基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計畢業(yè)論文

《基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計畢業(yè)論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計畢業(yè)論文（32頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- I -裝訂線摘摘 要要中國是一個玩具制造的大國，產量位于世界前列。但不是一個玩具強國，玩具品質不高。玩具設計缺乏創(chuàng)新，質量標準不高，生產未嚴格按工藝流程，生產中應用現(xiàn)代先進技術不充分，這些因素制約著中國玩具業(yè)的整體發(fā)展。逆向工程作為一種高效的產品設計方法，可以顯著縮短產品開發(fā)周期，改進產品質量，在國外已廣泛應用工程設計領域，國內在汽車等行業(yè)有較普遍應用，在玩具行業(yè)應用不甚普遍。將逆向工程應用于玩具開發(fā)設計，可以提升玩具品質，縮短研發(fā)周期。本文，應用逆向工程對一款電動玩具飛機進行了再設計，通過逆向,玩具飛機外形的云點，對塑料件外形、內部結構進行 CATIA 數(shù)模重

2、建，局部優(yōu)化改設計。玩具飛機在外形上更美觀，工藝更合理，并對機械傳動部分進行設計。關鍵詞關鍵詞：逆向工程 電動玩具 CATIA基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- II -AbstractToy industry of China is one of the nations of the largest products of toy. The industry is not the first-rate in the world. The development of toy industry of China is limited by many factors, such as des

3、ign without innovation, lower quality standard, manufacturing no strict technology and with primitive methods.The reverse engineering (RE) is one of the most effective design methods, which has shorted the cycle of the product design with promoting the quality of products. The method has widely used

4、 many industries on aboard. Sheet metal design of automobile has applied the method in China. But the toy industry of China has hardly used the advanced method. Toy design with RE can cost less time and promote the quality of toys. This paper re-designed a toy airplane used a motor with REM under CA

5、TIA software, which is one of the most advanced soft of CAD/CAE/CAM. The design has these steps- reversing the model, constructing points cloud, modeling the CAD model, modifying some outer forming and inner construct.The airplane has more beautiful on appearance and more reasonable construct.This p

6、aper also designed the mechanical system of the airplane.Key words: the reverse engineering, a toy with a motor, CATIA 南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- III -裝訂線目目 錄錄第一章緒 論.11.1 引言.11.2 中國玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 .113 逆向工程及其應用 .21.4 CATIA 簡介 .31.5 課題背景及內容 .3第二章 玩具飛機外殼及結構設計 .52.1 外殼在玩具中的地位 .52.2 玩具殼體設計原則5.52.3 逆向工程的基本流程 .62.4 玩具結構設計

7、.92.4.1 玩具結構設計的基本要求 .102.4.2 外形零件的配合結構 .112.5 螺旋槳的設計 .12第三章 機械傳動系統(tǒng)設計 .143.1 玩具動力源的選擇 .143.2 玩具飛機機芯設計 .143.2.1 機芯的定義及作用 .143.2.2 玩具機芯設計的基本要求 .143.2.3 機械傳動系統(tǒng) .153.2.4 傳動齒輪設計 .173.2.5 控制凸輪設計 .183.2.6 傳動軸支承設計 .183.2.7 輪子的設計 .19第四章 玩具飛機其他結構設計 .214.1 底盤設計.214.2 電池箱設計 .214.3 電極片設計 .224.4 電池箱蓋設計 .224.5 踏板設計

8、.22第五章 實體數(shù)模的裝配 .245.1 電池箱、底盤和機械傳動系統(tǒng)裝配.245.2 整機裝配.24總 結. 26致 謝.27參考文獻.28南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 1 -裝訂線第一章 緒 論1.1 引言引言公元前 100 年，歐洲的一位科學家希羅，曾利用水力驅動原理制造出會唱歌的鳥和活動鐵匠鋪等玩具。18 世紀，歐洲出現(xiàn)發(fā)條玩具。19 世紀，英國、德國能制造十分精巧的機動玩具，如可裝置梳妝用品的八音盒、與鐘表連在一體的游樂宮等。19 世紀末，德國能制造電動玩具，品種有電扇、火車頭等 。20 世紀 20 年代，德國生產出能發(fā)出汽笛聲的電動火車頭。不久意大利制成會冒煙的火車頭。20 世紀

9、 50 年代以來，隨著材料學、電工學、電子技術和加工工藝等的進步，機動玩具制作更為精巧，有的機動玩具還配上電子元件，這是電子玩具的雛形。20 世紀 60 年代，中國開始生產電動玩具，當時主要生產金屬外殼的電動玩具。品種有“母雞生蛋” ，以電池為能源，母雞能邊走邊發(fā)出叫聲，同時連續(xù)生蛋。 “照相汽車”能行駛、鳴喇叭，停車時，車上的記者會轉身拍照，相機上的閃光燈同時發(fā)光。20 世紀 70 年代，電動玩具外殼趨向采用塑料，出現(xiàn)許多金屬和塑料相結合的電動玩具。20 世紀 80 年代，是中國玩具快速發(fā)展的起步階段。玩具企業(yè)數(shù)量迅速增加，玩具品種趨向豐富，玩具數(shù)量急劇擴大。玩具材料應用上也有迅速發(fā)展，電動

10、玩具多為全塑型，表面采用曲面印刷、熱轉印、貼紙等工藝進行裝飾，機芯趨于標準化、系列化、小型化，使玩具重量減輕，噪聲減小，使用安全?，F(xiàn)在，電動玩具能完成各種精妙動作，還能發(fā)光、冒煙、噴火，有的裝上電子元件，可以遙控，更加方便兒童操作。1.2 中國玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀21 世紀，隨著中國加入世界貿易組織，中國玩具業(yè)的加快了發(fā)展步伐，至2006 年，中國已有玩具生產企業(yè) 15,000 多家，2006 年年產值超過 1500 億元1，是出口創(chuàng)匯的重要行業(yè)，是國內輕工業(yè)的支柱產業(yè)之一。中國已成為世界玩具的生產大國。中國玩具以傳統(tǒng)的毛絨玩具、木制玩具為主。但現(xiàn)在全球玩具市場，傳統(tǒng)的毛絨玩具、木制玩具逐萎縮，電

