【導讀】應用計算機三維軟件建立玩具系統(tǒng)的三維實體模型和運動學及動力學模型，制造過程實現(xiàn)了真正意義上的柔性化和高效化。這項技術(shù)的運用不僅提高了。為了適應消費者的需求，研發(fā)設(shè)計出更新更多種類的玩具產(chǎn)品，這使。得虛擬樣機技術(shù)得到了進一步的運用，也使得設(shè)計周期大大縮短。開支和時間周期。不斷的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定，實現(xiàn)了瓢蟲的運動學仿真。對仿真的結(jié)果進行分。析和總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計方案。

　　

【正文】 條曲線作為放樣曲面的引導線。因為瓢蟲玩具的外殼曲面并不是規(guī)則的曲面，所以必須通過多條引導線才能建武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 27 立出比較接近于真實的曲面外殼。每個新基準面的引導線如圖 315 所示。 圖 315 曲面引導線 完成放樣曲面后，再進行一次鏡像就會得到如圖 316 所示的圖形。 圖 316 放樣后的去面實體 然后 進行抽殼操作，設(shè)定外殼厚度為 。如圖 317 所示。 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 28 圖 317 抽殼操作樹 最后得到的曲面外殼如圖 318 所示。 圖 318 曲面外殼 玩具的零件建模 Solidworks 提供了強大的基于特征的實體建模功能，用戶可以通過拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、薄壁特征、抽殼、特征陣列以及打孔等操作實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計，方便地添加特征、更改特征以及 將特征重新排列，對特征和草圖進行動態(tài)修改，并通過拖拽等方式實現(xiàn)實時修改設(shè)計。 其特征是指可以用參數(shù)驅(qū)動的實體模型，是一個實體或者零件的具體構(gòu)成之一，對應一形狀，具有工程上的意義；因此這里的基于特征就是零件模型是由各種特征生 成的，零件的設(shè)計其實就是各種特征的疊加。參數(shù)化是指武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 29 對 零件上各種特征分別進行各種約束，各個特征的形狀和尺寸大小用變量參數(shù)來表示，其變量可以是常數(shù)， 也可以是代數(shù)式；若一個特征的變量參數(shù)發(fā)生變化，則這個零件的這一個特征的幾何形狀或者尺寸大小將發(fā)生變化，與這個參數(shù)有關(guān)的內(nèi)容都自動改變，用戶不需要 自己修改。 在瓢蟲玩具底面的建模過程中，先建立草圖特征，然后在拉伸后的平面上建立各個特征模型的輪廓，再進行拉伸或者切除等操作。最終得到如圖319 的模型。 圖 319 瓢蟲玩具的底面模型 玩具的零件裝配 根據(jù)裝配體和零件之間的應用關(guān)系，可以有 3 中創(chuàng)建裝配體 的方法，即自頂向下裝配、自底向上裝配和混合裝配。 自頂向下裝配，是指首先設(shè)計完成裝配體，并在裝配中創(chuàng)建零部件模型，然后在拆成子裝配體和單個可以直接用于加工的零件模型。 自底向上裝配，是指首先創(chuàng)建零部件模型，在組合成子裝配，最后生成裝配部件的裝配方法。 混合裝配是將自頂向下裝配和自底向上裝配組合在一起的裝配方法。例如，首先創(chuàng)建幾個主要部件模型，再將其裝配在一起，然后在裝配中設(shè)計其他部件，即為混合裝配。 瓢蟲 玩具的裝配過程（自底向上）： 添加 瓢蟲 玩具組件到裝配體后，還要確定各組件之間的配對關(guān)系，以確武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 30 定組件的裝配 位置。在整個裝配過程中運用了裝配、角度、平行、相切等裝配方式。 在裝配過程中，選取配對對象的順序不同，其配對結(jié)果一般也不相同。通常情況下，選取的第一個對象的位置和姿勢保持不變，其他對象相對于第一個進行調(diào)整。 裝配過程： 先在 SOLIDWORKS 裝配界面中 導入圖 320 所示底板零件固定。 裝配圖 320 然后添加發(fā)條盒，其底面與底板中的發(fā)條盒槽內(nèi)面重合 ，在 選擇配合中選擇重合配合， 如圖 321 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 31 裝配圖 321 裝配 發(fā)條盒 后， 然后添加發(fā)條軸、輪軸及輪子等零件進行裝配 。輪子的位置通過配合中，高級配合下拉菜 單中的線性 /線性耦合來固定。 