWorks非?？斓貙olidWorks的零件和裝配體渲染成高質(zhì)量的圖片。用PhotoWorks的菜單和工具欄中的命令，可以容易地產(chǎn)生高品質(zhì)的三維模型圖片。PhotoWorks軟件中包括一個巨大的材質(zhì)庫和紋理庫，用戶可以自定義燈光、陰影、背景、景觀等選項(xiàng)。為你為SolidWorks零件和裝配體選擇好合適的材料屬性，在渲染之前可以預(yù)覽，設(shè)定好燈光和背景選項(xiàng)，隨后你就可以生成一系列用于日后交流的品質(zhì)圖片文件。PhotoWorks高級渲染，與SolidWorks完全集成的高級渲染軟件有效地展示概念設(shè)計(jì)，減少樣件的制作費(fèi)用和縮短面市的時間。你無需投入巨資制作實(shí)體模型和樣件，PhotoWork可以讓你查看產(chǎn)品的外觀。從而縮短審批的周期。在產(chǎn)品投產(chǎn)之前，就可以檢驗(yàn)市場的效應(yīng)，減少了投放市場的時間。Solidworks系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫，其包含螺栓，螺母，螺釘，螺柱，鍵，銷，墊圈，擋圈，密封圈，彈簧，型材，法蘭等常用零部件，模型數(shù)據(jù)可被直接調(diào)用。第三方Solidworks零部件數(shù)據(jù)資源庫，LinkAblePARTcommunity在線零部件數(shù)據(jù)資源庫:LinkAblePARTcommunity旨在為基于Pro/E環(huán)境的設(shè)計(jì)者提供完善而有效的零部件三維數(shù)據(jù)資源，用于本地產(chǎn)品的開發(fā)和配置。LinkAblePARTcommunity除包含完整的ISO/EN/DIN標(biāo)準(zhǔn)件模型數(shù)據(jù)資源外，更囊括數(shù)百家國內(nèi)外廠商的零部件產(chǎn)品模型，涉及氣動、液壓、FA自動化、五金、管路、操作件、閥門、緊固件等多個門類，能夠滿足機(jī)電產(chǎn)品及裝備制造業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)人員日常所需，且該在線模型庫為終身免費(fèi)注冊和使用。LinkAblePARTcommunity提供Pro/E的原始格式模型下載接口外，還提供名為Part2CAD的集成接口，可將在線模型下載后直接打開于本地Pro/E界面。PARTsolutions離線模型庫，名為PARTsolutions，是翎瑞鴻翔與德國卡迪納斯共同面向中國市場推出的Solidworks離線版零部件數(shù)據(jù)資源庫解決方案，其不僅可提供比PARTcommunity更為豐富的零部件數(shù)據(jù)資源，而且采取局域網(wǎng)服務(wù)器-客戶端安裝方式，大大提高了Solidworks終端對模型數(shù)據(jù)的搜索和調(diào)用效率，此外，接口程序提供了二者的無縫嵌入式集成方案。此外，PARTsolutions可與Solidworks及其PLM環(huán)境實(shí)現(xiàn)緊密集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部物料信息與模型信息的對接，從而在源頭上避免和減少了一物多碼現(xiàn)象。同時為了因應(yīng)制造業(yè)行業(yè)的需求，該模型庫提供企業(yè)自有數(shù)據(jù)資源的配置模塊，可為企業(yè)本地服務(wù)器提供兼容多CAD環(huán)境的企標(biāo)件和特定供應(yīng)商產(chǎn)品數(shù)據(jù)的配置任務(wù)。2.3ADAMS簡介ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，該軟件是美國MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了51%的份額。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和WindowsNT/2000版。本書將以Windows2000版的ADAMSl2.0為藍(lán)本進(jìn)行介紹。ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。ADAMS是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)盛名的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件。