毕业设计-瓢虫玩具的机构运动学仿真设计

1、瓢虫玩具机构的运动学仿真摘要目前，虚拟样机技术在国外玩具设计和仿真中得到广泛应用。该技术利用计算机3D软件建立玩具系统的三维实体模型和运动学、动力学模型，然后利用仿真软件对玩具系统的性能进行分析和评估，使玩具的设计、开发和制造过程真正实现了柔性化和高效化。该技术的应用不仅提高了产品的生产效率，而且不断提高其性能，从而降低研发的设计成本。为了满足消费者的需求，更多种类的玩具产品被开发设计出来，这使得虚拟样机技术得到了进一步的应用，也大大缩短了设计周期。随着计算机技术的发展和应用，整个玩具设计过程得到了简化，大大降低了成本和时间周期。本课题利用Solidworks和Adams对瓢虫玩具进行运动学仿

2、真。首先对瓢虫玩具进行拆解和贴图，然后在SOLIDWORKS软件中进行三维零件的建模和装配。装配后导入ADAMS软件进行运动学分析和仿真。通过不断的调试和参数设置，实现了瓢虫的运动学仿真。对仿真结果进行分析总结，优化设计方案。关键词:虚拟样机三维建模调试运动学优化设计目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322009 摘要1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322010 Abstract2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322011 目录3 HYPERLINK l _RefHea

3、ding_Toc296322012 1、前言4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322013 1.1 课题的来源，研究目的和意义4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322014 1.2玩具动力学仿真的国外研究现状与分析4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322015 1.2.1玩具动力学仿真的国研究现状5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322016 1.2.2玩具动力学仿真的国外研究现状7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322017 1.2.3现状分析

4、8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322018 1.3本课题的研究目标与容9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322019 1.4 课题的研究步骤9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322020 2、研究方案与研发工具10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322021 2.1 研究方案10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322022 2.2 SOLIDWORKS软件简介11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322023 2.

5、3 ADAMS简介13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322024 3、 基于SOLIDWORKS的瓢虫玩具的三维几何建模16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322025 3.1 玩具的拆卸、测绘16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322026 3.1.1玩具外壳部尺寸定位18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322027 3.2零件建模中的关键技术20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322028 3.2.1齿轮建模技术20 HYPERLINK l

6、 _RefHeading_Toc296322029 3.2.2零件的曲面建模技术24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322030 3.3瓢虫玩具的零件建模26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322031 3.4瓢虫玩具的零件装配29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322032 4、 基于Adams的瓢虫玩具的仿真33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322033 4.1模型导入33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322034 4.2模型的重命名35

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322035 4.3模型中约束的施加37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322036 4.3.1瓢虫玩具中转动副的创建37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322037 4.3.2瓢虫玩具中齿轮副的创建38 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322038 4.3.3碰撞的创建40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322039 4.3.4瓢虫玩具中各零件的关系表41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29

8、6322040 4.4瓢虫玩具的运动学仿真42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322041 4.4.1瓢虫玩具模型的仿真42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322042 4.4.2播放仿真过程43 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322043 4.4.3模型的测试44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322044 5、结论与展望55 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322045 参考文献561.前言1.1课题的来源、研究目的和意义“玩具”是一个非常宽泛

9、的概念。广义来说，任何可以玩的东西都可以称为“玩具”。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的玩具。随着科学技术的进步，计算机技术的不断完善和应用，特别是计算机网络的应用和普及，不仅给各行各业带来了前所未有的生产效率和管理规模与统一，而且网络把世界各地的人们联系在一起。越来越多的人开始远离操场和运动，在虚拟的网络环境中度过大部分闲暇时间。据调查，2010年发布的报告显示，中国青少年网民数量已达1.95亿，其中74%的人使用手机上网，主要用于聊天、听音乐、看电影等。，并把大部分时间用于娱乐。如何让青少年拥有更健康的生活方式，是一个亟待解决的问题。所以玩具对于青少

10、年来说是一个很好的选择，可以开发孩子的智力，培养动手能力。中国的玩具以历史悠久、分布区域广、品种丰富著称，在社会生活中发挥着独特的作用。在漫长的发展过程中，玩具与其他社会科学领域有着复杂的关系。因此，对玩具的研究不可避免地涉及到美学、儿童心理学、历史学和商品学科。如果要在玩具研究的过程中找出这些复杂的关系和作用，对玩具的研究不仅可以为其他社会学科提供重要的信息和线索，还可以丰富和完善上述学科的内容。随着社会的快速发展，人们对物质文化的需求也在不断更新。玩具在人类社会生活中扮演着重要的角色。当代玩具的发展离不开权利 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/info.toys.hc36

