基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- I -裝訂線摘摘 要要中國(guó)是一個(gè)玩具制造的大國(guó)，產(chǎn)量位于世界前列。但不是一個(gè)玩具強(qiáng)國(guó)，玩具品質(zhì)不高。玩具設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高，生產(chǎn)未嚴(yán)格按工藝流程，生產(chǎn)中應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)不充分，這些因素制約著中國(guó)玩具業(yè)的整體發(fā)展。逆向工程作為一種高效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，可以顯著縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)在汽車等行業(yè)有較普遍應(yīng)用，在玩具行業(yè)應(yīng)用不甚普遍。將逆向工程應(yīng)用于玩具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，可以提升玩具品質(zhì)，縮短研發(fā)周期。本文，應(yīng)用逆向工程對(duì)一款電動(dòng)玩具飛機(jī)進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，通過(guò)逆向,玩具飛機(jī)外形的云點(diǎn)，對(duì)塑料件外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行 CATIA 數(shù)模重

2、建，局部?jī)?yōu)化改設(shè)計(jì)。玩具飛機(jī)在外形上更美觀，工藝更合理，并對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：逆向工程 電動(dòng)玩具 CATIA基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 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(shù)學(xué)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(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 .113 逆向工程及其應(yīng)用 .21.4 CATIA 簡(jiǎn)介 .31.5 課題背景及內(nèi)容 .3第二章 玩具飛機(jī)外殼及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .52.1 外殼在玩具中的地位 .52.2 玩具殼體設(shè)計(jì)原則5.52.3 逆向工程的基本流程 .62.4 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

8、.22第五章 實(shí)體數(shù)模的裝配 .245.1 電池箱、底盤和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)裝配.245.2 整機(jī)裝配.24總 結(jié). 26致 謝.27參考文獻(xiàn).28南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)家希羅，曾利用水力驅(qū)動(dòng)原理制造出會(huì)唱歌的鳥(niǎo)和活動(dòng)鐵匠鋪等玩具。18 世紀(jì)，歐洲出現(xiàn)發(fā)條玩具。19 世紀(jì)，英國(guó)、德國(guó)能制造十分精巧的機(jī)動(dòng)玩具，如可裝置梳妝用品的八音盒、與鐘表連在一體的游樂(lè)宮等。19 世紀(jì)末，德國(guó)能制造電動(dòng)玩具，品種有電扇、火車頭等 。20 世紀(jì) 20 年代，德國(guó)生產(chǎn)出能發(fā)出汽笛聲的電動(dòng)火車頭。不久意大利制成會(huì)冒煙的火車頭。20 世紀(jì)

9、 50 年代以來(lái)，隨著材料學(xué)、電工學(xué)、電子技術(shù)和加工工藝等的進(jìn)步，機(jī)動(dòng)玩具制作更為精巧，有的機(jī)動(dòng)玩具還配上電子元件，這是電子玩具的雛形。20 世紀(jì) 60 年代，中國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)電動(dòng)玩具，當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)金屬外殼的電動(dòng)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(shí)連續(xù)生蛋。 “照相汽車”能行駛、鳴喇叭，停車時(shí)，車上的記者會(huì)轉(zhuǎn)身拍照，相機(jī)上的閃光燈同時(shí)發(fā)光。20 世紀(jì) 70 年代，電動(dòng)玩具外殼趨向采用塑料，出現(xiàn)許多金屬和塑料相結(jié)合的電動(dòng)玩具。20 世紀(jì) 80 年代，是中國(guó)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(kuò)大。玩具材料應(yīng)用上也有迅速發(fā)展，電動(dòng)

10、玩具多為全塑型，表面采用曲面印刷、熱轉(zhuǎn)印、貼紙等工藝進(jìn)行裝飾，機(jī)芯趨于標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)玩具能完成各種精妙動(dòng)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(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀21 世紀(jì)，隨著中國(guó)加入世界貿(mào)易組織，中國(guó)玩具業(yè)的加快了發(fā)展步伐，至2006 年，中國(guó)已有玩具生產(chǎn)企業(yè) 15,000 多家，2006 年年產(chǎn)值超過(guò) 1500 億元1，是出口創(chuàng)匯的重要行業(yè)，是國(guó)內(nèi)輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。中國(guó)已成為世界玩具的生產(chǎn)大國(guó)。中國(guó)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(chǎng)，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(jī)等已占半壁江山，且呈不斷上升的趨勢(shì)1。中國(guó)玩具業(yè)面臨的困難，遠(yuǎn)比表面繁榮多得多。中國(guó)是玩具生產(chǎn)大國(guó)，但基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 2 -遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)玩具強(qiáng)國(guó)。品牌自有率低，對(duì)外依附嚴(yán)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(lái)料加工或來(lái)樣加工，是在為國(guó)外品牌打工，自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新的能力不強(qiáng)，能夠以自創(chuàng)品牌出口的更少數(shù)，對(duì)外依附嚴(yán)重2。由于科研不足，創(chuàng)新能力弱，自有品牌少，中國(guó)已淪為世界玩具業(yè)的“生產(chǎn)基地” ，產(chǎn)品附加值少，總體效益低。內(nèi)地企業(yè)每為外國(guó)商人制造一件玩具，在美國(guó)賣 20 美元，但生產(chǎn)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(zhì)量問(wèn)題突出。2004 年 10 月 1 日，新頒布的國(guó)家玩具技術(shù)安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)已正式實(shí)施。但據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局去年公布的玩具抽檢結(jié)果，中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的玩具質(zhì)量合格率僅為 76.3%。目前的大多數(shù)中國(guó)玩具企業(yè)，其生產(chǎn)離新標(biāo)準(zhǔn)要求仍有不小的距離，各種質(zhì)量問(wèn)題突出?？蒲袡C(jī)構(gòu)少，專業(yè)人員缺乏。目前中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)仍停留在最初的簡(jiǎn)單生產(chǎn)、單一營(yíng)銷階段，放眼全國(guó)，仍很少有權(quán)威的專業(yè)科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)培訓(xùn)、教育機(jī)構(gòu)，與高校的聯(lián)動(dòng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足。因此，應(yīng)培養(yǎng)中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)人才，主動(dòng)占領(lǐng)世界玩具產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，提升中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)

