行走闹钟玩具的机构动力学仿真

1、武汉工业学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：行走闹钟玩具的机构动力学仿真2012届姓 名： 胡 成 骏学 号： 080301114院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化指导老师： 宋 少 云 2012年5月27日摘要目前，国内外将虚拟样机技术应用到玩具的设计仿真中，这一技术利用计算机三维软件建立玩具系统的三维实体模型和运动学及动力学模型，分析和评估玩具系统的性能，使得玩具的设计开发制造过程实现了真正意义上的柔性化和高效化。这一技术的运用不仅提高了产品的生产效率而且还不断完善其性能，从而使得研究开发的设计成本不断降低。为了适应消费者的需求，研发设计出更新更多种类的玩具产品

2、，这使得虚拟样机技术得到了进一步的运用，也使得设计周期大大缩短。随着计算机技术的发展和运用，使得整个玩具的设计过程不断简化，大大减少了成本开支和时间周期。本课题通过运用Solidworks和Adams对行走闹钟玩具进行运动学的仿真，首先，对行走闹钟玩具进行拆卸、测绘，然后在Solidworks软件中进行三维零件建模并装配，装配完后将其导入ADAMS软件中进行运动学的分析和仿真，通过不断的调试和参数的设定，实现了行走闹钟的运动学仿真。关键词：虚拟样机 三维建模 调试 运动学 AbstractAt present, domestic and international virtual protot

3、yping technology to toy design and simulation, this technology uses computer software to create three-dimensional toy system of three-dimensional solid model and the kinematics and dynamics model, analyze and evaluate the performance of toy systems, making the toy design development of the manufactu

4、ring process to achieve a true sense of the flexible and efficient. The use of this technology not only improves the production efficiency but also to continuously improve its performance, making the design of research and development costs have been reduced. In order to meet consumer demand, resear

5、ch and design a greater variety of toy products update, which makes virtual prototyping technology has been further use, but also makes the design cycle significantly shortened. With the development and application of computer technology, making the toys continue to simplify the design process, grea

6、tly reducing the costs and time periodThe subject of Adams through the use of Solidworks and the kinematics of walking clock toys simulation, first of all, the demolition of the walking clock toy, mapping, and then in the Solidworks software modeling three-dimensional parts and assembly, the assembl

7、y after its exercise into ADAMS software Science analysis and simulation, through continuous commissioning and parameter setting, and finally achieve the kinematic simulation walking clock. Key words: virtual prototype, three-dimensional model, debugging , kinematic 目录摘要1Abstract2目录31、前言41.1 课题的来源，研

8、究目的和意义41.2玩具动力学仿真的国内外研究现状及分析4玩具动力学仿真的国内研究现状5玩具动力学仿真的国外研究现状7现状分析81.3本课题的研究目标与内容91.4 课题的研究步骤92、研究方案与研发工具102.1 研究方案102.2 Solidworks软件简介102.3 ADAMS简介143、 基于Solidworks的行走闹钟玩具的三维几何建模163.1 玩具的拆卸、测绘16玩具外壳内部尺寸定位183.2 Solidworks建模中的关键技术193.2.1 自顶向下建模技术193.2.2 自底向上建模技术203.2.3 曲面建模技术203.3行走闹钟玩具的零件建模273.4行走闹钟玩具的

9、零件装配304、 基于Adams的行走闹钟玩具的仿真334.1模型导入334.2模型的重命名354.3模型中约束的施加364.3.1 行走闹钟玩具中转动副的创建37碰撞的创建384.3.3 行走闹钟玩具中各零件的关系表404.4行走闹钟玩具的运动学仿真40行走闹钟玩具模型的仿真40播放仿真过程415、结论与展望43参考文献441、前言1.1 课题的来源，研究目的和意义“玩具”是个很宽泛的概念，广义上讲，任何可以拿来玩的物品都可以称为“玩具”。而我们要讨论的“玩具”是作为产品的玩具，即工业化批量生产并投入大众消费市场中的玩具。随着科技的进步，计算机技术的不断提高和运用，特别是计算机网络的应用与普