11、子玩具、益智玩具、游戲機等已占半壁江山，且呈不斷上升的趨勢1。中國玩具業(yè)面臨的困難，遠比表面繁榮多得多。中國是玩具生產大國，但基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 2 -遠遠不是一個玩具強國。品牌自有率低，對外依附嚴重。獲得出口許可證的3，000 多家玩具企業(yè)，其出口 70%以上玩具都屬于來料加工或來樣加工，是在為國外品牌打工，自主開發(fā)和創(chuàng)新的能力不強，能夠以自創(chuàng)品牌出口的更少數(shù)，對外依附嚴重2。由于科研不足，創(chuàng)新能力弱，自有品牌少，中國已淪為世界玩具業(yè)的“生產基地” ，產品附加值少，總體效益低。內地企業(yè)每為外國商人制造一件玩具，在美國賣 20 美元，但生產企業(yè)只可從中得到 1 美元左右的收

12、益。規(guī)范化程度不高，質量問題突出。2004 年 10 月 1 日，新頒布的國家玩具技術安全規(guī)范標準已正式實施。但據(jù)國家質檢總局去年公布的玩具抽檢結果，中國國內市場的玩具質量合格率僅為 76.3%。目前的大多數(shù)中國玩具企業(yè)，其生產離新標準要求仍有不小的距離，各種質量問題突出?？蒲袡C構少，專業(yè)人員缺乏。目前中國玩具產業(yè)仍停留在最初的簡單生產、單一營銷階段，放眼全國，仍很少有權威的專業(yè)科研機構和專業(yè)培訓、教育機構，與高校的聯(lián)動更是缺乏，現(xiàn)有的玩具從業(yè)人員基本是“半路出家” ，專業(yè)人才缺乏，令產業(yè)發(fā)展后勁不足。因此，應培養(yǎng)中國玩具產業(yè)的設計人才，主動占領世界玩具產業(yè)的制高點，提升中國玩具產業(yè)的核心競爭

13、力，打造中國玩具的自有品牌是中國玩具業(yè)的當務之急。13 逆向工程及其應用逆向工程是指用一定的測量手段，對實物或模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構實物的 CAD 模型的過程3。逆向工程技術綜合了三維測量、計算機輔助設計、快速成型等高新技術，關鍵技術在于形狀表面數(shù)字化、三維模型重建、數(shù)字化制造、逆向工程集成。逆向工程是從產品原型出發(fā)，進而獲得產品的三維數(shù)字模型，使得能夠進一步利用 CAD/CAE/CAM 以及 CIMS等先進技術對其進行處理。逆向工程主要應用情況如下4，a.在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整及沒有 CAD 模型時，通常采用逆向工程的方法復制相同的零件。b.對于有些商品

14、，要生產同類產品，由于其外觀設計專利或使用習慣上需要修改時，通過逆向工程形成完整的圖紙或模型，進行進一步的改進。C.模具行業(yè)。模具制造行業(yè)中有時需要不斷試模和修改模具。若將最終符合要求的模具測量并反求其 CAD 模型，這樣建立或修改的設計模型，可大大減南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 3 -裝訂線少修模量，提高模具生產效率，降低模具制造成本。d.在新產品開發(fā)、創(chuàng)新設計上有相當高的應用價值。例如，日本戰(zhàn)后的巨大成功就有這方面的因素。e.藝術品、考古文物的復制。人體事的器官、骨頭和關節(jié)等的復制、傅假肢制造。f.快速原型制造中，通常逆向工程可以方便地對快速原型制造的原形產品進行快速、準確的測量，然后找

15、出產品設計的不足，進行重新設計，經(jīng)過反復多次迭代使產品完善。1.4 CATIA 簡介法國 Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產品以幻影2000 和陣風戰(zhàn)斗機最為著名。CATIA 是法國 Dassault System 公司的CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/CAE/CAM 領域的領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器、消費品行業(yè)，其集成解決方案覆蓋幾乎所有的產品設計與制造領域。CATIA 提供方便的解決方案，迎合幾乎所有工業(yè)領域的大、中、小型企業(yè)需要。包括，從大型的波音 747 飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵

16、蓋了所有的制造業(yè)產品。在世界上有超過 13,000 的用戶選擇了 CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實上的標準。CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機公司使用 CATIA 完成了整個波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內的領先地位。1.5 課題背景及內容世界玩具業(yè)的發(fā)展趨勢及中國玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要求中國玩具業(yè)加快發(fā)展步伐，雖然沒有捷徑可走，但可以參考別人的發(fā)展歷程，從高起點起步。

17、高端設計、分析、制造軟件的廣泛應用，為玩具設計擺脫傳統(tǒng)的設計、制造模式提供了強有力的工具。因此，應用高端的 CAD/CAE/CAM 軟件，進行玩具的設計、模擬分析與制造，是中國玩具業(yè)趕超世界玩具業(yè)的一條比較可行、快捷的發(fā)展道路，是從玩具制造大國，走向玩具強國的必經(jīng)之路。本課題以逆向工程為基礎，獲得模型的原始數(shù)據(jù)，應用 CATIA 軟件平臺，基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 4 -重構了一款電動直升飛機，并對直升飛機的部分外形進行改進、內部結構優(yōu)化，使外形更加美觀，內部結構更趨合理。對電動玩具直升飛機的機械部分進行重新設計。電動玩具飛機，根據(jù)復雜程度從低到高，主要有以下幾種。a.簡單型直升