13、力，打造中國(guó)玩具的自有品牌是中國(guó)玩具業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。13 逆向工程及其應(yīng)用逆向工程是指用一定的測(cè)量手段，對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的 CAD 模型的過(guò)程3。逆向工程技術(shù)綜合了三維測(cè)量、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、快速成型等高新技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲得產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用 CAD/CAE/CAM 以及 CIMS等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。逆向工程主要應(yīng)用情況如下4，a.在沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整及沒(méi)有 CAD 模型時(shí)，通常采用逆向工程的方法復(fù)制相同的零件。b.對(duì)于有些商品

14、，要生產(chǎn)同類產(chǎn)品，由于其外觀設(shè)計(jì)專利或使用習(xí)慣上需要修改時(shí)，通過(guò)逆向工程形成完整的圖紙或模型，進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。C.模具行業(yè)。模具制造行業(yè)中有時(shí)需要不斷試模和修改模具。若將最終符合要求的模具測(cè)量并反求其 CAD 模型，這樣建立或修改的設(shè)計(jì)模型，可大大減南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 3 -裝訂線少修模量，提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。d.在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)上有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值。例如，日本戰(zhàn)后的巨大成功就有這方面的因素。e.藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制。人體事的器官、骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)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(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測(cè)量，然后找

15、出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代使產(chǎn)品完善。1.4 CATIA 簡(jiǎn)介法國(guó) Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產(chǎn)品以幻影2000 和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)最為著名。CATIA 是法國(guó) Dassault System 公司的CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子、電器、消費(fèi)品行業(yè)，其集成解決方案覆蓋幾乎所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。CATIA 提供方便的解決方案，迎合幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括，從大型的波音 747 飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵

16、蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò) 13,000 的用戶選擇了 CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)公司使用 CATIA 完成了整個(gè)波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。1.5 課題背景及內(nèi)容世界玩具業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及中國(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要求中國(guó)玩具業(yè)加快發(fā)展步伐，雖然沒(méi)有捷徑可走，但可以參考別人的發(fā)展歷程，從高起點(diǎn)起步。

17、高端設(shè)計(jì)、分析、制造軟件的廣泛應(yīng)用，為玩具設(shè)計(jì)擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造模式提供了強(qiáng)有力的工具。因此，應(yīng)用高端的 CAD/CAE/CAM 軟件，進(jìn)行玩具的設(shè)計(jì)、模擬分析與制造，是中國(guó)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(guó)，走向玩具強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路。本課題以逆向工程為基礎(chǔ)，獲得模型的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用 CATIA 軟件平臺(tái)，基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 4 -重構(gòu)了一款電動(dòng)直升飛機(jī)，并對(duì)直升飛機(jī)的部分外形進(jìn)行改進(jìn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使外形更加美觀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨合理。對(duì)電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。電動(dòng)玩具飛機(jī)，根據(jù)復(fù)雜程度從低到高，主要有以下幾種。a.簡(jiǎn)單型直升

18、飛機(jī)，只是模型上像一架直升飛機(jī)，僅能實(shí)現(xiàn)在地面的直線移動(dòng)，此型飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)含量低。實(shí)質(zhì)上只是一輛玩具汽車的變形。 b.一般型直升飛機(jī)，除了不能在空中飛行外，其他的運(yùn)動(dòng)基本具備，如在地面除了直線移動(dòng)外，還能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。此款直升飛機(jī)基本具有飛機(jī)的功能，屬于中等復(fù)雜程度的飛機(jī)。 c.遙控型空中飛行直升飛機(jī)，此飛機(jī)根據(jù)復(fù)雜程度不同，可在空中簡(jiǎn)單路線的飛行或復(fù)雜路線的飛行，能實(shí)現(xiàn)起降。此直升飛機(jī)屬于比較高檔的玩具，集成了電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、流體學(xué)等學(xué)科。 本課題選用的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)是屬于一般型，主要實(shí)現(xiàn)在地面的移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)遇障礙物自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、一定時(shí)間間隔原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)。

19、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 5 -裝訂線第二章 玩具飛機(jī)外殼及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)玩具外殼、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是構(gòu)成玩具飛機(jī)的二個(gè)主要部分。玩具外殼不論在功能使用、產(chǎn)品造型、售后服務(wù)等方面均具有極其重要的地位。消費(fèi)者購(gòu)買一架玩具飛機(jī)，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(fèi)者的目光，才會(huì)有購(gòu)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(shè)計(jì)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(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、底盤等尺寸決定，同時(shí)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(shè)計(jì)原則5外殼設(shè)計(jì)是玩具設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，玩具的造型通過(guò)外殼設(shè)計(jì)展現(xiàn)，直接