10、及不但给各行各业带来了前所未有的生产高效率与管理的规模化与统一化，而且网路也把全世界的人连通到了一起，越来越多的人开始远离操场，远离体育运动，将大部分的休闲锻炼时间投放到了网络虚拟环境中。据调查，2010年发表的报告显示中国青少年网民规模已经达到1.95亿人，其中74%的青少年使用手机上网，主要是用来上网聊天、听音乐、看电影等，大部分时间用来娱乐。如何让青少年有一个更健康的生活方式，这个问题急需解决。因而玩具对青少年来说是一个很不错的选择，可以开发孩子智力和培养孩子的动手能力。中国玩具以历史悠久、分布地区广阔和品种丰富著称于世，在社会生活中发挥着独特的作用。玩具在漫长的发展过程中与其他社会科学

11、领域发生着复杂的关系。因此，玩具的研究工作不可避免的涉及美学、儿童心理学、史学、商品学科的内容。如果要在玩具的研究过程中搞清这些复杂的联系和作用，那玩具的研究不仅为其他社会学科提供重要的资料和线索，还会丰富和完善上述各学科的内容。社会在飞速地发展，人们对物质文化的需求不断地提出了更新的要求。玩具在人类社会生活中占有重要的位置。当代玩具的发展离不开对传统玩具的继承与革新、玩具的丰富内容和多样形式为中国当代玩具的生产提供了坚实的基础，对各种玩具的深入研究有助于玩具事业的兴旺发达，将为当代玩具的民族化、现代化提供理论依据。从上述分析，开展对玩具的研究不仅仅有利于玩具自身的发展，而且对美学的研究、对社

12、会科学的研究、对促进民族艺术的发展，都有现实的意义。1.2玩具动力学仿真的国内外研究现状及分析玩具的娱乐和教育两大功能越来越受到消费者的密切关注，家长所要求的玩具不仅要是孩子的亲密玩伴，而且必须是他们成长的良师益友。这样的认识已经在众多玩具购买者和消费者的心目中确立，因而国内外对玩具功能的研究都在不断的探究和技术的更新。同时玩具不只是儿童的专利，成年人也需要玩具。于光远同志指出：“一个人活到老，学到老，也玩到老。玩是人生的基本需要之一。人的一生，从出生、儿童少年、成年到老年都需要玩。”早在春秋战国时期，孔夫子就在论语中说过：“饱食终日，无所用心，难矣哉！不有博弈者乎，为之犹贤乎已”。说明这位圣

13、人也是赞成玩的。清代的大汕厂翁在其海外纪事中说：“人各有为适情之具，诗、书、六艺而外，以及品茶、饮酒、钩弋、声色、陆博，凡所以引人耳目口体之交者，不一而足。盖血肉之躯，顽然独守，使五官四肢，绝不与物接，则气脉郁结不得流利，天机已将沉滞于枯寂而不复发扬。是则适情之具，外可以运行气脉，内可以发越天机，而为人之助者不。”他明确指出游戏不仅能满足人们的娱乐，而且于身体、大脑智力的开发都是有益的。玩学家的理论则认为：玩是人的普遍性行为，是一种情感宣泄；是对生活或工作中各种事务的模仿；是人的经历和经验的重复；是一种心理满足；是人类认识一切客观事物及其发明创造的前提条件。玩是建立在闲暇基础上的行为情趣，是人

