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At present, with the continuous improvement of people's living standard, the toy is no longer the exclusive products for children, a large group of enthusiasts many years ago is toy consumption. The design of a children electric toy car, the main face of the consumer groups are children over 2 years old. It includes the body, the rear wheel driving device, steering device, operation panel and power supply. The main task of this graduation design is the design of the children's toy car, this paper completed the calculation of the design, including the design of rear driving device, steering system design, and then use SOLIDWORKS to complete the drawing of the 3D drawing, the last generation of two-dimensional engineering drawing. Keywords: toy toy vehicle 3D drawing two-dimensional engineering drawings 目錄 摘要 i Abstract ii 第一章 緒論 1 1.1課題研究的目的與意義 1 1.2 我國玩具行業(yè)的發(fā)展概況 1 1.3 我國玩具行業(yè)的消費(fèi)現(xiàn)狀 2 1.4 玩具行業(yè)的發(fā)展前景 3 1.4.1傳統(tǒng)玩具向電子玩具過渡 3 1.4.2 提高玩具附加值勢在必行 3 1.5本課題研究的內(nèi)容及方法 4 1.5.1 研究內(nèi)容 4 1.5.2擬定解決問題的方法 4 第二章 玩具電動車的總體設(shè)計方案 5 2.1 玩具車運(yùn)動方式的選擇 5 2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確認(rèn) 6 2.3 驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)方案 7 2.4 總體方案擬定 7 2.5本章小結(jié) 8 第三章 玩具電動車整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9 3.1驅(qū)動電機(jī)的選擇 9 3.2 前輪三角支撐桿的有限元分析 11 3.2.1 前輪三角支撐桿零件的三維建模 12 3.2.2 確定材料 12 3.2.3 添加夾具 13 3.2.4 施加載荷 14 3.2.5 生成網(wǎng)格 14 3.2.6 運(yùn)算求解 15 3.2.7 分析結(jié)果輸出 16 4.1 Solidworks軟件簡介 19 4.2 座椅的造型 20 4.3 方向盤的造型 21 4.4 車輪圈的造型 21 4.5 車身的造型 22 4.6 控制面板造型 23 4.7 外胎的造型 24 4.7 玩具電動車的裝配 24 4.8 三維向二維的轉(zhuǎn)換 26 第五章 結(jié)論 29 5.1 本論文所取得的結(jié)果 29 5.2 技術(shù)展望 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 iii 第一章 緒論 1.1課題研究的目的與意義 中國是玩具大國，玩具出口在我國的外貿(mào)出口中占主要地位。中國的玩具廠商要在國際上站穩(wěn)腳跟，就要有所發(fā)展，一定要有新的、高層次的產(chǎn)品。國內(nèi)的大型玩具企業(yè)已經(jīng)充分意識到這一點(diǎn)，正在和科研院所合作，研發(fā)高端兒童玩具車產(chǎn)品。企業(yè)的參與將為兒童玩具車的發(fā)展起到推動作用。 隨著人們對休閑、娛樂需求的增加，以及人們對玩具功能觀念的改變，玩具的消費(fèi)群體也正在迅速擴(kuò)大。玩具已不再是兒童的專利，越來越多高檔、新穎的玩具開始成為成年人的休閑、娛樂用品。而目前，我國成人玩具的開發(fā)還是一個空白，顯然這個市場有著巨大的潛力去開發(fā)，從而解決了因玩具出口受限而轉(zhuǎn)內(nèi)銷的市場銷量瓶頸。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產(chǎn)值1000多億元，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上。而目前高端成年人玩具市場卻是眾多玩具業(yè)廠商不重視的一個市場，所以對于內(nèi)銷市場，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該加大投入力度，力爭中國市場成為另外一個美國市場，成為中國玩具業(yè)最堅定，最雄厚的一條頂梁柱。 