20、影響消費(fèi)者的對(duì)產(chǎn)品的第一印象。外殼設(shè)計(jì)一方面要有強(qiáng)烈的藝術(shù)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(gè)方面。a.造型新穎美觀，色彩鮮艷外殼設(shè)計(jì)前，首先要明確產(chǎn)品的定位，對(duì)消費(fèi)者年齡段、產(chǎn)品銷往的國(guó)家和地區(qū)人們的喜好、風(fēng)俗習(xí)慣、文化背景等，都要有詳細(xì)的了解，使設(shè)計(jì)具有針對(duì)性，在造型設(shè)計(jì)、色彩搭配上符合消費(fèi)者的心理和愿望。在造型上，兒童都喜歡夸張、可愛(ài)的形象，尤其動(dòng)畫(huà)片、漫畫(huà)故事中的人物、動(dòng)物會(huì)給兒童留下很深的印象，設(shè)計(jì)玩具外殼時(shí)要充分利用兒童作品的影響力，在不侵權(quán)的基礎(chǔ)上對(duì)這些形象加以改變，使容易接受。作為一名優(yōu)秀的玩具設(shè)計(jì)人員，必須掌握多方面的文化知識(shí)，綜合考慮各種因素，才能設(shè)計(jì)出

21、好產(chǎn)品。b.外形線條流暢、簡(jiǎn)約，工藝性好評(píng)價(jià)一個(gè)玩具的好壞，并不是看它的復(fù)雜程度，兒童喜歡簡(jiǎn)單、直觀的東西。因此，設(shè)計(jì)外殼時(shí)造型線條要簡(jiǎn)潔、流暢，復(fù)雜的外形只會(huì)增加加工的難度。模具成本在玩具生產(chǎn)成本中占不小的比例，外殼設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化，會(huì)降低模具制造成本，還會(huì)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(wú)論是塑料外殼，還是木制外殼，都要保證無(wú)毒，以免對(duì)兒童造成傷害。尤其是低齡幼兒玩具，對(duì)于外殼的原料、涂料的使用都要符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 6 -本課題根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研決定玩具直升飛機(jī)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(shè)計(jì)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(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，尋找?guī)卓钿N售情況較好，受消費(fèi)者歡迎的樣本小飛機(jī)，分析其特征，找出設(shè)計(jì)比較好的方面。利用激光三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)，對(duì)玩具直升飛機(jī)外殼進(jìn)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(zhǔn)球，從上、下、左、右不同角度對(duì)外殼進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云。由于本課題飛機(jī)是左右對(duì)稱，故掃描一半外殼，另一半點(diǎn)云通過(guò)鏡像獲得。由于從不同的角度拍點(diǎn)云，會(huì)出現(xiàn)重點(diǎn)現(xiàn)象，需對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行過(guò)濾，去除無(wú)用的雜點(diǎn)；同時(shí)，刪除點(diǎn)云中無(wú)用的點(diǎn)，后期逆向特征比較精確，減少工作

23、量的目的。生成的點(diǎn)云文件，一般轉(zhuǎn)成 IGES 格式，為后續(xù) CAD 軟件讀入做準(zhǔn)備。圖 2.2 是本課題經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)點(diǎn)云拍攝，且去除雜點(diǎn)后的外殼點(diǎn)云。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 7 -裝訂線圖 2.2 玩具直升飛機(jī)點(diǎn)云經(jīng)去雜點(diǎn)后的點(diǎn)云，需進(jìn)行點(diǎn)云的三角化，為重構(gòu)曲面做準(zhǔn)備。圖 2.3 是在 CATIA 中三角化后的點(diǎn)云。圖 2.3 玩具飛機(jī)三角化后的點(diǎn)云三角化后的點(diǎn)云，進(jìn)行曲面重構(gòu)。飛機(jī)外表面的曲面重建過(guò)程中做所的主要工作如下。a.觀察點(diǎn)云，尋找?guī)缀翁卣?，采用正向的思維逆向幾何特征。b.應(yīng)用 CATIA 軟件中的截面功能，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行砍斷面，獲得特征點(diǎn)和特征線，然后運(yùn)用這些點(diǎn)、線來(lái)構(gòu)建特征

24、曲面。為使曲面達(dá)到光順，構(gòu)建曲面前對(duì)曲線進(jìn)行光順，使其達(dá)到 G2 連續(xù)（即曲率連續(xù)） ，若曲線不能達(dá)到 G2 連續(xù)，對(duì)曲線進(jìn)行重新構(gòu)建。c.將構(gòu)建完成的特征間相互裁剪，進(jìn)行倒角，不至于出現(xiàn)重面、缺面。d.檢查曲面和點(diǎn)云的貼合率，根據(jù)貼合率進(jìn)行調(diào)整，本設(shè)計(jì)中將曲面和點(diǎn)云的貼合距離控制在 0.5mm 范圍之內(nèi)。e.得到重新構(gòu)建的直升飛機(jī)外表面曲面如圖 2.4?；谀嫦蚬こ痰碾妱?dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 8 -圖 2.4 重建后的直升飛機(jī)外表面f.使用隱藏命令將點(diǎn)云隱藏，得到樣板飛機(jī)的曲面數(shù)模如圖 2.5 所示。圖 2.5 直升飛機(jī)外曲面g.應(yīng)用實(shí)體模塊，將曲面加成一定厚度，生成實(shí)體數(shù)模，如圖 2.6