11、0%20%20%20%20/html/zt050304.htm 传统玩具玩具的传承与创新，玩具的丰富性和多样性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将有助于玩具产业的繁荣，并为当代玩具的民族化和现代化提供理论依据。从以上分析来看，研究玩具不仅有利于玩具本身的发展，而且对美学、社会科学的研究和民族艺术的弘扬都具有现实意义。1.2国外玩具动力学仿真的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关注。父母要求玩具不仅是孩子亲密的玩伴，也是孩子成长的良师益友。这种认识已经在很多玩具购买者和消费者的头脑中建立起来，所以国外对玩具功能的研究也在不断探索和更新技术。同时，玩具

12、不仅是给孩子的，也是给大人的。于光远同志指出:“活到老，学到老，玩到老。是玩生活的基本需求之一。人的一生都需要玩耍，从出生、童年、成年到老年。”早在春秋战国时期，孔子就在论语中说:“终日食而无意，难哉！没有棋手，依然贤惠。”说明这个圣人也是赞成玩的。岱山厂翁在清代海外编年史中说:“人各有适情之事，诗、书、六艺，如品茶、饮酒、勾搭、淫荡、交友。”覆以血肉，固执自足，以致五官四肢从不与物相联，气脉不畅就会停滞，秘而不宣，不再发扬。是个八面玲珑的东西，能运行外真气脉，能使秘，而助人者则不然。“他明确指出，游戏不仅可以满足人们的娱乐，而且有益于身心智力的发展。根据游戏者理论，游戏性是人的普遍行为，是一

13、种情绪宣泄。是对生活或工作中各种事务的模仿；是人的经验和经验的重复；它是一种心理满足；是人类认识一切客观事物及其发明的前提。玩是一种建立在休闲基础上的行为兴趣，是人类本能的必然。人在玩耍中成长，认识客观事物，激发进取创新精神。玩耍的重要工具之一是玩具。好玩具为玩得好创造好条件，玩得更精彩更有意义。所以，玩具文化是人一生都需要的独特的教育方式，是传播中国文化的工具之一。为此，于光远同志在1988年编写的玩具(大纲)和1996年编写的增刊中提出，要把玩具作为系统的教材。他建议集中心理学和教育学，和百科知识的专家一起研究编写这本教材。其内容应包括学前教育、小学、中学、大学、后学和老年。1.2.1我国

14、玩具动力学仿真的研究现状中国玩具文化历史悠久。早在新石器时代，就出现了原始的人类玩具，如石球、首饰盒和哨子。随着中国经济、科技、文化、艺术的不断发展和提高，创造出了许多色彩斑斓、精致迷人的玩具。反映了一定历史阶段中国经济、科技、文化艺术的发展和人民的生活状况，具有鲜明的民族特色。它是中国优秀文化传统的组成部分，在中国文化发展史上占有独特的地位。有些玩具甚至成为世界科技文化艺术发展的先锋。它对促进人们的身心健康、丰富人们的生活、增长知识、培养品德、勇于追求和创造起到了积极的作用，成为人们文化娱乐生活中不可缺少的一部分。它有着强大的生命力，流传至今，成就斐然。中国的玩具行业从80年代开始发展，70

15、%以上都是来料或来样加工。自主开发创新能力不强，能以自主品牌出口的很少。从依赖发展到自主发展需要一定的过程。目前在中国，玩具行业强大的生产能力与相对薄弱的设计实力形成了鲜明的对比。中国是世界上最大的玩具生产国和出口国，世界上70%的玩具都是中国制造的。中国玩具企业2万多家，从业人员400多万人，年产值1000多亿元，占世界总产量的70%以上，其中，产值达到300亿元。2005年，全国玩具出口额达到150多亿美元。这五省一市一直是中国最重要的玩具生产和出口基地，占中国玩具年销售额的95%以上，其中50%以上是沿海地区的主要生产基地。随着中国经济的快速发展，人们的经济收入不断增加，物质文化生活不断

16、改善，人们的闲暇时间延长(每年休假100天以上)，退休的中老年人日益增多(60岁以上人口已达1.33亿)。另外，现代社会工作节奏日益加快，竞争激烈，脑力劳动强度加大，生活压力增大。人们越来越需要更多的娱乐和休闲空间。借助某种形式，他们可以发泄紧张的脑力工作和生活压力，使身心得到放松、自由和快乐。玩具可以作为休闲娱乐的工具，也可以和亲朋好友一起欣赏玩耍，也可以在社交中作为互相馈赠的礼物，还有一部分可以作为收藏等等。，正好满足了以上需求。从20世纪90年代末开始，社会对玩具和礼品的需求与日俱增，逐渐成为一种时尚。据悉，一对80多岁的老夫妻为了给朋友和孩子送礼，买了三副多米诺骨牌，送给了他们两对。他