得到如圖322 裝配圖 322 然后添加支撐板和連桿，連桿前端叉內(nèi)平面與發(fā)條軸的配合為相切 ，得到如圖 323 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 32 裝配圖 324 然后依次添加剩余零件 ，得到如圖 325 裝配圖 325 最后 添加外殼零件 ，全部裝配完如圖 326 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 33 裝配圖 332 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 34 基于 Adams 的 瓢蟲 玩具的仿真 裝配圖導入 Adams 的一般步驟： 在 SOLIDWORKS 總裝配圖中單擊 【另存為】 命令，如圖 41 出現(xiàn) Parasolid對話框，選中裝配 體后單擊【確定】 圖 41 然后找到剛才保存的 文件， 將剛另存為的 .x_t 格式的 SW 文件修改為 .xmt_txt 格式。 打開 Adams 軟件，出現(xiàn)如圖 42，單擊【 creat a new model】 /【 ok】， 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 35 圖 42 進入 Adams 界面后，單擊【 file】 /【 import】出現(xiàn) file import 對話框，如下圖 43，選中 file type 中的 Parasolid 文件格式，在 file to read 中選中裝配圖中生成的 .xt 文件，最后單擊【 ok】，出現(xiàn)圖 44 的工作界面 圖 43 file import 對話框 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 36 圖 44ADAMS 工作界面 裝配圖導入 Adams 中，先需要對模型中的各部分進行重命名，便于之后的操作。 模型重命名的步驟： 打開 Adams 操作界面，右擊 外殼 選中 Rename,如下圖 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 37 或進入 Adams 操作界面，單擊【 Tools 】 /【 Database Navigator】 /【 Rename】，改名后單擊【 apply】，如圖 45 圖 45 重命名對話框 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 38 Adams 中的約束具有限制零件間的相對運動和代表“理想化”的聯(lián)接等特點。所有 的約束都限制系統(tǒng)的平動或轉(zhuǎn)動自由度，限制的自由度數(shù)目和類型取決于使用的約束類型 . Adams 軟件中啟動約束工具的方法有兩種：一種是在主工具箱中，選擇連接工具集圖標或運動工具集圖標，然后選擇約束工具；另一種方法是在Build 菜單中選擇 joints 項，可顯示連接對話框，如下圖 46 圖 46 約束對話框 瓢蟲 玩具中轉(zhuǎn)動副的創(chuàng)建 瓢蟲 玩具中 很多 零件的運動為轉(zhuǎn)動，因此，要對零件中 連桿、支撐板、輪軸、發(fā)條軸、橢圓框 創(chuàng)建轉(zhuǎn)動副。 圖 47 單擊圖 47 中的轉(zhuǎn)動副，選擇要創(chuàng)建的零件，由前面的分析可知 發(fā) 條軸與發(fā)條盒的關(guān)系是相對轉(zhuǎn)動，所以選擇發(fā)條軸，再選擇發(fā)條盒，最后選擇旋轉(zhuǎn)動副 驅(qū)動 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 39 轉(zhuǎn)中心 點就創(chuàng)建完成。如圖 48 圖 48 零件轉(zhuǎn)動副約束圖 瓢蟲 玩具中 彈簧 的創(chuàng)建 單擊 ，選擇彈簧連接的兩點，即可添加一個彈簧。 圖 49 零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 點擊彈簧，然后右鍵選擇【 modify】，出現(xiàn)圖 4110 對話框。在這里可以修改彈簧的 倔強系數(shù)和剛度系數(shù)。 轉(zhuǎn)動副 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 40 圖 410 彈簧 參數(shù)修改對話框 在【 Edit】中選擇【 Modify】，然后在列表中選擇【 spring_1】 ,既可以修改彈簧的其他參數(shù)，如力。如圖 411. 圖 411 彈簧力的修改 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 41 接觸 的創(chuàng)建 碰撞約束的創(chuàng)建，對玩具的運動過程的分析， 瓢蟲 玩具中外殼 、支撐板、輪子和地面的運動關(guān)系 是接觸碰撞如圖 412，要實現(xiàn)虛擬仿真就需要創(chuàng)建這類約束。 