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

26、璃，使其外觀更加完美。圖 2.7 是經(jīng)過(guò)表面處理后的直升飛機(jī)表面數(shù)模。圖 2.7 表面處理后的直升飛機(jī)外殼數(shù)模i.鏡像另一側(cè)外殼數(shù)模。應(yīng)用鏡像工具，獲得外殼的另一半數(shù)模。由于在點(diǎn)云處理時(shí)，已經(jīng)考慮了左右結(jié)縫處的曲面連續(xù)，鏡像后的曲面在結(jié)縫連續(xù)較好。雖然 CATIA 曲面處理功能相對(duì)其他高端軟件要強(qiáng)大，但在 CATIA 進(jìn)行模型重構(gòu)時(shí)，仍要注意建模的合理性，合理應(yīng)用相應(yīng)的功能。曲面應(yīng)設(shè)計(jì)成參數(shù)化的形式，不要設(shè)計(jì)成非參數(shù)的形式，參數(shù)曲面容易調(diào)整修改。本課題的曲面都是參數(shù)曲面，調(diào)整修改比較容易。2.4 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)玩具結(jié)構(gòu)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(gè)玩具由多個(gè)零件組合裝配而

27、成，玩具的組裝是玩具生產(chǎn)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(jī)械化裝配，大部分是采用手工作業(yè)，這是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)所在。如何減少裝配工序、簡(jiǎn)化裝配過(guò)程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理非常關(guān)鍵。機(jī)動(dòng)玩具由于動(dòng)作機(jī)構(gòu)較多，結(jié)構(gòu)比靜態(tài)玩具要復(fù)雜。既要使玩具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又要保證玩具動(dòng)作可靠。玩具結(jié)構(gòu)按照一般裝配順序，可分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外型結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)。內(nèi)臟結(jié)構(gòu)是指玩具內(nèi)部機(jī)芯、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)芯夾板、電動(dòng)機(jī)與機(jī)芯夾板等。外型結(jié)構(gòu)是指除內(nèi)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(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 10

28、 -外殼與底板之間、輪軸與底板之間、整個(gè)機(jī)芯與底板之間、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)與外殼之間。電路結(jié)構(gòu)是指電動(dòng)玩具中線路的連接、開(kāi)關(guān)與外殼的連接、電池箱與箱蓋的配合形式。2.4.1 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求a.降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益玩具生產(chǎn)本身的加工利潤(rùn)很低，若生產(chǎn)批量較大，玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，也能提高經(jīng)濟(jì)效益?？梢圆捎?，按照玩具的最佳壽命設(shè)計(jì)不同的配合結(jié)構(gòu)，如對(duì)于需要拆裝的玩具，采用螺釘聯(lián)接的方式；在滿足強(qiáng)度要求的情況下，采用不同截面形式，或采用加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)，減少材料的使用，本課題在聯(lián)接柱的部分采用加強(qiáng)筋的形式；采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，在玩具設(shè)計(jì)中，無(wú)論是機(jī)芯構(gòu)件還是外型構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)化很重要，標(biāo)準(zhǔn)化使不少尺寸不一的

29、零件成為少量的通用件，大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，現(xiàn)在機(jī)動(dòng)玩具中齒輪、軸、偏心輪等常用的零件都已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化或系列化，發(fā)條機(jī)芯、慣性機(jī)芯也都實(shí)現(xiàn)了規(guī)格系列化，這些機(jī)構(gòu)由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)玩具機(jī)構(gòu)是只需選擇合適的型號(hào)即可。本設(shè)計(jì)中上下聯(lián)接的螺釘和回輪機(jī)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)件。采用整體化設(shè)計(jì)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(jiǎn)化裝配工序一個(gè)玩具由幾十個(gè)甚至幾百個(gè)零件組成，裝配成本在整個(gè)生產(chǎn)成本中占很大比例。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了盡量減少零件個(gè)數(shù)以外，還要考慮簡(jiǎn)化裝配工序，采用簡(jiǎn)易和快速裝配的設(shè)計(jì)方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(qiáng)度，少出差錯(cuò)，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(duì)稱結(jié)構(gòu)，盡量設(shè)計(jì)倒角、圓角結(jié)構(gòu)便于裝配。本設(shè)計(jì)的機(jī)翼葉片采用完全相同結(jié)構(gòu)，裝配時(shí)無(wú)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。但是擰螺釘工作主要還是手工，無(wú)論是自攻螺絲還是有孔的螺釘，時(shí)間長(zhǎng)了都會(huì)造成手的疲勞，所以設(shè)計(jì)裝配結(jié)構(gòu)時(shí)，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(guò)模具進(jìn)行大批量生產(chǎn)，構(gòu)件的設(shè)計(jì)要便南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 11 -裝訂線于模具的制造。因此，設(shè)計(jì)人員必須熟悉、了解模具的生產(chǎn)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(shè)置等工藝要求，在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮到。為便于模具的制造，設(shè)計(jì)者必須在了解制件的成形(型)工藝要求情況下，結(jié)構(gòu)上加以合理設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、減少開(kāi)模工序、提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。d.便于消費(fèi)者使用玩具設(shè)計(jì)也要“以人為本”，這是設(shè)計(jì)者應(yīng)追求的境界。設(shè)計(jì)者要把消費(fèi)者尤其是兒童視為上帝，設(shè)計(jì)的產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮消費(fèi)者使用的方便性，方便消費(fèi)者使用是擴(kuò)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(huì)有各種痕跡，使玩具的整體感和美觀