ADAMS全仿真軟件包是一個功能強(qiáng)大的建模和仿真環(huán)境，它可以對任何機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、細(xì)化及優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍從汽車、火車、航空航天器一直到盒式錄像機(jī)等。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，真實(shí)地仿真其運(yùn)動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案，直至獲得優(yōu)化的工作性能，從而大大減少了昂貴的物理樣機(jī)制造及試驗(yàn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，大幅度地縮短產(chǎn)品研制周期和費(fèi)用。ADAMS軟件將強(qiáng)大的分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合，使該軟件使用起來既直觀又方便，還可用戶專門化。采用MD方案，企業(yè)可以為它的研發(fā)工程師提供一個靈活的、共享的環(huán)境，同時使用MSC軟件公司一整套“企業(yè)因各種原因繼續(xù)制造和測試物理樣機(jī)，包括滿足調(diào)測要求等，測試物理樣機(jī)可以得到在真實(shí)世界里復(fù)雜相互作用等性能。相反，許多虛擬樣機(jī)的測試卻因采用不同的軟件工具而只能得到某些指定的參數(shù)而丟失了一些重要的有依賴關(guān)系的性能參數(shù)?！盧ezaSadeghi，MSCSoftware公司的首席技術(shù)官說：“我們MD的方案排除了單點(diǎn)技術(shù)的弊端，為本田研發(fā)中心提供了最佳的平臺，用于建立更為復(fù)雜的虛擬樣機(jī)，更加真實(shí)地反映真實(shí)世界的結(jié)果”。虛擬樣機(jī)功能的巨大發(fā)展歸功于MDI公司與MTS系統(tǒng)公司共同開發(fā)的EDM(EmpiricalDynamicsModels)經(jīng)驗(yàn)動力學(xué)模塊。利用EDM，可快速建立基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精度彈性件模型，特別是在設(shè)計(jì)復(fù)雜的懸架、阻尼器、襯套、發(fā)動機(jī)懸置和輪胎等。以前復(fù)雜模型的建立依賴于零部件的詳細(xì)幾何、物理屬性，以及物理特性。由于EDM是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的，能進(jìn)行自我校驗(yàn)，減少了試驗(yàn)驗(yàn)證工作，大大節(jié)約了計(jì)算時間。經(jīng)驗(yàn)動力學(xué)模型易于生成和使用，不僅適用于部件裝配，也適用于系統(tǒng)裝配中。使用EDM，在產(chǎn)品開發(fā)的早期就可以創(chuàng)建高精度的彈性元件模型；與傳統(tǒng)的模型相比，適用于較高的振幅和頻率范圍；與傳統(tǒng)利用幾何等信息建立的模型相比，運(yùn)算速度顯著提高；能夠加速車輛的開發(fā)過程，縮短研制周期。ADAMS軟件的特點(diǎn)如下：

1、利用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫建立機(jī)械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型。

2、分析類型包括運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)分析，以及線性和非線性動力學(xué)分析，包含剛體和柔性體分析。

3、具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強(qiáng)有力的求解器，使求解快速、準(zhǔn)確。

4、具有組裝、分析和動態(tài)顯示不同模型或同一個模型在某一個過程變化的能力，提供多種“虛擬樣機(jī)”方案。

5、具有一個強(qiáng)大的函數(shù)庫供用戶自定義力和運(yùn)動發(fā)生器。

6、具有開放式結(jié)構(gòu)，允許用戶集成自己的子程序。

7、自動輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線，仿真結(jié)果顯示為動畫和曲線圖形。