17、们受到朋友和孩子的欢迎，所以他们保留了其中的一双。老两口至少玩了一次，逐渐搞清楚了规则。打了十次左右，他们拿到了一百多张牌，连喊“不容易，不容易”。他感慨地说:“它仿佛象征着我的一生。站起来，摔倒，摔倒再站起来。当有所成就的时候，那种激动和欣慰是无以言表的！”玩得开心，被邻居称为“一对好老儿”。有一位先生，在“十一”假期在家办了一个聚会，给朋友买了玩具。他以为原来的聚会多是唱歌聊天。唱歌太吵了，还影响邻里关系。只是聊天太单调，玩具是休闲的调味品。百货公司玩具部经理说:成人玩具不同于儿童玩具，儿童玩具更具挑战性，也更复杂。玩起来需要一定的毅力、耐心和良好的心理素质。它的潜在好处不仅仅是精神放松，

18、还有启发和开拓思维。于是，玩具吧、成人玩具专柜、玩具吧在一些城市悄然兴起，如、等，并逐渐火热起来。21世纪，成人玩具将成为玩具行业又一个新的经济增长点。事实上，在美国和日本等主要玩具消费国，成人玩具早已受到重视。据报道，美国市场上超过40%的玩具是为成年人设计的。前几年市场上购买电子宠物的热潮也是为成年人设计的。因此，在21世纪，我们不仅要继续重视和大力发展儿童青少年需要的玩具，而且要重视成人玩具的发展。下大力气创新，让中国的玩具文化充分发挥其作为人们独特的教育方式和文化传播工具的作用。近年来，国际油价持续攀升，与石油相关的原材料价格也水涨船高。塑料的价格比前一年上涨了30%-40%。在一个玩

19、具中，塑料成本约占总成本的60%-70%，大大增加了塑料玩具的生产成本。这要求制造商克服许多障碍，如原材料价格高、贸易壁垒和3C认证。有人认为，中国玩具企业面临如此多的困难，制约其发展的主要因素可以归结为质量低、技术含量低。据此，我们不难找到解决难题的方法:开发符合安全环保要求的产品；利用科技创新，提高产品附加值，走向高档。在这种情况下，计算机仿真技术的应用就显得尤为重要。可以解决中国玩具的一些问题。作为一个发展中国家，特别是在电子信息方面，与西方发达国家相比还有一定的差距，所以发展计算机技术是我们的必由之路。1.2.2国外玩具动力学仿真的研究现状是中国传统玩具的主要出口市场，美国进口玩具70

20、%以上来自中国。然而，美国市场上的中国玩具绝大多数是外国品牌制造的，中国只是加工生产。虽然出口金额不小，但出口效果仅限于加工费。因此，研究美国玩具市场的特点对中国玩具出口具有重要意义。尽管2001年美国经济下滑，受到“911”恐怖事件的严重影响，但美国玩具业仍在发展，玩具总销售额比上年增长10%，其中传统玩具销售额增长1.7%，电子游戏玩具销售额增长43%。是中国传统玩具在美国的主要出口市场，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中国玩具出口具有重要意义。美国是世界上最大的玩具市场，有三个特点:玩具进口占全球1/3:美国玩具市场80%以上的产品是从国外进口的。玩具生产

21、是劳动密集型产业。自20世纪50年代以来，美国玩具业将生产基地转移到海外，先是日本，然后是中国、以色列和其他亚洲国家。到80年代中期，中国开始成为美国玩具业的主要生产国。美国本土玩具企业主要从事产品开发和市场营销，部分从事高科技玩具的研发。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4.3%。2006年，中国进口145.24亿美元，占美国进口总额的86.2%。美国前五大玩具进口地，除中国外，分别是日本、墨西哥、。玩具进口前五名占美国玩具进口总量的95%。越南对美国的玩具出口增长迅速，2000年只有30万美元，2006年接近3000万元，增长了100倍

22、。目前在美国玩具进口商中排名第14位，但未来很可能超过香港和台湾。玩具零售总额居世界首位:平均每年售出30亿件玩具，2006年零售额达223亿美元，占全球670亿美元市场的三分之一。亚洲只有162亿美元，欧洲是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10亿8100万儿童，人均年消费只有15美元。欧洲有1.13亿儿童，人均年消费只有169美元。美国的玩具消费水平是亚洲的19倍，欧洲的1.7倍。美国社会非常重视玩具安全。1969年，联邦政府颁布了儿童和玩具安全法，该法与1973年的消费品

23、安全法一起成为美国玩具安全的法律框架，并由美国消费品安全协会(CPSA)监管。一旦发现对儿童安全有危险的产品(如易燃物、漏电、含铅油漆、掉落零件等。)，CPSA和经销商将主动发出“召回”通知，否则政府将重罚，伤害赔偿诉讼将达数千万美元。美国玩具工业协会(TIA)是一个非营利组织，会员超过500人，占美国玩具贸易的85%，引领着美国玩具经济的发展。其成员不仅包括制造和进口企业，还包括专利/许可、设计师、投资者、安全顾问、测试实验室、公关专家和媒体。董事会由美国最重要的玩具公司组成，如Mattel、Hasbro、Wild Plant、LEGO、Character、MEGA Brands、Sport