32、程度受到影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要采用相應(yīng)的措施，把這種影響降到最低。本設(shè)計(jì)在左、右外殼的結(jié)合處，開(kāi)有一個(gè)凹槽，減少左、右外殼裝配后的不對(duì)稱影響。f.經(jīng)得起撞擊、振動(dòng)及擠壓玩具運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用時(shí)的跌落、摔打會(huì)造成玩具局部受力，可能會(huì)損壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)單獨(dú)的凸面，以避免應(yīng)力集中引起凸面的折斷；有的位置加上彈簧進(jìn)行緩沖保護(hù)。本設(shè)計(jì)在直升飛機(jī)尾部采用相對(duì)較厚的設(shè)計(jì)，尾部側(cè)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(cè)翼與外殼聯(lián)接處沒(méi)有應(yīng)力集中。2.4.2 外形零件的配合結(jié)構(gòu)玩具的外形由多個(gè)構(gòu)件組成，構(gòu)件之間需要用

33、一定的配合方式組裝起來(lái)。外形零件的配合結(jié)構(gòu)形式有多種，具體采用何種配合結(jié)構(gòu)需根據(jù)玩具的性質(zhì)來(lái)決定。如連接件的材料、玩具的使用功能、使用對(duì)象、玩具本身的價(jià)值等，根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)合理的配合結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中，裝配結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中上下殼體定位采用導(dǎo)向柱來(lái)定位，此結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單方便、定位精度高、易于使用、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以加強(qiáng)飛機(jī)殼體的強(qiáng)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(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中， 電池箱蓋與底盤的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中尾部側(cè)翼采用此種配合，聯(lián)接方法簡(jiǎn)單。螺釘配合，即利用螺釘做緊固件，把兩個(gè)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(yù)先攻螺紋的特點(diǎn)，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?yīng)該有沉孔，這樣螺釘冒不會(huì)露在外面，一方面美觀，另一方面從安全考慮，螺釘冒不會(huì)滑傷兒童。螺釘一般設(shè)在玩具底面或者隱蔽的地方，如果不得不設(shè)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(shè)計(jì)左、右外殼的聯(lián)接采用自攻螺釘?shù)穆?lián)接方式，簡(jiǎn)化模具。圖 2.8 是本設(shè)計(jì)左、右外殼聯(lián)接柱的設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)成兩種聯(lián)接柱的尺寸，以適應(yīng)不同的螺釘。圖 2.8 左、右外殼聯(lián)接柱2.5 螺旋槳的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)，首先參照樣本模型，測(cè)繪其基本尺寸。然后根據(jù)改型后的飛機(jī)外殼數(shù)模調(diào)整其基本尺寸，局部地方做細(xì)小的改動(dòng)。圖 2.9 是葉片固定座結(jié)構(gòu)，采用整體式結(jié)構(gòu)，選用白色 ABS 塑料，表面噴涂圖案。在不同截面設(shè)計(jì)不同厚度，以增加強(qiáng)度。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)。由于玩具沒(méi)有嚴(yán)格的流體力學(xué)要

36、求，同時(shí)本設(shè)計(jì)的直升飛機(jī)不做空間飛行，因此葉片未采用流線型設(shè)計(jì)。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(jié)構(gòu)圖 2.11 是螺旋槳總成，四個(gè)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(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 14 -第三章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)玩具的主要特點(diǎn)是能表現(xiàn)各種各樣的動(dòng)作，動(dòng)作的產(chǎn)生離不開(kāi)玩具內(nèi)部的動(dòng)力部分、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，玩具直升飛機(jī)需要產(chǎn)生三個(gè)運(yùn)動(dòng)，即螺旋槳的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)及遇障礙物的自動(dòng)調(diào)頭，間隙原地回轉(zhuǎn)。3.1 玩具動(dòng)力源的選擇 能將外界做的功或提供的能量轉(zhuǎn)變成變速箱中傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)械能，具有這種功能的

37、元件或者裝置稱為玩具的動(dòng)力源。 機(jī)動(dòng)玩具中常用的動(dòng)力源主要有電動(dòng)機(jī)、發(fā)條裝置、慣性飛輪三種。一般玩具以干電池作為電動(dòng)機(jī)的能源，現(xiàn)在有些動(dòng)作較復(fù)雜，功能較多的玩具用充電電池，以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。電動(dòng)機(jī)將電池中的電能轉(zhuǎn)換為電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)使玩具產(chǎn)生動(dòng)作。玩具電動(dòng)機(jī)一般采用永磁式直流電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)的是電動(dòng)小飛機(jī)，選用微型直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。其具有優(yōu)良的調(diào)速特性及寬調(diào)速范圍，最底與最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到 1：200，且調(diào)節(jié)性平滑、控制方便。啟動(dòng)性能好，過(guò)載性能強(qiáng)。3.2 玩具飛機(jī)機(jī)芯設(shè)計(jì)3.2.13.2.1 機(jī)芯的定義及作用機(jī)芯的定義及作用機(jī)芯是機(jī)動(dòng)玩具的核心部件，機(jī)芯由一組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組