14、的一种本能的必需。人在玩中成长，认识客观事物，激励进取和创新精神。而玩的重要工具之一就是玩具。好的玩具，又为玩好创造好的条件，玩的更精彩、更有意义。因此，玩具文化是人们一生中需要的一种独特的教育方式，是中华文化的传播工具之一。于光远同志为此曾在1988年写的玩具（大纲）和1996年写的补充中提出将玩具作为系统的教材。他建议集中心理学、教育学以及百科知识的专家共同研究编写这部教科书，其内容应包括：校前教育、小学部分、中学部分、大学部分、校后部分和老年部分。玩具动力学仿真的国内研究现状中国玩具文化源远流长，远在新石器时代就出现了人类原始的玩具，如石球、陶埙、陶哨等。随着中华民族经济、科学技术、文化

15、艺术的不断发展和提高，创造出了许多绚丽多彩、精巧迷人的玩具。它反映出我国一定历史阶段的经济、科学技术、文化艺术以及人们生活条件的发展面貌，具有鲜明的民族特色。是中华文化优秀传统的组成部分，在中华文化发展史上占有独特的地位。有些玩具甚至成为世界科学技术和文化艺术发展的先驱或启萌。在促进人们身心健康成长、丰富人们的生活内容、增长知识、陶冶品德、勇于追求和创造方面起了积极的作用，成为人们文化娱乐生活中不可或缺的重要内容之一。具有很强的生命力，流传至今，并创出辉煌。我国玩具行业是从上世纪80年代后发展起来，70%以上还是来料加工和来样加工，自主开发和创新的能力不强，能够以自创品牌出口的还为数不多，要从

16、依附式发展转向自主式发展还需要一定的过程。目前在我国，玩具产业的强大生产能力和相对薄弱的设计力量形成了鲜明的对比。我国是世界上最大的玩具制造国和出口国，全球70的玩具是在我国境内制造的。我国现有玩具企业2万余家，从业人员超过400万，年产值1000多亿元，产量占世界总产量的70以上，其中,广州的产值达300亿元。2005年全国玩具出口额达150多亿美元。广东、江苏、浙江、上海、山东和福建这五省一市历来是中国玩具最重要的生产和出口基地，占中国玩具年销售额的95以上，其中广东占中国玩具年销售额50以上，其主要生产基地在深圳、东莞以及沿海地区。随着我国经济迅速发展，人们的经济收入不断增加，物质文化生

17、活不断改善和提高，人们的休闲时间的延长（每年的假期达一百多天），离退休的中老年人日益增长（60岁以上的人口已达到1.33亿人）。加之现代化社会工作节奏日益加快，竞争激烈，脑力劳动强度加重，生活压力不断增大。人们日益需要更多的娱乐和休闲的活动空间，借助某种形式把紧张的脑力劳动和生活压力发泄出来，使身心得到轻松自由和安怡，以玩具作为休闲娱乐工具，与亲人、朋友作戏，或自己欣赏把玩，或作为社会交往中互相赠送的礼物，有的还作为收藏品等等，正好适应了上述需要。从20世纪90年代末，社会对玩具礼品的需要日益增长，并渐成风尚。据报导：有一对80岁的老夫妻，为了给朋友孩子送礼，一下买了三副多米诺牌，送给朋友孩子

18、两副，受到朋友及孩子的欢迎，自己留了一副，老两口一起码玩，逐渐琢磨其中的规律，大约玩了十多次，就码到一百多张，连喊不易，不易。他感慨地说：“似也象征我的一生，爬起来，倒下去，倒下去，爬起来。当有点成就时，兴奋、欣慰之情也直溢于言表啊！”玩得兴冲冲，被邻居称为“好一对老小孩”。有一位李先生，“十一”休假时在家里办聚会，买玩具让朋友们玩具，他认为原来聚会多是唱歌、聊天，唱歌太吵，还影响邻里关系，光聊天太单调，玩具则是休闲时的调味品。北京百货大楼玩具部的经理介绍说：成人玩具与儿童玩具不同，更具挑战性、更为复杂，玩起来颇需要些毅力、耐心和好的心理素质，它潜在的好处不仅仅是精神放松，更能启迪思路，开拓思