18、飛機，只是模型上像一架直升飛機，僅能實現(xiàn)在地面的直線移動，此型飛機結構簡單，技術含量低。實質上只是一輛玩具汽車的變形。 b.一般型直升飛機，除了不能在空中飛行外，其他的運動基本具備，如在地面除了直線移動外，還能自動轉彎、原地回轉、機翼的旋轉等運動。此款直升飛機基本具有飛機的功能，屬于中等復雜程度的飛機。 c.遙控型空中飛行直升飛機，此飛機根據(jù)復雜程度不同，可在空中簡單路線的飛行或復雜路線的飛行，能實現(xiàn)起降。此直升飛機屬于比較高檔的玩具，集成了電子學、機械學、流體學等學科。 本課題選用的電動玩具直升飛機是屬于一般型，主要實現(xiàn)在地面的移動，可實現(xiàn)遇障礙物自動轉彎、一定時間間隔原地回轉、機翼的旋轉。

19、南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 5 -裝訂線第二章 玩具飛機外殼及結構設計玩具外殼、機械傳動系統(tǒng)是構成玩具飛機的二個主要部分。玩具外殼不論在功能使用、產品造型、售后服務等方面均具有極其重要的地位。消費者購買一架玩具飛機，首先考慮的是從其外形出發(fā)，若外形吸引顧客，才能留住消費者的目光，才會有購買的可能，功能的考慮往往是第二步。本課題的外殼采用逆向工程的方法，得到設計的原始數(shù)據(jù)。2.1 外殼在玩具中的地位從整體布置的角度，外殼尺寸主要由機械傳動機構、底盤等尺寸決定，同時考慮玩具整體尺寸。外殼與底盤等相聯(lián)接。2.2 玩具殼體設計原則5外殼設計是玩具設計的重要內容之一，玩具的造型通過外殼設計展現(xiàn)，直接

20、影響消費者的對產品的第一印象。外殼設計一方面要有強烈的藝術感染力，另一方面還要考慮良好的加工工藝性，要做到以下幾個方面。a.造型新穎美觀，色彩鮮艷外殼設計前，首先要明確產品的定位，對消費者年齡段、產品銷往的國家和地區(qū)人們的喜好、風俗習慣、文化背景等，都要有詳細的了解，使設計具有針對性，在造型設計、色彩搭配上符合消費者的心理和愿望。在造型上，兒童都喜歡夸張、可愛的形象，尤其動畫片、漫畫故事中的人物、動物會給兒童留下很深的印象，設計玩具外殼時要充分利用兒童作品的影響力，在不侵權的基礎上對這些形象加以改變，使容易接受。作為一名優(yōu)秀的玩具設計人員，必須掌握多方面的文化知識，綜合考慮各種因素，才能設計出

21、好產品。b.外形線條流暢、簡約，工藝性好評價一個玩具的好壞，并不是看它的復雜程度，兒童喜歡簡單、直觀的東西。因此，設計外殼時造型線條要簡潔、流暢，復雜的外形只會增加加工的難度。模具成本在玩具生產成本中占不小的比例，外殼設計的簡單化，會降低模具制造成本，還會使零件的加工工藝性、裝配效率得到提高。c.材料選擇要合理，保證使用者的安全無論是塑料外殼，還是木制外殼，都要保證無毒，以免對兒童造成傷害。尤其是低齡幼兒玩具，對于外殼的原料、涂料的使用都要符合國家安全標準?；谀嫦蚬こ痰碾妱油婢咧鄙w機的設計- 6 -本課題根據(jù)以上設計原則，結合市場調研決定玩具直升飛機外殼整體采用白色 ABS+PC 塑料。表

22、面采用彩色貼圖的方式。2.3 逆向工程的基本流程逆向工程與一般的正向設計流程不同，其主要流程如圖 2.1 所示。圖 2.1 逆向工程主要流程在市場調研的基礎上，尋找?guī)卓钿N售情況較好，受消費者歡迎的樣本小飛機，分析其特征，找出設計比較好的方面。利用激光三坐標測量機(CMM)，對玩具直升飛機外殼進行掃描。掃描前將外殼涂刷一層顯影液，在外殼前方放置一基準球，從上、下、左、右不同角度對外殼進行掃描，得到點云。由于本課題飛機是左右對稱，故掃描一半外殼，另一半點云通過鏡像獲得。由于從不同的角度拍點云，會出現(xiàn)重點現(xiàn)象，需對點云進行過濾，去除無用的雜點；同時，刪除點云中無用的點，后期逆向特征比較精確，減少工作

23、量的目的。生成的點云文件，一般轉成 IGES 格式，為后續(xù) CAD 軟件讀入做準備。圖 2.2 是本課題經(jīng)三坐標測量機點云拍攝，且去除雜點后的外殼點云。南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 7 -裝訂線圖 2.2 玩具直升飛機點云經(jīng)去雜點后的點云，需進行點云的三角化，為重構曲面做準備。圖 2.3 是在 CATIA 中三角化后的點云。圖 2.3 玩具飛機三角化后的點云三角化后的點云，進行曲面重構。飛機外表面的曲面重建過程中做所的主要工作如下。a.觀察點云，尋找?guī)缀翁卣?，采用正向的思維逆向幾何特征。b.應用 CATIA 軟件中的截面功能，對點云進行砍斷面，獲得特征點和特征線，然后運用這些點、線來構建特征