38、成，經(jīng)過(guò)齒輪輪系間的嚙合，改變輸出和輸入速度比。一般，動(dòng)力源不能直接帶動(dòng)玩具的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，需要經(jīng)過(guò)機(jī)芯調(diào)速，達(dá)到玩具動(dòng)作的速度要求。如電動(dòng)玩具中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在 800010000rpm，而玩具飛機(jī)為了達(dá)到跑動(dòng)的穩(wěn)定性，行走的速度一般每分鐘 200 轉(zhuǎn)左右，因此必須通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)降速來(lái)達(dá)到所要求的速度。機(jī)芯設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響玩具動(dòng)作的可靠性。3.2.23.2.2 玩具機(jī)芯設(shè)計(jì)的基本要求玩具機(jī)芯設(shè)計(jì)的基本要求a.機(jī)芯設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)相輔相成機(jī)芯在玩具中不是一個(gè)完全獨(dú)立的部件，是為玩具的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件提供所需的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的其他構(gòu)件安裝在機(jī)芯殼體或玩具的外殼上。設(shè)計(jì)機(jī)芯時(shí)必

39、須同時(shí)考慮玩具外殼的形狀，使機(jī)芯及其他機(jī)件具有合理的定位；另外，有些小型玩具，機(jī)芯的形狀完全取決于外殼的造型因此，機(jī)芯設(shè)計(jì)要與南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 15 -裝訂線機(jī)械設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)相輔相成。b.確定強(qiáng)度和剛度玩具與其他產(chǎn)品相比壽命要求不高，但也不能一玩就壞。無(wú)論是金屬玩具還是塑料玩具，對(duì)于一些連接部位、配合結(jié)構(gòu)及受力構(gòu)件，需要有一定的強(qiáng)度和剛度。但一般不作強(qiáng)度、剛度校核計(jì)算。c.減輕機(jī)芯的質(zhì)量減輕質(zhì)量可節(jié)約材料，減少運(yùn)動(dòng)零件的慣性力，降低能耗，減少電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)功率。d.合理選用各種齒輪機(jī)械，盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化盡量使用雙聯(lián)齒輪代替單個(gè)齒輪，使用玩具中的一些特殊機(jī)構(gòu)，如一齒差機(jī)構(gòu),以使機(jī)構(gòu)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(jī)芯。如盡量減少零件的個(gè)數(shù)以減少裝配的工作量，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單以利于注射成型。f.重視設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)的傳動(dòng)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(gòu)件的數(shù)量，如在減速機(jī)芯中，小齒輪盡量采用相同齒數(shù)，簡(jiǎn)化裝配，便于采購(gòu)與管理。3.2.33.2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)本設(shè)計(jì)所需要的三個(gè)運(yùn)動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 3.1 所示。機(jī)械傳動(dòng)路線分別如下。a.螺旋槳連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)。b.主運(yùn)動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)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(dòng)同軸的主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)。c.原地回轉(zhuǎn)。由電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)玩具飛機(jī)的原地回轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)，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(jiàn)數(shù)模?；谀嫦蚬こ痰碾妱?dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 16 -圖 3.1 玩具飛機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)中，均采用定軸輪系。定軸傳動(dòng)時(shí)，一對(duì)齒輪

42、傳動(dòng)，一般傳動(dòng)比在10 左右在需要獲得大傳動(dòng)比時(shí)，采用多級(jí)傳動(dòng)如軸是中間過(guò)渡級(jí)傳動(dòng)，也采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，獲得大傳動(dòng)比，軸與軸間即為此傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)需要三個(gè)運(yùn)動(dòng)，只采用一個(gè)動(dòng)力源，主要采用分路傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。輪系設(shè)計(jì)時(shí)，按照“前大后小”的原則分配傳動(dòng)比比較有利。同時(shí)，為了使機(jī)構(gòu)外廓尺寸協(xié)調(diào)和結(jié)構(gòu)勻稱，相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比差值不宜過(guò)大。運(yùn)動(dòng)鏈這樣逐級(jí)減速，可使各級(jí)中間軸有較高的轉(zhuǎn)速和較小的扭矩，從而獲得較為緊湊的結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械效率。本設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 3.2 所示。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 17 -裝訂線圖 3.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)模3.2.43.2.4 傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)齒輪是機(jī)動(dòng)玩具中最常用