19、维。因而北京、天津、上海、成都、泉州、佛山等一些城市，玩具吧、成人玩具柜台、玩具酒吧悄然兴起，并逐渐火热起来。进入21世纪，成人玩具将会成为玩具工业的又一个新的经济增长点。事实上，美、日等主要玩具消费国，成人玩具早已受到重视。据报载：美国市场上40%以上的玩具是为成人设计的。前几年在市场上掀起的电子宠物购买热潮，也是以成人为主要对象设计的。因此进入21世纪，我们除了继续重视和大力发展儿童少年所需要的玩具外，也要把成人玩具的发展重视起来。努力开拓创新，使我国玩具文化全面实现对人们的独特教育方式和文化传播工具的作用。 近年来，国际油价持续攀高，与石油相关的原材料价格亦随之上扬，塑料价格较年前上涨3

20、0%-40%。而一件玩具中，塑料成本大概占据总成本的60%-70%，这大大增加了塑料玩具的生产成本。这就要求生产企业必须跨越原料价格高涨、贸易壁垒和3C认证等重重障碍。有人认为，国内玩具企业面临着如此多的困难，制约其发展的主要因素可以归结为质量不高和技术含量低。据此，我们不难找到解决难题的路径：研发符合安全和环保要求的产品；利用科技创新，提高产品附加值，并向高档化迈进。在这种情况下，计算机仿真技术的运用就显得尤为重要。它可以很好的解决我国玩具目前面临的一些问题。 作为一个发展中国家，特别在电子信息方面相比西方发达国家还有一定的差距，发展计算机技术是我们必经的路。玩具动力学仿真的国外研究现状美国

21、是中国传统玩具出口的主要市场，美国进口玩具的70%以上来自中国。但美国市场上的中国玩具绝大部分打的是国外品牌，中国只是加工生产。出口金额虽然不小，但出口收效仅限于加工费。因此，研究美国玩具市场的特点，对我国玩具出口意义重大。尽管2001年美国经济出现衰退和受到“9.11”恐怖事件的严重影响，但美国玩具业仍呈发展态势，玩具销售总额比上一年增长10%，其中传统玩具销售额比上年增长1.7%，电子游戏玩具增长43%。美国是中国传统玩具出口的主要市场，美国进口的玩具70%以上来自中国。因此，研究美国玩具市场的特点，对我国玩具出口意义重大。美国堪称世界第一大玩具市场，具有3大特点：玩具进口量占世界的1/3

22、：美国玩具市场80%以上的产品从国外进口。玩具生产是劳动密集型产业，美国玩具业从上世纪50年代开始将生产基地转移至海外，先是日本，然后是台湾、韩国以及其它亚洲国家。到80年代中期，中国开始成为美国玩具业的主要生产地。美国本土玩具企业主要从事产品开发与市场行销，部分从事科技含量高的高档玩具的研发。2000年，美国进口玩具133.86亿美元，2006年进口玩具168.45亿美元，年均增长率4.3%。2006年从中国进口145.24亿美元，占美国总进口的86.2%。美国前五大玩具进口地，除中国以外，分别是日本、墨西哥、香港、台湾。前五大玩具进口，占全美玩具进口总额的95%。越南玩具对美出口增长很快，

23、2000年时只有30万美元，2006年有近3千万元，增长了100倍。目前它在美国玩具进口地中名列14，但今后很有可能超过港、台；玩具零售总额居世界各国之首：平均每年销售各类玩具30亿件，2006年零售额达到223亿美元，占全球市场670亿美元的三分之一。而全亚洲只有162亿美元，全欧洲为192亿美元。美国是全亚洲的1.38倍，全欧洲的1.16倍。；玩具人均消费水平最高：美国有14岁以下儿童6300万，人均年消费287美元。相比之下，亚洲有10亿零8千1百万儿童，人均年消费只有15美元。欧洲有1亿1千3百万儿童，人均年消费也只有169美元。美国玩具消费水平是亚洲的19倍，欧洲的1.7倍。美国社会