圖 411 零件模型圖 碰撞約束創(chuàng)建步驟： 操作 ，出現(xiàn)圖 412 的操作界面 在 l solid(s) 文本框中填入 BOX_30 在 j solid(S) 文本框中填入 SOLID12 單擊 OK 按鈕，創(chuàng)建完成 碰撞約束創(chuàng)建完成后，其中的碰撞的彈性系統(tǒng)、剛度、靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)等個參數(shù)為系統(tǒng)的默認值。 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 42 圖 412 接觸 對話框 瓢蟲 玩具中各零件的關(guān)系表 零件 約束 發(fā)條盒 與底板 鎖定 發(fā)條 軸 相對 發(fā)條盒 轉(zhuǎn)動、 與偏心輪和凸輪鎖定 連桿 相對支撐板 轉(zhuǎn)動、與 凸輪接觸，與彈簧連接 支撐板 相對連桿轉(zhuǎn)動 第一個物體 摩擦系數(shù) 第二個物體 參數(shù)設(shè)計 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 43 輪子 與地面接觸、輪軸鎖定 橢圓框 相對輪軸轉(zhuǎn)動、與偏心輪接觸 表 41 . 玩具的運動學仿真 瓢蟲 玩具的動力學仿真過程中主要的運動為， 瓢蟲在地面行走一段距離后，支撐板頂起瓢蟲，然后瓢蟲翻轉(zhuǎn) 360176。，瓢蟲繼續(xù)行走 。 瓢蟲 玩具模型的仿真 如圖 413 所示，仿真 模型的過程是： 在 Main Toolbox 中單擊 Interactive Simulation Controls 工具按鈕 ，展開選項區(qū)。 選擇 End Time 并將其值設(shè)置為 ，選擇 Steps并將其值設(shè)置為 100。 單擊 Start or continue simulation 工具按鈕，則開始模型仿真。 圖 413 仿真模型 步驟 1 步驟 2 步驟 3 參數(shù)設(shè)定 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 44 播放仿真過程 對模型進行仿真后，可以通過動畫播放 (Animation)來觀看仿真過程，如圖 414 所示： 圖 414 動畫控制界面 在 Main Toolbox 中單擊 Animation 工具按鈕 ，展開選項區(qū)； 通 過 單 擊 Animation ： Forward , Animation : Reverse , Animation :Reset to Start 等，以及 Step Forward 和 Step Backward 等工具按鈕來控制動畫的播放； 還可以選中 Loop 對動畫進行循環(huán)播放。 模型的測試 在機構(gòu)運動過程中，通過測量可以得到構(gòu)件的實際運動特征。 瓢蟲 玩具在運動仿真過程中其中一個運動為玩具 支撐板 慢慢從地面 將玩具支撐 起來，最后 翻轉(zhuǎn) 360176。 （ 1） 瓢蟲 玩具中彈簧彈力的測量 在 瓢蟲 玩具的運動過程中彈簧是個很重要的零件， 支撐板在連桿與凸輪的運動中被撐起，彈簧可以使支撐板完成運動后第一時間復位 。 彈簧彈力的測量可以表現(xiàn)出 支撐板、連桿、凸輪機構(gòu)是否按規(guī)定運動。 彈簧彈力的測量步驟是：如圖 415 右擊 彈簧 彈出快捷菜單，選擇 Spring ： SPRING1/Measure 菜單項，彈出 Assembly Measure 對話框； 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 45 選擇 Characteristic 下拉列表框為 force。 單擊 OK 按鈕，則顯示出彈簧力的測量結(jié)果如圖 416 所示 圖 415 彈簧對話框 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 46 圖 416 彈簧結(jié)果 對圖像進行分析可以看出彈簧 在三次翻轉(zhuǎn)運動中有三次 處在拉伸狀態(tài)，說明 瓢蟲在運動中 實現(xiàn) 了 實際的先拉伸后恢復的運動過程。 最后的運動仿真完成了 瓢蟲 玩具的實際運動過程。 瓢蟲 玩具在 Adams 中運動仿真過程圖： 仿真圖 417 仿真圖 418 仿真圖 419 仿真圖 420 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 47 仿真圖 421 仿真圖 432 仿真圖 423 仿真圖 424 仿真圖 425 仿真圖 436 瓢蟲 玩具通過參數(shù)的調(diào)節(jié)和個系數(shù)的變化，完成了其在虛擬仿真運動。在整個研究過程中，對于出現(xiàn)的問題，通過分析和研究不斷解決出現(xiàn)的問題，在研究過程中，熟練掌握了運動 學仿真中的基本操作。 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 48 武漢工業(yè)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 . 49