43、的傳動(dòng)零件。玩具齒輪與一般機(jī)械中的齒輪一樣，起著傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的作用，但玩具齒輪與一般的齒輪相比具有如下特點(diǎn)。玩具中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)齒形不是常用的漸開(kāi)線，而是類似于鐘表中應(yīng)用的圓弧-直線齒型，這種齒型加工工藝簡(jiǎn)單，比漸開(kāi)線齒型圓滑旋轉(zhuǎn)輕松。為了滿足玩具小的尺寸結(jié)構(gòu)，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(qiáng)調(diào)動(dòng)作的靈活性，不要求嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、速度等，同時(shí)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(diǎn)，金屬齒輪用的比較少，塑料齒輪相對(duì)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(shè)計(jì)中，以上三種齒輪均用到，具體結(jié)構(gòu)分別如圖 3.3、3.4、3.5 所示?；谀嫦蚬こ痰碾妱?dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 18 - (a)單一圓柱齒輪 (b)雙聯(lián)圓柱齒輪圖 3.5 玩具飛機(jī)之圓柱齒輪 圖 3.6 玩具飛機(jī)之冠齒輪 圖 3.7 玩具飛機(jī)之蝸桿3.2.53.2.5 控制凸輪設(shè)計(jì)控制凸輪設(shè)計(jì)原地回轉(zhuǎn)動(dòng)作在一定時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)，采用機(jī)械的控制方法，用平面凸輪的廓線的變化實(shí)

45、現(xiàn)。圖 3.8 是本設(shè)計(jì)中的控制凸輪，由于玩具飛機(jī)中對(duì)運(yùn)動(dòng)要求不高，凸輪廓線的設(shè)計(jì)主要考慮加工工藝性，廓線不要有太大的變化，以減少?zèng)_擊。圖 3.8 玩具飛機(jī)之控制凸輪南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 19 -裝訂線3.2.63.2.6 傳動(dòng)軸支承設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸支承設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，齒輪與軸間均采用緊配合，由注射齒輪時(shí)完成軸與齒輪的聯(lián)接。裝配成機(jī)芯時(shí)有上下固定板，上下固定板通過(guò)上下固定板間的塑料圓柱銷定位，螺釘固定。上下固定板結(jié)構(gòu)如圖 3.9 所示。中間部分支承板用于固定電機(jī)和凸輪軸。 (a)機(jī)芯上固定板 (b)機(jī)芯下固定板圖 3.9 玩具飛機(jī)之機(jī)芯固定板機(jī)芯裝配的結(jié)構(gòu)如圖 3.10 所示。圖 3.10

46、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)裝配數(shù)模3.2.73.2.7 輪子的設(shè)計(jì)輪子的設(shè)計(jì)行駛類玩具中輪子是比較重要的零件，輪子的設(shè)計(jì)直接影響到玩具的動(dòng)作效果和外觀。輪子的主要功能是帶動(dòng)玩具的行走和裝飾，對(duì)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(dòng)；在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，造型要基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 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(zhì)地較硬、彈性差，一般用作裝飾輪和小型玩具的驅(qū)動(dòng)輪。橡膠輪彈性好，與地面摩擦力大，適合做玩具的驅(qū)動(dòng)輪。為了增加輪子與軸之間的抗拉強(qiáng)度與抗扭強(qiáng)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(diǎn)，適合各種驅(qū)動(dòng)輪。它們之間配合時(shí)只需把輪芯壓入輪胎內(nèi)即可。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，是目前用的最多的一種結(jié)構(gòu)形式。本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)就輪采用了橡塑組合輪?？紤]降低成本、減輕重量，從動(dòng)輪采用全塑輪，中間部分設(shè)為中空結(jié)構(gòu)。圖 3.11 是玩具飛機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪。圖 3.11 玩具飛機(jī)之驅(qū)動(dòng)輪南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 21 -裝訂線第四章 玩具飛機(jī)其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)玩具飛機(jī)除了主要的外殼和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)外，還有其他一些輔助結(jié)構(gòu)，如底盤、踏板、電池箱、電極片等。4.1 底盤設(shè)計(jì)需要將玩具飛機(jī)的外殼、機(jī)芯裝配到底盤上，底盤主要考慮各個(gè)件的裝配，保證飛機(jī)裝配的合理性。裝配尺寸公差在

48、0.5mm 范圍內(nèi)。測(cè)量、計(jì)算外殼間前后輪軸間距，設(shè)計(jì)底盤主要尺寸長(zhǎng)度和寬度，考慮電池箱、回輪機(jī)構(gòu)、前后輪軸固定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)底盤部裝如圖 4.1。圖 4.1 玩具飛機(jī)底盤部裝底盤上的一些孔，主要是機(jī)械傳動(dòng)軸過(guò)孔。4.2 電池箱設(shè)計(jì)電池箱是存放干電池的一個(gè)部件，其結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中由于高度相對(duì)較大，有足夠的空間放置電池，采用立式電池箱結(jié)構(gòu)。電池箱的結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)電池尺寸設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)使用兩節(jié) 1 號(hào)作為動(dòng)力源。本設(shè)計(jì)電池箱主要尺寸為 321854，電池箱結(jié)構(gòu)如圖 4.2?；谀嫦蚬こ痰碾妱?dòng)玩

49、具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 22 -圖 4.2 玩具飛機(jī)電池箱4.3 電極片設(shè)計(jì)電極片是電池接觸的導(dǎo)電體，要求有良好的接觸性和導(dǎo)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(fù)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(fù)級(jí)做成一體。電極片在電池箱中的安裝，在電池箱內(nèi)部?jī)啥俗⑸溆胁宀?，把電極片插入槽中，再通過(guò)電極片上的腳子固定。用彈簧做負(fù)極，在電極片上作切口，彈簧一端插入。4.4 電池箱蓋設(shè)計(jì)電池箱蓋結(jié)構(gòu)常用的有鉸鏈?zhǔn)胶屯评健ｃq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(jiàn)的結(jié)構(gòu)，是在箱蓋上注出兩個(gè)插片，在箱體上開(kāi)出插槽，再用卡扣配合。這種結(jié)