通過本課題，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中綜合大學(xué)所學(xué)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問題的能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力。 1.2 我國玩具行業(yè)的發(fā)展概況 中國是全球玩具第一大生產(chǎn)國。我國玩具行業(yè)是從上世紀(jì)80年代后發(fā)展起來，70%以上還是來料加工和來樣加工，自主開發(fā)和創(chuàng)新的能力不強(qiáng)，能夠以自創(chuàng)品牌出口的還為數(shù)不多，要從依附式發(fā)展轉(zhuǎn)向自主式發(fā)展還需要一定的過程。 中國國內(nèi)市場的玩具質(zhì)量合格率僅為76.3%。還面臨著嚴(yán)峻的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和歐盟貿(mào)易壁壘等難題。而且近一年來國際石油價格不斷攀升，使得塑料原料價格大幅上揚(yáng)，玩具生產(chǎn)成本增加，市場競爭加劇。東部沿海一些地區(qū)出現(xiàn)的電力供應(yīng)緊張以及勞動力短缺問題，也制約著玩具行業(yè)發(fā)展。 現(xiàn)代玩具工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：二戰(zhàn)后，由于塑料的出現(xiàn)，塑料玩具代替了木制玩具。70年代，電子玩具的出現(xiàn)已成為玩具的發(fā)展潮流。80年代末，兩家日本玩具商搶先推出托架玩具，行銷一時?，F(xiàn)在，世界幾家大型玩具生產(chǎn)商從傳統(tǒng)產(chǎn)品中脫穎而出，轉(zhuǎn)產(chǎn)電子游戲；為應(yīng)對多媒體的挑戰(zhàn)，搶占市場，這些公司又捷足先登，研發(fā)智能玩具。 　我國是世界上最大的玩具制造國和出口國，全球70％的玩具是在我國境內(nèi)制造的。我國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產(chǎn)值1000多億元，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70％以上，其中,廣州的產(chǎn)值達(dá)300億元。2005年全國玩具出口額達(dá)150多億美元。廣東、江蘇、浙江、上海、山東和福建這五省一市歷來是中國玩具最重要的生產(chǎn)和出口基地，占中國玩具年銷售額的95％以上，其中廣東占中國玩具年銷售額50％以上，其主要生產(chǎn)基地在深圳、東莞以及澄海地區(qū)。 澄海玩具禮品生產(chǎn)單位超3000家，從業(yè)人員10多萬人，2005年產(chǎn)值120億元，并以年均30%的速度遞增。全區(qū)250多家企業(yè)在126個國家和地區(qū)建立營銷渠道或固定銷售網(wǎng)點(diǎn)，產(chǎn)品外銷達(dá)70%以上，占全國玩具出口量的9%左右。有了這些基礎(chǔ)，澄海區(qū)正積極申報建設(shè)“國家澄海玩具特色產(chǎn)業(yè)基地”。 玩具制造業(yè)在我國屬于開放程度較高的行業(yè)。目前，三資企業(yè)仍占據(jù)行業(yè)的主導(dǎo)地位，取得全行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的65.8％和利潤總額的62.7％。民營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益則是行業(yè)內(nèi)最好的。 國內(nèi)市場的玩具約有3萬多個品種，大部分適合4歲～8歲兒童，適合嬰幼兒的玩具不多，適合成年人的玩具更少。殘障兒童玩具市場有待開發(fā)。 玩具用塑料原料主要有ABS、PP、PE、PVC、POM、EVA樹脂、PA、不飽和聚酯、熱塑性彈性體等，在我國的用量較大，而且增長潛力巨大。統(tǒng)計數(shù)字表明，僅2003年全國各類塑料玩具用樹脂量達(dá)到近180萬噸，銷售額已突破140億元，預(yù)計還將以每年40％的速度繼續(xù)遞增。這也預(yù)示著作為制造塑料玩具的基礎(chǔ)原料也將在玩具業(yè)的推動下進(jìn)入一個快速增長的黃金時代。 1.3 我國玩具行業(yè)的消費(fèi)現(xiàn)狀 我國玩具消費(fèi)正以每年30%~40%的速度增長，到2010年我國玩具消費(fèi)總額將超過1000億元。中國社會調(diào)查事務(wù)所日前進(jìn)行的一項(xiàng)中國玩具產(chǎn)業(yè)調(diào)查的結(jié)果顯示，中國玩具市場蘊(yùn)藏著巨大商機(jī)。中國14歲以下人口為3億多，其中的城市人口為8000萬人，構(gòu)成了龐大的玩具消費(fèi)群體。城市兒童每年人均玩具消費(fèi)額為35元，城市成年人12元。大中城市的消費(fèi)者普遍可接受的玩具價格在100元以下，一些售價在1000元以上的高檔玩具同樣有市場。在中國玩具市場，毛絨玩具和兒童車最為暢銷，模型玩具、遙控玩具和塑膠玩具的銷量持續(xù)看好。有34%的城市消費(fèi)者選購電子玩具，31%選擇智能型玩具，23%選擇高檔毛絨、布制玩具。農(nóng)村消費(fèi)者以傳統(tǒng)的玩具類型為主，48%的農(nóng)村消費(fèi)者愿意購買電動玩具，28%愿意購買拼裝玩具，24%愿意購買中、低檔毛絨、布制玩具。 以下玩具將成為市場新寵：模型玩具、專利授權(quán)玩具(電影玩具、卡通玩具等)、玩偶、高科技玩具、益智玩具、互聯(lián)網(wǎng)兼容玩具，以及適合成年人休閑娛樂的成人玩具。