8、可預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞、包裝、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷。

9、支持同大多數(shù)CAD、FEA和控制設(shè)計(jì)軟件包之間的雙向通訊。

ADAMS軟件可以廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛及裝備、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域?；赟OLIDWORKS的瓢蟲玩具的三維幾何建模3.1玩具的拆卸、測繪在瓢蟲玩具的虛擬仿真研究過程中，由于零件之間存在著各種相對關(guān)系，需要對玩具進(jìn)行拆卸，分析出其拆卸零件與相連接零件的運(yùn)動關(guān)系并測繪出其零件的尺寸。瓢蟲玩具的整體圖如3-1圖3-1瓢蟲玩具的整體圖在瓢蟲玩具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中，分析可知動力由發(fā)條盒輸出，直接作用于輪子，瓢蟲在行進(jìn)過程中發(fā)條軸的轉(zhuǎn)動帶動偏心輪和凸輪的轉(zhuǎn)動。偏心輪的轉(zhuǎn)動引起橢圓框的運(yùn)動，從而使得瓢蟲自行轉(zhuǎn)向。凸輪的轉(zhuǎn)動引起連桿、支撐板的運(yùn)動，從而使得瓢蟲能自行翻轉(zhuǎn)。如圖3-2.發(fā)條軸偏心輪發(fā)條盒橢圓框支撐板連桿凸輪彈簧底板發(fā)條軸偏心輪發(fā)條盒橢圓框支撐板連桿凸輪彈簧底板圖3-2零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖拆卸外殼得到瓢蟲玩具的內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)圖如3-3，外殼之間通過螺釘固定為一體。發(fā)條盒與外殼相對靜止，彈簧一端固定在外殼上。如圖3-3.圖3-3零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在瓢蟲玩具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，發(fā)條軸上的偏心輪與橢圓框接觸。連桿與支撐板構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。如圖3-4.偏心輪與橢圓框接觸偏心輪與橢圓框接觸轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副圖3-4零件結(jié)構(gòu)關(guān)系圖拆掉齒輪箱后得到如圖3-5發(fā)條盒，發(fā)條軸上固定了偏心輪、凸輪。偏心輪偏心輪凸輪凸輪圖3-5發(fā)條盒及偏心輪、凸輪圖拆掉外殼，得到機(jī)構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系零件圖3-6，圖中為瓢蟲玩具的內(nèi)部零件圖，各個零件相對另外零件的位置關(guān)系如圖3-6，在圖中可以很清楚知道每個零件相對另一個零件的運(yùn)動關(guān)系。凸輪連桿支撐板發(fā)條軸發(fā)條盒凸輪連桿支撐板發(fā)條軸發(fā)條盒圖3-6內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)關(guān)系圖3.1.1玩具外殼內(nèi)部尺寸定位在對瓢蟲玩具外殼內(nèi)的一些孔、槽等結(jié)構(gòu)的定位很難用一般的測繪方法準(zhǔn)確確定，但外殼內(nèi)尺寸的準(zhǔn)確定位對最后零件的裝配起著決定性的作用。計(jì)算方法:首先對外殼拍照，然后倒入CAD中，在CAD中進(jìn)行尺寸的標(biāo)注。通過實(shí)際兩點(diǎn)（好測量）如圖3-7中A、B兩點(diǎn)的距離除以CAD中這兩點(diǎn)的距離算出比例值。圖3-7導(dǎo)入CAD中尺寸圖計(jì)算過程：圖中輪槽長度的實(shí)際距離為21mm，在CAD中距離為20.1mm，比例因子即：計(jì)算出比例因子后，將圖3-7中的相關(guān)尺寸擴(kuò)大倍后，就可以準(zhǔn)確確定瓢蟲玩具外殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸了，如圖3-8為瓢蟲玩具的實(shí)際尺寸關(guān)系圖。