24、曲面。為使曲面達到光順，構建曲面前對曲線進行光順，使其達到 G2 連續(xù)（即曲率連續(xù)） ，若曲線不能達到 G2 連續(xù)，對曲線進行重新構建。c.將構建完成的特征間相互裁剪，進行倒角，不至于出現(xiàn)重面、缺面。d.檢查曲面和點云的貼合率，根據(jù)貼合率進行調整，本設計中將曲面和點云的貼合距離控制在 0.5mm 范圍之內。e.得到重新構建的直升飛機外表面曲面如圖 2.4。基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 8 -圖 2.4 重建后的直升飛機外表面f.使用隱藏命令將點云隱藏，得到樣板飛機的曲面數(shù)模如圖 2.5 所示。圖 2.5 直升飛機外曲面g.應用實體模塊，將曲面加成一定厚度，生成實體數(shù)模，如圖 2.6

25、所示。本設計根據(jù)直升飛機的總體尺寸的大小，同時參考模型飛機的厚度，外殼選用1.6mm 厚度。圖 2.6 直升飛機實體數(shù)模 h.修改局部特征，回避專利，加入設計者思想，進行改型設計（同時，加入其它樣本飛機的特征，或者直接把多種樣本飛機的特征數(shù)模重新進行優(yōu)化組南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 9 -裝訂線合以達到美觀協(xié)調，工藝性合理的目的）。此款直升飛機的尾部比較短，整體比例不夠協(xié)調，本設計中采取加長尾部的修改，修改其尺寸以達到比例協(xié)調，整體美觀之目的。并將尾翼和側翼都加厚， 加厚至 2.0mm 厚度。對于擋風玻璃的處理，沒有采用原始直升飛機的貼圖方式，而采用設計不同零件的方法，加上半透明彩色擋風玻

26、璃，使其外觀更加完美。圖 2.7 是經(jīng)過表面處理后的直升飛機表面數(shù)模。圖 2.7 表面處理后的直升飛機外殼數(shù)模i.鏡像另一側外殼數(shù)模。應用鏡像工具，獲得外殼的另一半數(shù)模。由于在點云處理時，已經(jīng)考慮了左右結縫處的曲面連續(xù)，鏡像后的曲面在結縫連續(xù)較好。雖然 CATIA 曲面處理功能相對其他高端軟件要強大，但在 CATIA 進行模型重構時，仍要注意建模的合理性，合理應用相應的功能。曲面應設計成參數(shù)化的形式，不要設計成非參數(shù)的形式，參數(shù)曲面容易調整修改。本課題的曲面都是參數(shù)曲面，調整修改比較容易。2.4 玩具結構設計玩具結構是指把零件與零件、零件與部件組裝在一起的連接方式。一個玩具由多個零件組合裝配而

27、成，玩具的組裝是玩具生產的重要工序，由于玩具零件數(shù)量多、尺寸小、形狀不規(guī)則，所以很難形成大規(guī)模的機械化裝配，大部分是采用手工作業(yè)，這是勞動密集型產業(yè)特點所在。如何減少裝配工序、簡化裝配過程，結構設計是否合理非常關鍵。機動玩具由于動作機構較多，結構比靜態(tài)玩具要復雜。既要使玩具結構簡單，又要保證玩具動作可靠。玩具結構按照一般裝配順序，可分為內部結構、外型結構和電路結構。內臟結構是指玩具內部機芯、動作執(zhí)行機構之間的配合形式，如齒輪與軸、凸輪與軸、偏心輪與連桿、軸與機芯夾板、電動機與機芯夾板等。外型結構是指除內臟以外的各零件之間的配合形式，如外殼與外殼之間、基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 10

28、 -外殼與底板之間、輪軸與底板之間、整個機芯與底板之間、動作執(zhí)行機構與外殼之間。電路結構是指電動玩具中線路的連接、開關與外殼的連接、電池箱與箱蓋的配合形式。2.4.1 玩具結構設計的基本要求a.降低成本，提高經(jīng)濟效益玩具生產本身的加工利潤很低，若生產批量較大，玩具結構設計合理，也能提高經(jīng)濟效益。可以采用，按照玩具的最佳壽命設計不同的配合結構，如對于需要拆裝的玩具，采用螺釘聯(lián)接的方式；在滿足強度要求的情況下，采用不同截面形式，或采用加強筋的結構，減少材料的使用，本課題在聯(lián)接柱的部分采用加強筋的形式；采用標準件和通用件，在玩具設計中，無論是機芯構件還是外型構件，標準化很重要，標準化使不少尺寸不一的

29、零件成為少量的通用件，大大簡化設計過程，現(xiàn)在機動玩具中齒輪、軸、偏心輪等常用的零件都已實現(xiàn)了標準化或系列化，發(fā)條機芯、慣性機芯也都實現(xiàn)了規(guī)格系列化，這些機構由專門的生產廠家生產，設計玩具機構是只需選擇合適的型號即可。本設計中上下聯(lián)接的螺釘和回輪機構選用標準件。采用整體化設計能減少零件的數(shù)量及各零件之間的交接面，減少裝配工序。b.簡化裝配工序一個玩具由幾十個甚至幾百個零件組成，裝配成本在整個生產成本中占很大比例。在結構設計時，除了盡量減少零件個數(shù)以外，還要考慮簡化裝配工序，采用簡易和快速裝配的設計方案。在結構設計時，要考慮盡量采用容易辨別、減少需要判別的情況，減輕裝配強度，少出差錯，提高裝配效率

30、。例如大小、形狀差別不大的零件可以用不同的顏色區(qū)分，零件形狀盡量采用對稱結構，盡量設計倒角、圓角結構便于裝配。本設計的機翼葉片采用完全相同結構，裝配時無需判別。螺釘裝配是現(xiàn)代玩具裝配的主要形式，采用螺釘玩具易于拆裝、維修，也利于實現(xiàn)機械化作業(yè)。但是擰螺釘工作主要還是手工，無論是自攻螺絲還是有孔的螺釘，時間長了都會造成手的疲勞，所以設計裝配結構時，考慮少用裝配工具、少用螺釘?shù)姆椒?。c.熟悉模具工藝，便于模具制造玩具中的金屬件、塑料件都是通過模具進行大批量生產，構件的設計要便南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 11 -裝訂線于模具的制造。因此，設計人員必須熟悉、了解模具的生產工藝。如金屬模的落料、沖孔