成年男士比較喜愛電腦智力型玩具，成年女士喜歡高檔精美的裝飾性玩具，如布娃娃、毛絨娃娃、木制玩具和小動物玩具等。中年人多會選購消遣性、輕度運(yùn)動型玩具。老年人較喜歡各種觀賞型玩具，如：小動物玩具、玩偶等。 1.4 玩具行業(yè)的發(fā)展前景 1.4.1傳統(tǒng)玩具向電子玩具過渡 玩具智能化成為玩具行業(yè)的發(fā)展新趨勢。高科技智能化玩具不僅滿足了兒童的好奇心，加強(qiáng)了孩子和玩具的互動，同時也激發(fā)了孩子的求知欲。玩具企業(yè)將計算機(jī)、電子、通訊等領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)“嫁接”到玩具產(chǎn)品中，突破了傳統(tǒng)玩具的局限性，賦予玩具“聽”、“說”功能，與人進(jìn)行互動。智能化玩具的形式多樣、內(nèi)容豐富、寓知于樂，可以與孩子們進(jìn)行“情感”交流，進(jìn)而培養(yǎng)孩子良好的習(xí)慣，并在愉悅中學(xué)習(xí)、體會生活，真正達(dá)到寓教于樂的目的。 而且玩具已經(jīng)不在僅是兒童的專利。據(jù)中國玩具協(xié)會統(tǒng)計，約64%的成人消費(fèi)者表示有興趣購買適合自己的玩具，估計成人休閑益智玩具市場每年約值500億元人民幣。傳統(tǒng)玩具的市場日趨下滑，益智類、成人類玩具的出口已不斷呈現(xiàn)增長趨勢。 1.4.2 提高玩具附加值勢在必行 近年來，國際油價持續(xù)攀高，與石油相關(guān)的原材料價格亦隨之上揚(yáng)，塑料價格較年前上漲30%-40%。而一件玩具中，塑料成本大概占據(jù)總成本的60%-70%，這大大增加了塑料玩具的生產(chǎn)成本。 這就要求生產(chǎn)企業(yè)必須跨越原料價格高漲、貿(mào)易壁壘和3C認(rèn)證等重重障礙。有人認(rèn)為，國內(nèi)玩具企業(yè)面臨著如此多的困難，制約其發(fā)展的主要因素可以歸結(jié)為質(zhì)量不高和技術(shù)含量低。據(jù)此，我們不難找到解決難題的路徑：研發(fā)符合安全和環(huán)保要求的產(chǎn)品；利用科技創(chuàng)新，提高產(chǎn)品附加值，并向高檔化邁進(jìn)。 1.5本課題研究的內(nèi)容及方法 1.5.1 研究內(nèi)容 根據(jù)對目前兒童玩具車行業(yè)的發(fā)展方向和任務(wù)，擬定完成以下幾點(diǎn)內(nèi)容： 1、完成兒童玩具車的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2、利用SOLIDWORKS三維軟件，完成兒童玩具車的三維造型設(shè)計 3、完成兒童玩具車二維裝配圖的繪制。 4、完成設(shè)計說明書的編寫 1.5.2擬定解決問題的方法 1、在開始整個設(shè)計任務(wù)之前，首先要對目前兒童玩具車行業(yè)作個市場調(diào)研，了解什么樣的玩具車模型受到人們喜愛。這樣我們才能確認(rèn)兒童玩具車的整體外形方案。 2、在確認(rèn)方案之后，分析整個兒童玩具車的機(jī)構(gòu)，確認(rèn)兒童玩具車的整體尺寸，完整玩具車各個關(guān)鍵部件的設(shè)計。 3、在上述兩點(diǎn)完成之后，對兒童玩具車各個零部件進(jìn)行三維建模，最后完成玩具車的裝配。 4、對已經(jīng)完成玩具車的模型進(jìn)行配色上面的修改，使得整個玩具車看起來更加逼真和完善。 5、上訴全部完成后，整理資料，完成整個畢業(yè)設(shè)計說明書。 第二章 玩具電動車的總體設(shè)計方案 2.1 玩具車運(yùn)動方式的選擇 玩具車運(yùn)動方式歸納起來基本有三種:輪子方式和履帶方式。為了得到我們設(shè)計需要最合適的方式，我們對以上兩種方式做了簡單的比較如下表： 表2-1運(yùn)動方式的比較 考慮因素 驅(qū)動方式 適應(yīng)的環(huán)境 驅(qū)動方面的考慮 機(jī)構(gòu)方面的考慮 輪子方式 適于室內(nèi)、硬路面等平整地面，特別不適合松軟或崎嶇地面。 驅(qū)動方式簡單多樣，力矩相對較小主要有：兩輪驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向加隨動輪；兩輪差動加輔助輪；驅(qū)動輪加轉(zhuǎn)向輪。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相對簡單，相互約束條件少，穩(wěn)定性較好，輪子安裝需要一定精度要求。 履帶方式 適應(yīng)環(huán)境最廣泛，特別是崎嶇不平地和濕洼地形。 驅(qū)動方式單一，力矩較大，使用兩側(cè)輪差動，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動和轉(zhuǎn)向，不需要輔助輪。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較輪子復(fù)雜，需要履帶的張緊設(shè)計，支撐面積大，穩(wěn)定性好。 通過對以上方式的比較，我們選用輪子方式做為玩具車運(yùn)動方式，它符合我們的設(shè)計要求：適于室內(nèi)、硬路面等平整地面，；需要動力較??；能量消耗少；結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單可靠。 