圖3-8瓢蟲玩具的實(shí)際尺寸圖3.2零件建模中的關(guān)鍵技術(shù)3.2.1曲面建模技術(shù)曲面建模的方法很多，這次建模過程中主要應(yīng)用了放樣曲面建模方法。放樣曲面的造型方法和特征造型中的對應(yīng)方法相似，放樣曲面是通過曲線之間進(jìn)行過渡而生成曲面的方法。放樣曲面的屬性是在如圖3-9所示“曲面-放樣”PropertyManager設(shè)計(jì)樹中定義的。下面就簡單介紹如何對該P(yáng)ropertyManager設(shè)計(jì)樹進(jìn)行操作：圖3-9“曲面-放樣”設(shè)計(jì)樹（1)在“輪廓”面板中單擊(輪廓)，然后在圖形區(qū)域按想將其連接的順序選擇輪廓。離選擇點(diǎn)最近的頂點(diǎn)用來連接輪廓。(2)查看預(yù)覽曲線如果預(yù)覽曲線不正確，可能是因?yàn)檫x取草圖的順序有錯誤。這時可以利用上移或下移按鈕來重新安排輪廓。如果預(yù)覽的曲線指示將連接錯誤的頂點(diǎn)，單擊該頂點(diǎn)所在的輪廓以取消選擇，然后再單擊以選取輪廓中的其他點(diǎn)。如要清除所有選擇重新開始，請?jiān)趫D形區(qū)域中單擊鼠標(biāo)右鍵，選取清除選擇，然后再試一次。(3)若想控制相切，在如圖3-10所示的“起始/結(jié)束約束”面板中設(shè)置相關(guān)參數(shù)。其中：“無”不應(yīng)用相切?！按怪庇谳喞狈艠釉谄鹗己徒K止處與輪廓的草圖基準(zhǔn)面垂直。“方向向量”放樣與所選的邊線或軸相切，或與所選基準(zhǔn)面的法線相切。圖3-10“起始/結(jié)束約束”面板(4)如果使用引導(dǎo)線(“引導(dǎo)線”面板如圖3-11所示)，首先在圖形區(qū)域選擇引導(dǎo)線，然后單擊上移或下移按鈕以改變使用引導(dǎo)線的順序。圖3-11“引導(dǎo)線”面板如果要放樣曲面，可以采用下面的操作：(1)在一個基準(zhǔn)面上繪制放樣別扭輪廓。(2)建立另一個基準(zhǔn)面，并在上面繪制另一個放樣輪廓。這兩個基準(zhǔn)面不一定平行。(3)如有必要還可以生成引導(dǎo)線來控制放樣曲面的形狀。（4)單擊“曲面”工具欄上的(放樣曲面)按鈕，或選擇菜單欄中的“插入”-“曲面”-“放樣曲面”命令。(5)在“曲面-放樣”PropertyManager設(shè)計(jì)樹中，單擊圖標(biāo)右側(cè)的顯示框，然后在圖形區(qū)域中按順序選擇輪廓草圖，則所選草圖出現(xiàn)的該框中，在右面的圖形區(qū)域中顯示生成的放樣曲面。(6)單擊上移按鈕或下移按鈕來改變輪廓的順序，此項(xiàng)操作只針對兩個輪廓以上的放樣特征。(7)如果要在放樣的開始和結(jié)束處控制相切，則設(shè)置“起始處/結(jié)束處相切”選項(xiàng)。(8)如果要使用引導(dǎo)線控制放樣曲面，在“引導(dǎo)線”一欄中單擊圖標(biāo)右側(cè)的顯示框，然后在圖形區(qū)域中選擇引導(dǎo)線。(9)單擊(確定)按鈕，即可完成放樣，如圖3-12所示。圖3-12放樣的生成在瓢蟲玩具曲面外殼的建模中，分為兩個步驟：（1）用放樣的方法建立曲面實(shí)體（2）用抽殼方法建立有一定厚度的曲面外殼在建立曲面實(shí)體的過程中，首先建立兩條樣條曲線，它們分別位于兩個互相垂直的平面上，如圖3-13所示。圖3-13兩條樣條曲線這兩條曲線顯示了瓢蟲玩具的輪廓。我們將曲線分割成若干段，然后以每個分割點(diǎn)為基準(zhǔn)建立垂直于底面的基準(zhǔn)面，如圖3-14.圖3-14建立新的基準(zhǔn)面建立新的基準(zhǔn)面，是為了建立新的樣條曲線作為放樣曲面的引導(dǎo)線。因?yàn)槠跋x玩具的外殼曲面并不是規(guī)則的曲面，所以必須通過多條引導(dǎo)線才能建立出比較接近于真實(shí)的曲面外殼。每個新基準(zhǔn)面的引導(dǎo)線如圖3-15所示。圖3-15曲面引導(dǎo)線完成放樣曲面后，再進(jìn)行一次鏡像就會得到如圖3-16所示的圖形。圖3-16放樣后的去面實(shí)體然后進(jìn)行抽殼操作，設(shè)定外殼厚度為0.8mm。如圖3-17所示。圖3-17抽殼操作樹最后得到的曲面外殼如圖3-18所示。圖3-18曲面外殼3.3瓢蟲玩具的零件建模Solidworks提供了強(qiáng)大的基于特征的實(shí)體建模功能，用戶可以通過拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、薄壁特征、抽殼、特征陣列以及打孔等操作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，方便地添加特征、更改特征以及將特征重新排列，對特征和草圖進(jìn)行動態(tài)修改，并通過拖拽等方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時修改設(shè)計(jì)。