24、-Fun、Radio Flyer、Spin Master、Cranium、Alex、Playthings、Little Kids等。美国的孩子对玩具“爱新厌旧”的速度非常快。玩具产品的生命周期一般不超过一年，实际上主要集中在圣诞销售期间的三个月。除了游戏机和玩具车，孩子们买玩具后的“新鲜感”甚至不超过一周。因此，经销商必须不断更新玩具货架，设计师必须不断改进旧产品，开发新产品。中国作为全球最大的玩具生产基地，拥有8000家玩具企业，300万从业人员，与美国玩具市场一直有着千丝万缕的联系。因此，有必要全面了解美国玩具市场的特点，这也是中国玩具业制定应对世界玩具市场变化的战略的重要依据。1.2.3

25、现状分析鉴于上述特点，建议我国从以下几个方面扩大玩具市场:1.鉴于我国国产玩具对美国玩具市场的高度依赖，只有高度重视美国玩具市场的不断扩大和技术的提高，我国才不会对我国的出口贸易，特别是对美国的出口贸易产生负面影响。第二，在重视玩具加工的同时，要注意发展有中国特色的玩具，提高玩具行业的经济效益。中国制造的玩具和中国企业拥有知识产权的玩具是不同的概念。只有重视开发和生产有特色的中国玩具或具有自主知识产权的玩具，才能从根本上提高中国玩具行业的经济效益。第三，密切关注玩具市场的变化，不断创新玩具产品。产品的创新和创造是玩具业成败的关键。2001年美国玩具业的许多成功例子都与抓住市场机会发明玩具密切相

26、关。比如随着侏罗纪公园3、哈利波特、指环王等的上映，孩子们对电影中的人物产生了浓厚的兴趣。玩具制造商抓住了这一市场机遇，发明创造了许多电影般的角色。因此，与2000年相比，去年这类产品在美国的销量激增了36.2%。“911”事件后，美国每个人都在赞美英雄，孩子也是。他们争相购买模仿英雄的玩具，从而使这些玩具畅销全美。1.3本课题的研究目的和内容在对玩具的调查和了解中，认识到玩具的重要性。瓢虫玩具因其机构精巧、动作多样、价格低廉、易于拆卸而被选为本课题的研究对象。通过分析瓢虫玩具的动力学和运动学，一起使用SOLIDWORKS和ADAMS软件，我可以学习如何绘制玩具，学习如何建模曲面，掌握SOLI

27、DWORKS的零件建模、装配、虚拟拆卸和虚拟装配方法，学习如何将外部装配导入ADAMS，学习如何在ADAMS中对零件施加约束并进行运动学和动力学分析。1.4本课题的研究步骤瓢虫玩具是本课题的研究对象。通过研究分析，瓢虫玩具的研究步骤如下:1.给瓢虫玩具拍照。2.绘制瓢虫玩具，并计算各部分的大小和相对关系。3.在SOLIDWORKS中设置玩具的所有部件，并进行组装。4.将装配图导入ADAMS5.在ADAMS中命名所有零件并创建约束。6.设置参数并调试。2.研究方案和R&D工具2.1研究计划在瓢虫玩具的虚拟仿真设计中，最终目标是在Adams软件中实现瓢虫玩具的虚拟仿真。为了得到最终的结果，需要对玩

28、具市场进行调查和考察，分析玩具的研发方向和市场需求。选择瓢虫玩具作为研究对象，其方案研究流程如图2-1所示。阅读国内外相关文献。对玩具市场进行相关分析。拆开瓢虫玩具拍照。绘制瓢虫玩具的零件。分析玩具中各部分之间的相对关系。Solidworks中零件的三维建模装配零件图，导入Adams进行运动学仿真。调试、修改和优化仿真结果。图2-1方案流程图2.2 SolidWorks软件介绍SolidWorks是dassault systemes (S.A .)的子公司，专门从事机械设计的R&D和销售。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/vi

29、ew/37.htm t _blank 软件Windows产品。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4343612.htm t _blank 达索公司负责系统软件供应，为厂商提供具有互联网集成能力的支持服务。该集团提供涵盖整个行业的服务 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/123772.htm t _blank 产品寿命周期系统，包括设计、工程、制造和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%2

30、0/view/1053534.htm t _blank 产品数据管理各个领域最好的软件系统，比如CATIAV5，就是这家公司做的。目前，达索的CAD产品在全球的市场占有率最高。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司技术副总裁和CV公司副总裁发起。它的总部设在马萨诸塞州的康科德，最初的目标是希望每个工程师的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/79807.htm t _blank 桌面提供一套高效的实体模型设计系统。第一套SolidWorks三维机械设计于1995年推出。 HYPERLINK ./%20%2