玩具車驅(qū)動方案的選擇 輪式玩具車的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2-1，圖2-2， 圖2-1 前輪驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 圖2-2 后輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 圖2-2中的玩具車，稱為前輪驅(qū)動玩具車，后輪為輔助輪，方向不變，前輪為驅(qū)動輪兼轉(zhuǎn)向輪，兩輪驅(qū)動速度相同，轉(zhuǎn)向速度一致。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動平穩(wěn)，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 我們根據(jù)設(shè)計需要和實(shí)現(xiàn)的難易程度選擇了圖2-3中的玩具車，我們稱之為后輪驅(qū)動玩具車，它是一種典型的玩具車模型。后輪為驅(qū)動論方向不變；前輪為轉(zhuǎn)向輪，通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制兩輪轉(zhuǎn)向，使玩具車按照要求的方向移動。 2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的確認(rèn) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成如下圖2-3所示： 圖2-1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 1、轉(zhuǎn)向器 2、轉(zhuǎn)向搖臂 3、轉(zhuǎn)向直拉桿4、轉(zhuǎn)向節(jié)臂 5、轉(zhuǎn)向梯形 6、轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。 由于本文是一款玩具電動車的設(shè)計，要考慮生產(chǎn)成本，本文選用的轉(zhuǎn)向器采用齒輪齒條的形式。 2.3 驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)方案 本次玩具小車采用圖2-4所示的驅(qū)動方案： 圖2-2 驅(qū)動裝置 玩具車驅(qū)動裝置采用丁字型驅(qū)動裝置：丁字型電動驅(qū)動裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動效率高、故障率低、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 ? 驅(qū)動裝置采用的是差速電機(jī)的驅(qū)動形式，這樣的驅(qū)動裝置不用鏈傳動，直接通過齒輪傳動傳到后輪上。較少了功率在傳動過程中的能量損失，也簡化了驅(qū)動裝置的工藝流程和加工難度。既方便又實(shí)用美觀，同時差速器可以保證轉(zhuǎn)彎時兩輪同步，不產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。 2.4 總體方案擬定 本設(shè)計玩具電動車的最終目的是實(shí)現(xiàn)兒童駕駛底速運(yùn)行。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定玩具電動車，其玩具電動車的結(jié)構(gòu)簡圖見圖2-2： 圖2-2玩具電動車結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計為一種玩具電動車，它可以乘坐一個兒童，由驅(qū)動電池提供動力，通過驅(qū)動后輪產(chǎn)生動力使得玩具小車運(yùn)行，方向盤控制其轉(zhuǎn)向。同時為了安全，本小車配有遙控裝置，可以由家長遙控控制小車運(yùn)行。 2.5本章小結(jié) 本章主要完成玩具電動車結(jié)構(gòu)方案的確認(rèn)，包括驅(qū)動方案，傳動方案，整機(jī)結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計，通過本章設(shè)計可以了解整個封口機(jī)各個部分的結(jié)構(gòu)以及各個結(jié)構(gòu)的作用。 第三章 玩具電動車整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1驅(qū)動電機(jī)的選擇 目前在玩具電動車的常用的電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)，對它們的特性、工作原理與控制方式有分類介紹，下面總結(jié)如表2-2所示： 一般玩具電動車用電機(jī)的基本性能要求； 1. 啟動、停止和反向均能連續(xù)有效的進(jìn)行，具有良好的響應(yīng)特性； 2. 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時的特性相同，且運(yùn)行特性穩(wěn)定； 3. 良好的抗干擾能力，對輸出來說，體積小、重量輕； 4. 維修容易，不用保養(yǎng)。 驅(qū)動輪為兩后輪，要求控制性好且精度高，能耗要低，輸出轉(zhuǎn)矩大，有一定過載能力，而且穩(wěn)定性好。通過比較以上電機(jī)的特性、工作原理、控制方式以及移動玩具電動車的移動性能要求、自身重量、傳動機(jī)構(gòu)特點(diǎn)等因素，所以我們決定選用直流電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。 