24、对玩具安全十分重视。联邦政府1969年颁布了“保护儿童和玩具安全法案”，该法案与1973年颁布的“消费者产品安全法案”一并成为美国玩具安全的法律框架，由美国消费品安全协会（CPSA）负责监控。一旦发现危及儿童安全的产品（如易燃、漏电、涂料含铅、零件脱落造成儿童吞噎等），CPSA与经销商都会主动发布公告“召回”（Recall），否则政府会处以重罚，受伤害的赔偿诉讼都会达到上千万美元。美国玩具协会（Toy Industry Association 缩写为TIA）是一个非盈利的团体，它有500个以上会员，占全美玩具贸易额的85%，主导着美国玩具经济的发展。它的会员不但包括从事制造、进口的企业，也有从

25、事专利/授权、设计师、投资人、安全顾问、测试实验室、公关专家与媒体。董事会由美国最主要的玩具企业组成，如Mattle（美泰）、Hasbro（孩子宝）、Wild Plant、LEGO、Character、MEGA Brands、Sport-Fun、Radio Flyer、Spin Master、Cranium、 Alex、Playthings、Little Kids等。美国儿童对玩具“喜新厌旧”的速度很快，玩具产品的生命周期一般不超过一年，其实主要集中在圣诞节销售期中的三个月。除游戏机、玩具车类产品，儿童在购买玩具后的“新鲜感”甚至不超过一星期。因此，经销商必须不断的更新玩具货架，设计师必须不断

26、的改进老产品、开发新产品。中国作为世界最大的玩具生产基地，有8000家玩具企业，300万从业人员，与美国玩具市场己有了千丝万缕的关系。因此，不能不对美国玩具市场的特点有一个全面了解，而这也是中国玩具业制订应对世界玩具市场变化策略的重要依据。现状分析鉴于上述特点，建议我国应从以下几方面拓展玩具市场：一、鉴于我国产玩具对美国玩具市场的依赖程度很高，我国只有高度重视对美国玩具市场不断拓展，技术的提高，才不会对我国出口贸易特别是对美出口产生负面影响。二、在重视玩具加工的同时，要注意开发中国特色的玩具，以提高玩具业的经济效益。中国产玩具与中国某企业具有知识产权的玩具是不同的概念。只有注重开发生产有特色的

27、中国玩具或具有自主知识产权的玩具，才能从根本上提高我国玩具业的经济效益。三、密切关切玩具市场变化，不断革新玩具产品。产品的革新、创造是玩具业成败的关键。2001年美国玩具业许多成功的典范均与及时抓住市场机会进行玩具发明创造有着密切的关系。比如电影侏罗纪公园III、哈利波特、指环王等的发行，使孩子们对电影里的人物产生了浓厚的兴趣，玩具商及时抓住这一市场机会，发明创造了许多仿电影人物，结果去年美国此类产品的销量比2000年猛增36.2%。“9.11”事件以后，美国人人都在颂扬英雄，孩子们也一样，他们争相购买仿英雄人物的玩具，从而使这类玩具畅销全美。1.3本课题的研究目标与内容在对玩具的调研和了解中

28、，认识到玩具的重要性。选择行走闹钟玩具作为本课题的研究对象，是由于行走闹钟玩具其机构巧妙、运动多样性、价格便宜、易于拆卸等特点使得其成为研究对象。通过在对行走闹钟玩具进行动力学和运动学的分析，联合使用Solidworks和ADAMS软件，使自己学会玩具测绘的方法，学习如何进行曲面建模，熟练掌握Solidworks的零件建模，装配，虚拟拆卸，虚拟装配的方法，并学会如何把外部装配体导入到ADAMS中的方法，学会在ADAMS中对零件施加约束，进行运动学和动力学分析的方法。1.4 课题的研究步骤行走闹钟玩具作为本课题的研究对象，通过学习和分析，对行走闹钟玩具的研究步骤如下：1、对行走闹钟玩具拍照2、对