31、、拉伸的各形狀最小極限尺寸；塑料模的脫模斜度、收縮變形、滑塊設置等工藝要求，在設計時都應考慮到。為便于模具的制造，設計者必須在了解制件的成形(型)工藝要求情況下，結構上加以合理設計，以簡化模具結構、減少開模工序、提高生產率，降低生產成本。d.便于消費者使用玩具設計也要“以人為本”，這是設計者應追求的境界。設計者要把消費者尤其是兒童視為上帝，設計的產品要滿足他們的要求，有利于兒童的身心發(fā)展，在使用上要為兒童提供方便。產品結構設計時，應考慮消費者使用的方便性，方便消費者使用是擴大銷路的方法之一。e.保持外觀的整體感和美感玩具外形一般由幾部分組合而成，裝配后在接觸處會有各種痕跡，使玩具的整體感和美觀

32、程度受到影響，在結構設計時要采用相應的措施，把這種影響降到最低。本設計在左、右外殼的結合處，開有一個凹槽，減少左、右外殼裝配后的不對稱影響。f.經(jīng)得起撞擊、振動及擠壓玩具運輸、儲存、使用時的跌落、摔打會造成玩具局部受力，可能會損壞。結構設計時，要考慮玩具可能受到的各種損傷，將破壞的可能性降到最低。例如，在玩具表面盡量不要設計單獨的凸面，以避免應力集中引起凸面的折斷；有的位置加上彈簧進行緩沖保護。本設計在直升飛機尾部采用相對較厚的設計，尾部側翼采用粘接的方法，而不是采用與外殼整體的形式，這樣在尾部側翼與外殼聯(lián)接處沒有應力集中。2.4.2 外形零件的配合結構玩具的外形由多個構件組成，構件之間需要用

33、一定的配合方式組裝起來。外形零件的配合結構形式有多種，具體采用何種配合結構需根據(jù)玩具的性質來決定。如連接件的材料、玩具的使用功能、使用對象、玩具本身的價值等，根據(jù)具體的情況設計合理的配合結構。設計中，裝配結構上采用螺釘配合，安裝螺釘?shù)目鬃鲇谐量?，孔上了做一些貼紙圖案保持玩具表面的整體性和美感。設計中上下殼體定位采用導向柱來定位，此結構具有簡單方便、定位精度高、易于使用、拆裝方便等優(yōu)點，同時可以加強飛機殼體的強度。配合的方式主要有華司配合、腳子配合、鉚釘配合、熱燙配合、卡扣裝配、基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 12 -按扣配合、粘接配合、螺釘配合。前四種配合形式主要用于低端的玩具設計中。

34、卡口、按扣配合主要利用塑料件的彈性，目前常用的兩種配合方式。本設計中， 電池箱蓋與底盤的設計采用按扣的方式。粘接配合在玩具聯(lián)接中是常用的方法之一，本設計中尾部側翼采用此種配合，聯(lián)接方法簡單。螺釘配合，即利用螺釘做緊固件，把兩個各有圓孔的零件相互配合緊固。玩具中常用的是自攻螺絲，不需螺母和不需預先攻螺紋的特點，使用方便，配合牢固，便于拆裝，是現(xiàn)代玩具中最常用的配合方法之一。安裝螺釘?shù)纳峡讘撚谐量?，這樣螺釘冒不會露在外面，一方面美觀，另一方面從安全考慮，螺釘冒不會滑傷兒童。螺釘一般設在玩具底面或者隱蔽的地方，如果不得不設在正面的話，可以在孔上做一些貼紙圖案或其他裝飾物，以保持玩具表面的整體性和美

35、感。本設計左、右外殼的聯(lián)接采用自攻螺釘?shù)穆?lián)接方式，簡化模具。圖 2.8 是本設計左、右外殼聯(lián)接柱的設計。聯(lián)接柱布置在外殼的四周，并根據(jù)聯(lián)接的主次不同，設計成兩種聯(lián)接柱的尺寸，以適應不同的螺釘。圖 2.8 左、右外殼聯(lián)接柱2.5 螺旋槳的設計在設計螺旋槳時，首先參照樣本模型，測繪其基本尺寸。然后根據(jù)改型后的飛機外殼數(shù)模調整其基本尺寸，局部地方做細小的改動。圖 2.9 是葉片固定座結構，采用整體式結構，選用白色 ABS 塑料，表面噴涂圖案。在不同截面設計不同厚度，以增加強度。南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 13 -裝訂線圖 2.9 葉片固定座圖 2.10 是葉片的結構。由于玩具沒有嚴格的流體力學要

36、求，同時本設計的直升飛機不做空間飛行，因此葉片未采用流線型設計。葉片與葉片座之間采用塑料銷定位，螺釘聯(lián)接的方式以固定。圖 2.10 葉片結構圖 2.11 是螺旋槳總成，四個葉片均勻分布在固定座上。圖 2.11 螺旋槳總成基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 14 -第三章 機械傳動系統(tǒng)設計機動玩具的主要特點是能表現(xiàn)各種各樣的動作，動作的產生離不開玩具內部的動力部分、機械傳動系統(tǒng)。本設計中，玩具直升飛機需要產生三個運動，即螺旋槳的連續(xù)旋轉，主動輪的旋轉及遇障礙物的自動調頭，間隙原地回轉。3.1 玩具動力源的選擇 能將外界做的功或提供的能量轉變成變速箱中傳動系統(tǒng)運動所需要的機械能，具有這種功能的