其特征是指可以用參數(shù)驅(qū)動的實(shí)體模型，是一個實(shí)體或者零件的具體構(gòu)成之一，對應(yīng)一形狀，具有工程上的意義；因此這里的基于特征就是零件模型是由各種特征生成的，零件的設(shè)計(jì)其實(shí)就是各種特征的疊加。參數(shù)化是指對零件上各種特征分別進(jìn)行各種約束，各個特征的形狀和尺寸大小用變量參數(shù)來表示，其變量可以是常數(shù)，也可以是代數(shù)式；若一個特征的變量參數(shù)發(fā)生變化，則這個零件的這一個特征的幾何形狀或者尺寸大小將發(fā)生變化，與這個參數(shù)有關(guān)的內(nèi)容都自動改變，用戶不需要自己修改。在瓢蟲玩具底面的建模過程中，先建立草圖特征，然后在拉伸后的平面上建立各個特征模型的輪廓，再進(jìn)行拉伸或者切除等操作。最終得到如圖3-19的模型。圖3-19瓢蟲玩具的底面模型3.4瓢蟲玩具的零件裝配根據(jù)裝配體和零件之間的應(yīng)用關(guān)系，可以有3中創(chuàng)建裝配體的方法，即自頂向下裝配、自底向上裝配和混合裝配。自頂向下裝配，是指首先設(shè)計(jì)完成裝配體，并在裝配中創(chuàng)建零部件模型，然后在拆成子裝配體和單個可以直接用于加工的零件模型。自底向上裝配，是指首先創(chuàng)建零部件模型，在組合成子裝配，最后生成裝配部件的裝配方法?；旌涎b配是將自頂向下裝配和自底向上裝配組合在一起的裝配方法。例如，首先創(chuàng)建幾個主要部件模型，再將其裝配在一起，然后在裝配中設(shè)計(jì)其他部件，即為混合裝配。瓢蟲玩具的裝配過程（自底向上）：添加瓢蟲玩具組件到裝配體后，還要確定各組件之間的配對關(guān)系，以確定組件的裝配位置。在整個裝配過程中運(yùn)用了裝配、角度、平行、相切等裝配方式。在裝配過程中，選取配對對象的順序不同，其配對結(jié)果一般也不相同。通常情況下，選取的第一個對象的位置和姿勢保持不變，其他對象相對于第一個進(jìn)行調(diào)整。裝配過程：先在SOLIDWORKS裝配界面中導(dǎo)入圖3-20所示底板零件固定。裝配圖3-20然后添加發(fā)條盒，其底面與底板中的發(fā)條盒槽內(nèi)面重合，在選擇配合中選擇重合配合，如圖3-21裝配圖3-21裝配發(fā)條盒后，然后添加發(fā)條軸、輪軸及輪子等零件進(jìn)行裝配。輪子的位置通過配合中，高級配合下拉菜單中的線性/線性耦合來固定。得到如圖3-22裝配圖3-22然后添加支撐板和連桿，連桿前端叉內(nèi)平面與發(fā)條軸的配合為相切，得到如圖3-23裝配圖3-24然后依次添加剩余零件，得到如圖3-25裝配圖3-25最后添加外殼零件，全部裝配完如圖3-26裝配圖3-32基于Adams的瓢蟲玩具的仿真4.1模型導(dǎo)入裝配圖導(dǎo)入Adams的一般步驟：在SOLIDWORKS總裝配圖中單擊【另存為】命令，如圖4-1出現(xiàn)Parasolid對話框，選中裝配體后單擊【確定】圖4-1然后找到剛才保存的文件，將剛另存為的.x_t格式的SW文件修改為.xmt_txt格式。打開Adams軟件，出現(xiàn)如圖4-2，單擊【creatanewmodel】/【ok】，圖4-2進(jìn)入Adams界面后，單擊【file】/【import】出現(xiàn)fileimport對話框，如下圖4-3，選中filetype中的Parasolid文件格式，在filetoread中選中裝配圖中生成的.x-t文件，最后單擊【ok】，出現(xiàn)圖4-4的工作界面圖4-3fileimport對話框圖4-4ADAMS工作界面4.2模型的重命名裝配圖導(dǎo)入Adams中，先需要對模型中的各部分進(jìn)行重命名，便于之后的操作。模型重命名的步驟：打開Adams操作界面，右擊外殼選中Rename,如下圖或進(jìn)入Adams操作界面，單擊【Tools】/【DatabaseNavigator】/【Rename】，改名后單擊【apply】，如圖4-5圖4-5重命名對話框4.3模型中約束的施加Adams中的約束具有限制零件間的相對運(yùn)動和代表“理想化”的聯(lián)接等特點(diǎn)。