29、行走闹钟玩具进行测绘，计算出各零件的尺寸和相对关系3、在Solidworks中建立玩具的各个零件，并装配4、把装配图导入ADAMS中5、在ADAMS中对各零件命名，创建约束6、设定参数，进行调试2、研究方案与研发工具2.1 研究方案在行走闹钟玩具的虚拟仿真设计中，最后的目的是实现行走闹钟玩具在Adams软件的运动学虚拟仿真，为了得到最后的结果，要对玩具市场有一定的调研和考察，分析玩具的研发方向和市场需求。选中行走闹钟玩具作为研究对象，其方案研究流程图2-1.阅读国内外相关文献对玩具市场进行相关分析对行走闹钟玩具拆卸、拍照对行走闹钟玩具中各零件进行测绘对玩具中各零件之间的相对关系进行分析在Sol

30、idworks中进行零件的三维建模装配零件图，并导入ADAMS中进行运动学仿真对仿真结果进行调试、修改图2-1方案流程图2.2 Solidworks软件简介SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸。 塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被

31、法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖

32、，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，Sol

33、idWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。据世界上著名的人才网站检

34、索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是So

35、lidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间

36、内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计

37、步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。 崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。 特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。 SolidWorks 提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。配置管理配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常

38、独特的一部分，它涉及到零件设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。协同工作SolidWorks 提供了技术先进的工具，使得你通过互联网进行协同工作。 通过eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是SolidWorks提供的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。SolidWorks 支持Web目录，使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中，就象存本地硬盘一样方便。用3D M

39、eeting通过互联网实时地协同工作。3D Meeting是基于微软 NetMeeting的技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供的协同工作环境。装配设计在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。 用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的

40、顺序完成垫片和螺母的装配。镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。工程图SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。使用Rapi

41、dDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。2.3 ADAMS简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械

42、系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具

43、，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本书将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为蓝本进行介绍。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。ADAMS是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件，是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件。ADAMS全仿真软件包是一个

44、功能强大的建模和仿真环境，它可以对任何机械系统进行建模、仿真、细化及优化设计，应用范围从汽车、火车、航空航天器一直到盒式录像机等。使用这套软件可以产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能，从而大大减少了昂贵的物理样机制造及试验次数，提高了产品设计质量，大幅度地缩短产品研制周期和费用。ADAMS软件将强大的分析求解功能与使用方便的用户界面相结合，使该软件使用起来既直观又方便，还可用户专门化。采用MD方案，企业可以为它的研发工程师提供一个灵活的、共享的环境，同时使用MSC软件公司一整套 “企业因各种原因继续制造和测试物理样机，包

45、括满足调测要求等，测试物理样机可以得到在真实世界里复杂相互作用等性能。相反，许多虚拟样机的测试却因采用不同的软件工具而只能得到某些指定的参数而丢失了一些重要的有依赖关系的性能参数。”Reza Sadeghi，MSC Software公司的首席技术官说：“我们MD的方案排除了单点技术的弊端，为本田研发中心提供了最佳的平台，用于建立更为复杂的虚拟样机，更加真实地反映真实世界的结果”。虚拟样机功能的巨大发展归功于MDI公司与MTS系统公司共同开发的EDM(Empirical Dynamics Models)经验动力学模块。利用EDM，可快速建立基于试验数据的高精度弹性件模型，特别是在设计复杂的悬架、