表2-2不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式 電機(jī)類型 主要特點(diǎn) 構(gòu)造與工作原理 控制方式 直流電機(jī) 接通直流電即可工作，控制簡單；啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制，效率高；需要定時維護(hù)和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。 由永磁體定子，線圈轉(zhuǎn)子，電刷和換向器構(gòu)成。通過電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)動控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。 交流電機(jī) 沒有電刷和換向器，無須維修；驅(qū)動電路復(fù)雜，價格高。 按結(jié)構(gòu)分為同步和異步。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與支流電機(jī)相同。 分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機(jī)常采用電壓控制。 直流電動機(jī)以其良好的線性調(diào)速特性、簡單的控制性能、較高的效率、優(yōu)異的動態(tài)特性，一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。雖然近年不斷受到其他電動機(jī)(如交流變頻電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等)的挑戰(zhàn)，但直流電動機(jī)仍然是許多調(diào)速控制電動機(jī)的最優(yōu)選擇，在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用。 所需電機(jī)的功率計算： 玩具電動車小車的受力簡圖如圖3-1所示： 玩具電動車所需的牽引力: 式中 ——玩具電動車移動需要的牽引力 式中 ——自身重力而產(chǎn)生的阻力 式中 ——玩具電動車移動所受摩擦力 圖3-1 玩具電動車小車的受力簡圖 則有： 式中 ——摩擦系數(shù) 式中 ——最大爬坡角度（據(jù)課題要求可以按0計算） 這里我們估算玩具電動車的總重為10KG，最大承載能力為40kg，運(yùn)行速度為0.6m/s，靜摩擦因數(shù)為0.15 則玩具電動車在水平面上運(yùn)動的功率為： 傳動裝置的總效率： 按照中表2.1-1確定的個部分效率有：齒輪傳動效率：；軸承效率： 代入得到： 所需直流電機(jī)的最小功率： 即單個電機(jī)的功率為45.5W 通過以上的比較和計算，我們決定選用廣東德昌微電機(jī)公司生產(chǎn)的 SF57-115H24V型直流電動機(jī)其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示: 表3-1直流電機(jī)技術(shù)參數(shù)表 型號 額定電壓 最大效率下 制動 轉(zhuǎn)速 電流 力矩 功率 力矩 功率 r/min A g.cm W g.cm W SF57-115H24V 24V CONSTANT 3000 2.5 229 6.2 1650 50 3.2 前輪三角支撐桿的有限元分析 首先，對前輪三角支撐桿的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模。完成三維建模后，再對相應(yīng)部分進(jìn)行有限元分析。由于前輪三角支撐桿的螺栓等零件無需單獨(dú)進(jìn)行受力分析，而且如果對前輪三角支撐桿整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析，將會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的計算時間將會持續(xù)幾天甚至更多。所以為了使計算更加精確，縮短系統(tǒng)計算時間，我們在這里只對前輪三角支撐桿主體進(jìn)行分析，即直接將前輪三角支撐桿主體分離出來單獨(dú)進(jìn)行靜態(tài)分析，以確保系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。前輪三角支撐桿有限元分析的具體步驟如下： 3.2.1 前輪三角支撐桿零件的三維建模 利用SOLIDWORKS軟件對前輪三角支撐桿零件進(jìn)行三維模型，這個的具體繪圖過程就不一一詳細(xì)描述。得到的三維模型如圖3-2所示。 圖3-2 前輪三角支撐桿模型 3.2.2 確定材料 零件的反應(yīng)取決于其所構(gòu)成的材料，程序必須知道零件材料的彈性屬性，通過從材料庫選擇材料來給零件指派材料。由于前輪三角支撐桿承受重量大，前輪三角支撐桿主體會受到較大的壓力和拉應(yīng)力，所以前輪三角支撐桿材料選擇普通碳鋼。但在用Solidworks Simulation對前輪三角支撐桿進(jìn)行應(yīng)力分析時，由于材料庫沒有這一材料，因此選擇近似的材料碳鋼，具體選擇如下圖3-3所示。 圖3-3 材料選取 3.2.3 添加夾具 在夾具選項(xiàng)卡中，可以定義固定約束。每個約束可以包含多個面。受約束的面在所有方向都受到約束。必須至少約束零件的一個面，以防由于剛性實(shí)體運(yùn)動而導(dǎo)致分析失敗。在對前輪三角支撐桿主體進(jìn)行應(yīng)力分析前，首先要確定其夾具固定的部分。如圖3-4所示，選擇前輪三角支撐桿安裝孔為固定端，即模擬夾具夾住前輪三角支撐桿安裝孔端部分。 