37、元件或者裝置稱為玩具的動力源。 機動玩具中常用的動力源主要有電動機、發(fā)條裝置、慣性飛輪三種。一般玩具以干電池作為電動機的能源，現(xiàn)在有些動作較復雜，功能較多的玩具用充電電池，以延長電池的使用時間。電動機將電池中的電能轉換為電機輸出軸的轉動，來驅動傳動系統(tǒng)使玩具產生動作。玩具電動機一般采用永磁式直流電動機。本設計的是電動小飛機，選用微型直流電動機作為動力源。其具有優(yōu)良的調速特性及寬調速范圍，最底與最高轉速可達到 1：200，且調節(jié)性平滑、控制方便。啟動性能好，過載性能強。3.2 玩具飛機機芯設計3.2.13.2.1 機芯的定義及作用機芯的定義及作用機芯是機動玩具的核心部件，機芯由一組齒輪傳動機構組

38、成，經(jīng)過齒輪輪系間的嚙合，改變輸出和輸入速度比。一般，動力源不能直接帶動玩具的動作機構，需要經(jīng)過機芯調速，達到玩具動作的速度要求。如電動玩具中，電動機的轉速一般在 800010000rpm，而玩具飛機為了達到跑動的穩(wěn)定性，行走的速度一般每分鐘 200 轉左右，因此必須通過齒輪機構降速來達到所要求的速度。機芯設計的合理與否，直接影響玩具動作的可靠性。3.2.23.2.2 玩具機芯設計的基本要求玩具機芯設計的基本要求a.機芯設計與結構設計、外形設計相輔相成機芯在玩具中不是一個完全獨立的部件，是為玩具的執(zhí)行機構的主動件提供所需的旋轉運動，而執(zhí)行機構的其他構件安裝在機芯殼體或玩具的外殼上。設計機芯時必

39、須同時考慮玩具外殼的形狀，使機芯及其他機件具有合理的定位；另外，有些小型玩具，機芯的形狀完全取決于外殼的造型因此，機芯設計要與南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 15 -裝訂線機械設計、外形設計相輔相成。b.確定強度和剛度玩具與其他產品相比壽命要求不高，但也不能一玩就壞。無論是金屬玩具還是塑料玩具，對于一些連接部位、配合結構及受力構件，需要有一定的強度和剛度。但一般不作強度、剛度校核計算。c.減輕機芯的質量減輕質量可節(jié)約材料，減少運動零件的慣性力，降低能耗，減少電動機的啟動功率。d.合理選用各種齒輪機械，盡量使結構簡化盡量使用雙聯(lián)齒輪代替單個齒輪，使用玩具中的一些特殊機構，如一齒差機構,以使機構緊

40、湊，減少所占空間。e.具有良好的工藝性盡量用較低的成本、容易加工的方法，制造出能滿足基本功能的機芯。如盡量減少零件的個數(shù)以減少裝配的工作量，結構盡量簡單以利于注射成型。f.重視設計的標準化盡可能選用標準的傳動零件；盡可能利用原有的部件，增加零部件的通用性；盡可能增加相同構件的數(shù)量，如在減速機芯中，小齒輪盡量采用相同齒數(shù)，簡化裝配，便于采購與管理。3.2.33.2.3 機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)根據(jù)本設計所需要的三個運動，其傳動系統(tǒng)如圖 3.1 所示。機械傳動路線分別如下。a.螺旋槳連續(xù)旋轉。由電動機輸出軸 I 的 Z1 齒輪軸的 Z2 齒輪軸的 Z3 齒輪軸的齒輪 Z4軸的 Z5 齒輪。至螺旋槳

41、連續(xù)旋轉。b.主運動。由電動機輸出軸 I 的 Z1 齒輪軸的 Z2 齒輪軸的 Z3 齒輪軸的 Z6 齒輪軸的 Z4 齒輪軸的 5 齒輪，帶動同軸的主動輪旋轉。c.原地回轉。由電動機輸出軸 I 的 Z1 齒輪軸的 Z2 齒輪軸的 Z3 齒輪軸的 Z6 齒輪軸的蝸桿 3軸的蝸輪 2軸的 Z7 齒輪軸的齒輪 Z8軸的凸輪壓縮彈簧 7，使軸的齒輪與軸上的 Z9 齒輪嚙合，實現(xiàn)玩具飛機的原地回轉。本設計，齒輪全部采用 ABS 塑料齒輪，齒輪與軸間周向采用緊配合，具體齒數(shù)見數(shù)模?；谀嫦蚬こ痰碾妱油婢咧鄙w機的設計- 16 -圖 3.1 玩具飛機機械傳動系統(tǒng)圖本設計中，均采用定軸輪系。定軸傳動時，一對齒輪

42、傳動，一般傳動比在10 左右在需要獲得大傳動比時，采用多級傳動如軸是中間過渡級傳動，也采用蝸輪蝸桿傳動，獲得大傳動比，軸與軸間即為此傳動。本設計需要三個運動，只采用一個動力源，主要采用分路傳動來實現(xiàn)。輪系設計時，按照“前大后小”的原則分配傳動比比較有利。同時，為了使機構外廓尺寸協(xié)調和結構勻稱，相鄰兩級傳動比差值不宜過大。運動鏈這樣逐級減速，可使各級中間軸有較高的轉速和較小的扭矩，從而獲得較為緊湊的結構，提高機械效率。本設計機械傳動系統(tǒng)如圖 3.2 所示。南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 17 -裝訂線圖 3.2 機械傳動系統(tǒng)數(shù)模3.2.43.2.4 傳動齒輪設計傳動齒輪設計齒輪是機動玩具中最常用