46、阻尼器、衬套、发动机悬置和轮胎等。以前复杂模型的建立依赖于零部件的详细几何、物理属性，以及物理特性。由于EDM是基于试验数据的，能进行自我校验，减少了试验验证工作，大大节约了计算时间。经验动力学模型易于生成和使用，不仅适用于部件装配，也适用于系统装配中。使用EDM，在产品开发的早期就可以创建高精度的弹性元件模型；与传统的模型相比，适用于较高的振幅和频率范围；与传统利用几何等信息建立的模型相比，运算速度显著提高；能够加速车辆的开发过程，缩短研制周期。ADAMS软件的特点如下： 1、利用交互式图形环境和零件库、约束库、力库建立机械系统三维参数化模型。 2、分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，

47、以及线性和非线性动力学分析，包含刚体和柔性体分析。 3、具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使求解快速、准确。 4、具有组装、分析和动态显示不同模型或同一个模型在某一个过程变化的能力，提供多种“虚拟样机”方案。 5、具有一个强大的函数库供用户自定义力和运动发生器。 6、具有开放式结构，允许用户集成自己的子程序。 7、自动输出位移、速度、加速度和反作用力曲线，仿真结果显示为动画和曲线图形。 8、可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷。 9、支持同大多数CAD、FEA和控制设计软件包之间的双向通讯。 ADAMS软件可以广泛应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆

48、及装备、工业机械、工程机械等领域。3、 基于Solidworks的行走闹钟玩具的三维几何建模3.1 玩具的拆卸、测绘在行走闹钟玩具的虚拟仿真研究过程中，由于零件之间存在着各种相对关系，需要对玩具进行拆卸，分析出其拆卸零件与相连接零件的运动关系并测绘出其零件的尺寸。行走闹钟玩具的整体图如3-1 图3-1行走闹钟玩具的整体图拆卸外壳得到行走闹钟玩具的内部零件结构图如3-2，外壳之间通过卡槽和圆柱销固定为一体。发条固定在后壳上，与外壳相对静止。右手左手前壳后壳腿发条图3-2行走闹钟玩具拆卸后的内部结构图在行走闹钟玩具的内部结构图中，分析可知腿通过卡槽与发条上的圆盘固定，当发条传动力使圆盘做圆周运动时

49、，圆柱销带动腿绕旋转中心做圆周运动，且腿的位置由外壳约束，以上这些形成了腿的运动规律。如图3-3:腿卡槽转动轴圆柱销旋转圆盘后壳发条图3-3零件内部结构图行走闹钟的左右手也是通过卡槽和圆柱销安装在后壳上，并通过腿的运动带动其运动，具体运动规律是：由于左右手上分别有一个突起小圆柱体卡在腿的两个挡板中间，因此当腿运动时，腿上的两个挡板会与左右手上突起的的小圆柱体接触，从而拨动左右手使左右手分别绕其转动中心做往复运动。如图3-4:腿挡板2挡板1左手转动轴右手转动轴小圆柱体后壳小圆柱体发条图3-4零件结构关系图玩具外壳内部尺寸定位在对行走闹钟玩具外壳内的一些孔、槽等结构的定位很难用一般的测绘方法准确确

50、定，但外壳内尺寸的准确定位对最后零件的装配起着决定性的作用。计算方法:首先对外壳拍照，然后倒入CAD中，在CAD中进行尺寸的标注。通过实际两点（好测量）如图3-5中A、B两点的距离除以CAD中这两点的距离算出比例值。图3-5导入CAD中尺寸图计算过程：A、B 两点的实际距离为21mm，在CAD中A、B两点的距离为2668.3mm，比例因子 即： 计算出比例因子后，将图3-5中的相关尺寸扩大倍后，就可以准确确定行走闹钟玩具外壳的内部结构尺寸了。3.2 Solidworks建模中的关键技术SolidWorks软件有零件、装配体、工程图三个主要模块，和其他三维CAD一样，都是利用三维的设计方法，就是