31、0%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/37.htm t _blank 软件到目前为止，到2010年，该公司在世界各地都有办事处，并通过300家分销商在140个国家销售和分销该产品。1997年，Solidworks在 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/64741.htm t _blank 法国被达索Systemes收购，作为达索中端主流市场的主要品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新顺应了CAD技术的发展趋势，SolidWor

32、ks公司在两年内成为CAD/CAM行业最赚钱的公司。得益于良好的财务状况和用户支持，SolidWorks每年都有几十甚至上百项技术创新，公司也因此获得了很多荣誉。1995年至1999年，该系统在全球微机平台CAD系统评比中获得第一名。自1995年以来，它已经获得了十七个国际奖项，其中美国CAD权威专业杂志CADENCE自1999年起连续四年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简洁。至此，SolidWorks所遵循的易用性、稳定性和创新性三大原则得到了充分的贯彻和证明。利用它， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%2

33、0%20%20%20/view/282148.htm t _blank 设计师设计时间大大缩短，产品快速高效投入市场。SolidWorks因其出色的技术和市场表现，不仅成为CAD界耀眼的明星，也是华尔街青睐的对象。最终在1997年由法国 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4343612.htm t _blank 达索公司以3.1亿美元的高市值全资收购SolidWorks。公司最初的风险投资家和股东，以1300万美元的风险资本获得了高额回报，创造了CAD行业的世界纪录。合并后的SolidWorks继续以原有的品牌和管理团

34、队独立运营，成为CAD行业的优质专业公司。SolidWorks 3D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、直观设计技术、先进的parasolid核心(由 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/38338.htm t _blank 剑桥提供)与商品和服务进行交流 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/287257.htm t _blank 第三方软件SolidWorks已经成为世界上最大、最有用的软件。

35、资料显示，目前全球范围内发布的SolidWorks软件许可约有28万个，涉及全球100多个国家的约3.1万家企业，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通运输、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐行业、日用品/消费品、离散制造业等。在教育市场，每年有来自全球4300家教育机构的近145000名学生通过SolidWorks培训课程。据世界著名的人才搜索显示，与其他3D CAD系统相比，SolidWorks相关的招聘广告比其他软件的总和还要多，这客观上说明越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业聘用SolidWorks人才。据统计，全球用户每年使用SolidWorks的时间达5500万

36、小时。在美国，包括麻省理工学院(MIT)， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/13725.htm t _blank 斯坦福大学国内一些著名大学已经将SolidWorks列为制造类专业的必修课，国内一些大学(教育机构)如 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1563.htm t _blank 清华大学SolidWorks在理工、航空航天、理工、科技、教育局等高校的教学中也有使用。Solidworks软件功能强大，组件众多。Solidworks功能强

37、大、易学易用、技术创新，这是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的主流三维CAD解决方案。SolidWorks可以提供不同的设计方案，减少设计过程中的错误，提高产品质量。SolidWorks不仅提供了如此强大的功能，而且对于每一个工程师和设计师来说，操作简单，简单易学。熟悉 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2353.htm t _blank 微软Windows用户基本可以用SolidWorks进行设计。SolidWorks独特的拖放功能使用户能够在较短的时间内完成大型装配设计。Solidw

38、orks3D设计软件 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/108140.htm t _blank explorer它和Windows Explorer是同一个CAD文件管理器，可以用来方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用户可以在相对较短的时间内完成更多的工作，并更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上看到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程中相对简单方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech评价说:“SolidWorks是基于Windows平台的三维CAD软件中最著名的品牌，是市场

39、快速增长中的佼佼者。”在强大的设计功能和简单易学的操作(包括Windows风格的拖放、点击/点击、剪切/粘贴)的配合下，利用SolidWorks实现整个产品设计100%可编辑，零件设计、装配设计和工程图都是相关联的。零件建模SolidWorks提供了无与伦比的基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征数组、打孔，实现产品设计。通过特征和草图的动态修改，实现了拖放式的实时设计修改。3D草图功能为扫描和放样，或为管线、电缆、直线和管道生成3D草图路径。曲面建模通过扫描、放样和填充控制线以及通过拖动控制的相切操作来生成复杂曲面。您可以直观地修剪、延伸、倒角和缝合曲面。钣金设计S

40、olidWorks提供了一流的、完全相关的钣金设计能力。您可以直接使用各种类型的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/153494.htm t _blank 法兰和薄片，很容易进行钣金操作，如正交切割，角加工和边缘切割。SolidWorks的API为用户提供了一个免费、开放、完整的开发工具。开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications(VBA)、 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/100377.htm