所有的約束都限制系統(tǒng)的平動或轉(zhuǎn)動自由度，限制的自由度數(shù)目和類型取決于使用的約束類型.Adams軟件中啟動約束工具的方法有兩種：一種是在主工具箱中，選擇連接工具集圖標(biāo)或運(yùn)動工具集圖標(biāo)，然后選擇約束工具；另一種方法是在Build菜單中選擇joints項(xiàng)，可顯示連接對話框，如下圖4-6圖4-6約束對話框4.3.1瓢蟲玩具中轉(zhuǎn)動副的創(chuàng)建瓢蟲玩具中很多零件的運(yùn)動為轉(zhuǎn)動，因此，要對零件中連桿、支撐板、輪軸、發(fā)條軸、橢圓框創(chuàng)建轉(zhuǎn)動副。驅(qū)動轉(zhuǎn)動副驅(qū)動轉(zhuǎn)動副圖4-7單擊圖4-7中的轉(zhuǎn)動副，選擇要創(chuàng)建的零件，由前面的分析可知發(fā)條軸與發(fā)條盒的關(guān)系是相對轉(zhuǎn)動，所以選擇發(fā)條軸，再選擇發(fā)條盒，最后選擇旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)就創(chuàng)建完成。如圖4-8轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副圖4-8零件轉(zhuǎn)動副約束圖4.3.2瓢蟲玩具中彈簧的創(chuàng)建單擊，選擇彈簧連接的兩點(diǎn)，即可添加一個彈簧。圖4-9零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖點(diǎn)擊彈簧，然后右鍵選擇【modify】，出現(xiàn)圖4-110對話框。在這里可以修改彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)和剛度系數(shù)。圖4-10彈簧參數(shù)修改對話框在【Edit】中選擇【Modify】，然后在列表中選擇【spring_1】,既可以修改彈簧的其他參數(shù)，如力。如圖4-11.圖4-11彈簧力的修改4.3.3接觸的創(chuàng)建碰撞約束的創(chuàng)建，對玩具的運(yùn)動過程的分析，瓢蟲玩具中外殼、支撐板、輪子和地面的運(yùn)動關(guān)系是接觸碰撞如圖4-12，要實(shí)現(xiàn)虛擬仿真就需要創(chuàng)建這類約束。圖4-11零件模型圖碰撞約束創(chuàng)建步驟：1、操作，出現(xiàn)圖4-12的操作界面2、在lsolid(s)文本框中填入BOX_303、在jsolid(S)文本框中填入SOLID124、單擊OK按鈕，創(chuàng)建完成碰撞約束創(chuàng)建完成后，其中的碰撞的彈性系統(tǒng)、剛度、靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)等個參數(shù)為系統(tǒng)的默認(rèn)值。摩擦系數(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)第一個物體第二個物體摩擦系數(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)第一個物體第二個物體圖4-12接觸對話框4.3.4瓢蟲玩具中各零件的關(guān)系表零件約束發(fā)條盒與底板鎖定發(fā)條軸相對發(fā)條盒轉(zhuǎn)動、與偏心輪和凸輪鎖定連桿相對支撐板轉(zhuǎn)動、與凸輪接觸，與彈簧連接支撐板相對連桿轉(zhuǎn)動輪子與地面接觸、輪軸鎖定橢圓框相對輪軸轉(zhuǎn)動、與偏心輪接觸表4-1.4.4瓢蟲玩具的運(yùn)動學(xué)仿真瓢蟲玩具的動力學(xué)仿真過程中主要的運(yùn)動為，瓢蟲在地面行走一段距離后，支撐板頂起瓢蟲，然后瓢蟲翻轉(zhuǎn)360°，瓢蟲繼續(xù)行走。4.4.1瓢蟲玩具模型的仿真如圖4-13所示，仿真模型的過程是：在MainToolbox中單擊InteractiveSimulationControls工具按鈕，展開選項(xiàng)區(qū)。選擇EndTime并將其值設(shè)置為5.0，選擇Steps并將其值設(shè)置為100。單擊Startorcontinuesimulation工具按鈕，則開始模型仿真。步驟3步驟2步驟1參數(shù)設(shè)定步驟3步驟2步驟1參數(shù)設(shè)定圖4-13仿真模型4.4.2播放仿真過程對模型進(jìn)行仿真后，可以通過動畫播放(Animation)來觀看仿真過程，如圖4-14所示：圖4-14動畫控制界面在MainToolbox中單擊Animation工具按鈕，展開選項(xiàng)區(qū)；通過單擊Animation：Forward,Animation:Reverse,Animation:ResettoStart等，以及StepForward和StepBackward等工具按鈕來控制動畫的播放；還可以選中Loop對動畫進(jìn)行循環(huán)播放。