43、的傳動零件。玩具齒輪與一般機械中的齒輪一樣，起著傳遞運動和動力的作用，但玩具齒輪與一般的齒輪相比具有如下特點。玩具中應用的齒輪為小模數(shù)齒輪。小模數(shù)齒輪是指模數(shù)在 1mm 以下的齒輪，玩具中齒輪的模數(shù)大多在 0.40.6 之間。玩具齒輪的標準齒形不是常用的漸開線，而是類似于鐘表中應用的圓弧-直線齒型，這種齒型加工工藝簡單，比漸開線齒型圓滑旋轉輕松。為了滿足玩具小的尺寸結構，玩具齒輪齒數(shù)可以根據(jù)要求做得很少，一般小齒輪的齒數(shù)為 610。由于玩具齒輪強調動作的靈活性，不要求嚴格的運動規(guī)律、速度等，同時考慮為了降低成本，玩具齒輪與一般齒輪比加工精度要求不是很高。玩具齒輪按材料劃分主要有金屬、塑料兩種。

44、考慮成本和玩具本身的特點，金屬齒輪用的比較少，塑料齒輪相對較多。其材料主要是工程塑料，有POM、POM+GF、PA、PA+GF、PC、PSF、PBT、ABS、PE、PPS。玩具類型主要有圓柱齒輪、冠齒輪（盆齒輪） 、蝸桿。本設計中，以上三種齒輪均用到，具體結構分別如圖 3.3、3.4、3.5 所示。基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 18 - (a)單一圓柱齒輪 (b)雙聯(lián)圓柱齒輪圖 3.5 玩具飛機之圓柱齒輪 圖 3.6 玩具飛機之冠齒輪 圖 3.7 玩具飛機之蝸桿3.2.53.2.5 控制凸輪設計控制凸輪設計原地回轉動作在一定時間間隔內重復，采用機械的控制方法，用平面凸輪的廓線的變化實

45、現(xiàn)。圖 3.8 是本設計中的控制凸輪，由于玩具飛機中對運動要求不高，凸輪廓線的設計主要考慮加工工藝性，廓線不要有太大的變化，以減少沖擊。圖 3.8 玩具飛機之控制凸輪南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 19 -裝訂線3.2.63.2.6 傳動軸支承設計傳動軸支承設計本設計中，齒輪與軸間均采用緊配合，由注射齒輪時完成軸與齒輪的聯(lián)接。裝配成機芯時有上下固定板，上下固定板通過上下固定板間的塑料圓柱銷定位，螺釘固定。上下固定板結構如圖 3.9 所示。中間部分支承板用于固定電機和凸輪軸。 (a)機芯上固定板 (b)機芯下固定板圖 3.9 玩具飛機之機芯固定板機芯裝配的結構如圖 3.10 所示。圖 3.10

46、機械傳動系統(tǒng)裝配數(shù)模3.2.73.2.7 輪子的設計輪子的設計行駛類玩具中輪子是比較重要的零件，輪子的設計直接影響到玩具的動作效果和外觀。輪子的主要功能是帶動玩具的行走和裝飾，對輪子的基本要求是滿足使用功能，即能在支撐面上作純滾動；在滿足使用要求的基礎上，造型要基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 20 -美觀。玩具中的輪子主要有三類，即全塑輪、全橡膠輪、橡塑組合輪。全塑輪主要由于材料質地較硬、彈性差，一般用作裝飾輪和小型玩具的驅動輪。橡膠輪彈性好，與地面摩擦力大，適合做玩具的驅動輪。為了增加輪子與軸之間的抗拉強度與抗扭強度，橡膠中間需要配金屬輪芯，制造成本高。橡塑輪是用塑料制成輪芯、橡膠制

47、成輪胎組合而成的輪子。其利用塑料和橡膠的優(yōu)點，適合各種驅動輪。它們之間配合時只需把輪芯壓入輪胎內即可。結構簡單、成本低，是目前用的最多的一種結構形式。本設計的驅動就輪采用了橡塑組合輪?？紤]降低成本、減輕重量，從動輪采用全塑輪，中間部分設為中空結構。圖 3.11 是玩具飛機的驅動輪。圖 3.11 玩具飛機之驅動輪南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 21 -裝訂線第四章 玩具飛機其他結構設計玩具飛機除了主要的外殼和機械傳動系統(tǒng)外，還有其他一些輔助結構，如底盤、踏板、電池箱、電極片等。4.1 底盤設計需要將玩具飛機的外殼、機芯裝配到底盤上，底盤主要考慮各個件的裝配，保證飛機裝配的合理性。裝配尺寸公差在

48、0.5mm 范圍內。測量、計算外殼間前后輪軸間距，設計底盤主要尺寸長度和寬度，考慮電池箱、回輪機構、前后輪軸固定結構，設計底盤部裝如圖 4.1。圖 4.1 玩具飛機底盤部裝底盤上的一些孔，主要是機械傳動軸過孔。4.2 電池箱設計電池箱是存放干電池的一個部件，其結構主要有立式、臥式、手操縱式、分離式。立式電池箱中電池豎直放置，電池可以并聯(lián)也可以串聯(lián)，這種形式電池箱占底盤面積少。本設計中由于高度相對較大，有足夠的空間放置電池，采用立式電池箱結構。電池箱的結構尺寸主要根據(jù)電池尺寸設計，本設計使用兩節(jié) 1 號作為動力源。本設計電池箱主要尺寸為 321854，電池箱結構如圖 4.2?；谀嫦蚬こ痰碾妱油?/p>

49、具直升飛機的設計- 22 -圖 4.2 玩具飛機電池箱4.3 電極片設計電極片是電池接觸的導電體，要求有良好的接觸性和導電性。電極材料一般用黃銅皮、磷銅皮和馬口鐵制成。電極片分正、負極，由于大部分玩具都是用兩節(jié)電池并列串聯(lián)使用，所以經(jīng)常把正、負級做成一體。電極片在電池箱中的安裝，在電池箱內部兩端注射有插槽，把電極片插入槽中，再通過電極片上的腳子固定。用彈簧做負極，在電極片上作切口，彈簧一端插入。4.4 電池箱蓋設計電池箱蓋結構常用的有鉸鏈式和推拉式。鉸鏈形式，一種在箱體和箱蓋上分別注出軸孔，再用鉛絲將兩者裝在一起；另一種常見的結構，是在箱蓋上注出兩個插片，在箱體上開出插槽，再用卡扣配合。這種結