41、 t _blank Visual C+，以及其他支持OLE的开发程序。降低样机的制造成本，快速将产品投入市场。PhotoWorks为您提供了方便、易用和最高质量的渲染功能。通过与三维机械设计的标准软件SolidWorks在Windows环境下的无缝集成，PhotoWorks帮助您方便地制作出具有真实纹理和视觉效果的图片，并发布给客户。任何熟悉微软Windows的人都可以使用PhotoWorks非常快速地将SolidWorks零件和组件渲染成漂亮的图片。在高级渲染领域，PhotoWorks无疑是最好的。高质量的图片展示，既然用高质量的图片更容易沟通设计思路，为什么还要用老视图呢？任何熟悉微软Wi

42、ndows的人都可以使用PhotoWorks非常快速地将SolidWorks零件和组件渲染成高质量的图片。使用PhotoWorks的菜单和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/236725.htm t _blank 工具栏您可以使用中的命令轻松生成高质量的3D模型图片。PhotoWorks软件包括一个庞大的素材库和纹理库，用户可以自定义灯光、阴影、背景、风景等选项。您可以为SolidWorks零件和部件选择适当的材料属性，在渲染前进行预览，设置照明和背景选项，然后可以生成一系列高质量的图片文件以供将来交流。PhotoWo

43、rks高级渲染，与SolidWorks完全集成的高级渲染软件，有效展示概念设计，降低样品制作成本，缩短上市时间。你不需要在制作模型和样品上投入太多。PhotoWork允许您检查产品的外观。从而缩短批准时间。在产品投入生产之前，可以测试市场的效果，从而减少投放市场的时间。Solidworks系统自带的标准件库包括螺栓、螺母、螺钉、螺柱、键、销、垫圈、挡圈、密封圈、弹簧、型材、法兰等常用零件，模型数据可以直接调用。第三方Solidworks零件数据资源库，LinkAblePARTcommunity在线零件数据资源库:LinkAble PARTcommunity旨在为基于Pro/E环境的设计师提供完

44、善有效的零件3D数据资源，用于本地产品的开发和配置。可链接PARTcommunity不仅包含完整的ISO/EN/DIN标准件模型数据资源，还包含数百种国外厂商的备件产品模型，涉及气动、液压、FA自动化、五金、管道、操作件、阀门、紧固件等类别，可以满足机电产品及装备制造企业产品R&D人员的日常需求。网上模型库终身免费注册使用。可链接的PARTcommunity不仅提供了Pro /E的原格式模型下载接口，还提供了名为Part2CAD的集成接口，可以下载线上模型，直接在本地Pro/E界面打开。PARTsolutions离线模型库，名为PARTsolutions，是由凌锐鸿翔和德国Kadinas公司联

45、合推出的面向中国市场的Solidworks离线组件数据资源库解决方案。不仅可以提供比PARTcommunity更丰富的构件数据资源，而且采用了局域网服务器-客户端安装模式，大大提高了Solidworks终端查找和调用模型数据的效率。此外，接口程序提供了两者的无缝嵌入式集成方案。此外，PARTsolutions可以与Solidworks及其PLM环境紧密结合，实现企业内物料信息和模型信息的对接，从而在源头上避免和减少一物多码的现象。同时，为了满足制造业的需求，模型库提供了企业自有数据资源的配置模块，可以为企业本地服务器提供兼容多CAD环境的企业标准件配置任务和特定供应商的产品数据。2.3 ADA

46、MS简介ADAMS(机械系统自动动态分析)是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已被全球数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动力学仿真分析软件国际市场份额的统计，ADAMS软件的总销售额近8000万美元，占总销售额的51%。ADAMS软件利用交互式图形环境、零件库、约束库和力库创建机械系统的全参数化几何模型。其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程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、加速度和反力曲线。ADAMS软件的仿真可以用来预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检

47、测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷。一方面，ADAMS是虚拟样机分析的应用软件，用户可以非常方便地使用该软件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，它是一个虚拟样机分析和开发工具。其开放的程序结构和各种接口可以成为特殊行业用户分析特殊类型虚拟样机的二次开发工具平台。ADAMS软件有两个版本的操作系统:UNIX版本和Windows NT/2000版本。本书将基于ADAMS l2.0的Windows 2000版本。ADAMS软件由五类模块组成:基础模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块和工具箱。用户不仅可以使用通用模块模拟通用机械系统，还可以使用专用模块快速有效地对特定工业应用领

48、域的问题进行建模和仿真。ADAMS是一个集建模、求解和可视化技术于一体的虚拟样机软件。是世界上应用最广泛、最著名的机械系统仿真分析软件。ADAMS全仿真软件包是一个功能强大的建模与仿真环境，可以对任何机械系统进行建模、仿真、精化和优化，其应用范围从汽车、火车、航天飞行器到录像机。利用该软件可以生成复杂机械系统的虚拟样机，真实模拟其运动过程，快速分析比较各种参数方案，直至获得最优的工作性能。从而大大减少昂贵的物理样机的制造和测试次数，提高产品设计质量，大大缩短产品开发周期和成本。ADAMS软件将强大的分析和求解功能与用户界面相结合，使得软件使用起来直观方便，也可以针对用户进行专门定制。通过采用M