圖3-4添加夾具 3.2.4 施加載荷 前輪三角支撐桿我們設(shè)定載荷為50KG，分布到每個輪子上的即為12.5KG，即為125N。在載荷選項(xiàng)卡上，可以應(yīng)用力和壓力載荷至模型的面，可以應(yīng)用多個力至單個或多個面。由前輪三角支撐桿實(shí)際工況得出其受力情況見圖3-5 圖3-5 前輪三角支撐桿豎直方向施加載荷 3.2.5 生成網(wǎng)格 接下來需對前輪三角支撐桿劃分網(wǎng)格。實(shí)體模型的網(wǎng)格化由兩個基本階段組成。在第一階段，網(wǎng)格器將節(jié)放置于邊界上，此階段稱為曲面網(wǎng)格化。如果第一個階段成功，網(wǎng)格程序開始第二個階段，將在內(nèi)部生成節(jié)，以四面單元填充體積，并將中側(cè)節(jié)放置于邊線上。在實(shí)際操作中，我們先要選擇網(wǎng)格的參數(shù)，如圖3-6所示，將網(wǎng)格密度設(shè)置為良好。選擇好網(wǎng)格參數(shù)之后，對前輪三角支撐桿模型生成定義的網(wǎng)格。 圖3-6前輪三角支撐桿網(wǎng)格化 3.2.6 運(yùn)算求解 網(wǎng)格化參數(shù)后點(diǎn)擊運(yùn)行，軟件開始自動對算例進(jìn)行計算分析，求解過程如下圖3-7所示。 圖3-7運(yùn)行算例分析 當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，就可以得到前輪三角支撐桿模型應(yīng)力、應(yīng)變、位移和安全系數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)的有限元分析結(jié)果。 3.2.7 分析結(jié)果輸出 Simulation的結(jié)果選項(xiàng)卡中生成的圖解可以生動形象的表現(xiàn)出前輪三角支撐桿各部位的應(yīng)力—應(yīng)變情況、位移情況及安全系數(shù)情況，如圖3-8所示。結(jié)果選項(xiàng)卡的第一個屏幕顯示前輪三角支撐桿所有位置的最小安全系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)工程規(guī)則通常要求安全系數(shù)為 1.5 或更大。對于給定的最小安全系數(shù)，Simulation程序會將可能的安全與非安全區(qū)域分別繪成藍(lán)色與紅色。前輪三角支撐桿主體部分有限元分析的應(yīng)力、位移、應(yīng)變及安全系數(shù)分布云圖如圖3-9至3-12所示。 圖3-8輸出結(jié)果 圖3-9 安全系數(shù) 圖3-10 位移分布圖 圖3-11 應(yīng)變分布圖 圖3-12應(yīng)力分布圖 由圖3-9可知，前輪三角支撐桿在工況載荷下，施加載荷時候的最小安全系數(shù)是4，。根據(jù)圖3-12所示，前輪三角支撐桿的屈服力大約為220MPA，而所用材料的抗拉強(qiáng)度為490MPA，完全符合設(shè)計要求。 第四章 玩具電動車三維造型的設(shè)計 4.1 Solidworks軟件簡介 首先我要對Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的參變量式CAD設(shè)計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機(jī)械設(shè)計方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強(qiáng)大，在機(jī)械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。 與傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖相比，參變量式CAD設(shè)計軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機(jī)械制圖設(shè)計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計通常是按照一定的比例關(guān)系，從正視，側(cè)視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標(biāo)注相應(yīng)尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標(biāo)注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標(biāo)注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標(biāo)注，因此繪圖工作相當(dāng)繁重。 參變量式CAD設(shè)計軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動加入了關(guān)聯(lián)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。 Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設(shè)計人員的工作量，提高了工作效率。 通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實(shí)體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設(shè)計方法，也就是自下而上的設(shè)計方法。 