4.4.3模型的測試在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，通過測量可以得到構(gòu)件的實(shí)際運(yùn)動特征。瓢蟲玩具在運(yùn)動仿真過程中其中一個運(yùn)動為玩具支撐板慢慢從地面將玩具支撐起來，最后翻轉(zhuǎn)360°。摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)（1）瓢蟲玩具中彈簧彈力的測量在瓢蟲玩具的運(yùn)動過程中彈簧是個很重要的零件，支撐板在連桿與凸輪的運(yùn)動中被撐起，彈簧可以使支撐板完成運(yùn)動后第一時間復(fù)位。彈簧彈力的測量可以表現(xiàn)出支撐板、連桿、凸輪機(jī)構(gòu)是否按規(guī)定運(yùn)動。彈簧彈力的測量步驟是：如圖4-15右擊彈簧彈出快捷菜單，選擇Spring：SPRING-1/Measure菜單項(xiàng)，彈出AssemblyMeasure對話框；選擇Characteristic下拉列表框?yàn)閒orce;單擊OK按鈕，則顯示出彈簧力的測量結(jié)果如圖4-16所示圖4-15彈簧對話框圖4-16彈簧結(jié)果對圖像進(jìn)行分析可以看出彈簧在三次翻轉(zhuǎn)運(yùn)動中有三次處在拉伸狀態(tài)，說明瓢蟲在運(yùn)動中實(shí)現(xiàn)了實(shí)際的先拉伸后恢復(fù)的運(yùn)動過程。最后的運(yùn)動仿真完成了瓢蟲玩具的實(shí)際運(yùn)動過程。瓢蟲玩具在Adams中運(yùn)動仿真過程圖：仿真圖4-17仿真圖4-18仿真圖4-19仿真圖4-20仿真圖4-21仿真圖4-32仿真圖4-23仿真圖4-24仿真圖4-25仿真圖4-36瓢蟲玩具通過參數(shù)的調(diào)節(jié)和個系數(shù)的變化，完成了其在虛擬仿真運(yùn)動。在整個研究過程中，對于出現(xiàn)的問題，通過分析和研究不斷解決出現(xiàn)的問題，在研究過程中，熟練掌握了運(yùn)動學(xué)仿真中的基本操作。

5、結(jié)論與展望玩具在漫長的發(fā)展過程中與其他社會科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生著復(fù)雜的關(guān)系。因此，玩具的研究工作不可避免的涉及美學(xué)、兒童心理學(xué)、史學(xué)、商品學(xué)科的內(nèi)容。如果要在玩具的研究過程中搞清這些復(fù)雜的聯(lián)系和作用，那玩具的研究不僅為其他社會學(xué)科提供重要的資料和線索，還會豐富和完善上述各學(xué)科的內(nèi)容。瓢蟲玩具經(jīng)過拆卸、測繪，進(jìn)行零件建模，在Adams中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)的仿真，在整個過程中，通過對各種參數(shù)的調(diào)節(jié)，最終完成了瓢蟲玩具的運(yùn)動學(xué)的仿真。同時在調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多想不到的結(jié)果，在調(diào)節(jié)不同的密度是，玩具的仿真出現(xiàn)了一些現(xiàn)象：在減下彈簧預(yù)緊力的情況下，瓢蟲在翻轉(zhuǎn)后支撐板不能第一時間復(fù)位，導(dǎo)致瓢蟲不能繼續(xù)運(yùn)動。在減小瓢蟲底面運(yùn)動速度的情況下，瓢蟲不能完整翻轉(zhuǎn)360°。社會在飛速地發(fā)展，人們對物質(zhì)文化的需求不斷地提出了更新的要求。玩具在人類社會生活中占有重要的位置。當(dāng)代玩具的發(fā)展離不開對傳統(tǒng)玩具的繼承與革新、玩具的豐富內(nèi)容和多樣形式為中國當(dāng)代玩具的生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對各種玩具的深入研究有助于玩具事業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，將為當(dāng)代玩具的民族化、現(xiàn)代化提供理論依據(jù)。因此，在對瓢蟲玩具的研究設(shè)計(jì)是很有意義的。

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