49、D方案，企业可以为其R&D工程师提供一个灵活、共享的环境，同时可以使用MSC软件公司的全套“企业出于各种原因继续制造和测试物理样机，包括满足调试和测试的要求等。，并且可以对物理原型进行测试，以获得真实世界中的复杂交互和其他性能。相反，许多虚拟样机测试由于使用不同的软件工具只能获得一些指定的参数，因此丢失了一些重要的依赖性能参数。”MSC Software首席技术官礼萨萨德吉(Reza Schmidt)表示，“我们的MD解决方案消除了单点技术的弊端，为本田R&D中心建造更复杂的虚拟原型提供了最佳平台，更真实地反映了现实世界的结果。”虚拟样机功能的巨大发展归功于MDI公司和MTS系统公司联合开发的

50、EDM(经验动力学模型)经验动力学模块。利用EDM可以快速建立基于试验数据的高精度弹性零件模型，特别是在悬架、减振器、衬套、发动机悬置、轮胎等复杂设计中。在过去，复杂模型的建立依赖于零部件的详细几何和物理属性，以及它们的物理特性。由于EDM是基于试验数据的，可以进行自验证，减少了试验验证工作，大大节省了计算时间。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。利用EDM，可以在产品开发初期创建高精度的弹性元件模型；与传统模型相比，适用于更高的振幅和频率范围；与传统的基于几何信息的模型相比，运算速度明显提高。可以加快车辆的开发进程，缩短开发周期。ADAMS软件的特点如下:1.

51、利用交互式图形环境、零件库、约束库和力库建立机械系统的三维参数化模型。2.分析类型包括运动学、静力学和准静力学，线性和非线性动力学分析，包括刚体和柔性体分析。3.先进的数值分析技术和强大的求解器使求解快速准确。4.具有装配、分析和动态显示不同模型或同一模型在某一过程中的变化的能力，并提供多种“虚拟样机”方案。5.它有一个强大的函数库，供用户自定义力和运动发生器。6.它有一个开放的结构，允许用户集成他们自己的子程序。7.自动输出位移、速度、加速度、反作用力曲线，仿真结果显示为动画和曲线图形。8.可以预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装和峰值载荷，计算有限元的输入载荷。9.支持与大多数CAD、

52、FEA和控制设计软件包的双向通信。ADAMS软件可广泛应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆及设备、工业机械、工程机械等领域。基于SOLIDWORKS的瓢虫玩具三维几何建模3.1玩具的拆卸和测绘在瓢虫玩具的虚拟仿真研究过程中，由于零件之间存在各种相对关系，需要对玩具进行拆解，分析拆解零件与连接零件之间的运动关系，并绘制零件的尺寸图。瓢虫玩具的整体图如图3-1所示。图3-1瓢虫玩具整体示意图在瓢虫玩具的结构图中，分析表明，动力由发条盒输出，直接作用在车轮上，瓢虫行进时发条轴的转动带动偏心轮和凸轮。偏心轮的转动引起椭圆框的运动，使瓢虫自行转动。凸轮的转动引起连杆和支撑板的运动，使瓢虫能自己翻身。如图3

53、-2所示。去桶春天脚板凸轮连杆支承板椭圆形框架偏心轮发条装置图3-2零件部门结构图拆开外壳，得到如图3-3所示的瓢虫玩具零件结构图，外壳用螺钉固定成一个整体。弹簧盒与壳体相对静止，弹簧的一端固定在壳体上。如图3-3所示。图3-3零件部门结构图在瓢虫玩具的零件结构中，发条轴上的偏心轮与椭圆形框架接触。连杆和支撑板构成转动副。如图3-4所示。偏心轮接触椭圆形框架。旋转虎钳图3-4零件结构图拆下齿轮箱后，得到如图3-5所示的弹簧盒，偏心轮和凸轮固定在弹簧轴上。偏心轮凸轮图3-5弹簧盒、偏心轮和凸轮示意图拆卸外壳，得到如图3-6所示的机构部分的结构关系零件。图中显示了瓢虫玩具的各部分，各部分相对于其他

54、部分的位置关系如图3-6所示。在图中，可以清楚地知道每个部件相对于另一个部件的运动关系。连杆发条装置支承板凸轮去桶图3-6零件结构关系图3.1.1玩具外壳的尺寸定位用一般的测绘方法很难准确确定瓢虫玩具外壳中一些孔、槽等结构的定位，但外壳尺寸的准确定位对最终零件的装配起着决定性的作用。计算方法:先把外壳拍下来，然后倒入CAD中，在CAD中标注尺寸。通过将图3-7中类似A和B的两个实际点(良好测量)之间的距离除以CAD中这两个点之间的距离来计算比例值。图3-7导入CAD的尺寸图计算过程:图中轮槽长度实际距离为21mm，CAD中距离为20.1mm比例因子即:计算出比例因子后，可将图3-7中的相关尺寸