草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產(chǎn)品設(shè)計，要首先建立零件文件。 由于零件、裝配體及工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。 SolidWorks2012允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項(xiàng)”和”文件屬性”選項(xiàng)卡. SolidWorks2012可以自動保存工作.自動恢復(fù)功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機(jī)時不會丟失數(shù)據(jù).如果設(shè)定此選項(xiàng),則選擇”工具”_”選項(xiàng)”菜單命令.在”系統(tǒng)選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上,單擊”備份”選項(xiàng),選擇”每(n)次更改后,自動恢復(fù)信息”復(fù)選框,然后設(shè)定信息自動保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù). SolidWorks2012具有很強(qiáng)的文件交換功能,可以輸入,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進(jìn)行文件交換。 SolidWorks2012在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線和捕捉網(wǎng)格線功能?？蓪⒕W(wǎng)格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線和捕捉功能在SolidWorks2012中不太使用，因?yàn)镾olidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系已提供了所需的精度。 4.2 座椅的造型 下面簡述一下座椅的造型的基本造型過程： 1、單擊新建零件模板，選用公制模板。 2、按規(guī)定尺寸草繪圖形使用“拉伸凸臺”命令拉伸出實(shí)體并指定長度。 3、在菜單欄的“切除”指令進(jìn)行倒角。 4、然后依次通過拉伸、倒角、抽殼指令完成座椅的三維建模。 5、如圖4-1 座椅 圖4-1 座椅造型 4.3 方向盤的造型 1、單擊新建零件，選用公制模板。 2、按規(guī)定尺寸草繪圖形使用“拉伸”命令拉伸出實(shí)體并指定長度。 3、在實(shí)體表面草繪外形，用拉伸命令進(jìn)行切除材料。 4、選擇上步切除實(shí)體特征，單擊鏡像功能，以方向?yàn)閰⒖歼M(jìn)行鏡像。 5、確定保存到工作目錄下。 6、如圖4-2方向盤。 圖4-2 方向盤造型 4.4 車輪圈的造型 下面簡述一下車輪圈的造型的基本造型過程： 1、單擊新建零件，選用公制模板。 2、根據(jù)建模需要，選擇前視基準(zhǔn)面，草繪要求圖形。 3、然后利用拉伸切除指令完成修改。 4、對零件進(jìn)行倒角處理，進(jìn)一步美觀。 5、完成后保存到工作目錄下。 6、如圖4-3 車輪圈。 圖4-3 車輪圈造型 4.5 車身的造型 下面簡述一下車身的造型的基本造型過程： 1、單擊新建零件，選用公制模板。 2、根據(jù)建模需要，選擇前視基準(zhǔn)面，草繪要求圖形。 3、利用拉伸，切除，倒角，曲面等指令完成車身。 5、完成后保存到工作目錄下。 6、如圖4-4 車身。 圖4-4 車身造型 4.6 控制面板造型 下面簡述一下控制面板的造型的基本造型過程，控制面板結(jié)構(gòu)簡單，主要通過拉伸、抽殼、倒角命令完成，完成后保存到工作目錄下，如圖4-5 控制面板 圖4-5 控制面板造型 4.7 外胎的造型 下面簡述一下外胎的造型的基本造型過程：主要通過拉伸、抽殼、倒角命令完成，完成后保存到工作目錄下，如圖4-6 電器柜 圖4-6 外胎造型 其它部件的造型這里我們就不一一詳細(xì)說明。 4.7 玩具電動車的裝配 零件設(shè)計好了，可以將其在組建模式下通過一定的方式組合在一起，從而造成一個組件或完整產(chǎn)品模型。 零件裝配需要在專門的組件設(shè)計模式下進(jìn)行。在SolidWorks2012 中，可以按照以下步驟來創(chuàng)建一個組件設(shè)計文件： 單擊新建按鈕，打開“新建”對話框。 在“類型”選項(xiàng)組中選擇“組件”單選按鈕，在“子類型”選項(xiàng)組中尋則“設(shè)計”單選按鈕，在“名稱”文本框中輸入組件名稱，清除“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”按鈕。 彈出“新建文件選項(xiàng)”對話框。從“模板”選項(xiàng)組的列表框中選擇“mmns _SLDASM_design”，單擊“確定”按鈕。 在組件設(shè)計中（裝配設(shè)計），主要有兩種主流設(shè)計思路，即自底向上設(shè)計和自頂而下設(shè)計。通俗一點(diǎn)而言，前者是將已設(shè)計好的零部件按照一定的裝配方式添加到裝配體中；而后者則是從頂層的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)著手，由頂層的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)傳遞設(shè)計規(guī)范到所有相關(guān)子系統(tǒng)，從而有利于高效地對整個設(shè)計流程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作管理。 