50、構裝配容易，使用方便，但是由于箱蓋和箱體是分離的，容易丟失。再一種形式為了避免了箱蓋的丟失，在箱體兩側注出孔，在箱蓋兩端注出銷軸，利用塑料本身的彈性直接插在孔內。本設計采用此種形式，其結構如圖4.3 所示。圖 4.3 電池箱蓋南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 23 -裝訂線4.5 踏板設計本設計中有兩個相同的踏板，主要用于飛機非運動狀態(tài)下的放置，其結構如圖 4.4 所示。采用整體式結構，兩圓軸同外殼相聯(lián)接。圖 4.4 玩具踏板 基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計- 24 -第五章 實體數(shù)模的裝配零件設計完成后，進行零件、部件裝配，先裝配部件，最終裝配成整機。5.1 電池箱、底盤和機械傳動系統(tǒng)裝

51、配將機械傳動部分裝配成一個部件，并同電池箱、機械傳動部分裝配在底盤上，成一個部件，如圖 5.1。圖 5.1 底盤、電池箱和機械傳動系統(tǒng)部件5.2 整機裝配將底盤、電池箱、機械傳動部分同直升飛機左右外殼裝配，并將踏板裝配到整機，如圖 5.2、5.3 分別是裝配后整機模型。圖 5.2 電動直升飛機裝配 A南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 25 -裝訂線圖 5.3 電動直升飛機裝配 B5.3 裝配時應注意的事項為了裝配的順利進行，符合要求，在建模時應該注意以下事項。a.在零件設計階段應該考慮零件同周圍零件的裝配關系，局部應該先進行裝配設計，再進行零件的詳細設計。b.在零件設計時，要嚴按照裝配設計的尺寸

52、來建模。c.在裝配過程中，若發(fā)現(xiàn)干涉情況，應仔細查找原因，如果零件尺寸不符合要求，應該重新建立零件數(shù)模。d.分部件進行裝配，不同的部件再進行裝配，可以在早期發(fā)現(xiàn)問題，解決問題比較方便?；谀嫦蚬こ痰碾妱油婢咧鄙w機的設計- 26 -總 結本課題主要對電動直升飛機進行了逆向設計，對飛機的外形進行了改進設計，其使更美觀，對內部結構進行了局部優(yōu)化設計，使結構更趨合理，工藝性較好，同時對機械傳動部分進行重新設計。通過本課題，使本人在玩具設計方面有一定的進步，對于逆向的基本流程及設計要點有了比較深的掌握。對相關軟件的應用有更深的理解。應用逆向工程進行電動玩具直升飛機的設計，能在較短的設計周期內完成比較滿

53、意的設計。本人認為玩具設計，應該加強以下幾方面，以期有高品質的設計。1. 對玩具進行正向設計，進行創(chuàng)新設計，應該是玩具設計的主要的出發(fā)點。2由于受學科水平的限制，本課題所選擇的直升飛機還是一般型的，要將飛機做成比較高檔，應該需要有更多、更復雜的運動，如直升飛機真正在空中的復雜路線的飛行、飛機的起降、空中停留，需要有電子學、計算機、流體軟力學的相關知識。3對塑料結構件的設計，需要有更多的工程背景；對塑料件的注射過程進行模擬，以分析塑料件結構對注射工藝的影響，以獲得較好的注射件結構。4對飛機的運動進行仿真，以獲得更合理、復雜的運動。5對玩具外殼、聯(lián)接進行強度的仿真分析，以獲得符合玩具安全標準的設計

54、。 6加強玩具標準的制定與實施。南京工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文- 27 -裝訂線致 謝 在本次畢業(yè)設計的過程中，校內的指導老師王紅軍，給予本人很多幫助和支持，在此表示感謝。其次要感謝校外的指導老師關紹文先生，是其對本人的嚴格要求，比較順利完成本次課題。感謝母校-南京工業(yè)職業(yè)技術學院，為本人提供了良好的學術環(huán)境和學習氛圍。最后要感謝的是本人四年的同窗，在資源共享方面給予很大的幫助?；谀嫦蚬こ痰碾妱油婢咧鄙w機的設計- 28 -參考文獻1王林， “中國玩具發(fā)展 30 年”活動跟蹤報道之五，盤點 2006 中國玩具產業(yè)-跋涉艱難，期待春天，玩具世界，2007,12玩具世界社論，成本質量等九大因素制約

55、玩具業(yè)發(fā)展，玩具世界，2005，63楊喜娟，武福，逆向工程及其在工業(yè)設計中的應用研究，甘肅科技，2006,114田濤，陳揚，史廷春，逆向工程與新產品設計，河北理工學院學報，2006,115潘成林，微型電機，廣東：廣東科技出版社，20036 王文廣，塑料材料的選用，北京：化工工業(yè)出版社，20027劉瑞霞，塑料制品與加工，北京：科學技術文獻出版社，20038沈世德，機械原理，北京：機械工業(yè)出版社，20029謝大康，產品模型制作，北京：化工工業(yè)出版社，200310 中華人民共和國輕工行業(yè)標準，電動玩具通用技術條件，北京：中國輕工總會，199811中華人民共和國輕工行業(yè)標準，玩具電動機，北京：中國輕工總會，199812中華人民共和國家標準，機動玩具機芯型號編制方法，北京：國家標準局，200013靳桂芳，機動玩具設計原理與實例，北京： 化學工業(yè)出版社，2005