55、放大倍，从而准确确定瓢虫玩具外壳的结构尺寸。图3-8显示了瓢虫玩具的实际尺寸之间的关系。图3-8瓢虫玩具的实际尺寸3.2零件建模中的关键技术3.2.1表面建模技术曲面建模的方法有很多种，在这个建模过程中主要采用的是放样曲面建模方法。放样曲面的建模方法类似于特征建模中的相应方法。放样曲面是一种通过曲线之间的过渡生成曲面的方法。放样表面的属性在“表面-放样”PropertyManager设计树中定义，如图3-9所示。下面简单介绍一下如何操作PropertyManager设计树:图3-9“表面放样”设计树(1)在“轮廓”面板中单击(轮廓),然后在绘图区域中按照您想要连接它们的顺序选择轮廓。离所选点最

56、近的顶点用于连接轮廓。(2)检查预览曲线。如果预览曲线不正确，可能是因为选择草图的顺序有错误。此时，您可以使用上移或下移按钮来重新排列大纲。如果预览的曲线指示将连接错误的顶点，请单击顶点的轮廓以取消选择，然后单击以选择轮廓中的另一个点。要清除所有选择并重新开始，请在图形区域中单击鼠标右键，选择“清除选择”，然后重试。(3)如果你想控制相切，在开始/结束约束面板中设置相关参数，如图3-10所示。其中:“无”不应用相切。垂直于轮廓放样在起点和终点垂直于轮廓的草图基准平面。方向向量放样与所选边或轴相切，或与所选基准平面的法线相切。图3-10开始/结束约束面板(4)如果使用引导线(“引导线”面板如图3

57、-11所示)，首先在图形区选择引导线，然后单击上移或下移按钮来改变使用引导线的顺序。图3-11“引导线”面板如果要放样曲面，可以执行以下操作:(1)在基准面上画出笨拙的放样轮廓。(2)建立另一个基准面，并在其上画出另一个放样轮廓。这两个基准面不一定平行。(3)如果需要，可以生成引导线来控制放样表面的形状。(4)点击曲面工具栏上的(放样曲面)按钮，或选择菜单栏中的命令插入-曲面-放样曲面。(5)在PropertyManager设计树的曲面-放样中，单击图标右侧的显示框，然后在图形区域中依次选择轮廓草图。在出现所选草图的这个框中，生成的放样表面将显示在右侧的图形区域中。(6)单击上移按钮或下移按钮

58、改变轮廓的顺序。该操作仅适用于两个以上轮廓的放样特征。(7)如果你想在放样的起点和终点控制相切，设置选项“起点/终点相切”。(8)如果要用引导线来控制放样表面，单击显示框中图标右边的引导线列，然后在图形区域中选择引导线。(9)单击(确定)按钮完成放样，如图3-12所示。图3-12生成放样在瓢虫玩具的曲壳建模中，有两个步骤:(1)通过放样建立表面实体。(2)用抽壳法建立了一定厚度的曲壳。在建立立体曲面的过程中，首先建立两条样条曲线，它们位于两个互相垂直的平面上，如图3-13所示。图3-13两条样条曲线这两条曲线显示了瓢虫玩具的轮廓。我们把曲线分成几段，然后根据每个分界点建立一个垂直于底面的基准面

59、，如图3-14所示。图3-14建立新的基准面建立新基准面的目的是建立一条新的样条曲线作为放样曲面的指导线。因为瓢虫玩具的壳面不是规则曲面，所以需要通过几条引导线来建立一个更真实的曲面壳。每个新基准面的引导线如图3-15所示。图3-15曲面引导线设置好表面后，再次镜像它，得到如图3-16所示的图形。图3-16放样后的实体表面然后进行抽壳操作，壳厚设置为0.8mm，如图3-17所示。图3-17脱壳作业树最终的曲壳如图3-18所示。图3-18曲壳3.3瓢虫玩具零件的建模Solidworks提供了强大的基于特征的实体建模功能。用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳、排列特征、打孔等方式设计产品

60、。添加特征、改变特征重新排列特征、动态修改特征和草图、通过拖放实时修改设计都很方便。其特点是可以参数驱动的实体模型，是实体或零件的具体构件之一，对应一个形状，具有工程意义；所以这里的基于特征是指零件模型是由各种特征生成的，零件的设计实际上是各种特征的叠加。参数化是指对零件的各种特征的各种约束。每个特征的形状和尺寸由可变参数表示，这些可变参数可以是常数或代数参数。如果一个特征的可变参数发生变化，那么这个零件的这个特征的几何形状或者尺寸就会发生变化，与这个参数相关的体积也会自动发生变化，用户不需要自己修改。瓢虫玩具的底部建模过程中，首先建立草图特征，然后在拉伸的平面上建立各个特征模型的轮廓，再进行