50、構(gòu)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(cè)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(nèi)。本設(shè)計(jì)采用此種形式，其結(jié)構(gòu)如圖4.3 所示。圖 4.3 電池箱蓋南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 23 -裝訂線4.5 踏板設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中有兩個(gè)相同的踏板，主要用于飛機(jī)非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的放置，其結(jié)構(gòu)如圖 4.4 所示。采用整體式結(jié)構(gòu)，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(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 24 -第五章 實(shí)體數(shù)模的裝配零件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行零件、部件裝配，先裝配部件，最終裝配成整機(jī)。5.1 電池箱、底盤和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)裝

51、配將機(jī)械傳動(dòng)部分裝配成一個(gè)部件，并同電池箱、機(jī)械傳動(dòng)部分裝配在底盤上，成一個(gè)部件，如圖 5.1。圖 5.1 底盤、電池箱和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部件5.2 整機(jī)裝配將底盤、電池箱、機(jī)械傳動(dòng)部分同直升飛機(jī)左右外殼裝配，并將踏板裝配到整機(jī)，如圖 5.2、5.3 分別是裝配后整機(jī)模型。圖 5.2 電動(dòng)直升飛機(jī)裝配 A南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 25 -裝訂線圖 5.3 電動(dòng)直升飛機(jī)裝配 B5.3 裝配時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)為了裝配的順利進(jìn)行，符合要求，在建模時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng)。a.在零件設(shè)計(jì)階段應(yīng)該考慮零件同周圍零件的裝配關(guān)系，局部應(yīng)該先進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，再進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。b.在零件設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)按照裝配設(shè)計(jì)的尺寸

52、來(lái)建模。c.在裝配過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)干涉情況，應(yīng)仔細(xì)查找原因，如果零件尺寸不符合要求，應(yīng)該重新建立零件數(shù)模。d.分部件進(jìn)行裝配，不同的部件再進(jìn)行裝配，可以在早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題比較方便。基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 26 -總 結(jié)本課題主要對(duì)電動(dòng)直升飛機(jī)進(jìn)行了逆向設(shè)計(jì)，對(duì)飛機(jī)的外形進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其使更美觀，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更趨合理，工藝性較好，同時(shí)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過(guò)本課題，使本人在玩具設(shè)計(jì)方面有一定的進(jìn)步，對(duì)于逆向的基本流程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)有了比較深的掌握。對(duì)相關(guān)軟件的應(yīng)用有更深的理解。應(yīng)用逆向工程進(jìn)行電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)，能在較短的設(shè)計(jì)周期內(nèi)完成比較滿

53、意的設(shè)計(jì)。本人認(rèn)為玩具設(shè)計(jì)，應(yīng)該加強(qiáng)以下幾方面，以期有高品質(zhì)的設(shè)計(jì)。1. 對(duì)玩具進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，應(yīng)該是玩具設(shè)計(jì)的主要的出發(fā)點(diǎn)。2由于受學(xué)科水平的限制，本課題所選擇的直升飛機(jī)還是一般型的，要將飛機(jī)做成比較高檔，應(yīng)該需要有更多、更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，如直升飛機(jī)真正在空中的復(fù)雜路線的飛行、飛機(jī)的起降、空中停留，需要有電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、流體軟力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。3對(duì)塑料結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，需要有更多的工程背景；對(duì)塑料件的注射過(guò)程進(jìn)行模擬，以分析塑料件結(jié)構(gòu)對(duì)注射工藝的影響，以獲得較好的注射件結(jié)構(gòu)。4對(duì)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，以獲得更合理、復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。5對(duì)玩具外殼、聯(lián)接進(jìn)行強(qiáng)度的仿真分析，以獲得符合玩具安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

54、。 6加強(qiáng)玩具標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施。南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 27 -裝訂線致 謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，校內(nèi)的指導(dǎo)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(dǎo)老師關(guān)紹文先生，是其對(duì)本人的嚴(yán)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(shù)學(xué)院，為本人提供了良好的學(xué)術(shù)環(huán)境和學(xué)習(xí)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?dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì)- 28 -參考文獻(xiàn)1王林， “中國(guó)玩具發(fā)展 30 年”活動(dòng)跟蹤報(bào)道之五，盤點(diǎn) 2006 中國(guó)玩具產(chǎn)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(zhì)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，甘肅科技，2006,114田濤，陳揚(yáng)，史廷春，逆向工程與新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,115潘成林，微型電機(jī)，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(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，20038沈世德，機(jī)械原理，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20029謝大康，產(chǎn)品模型制作，北京：化工工業(yè)出版社，200310 中華人民共和國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)玩具通用技術(shù)條件，北京：中國(guó)輕工總會(huì)，199811中華人民共和國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，玩具電動(dòng)機(jī)，北京：中國(guó)輕工總會(huì)，199812中華人民共和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)動(dòng)玩具機(jī)芯型號(hào)編制方法，北京：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局，200013靳桂芳，機(jī)動(dòng)玩具設(shè)計(jì)原理與實(shí)例，北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2005