【文章內(nèi)容簡介】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 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(gòu)曲面做準備。圖 是在CATIA 中三角化后的點云。 圖 玩具飛機三角化后的點云 三角化后的點云，進行曲面重構(gòu)。飛機外表面的曲面重建過程中做所的主 要工作如下。 ，尋找?guī)缀翁卣?，采用正向的思維逆向幾何特征。 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(gòu)建特征曲面。為使曲面達到光順，構(gòu)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(gòu)建。 ，進行倒角，不至于出現(xiàn)重面、缺面。 ，根據(jù)貼合率進行調(diào)整，本設(shè)計中將曲面和點云的貼合距離控制在 范圍之內(nèi)。 圖 。 基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設(shè)計 8 圖 重建后的直升飛機外表面 ，得到樣板飛機的曲面數(shù)模如圖 所示。 圖 直升飛機外曲面 ，將曲面加成一定厚度，生成實體數(shù)模，如圖 所示。本設(shè)計根據(jù)直升飛機的總體尺寸的大小，同時參考模型飛機厚度外殼選用 厚度。 圖 直升飛機實體數(shù)模 ，回避專利，加入設(shè)計者思想，進行改型設(shè)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)化組合以南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文 9 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 達到美觀協(xié)調(diào)，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(diào)，本設(shè)計中采取加長尾部的修改，修改其尺寸以達到比例協(xié)調(diào)，整體美觀之目的。并將尾翼和側(cè)翼都加厚， 加厚至 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(shè)計不同零件的方法，加上半透明彩色擋風玻璃，使其外觀更加完美。圖 是經(jīng)過表面處理后的直升飛機表面數(shù)模。 圖 表面處理后的直升飛機外殼數(shù)模 。應(yīng)用鏡像工具，獲得外殼的另一半數(shù)模。由于在點云處理時，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 曲面處理功能相對其他高端軟件要強大，但在 CATIA 進行模型重構(gòu)時，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)計成參數(shù)化的形式，不要設(shè)計成非參數(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。 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計 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。一個玩具由多個零件組合裝配而成，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)模的機械化裝配，大部分是采用手工作業(yè)，這是勞動密集型產(chǎn)業(yè)特點所在。如何減 少裝配工序、簡化裝配過程，結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理非常關(guān)鍵。機動玩具由于動作機構(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)簡單，又要保證玩具動作可靠。 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)部機芯、動作執(zhí)行機構(gòu)之間的配合形式，如齒輪與軸、凸輪與軸、偏心輪與連桿、軸與機芯夾板、電動機與機芯夾板等。 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、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(gòu)與外殼之基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設(shè)計 10 間。 電路結(jié)構(gòu)是指電動玩具中線路的連接、開 關(guān)與外殼的連接、電池箱與箱蓋的配合形式。 玩具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 ，提高經(jīng)濟效益 玩具生產(chǎn)本身的加工利潤很低，若生產(chǎn)批量較大，玩具結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計不同的配合結(jié)構(gòu)，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(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筋的形式；采用標準件和通用件，在玩具設(shè)計中，無論是機芯構(gòu)件還是外型構(gòu)件，標準化很重要，標準化使不少尺寸不一的零件成為少量的通用件， 大大簡化設(shè)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(gòu)由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，設(shè)計玩具機構(gòu)是只需選擇合適的型號即可。本設(shè)計中上下聯(lián)接的螺釘和回輪機構(gòu)選用標準件。 采用整體化設(shè)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。 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(chǎn)成本中占很大比例。在結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計方案。 在結(jié)構(gòu)設(shè)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。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(jié)構(gòu)，盡量設(shè)計倒角、圓角結(jié)構(gòu)便于裝配。本設(shè)計的機翼葉片采用完全相同結(jié)構(gòu)，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(shè)計裝配結(jié)構(gòu)時，考慮少用裝配工具、少用螺釘?shù)姆椒ā? ，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(chǎn)，構(gòu)件的設(shè)計要便于模具的制造。因此，設(shè)計人員必須熟悉、了解模具的生產(chǎn)工藝。如金屬模的落料、沖孔、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)置等南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文 11 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 工藝要求，在設(shè)計時都應(yīng)考慮到。