51、建立三维模型。新产品在研制开发的过程中，需要经历三个阶段，即方案设计阶段、详细设计阶段、工程设计阶段。根据产品研制开发的三个阶段，SolidWorks软件提供了两种建模技术，一个是基于设计过程的建模技术，就是自顶向下建模；另一个是根据实际应用情况，一般三维CAD开始于详细设计阶段的，其建模技术就是自底向上建模。 自顶向下建模技术自顶向下建模是符合一般设计思路的建模技术，在网络技术日益发展的今天，使用这种方式建模逐渐趋于成熟。它是一种在装配环境下进行零件设计的，可以利用【转换实体引用】工具按钮，将已经生成的零件的边、环、面、外部草图曲线、外部草图轮廓、一组边线或者一组外部草图曲线等投影到草图基准

52、面中，在草图上生成一个或者多个实体，这样可以避免单独进行零件设计可能造成的尺寸等各方面的冲突。根据产品研制开发的三个阶段，SolidWorks软件提供了两种建模技术。一个是基于设计过程的建模技术，这是一个比较彻底的自顶向下的建模方法，首先在装配环境下绘制一个描述各个零件轮廓和位置关系的装配草图，然后在这个装配环境下进入零件编辑状态，绘制草图轮廓，草图轮廓要同装配草图尺寸一致，利用【转换实体引用】工具按钮操作，这样零件草图同装配草图形成父子关系，改变装配草图，就会改变零件的尺寸，在装配环境下，其过程如下：装配草图零件草图零件装配体另一个比较实用的自顶向下的建模方式，在实际应用中也比较多，首先选择

53、一些在装配体中关联关系少的零件，建立零件草图，生成零件模型，然后在装配环境下，插入这些零件，并设置它们之间的装配关系，参照这些已有的零件尺寸，生成新的零件模型，完成装配体。这样也可以避免零件间的冲突。在装配环境下，其过程如下：零件草图零件（部分）装配（部分）生成新零件草图生成新零件装配（完整）3.2.2 自底向上建模技术对于自顶向下建模虽然是符合一般设计思路，但是在目前环境下。实现这种建模方式还不很理想。方案设计阶段主要是由工程技术人员根据经验来进行设计的，目前的三维CAD软件一般都是在详细设计阶段介入的，SolidWorks常用在以零件为基础进行建模的，这就是自底向上建模技术，也就是建立零件

54、，再装配。SolidWorks的参数化功能，可以根据情况随时改变零件的尺寸，而且其零件、装配体和工程图之间相互关联的，可以在其中任何一个模块进行尺寸的修改，所有的模块的尺寸都改变，这样可以大大地减少设计人员的工作量。在建立零件模型后，可以在装配环境下直接装配，生成装配体；然后单击【干涉检查】按钮，进行检查，若有干涉，可以直接在装配环境下编辑零件，完成设计。自底向上建模技术的过程如下：零件草图零件装配体3.2.3 曲面建模技术曲面是一种厚度为零的几何体。若想 生成曲面，您使用与生成实体（如拉伸、 旋转、及扫描）相同的许多工具。曲面还 使用其它功能或特征，如剪裁、解除剪裁、 延伸、以及缝合。曲面比

55、实体要具有优势。它们比实体 更灵活，因为您可等到设计的最终步骤然 后再定义曲面之间的边界。曲面的最终目的还是实体，所以最后 都需要形成实体，常用的方法有加厚，缝 合（尝试形成实体）。下面用一喷嘴实例来说明,如图3-6：放样、扫描、缝合、填充、平面、 旋转、延伸、抽壳、阵列。1. 放样：绘制草图，放样，两端约束条件为垂直于轮廓，权值设成 0.5,如图3-7。（a） (b) 图3-72. 扫描：绘制一截面 6，一路径 4和一引导线 5，如图3-8。 （a） （b）图3-83. 扫描：绘制一截面 9，一路径 8 和一引导线 7，如图3-9。（a） （b）图3-94. 分割：绘制分割草图并分割曲面，如图3-10。（a） （b）图3-105. 放样：选择曲面边界作为轮廓，并放样，边界条件选择相切，如图3-11。（a） （b）图3-116