為便于模具的制造，設(shè)計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，以簡化模具結(jié)構(gòu)、減少開模工序、提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 玩具設(shè)計也要“以人為本”，這是設(shè)計者應(yīng)追求的境界。設(shè)計者要把消費者尤其是兒童視為上帝，設(shè)計的產(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)計時，應(yīng)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。 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程度受到影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要采用相應(yīng)的措施，把這種影響降到最低。本設(shè)計在左、右外殼的結(jié)合處，開有一個凹槽，減少左、右外殼裝配后的不對稱影響。 、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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計單獨的凸面，以避免應(yīng)力集中引起凸面的折斷；有的位置加上彈簧進行緩沖保護。本設(shè)計在直升飛機尾部采用相對較厚的設(shè)計，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)接處沒有應(yīng)力集中。 外形零件的配合結(jié)構(gòu) 玩具的外形由多個構(gòu)件組成，構(gòu)件之間需要用一定的配合方式組裝起來。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(shè)計合理的配合結(jié)構(gòu)。 設(shè) 計中，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)計中上下殼體定位采用導(dǎo)向柱來定位，此結(jié)構(gòu)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、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)計中。 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)計基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設(shè)計 12 中， 電池箱蓋與底盤的設(shè)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(shè)計中尾部側(cè)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(yù)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?yīng)該有沉孔，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(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感。本設(shè)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 是本設(shè)計左、右外殼聯(lián)接柱的設(shè)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(shè)計成兩種聯(lián)接柱的尺寸，以適應(yīng)不同的螺釘。 圖 、右外殼聯(lián)接柱 螺旋槳的設(shè)計 在設(shè)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(diào)整其基本尺寸，局部地方做細小的改動。圖 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)計不同厚度，以增加強度。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文 13 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 葉片固定座 圖 是葉片的結(jié)構(gòu)。由于玩具沒有嚴格的流體力學要求，同時本設(shè)計的直升 飛機不做空間飛行，因此葉片未采用流線型設(shè)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 葉片結(jié)構(gòu) 圖 是螺旋槳總成，四個葉片均勻分布在固定座上。 圖 螺旋槳總成 基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設(shè)計 14 第三章 機械傳動系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)生離不開玩具內(nèi)部的動力部分、機械傳動系統(tǒng)。 本設(shè)計中，玩具直升飛機需要產(chǎn)生三個運動，即螺旋槳的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，主動輪的旋轉(zhuǎn)及遇障礙物的自動調(diào)頭，間隙原地回轉(zhuǎn)。 玩具動力源的選擇 能將外界做的功或提供的能量轉(zhuǎn)變成 速箱中傳動系統(tǒng)運動所需要的機械能，具有這種功能的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(fù)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(zhuǎn)換為電機輸出軸的轉(zhuǎn)動，來驅(qū)動傳動系統(tǒng)使玩具產(chǎn)生動作。 玩具電動機一般采用永磁式直流電動機。 本設(shè)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(diào)速特性及寬調(diào)速范圍，最底與最高轉(zhuǎn)速可達到 1： 200，且調(diào)節(jié)性平滑、控制方便。啟動性 能好，過載性能強。 玩具飛機機芯設(shè)計 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(gòu)組成，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(gòu)，需要經(jīng)過機芯調(diào)速，達到玩具動作的速度要求。如電動玩具中，電動機的轉(zhuǎn)速一般在 8000~10000rpm，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(zhuǎn)左右，因此必須通過齒輪機構(gòu)降速來達到所要求的速度。機芯設(shè)計的合理與否，直接影響玩具動作的可靠性。 玩具機芯設(shè)計的基本要求 、外形設(shè)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(gòu)的主動件提供所需的旋轉(zhuǎn)運動，而執(zhí)行機構(gòu)的其他構(gòu)件安裝在機芯殼體或玩具的外殼上。設(shè)計機芯時必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(shè)計要與機械設(shè)計、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文 15 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