在組件設(shè)計模式下，系統(tǒng)允許采用多種方法將元件添加到組件，包括使用放置定義集（簡稱約束集）和使用元件界面自動放置等。通常元件放置根據(jù)放置定義集而定，這些集合決定了元件與組件的相關(guān)方式及位置，這些集既可以是由用戶定義的，也可以是預(yù)定義的。用戶定義的約束集含有0個或多個約束；預(yù)定義約束集（也叫連接）具有預(yù)定義數(shù)目的約束。 約束放置是較為常用的裝配方式。在 SolidWorks2012元件放置操控板的約束列表框中，提供了多種放置約束的類型選項(xiàng)，包括缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點(diǎn)、直線上的點(diǎn)、相切、坐標(biāo)系、插入、匹配、對其、和自動。 在使用約束放置選項(xiàng)時，需要注意約束放置的一般原則及注意事項(xiàng)。例如，“匹配”約束或“對齊”約束的一組參照的類型要相同（平面對平面、旋轉(zhuǎn)對旋轉(zhuǎn)、點(diǎn)對點(diǎn)、軸對軸）；一次只能添加一個也是，譬如不能使用一個單一的“匹配”約束選項(xiàng)將一個零件上的兩個不同的平面與另一個零件上的兩個不同的平面配對，二必須定義兩個單獨(dú)的“匹配”約束；元件的裝配需要定義放置約束集，放置約束集由若干個放置約束構(gòu)成，用來組合定義元件的放置和方向。 最后我們得到的玩具電動車的三維圖如圖4-7所示 圖4-7 玩具電動車三維造型 4.8 三維向二維的轉(zhuǎn)換 SolidWorks作為一套功能強(qiáng)大的計算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計軟件，可以建立零件的三維實(shí)體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數(shù)生產(chǎn)一線的工程技術(shù)人員對二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標(biāo)注裝配體，零件圖時，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉(zhuǎn)換，把SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標(biāo)注結(jié)合起來，達(dá)到“以二維之長補(bǔ)三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細(xì)過程。 在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個工程圖模板，打開工程圖工具條，在工程圖工具條中點(diǎn)擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認(rèn)要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內(nèi)單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖4-8所示 圖4-8新建工程 選用標(biāo)準(zhǔn)圖紙，或自定義圖紙大小，如圖4-9所示 圖4-9 選擇圖紙 打開需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動鼠標(biāo)，會顯示鼠標(biāo)移動方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖4-10所示。 圖4-10工程圖創(chuàng)建 此外，還可通過上方的工具來分析剖視圖。也可標(biāo)注此裝配體的零件及其名稱。因此圖還將在CAD中修改，故在此未標(biāo)注零件序號及名稱，最后完成的工程圖。 第五章 結(jié)論 5.1 本論文所取得的結(jié)果 1、完成了玩具電動車了本體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。 2、根據(jù)玩具電動車的設(shè)計要求完成了玩具電動車整體方案的設(shè)計 3、最后，運(yùn)動三維軟件SOLIDWORKS完成整體的三維裝配。 5.2 技術(shù)展望 此次多功能玩具電動車的設(shè)計不僅重溫了過去所學(xué)知識，而且學(xué)到了很多新的內(nèi)容。相信這次畢業(yè)設(shè)計對我今后的工作會有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設(shè)計中體味艱辛，在艱辛中體味快樂。 通過本次設(shè)計我可以更加系統(tǒng)的了解多功能玩具電動車方面的知識；能夠加強(qiáng)多功能玩具電動車結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠加強(qiáng)多功能玩具電動車功能部件的選型和設(shè)計計算；能夠加強(qiáng)多功能玩具電動車的方法和理論；能夠檢驗(yàn)自己能否將四年學(xué)習(xí)的理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用；能夠培養(yǎng)自己自學(xué)和與人合作的能力。 這次設(shè)計不但鍛煉我的思維能力，還鍛煉我的查閱資料獲取有用信息的能力，通過繪制設(shè)計圖紙，使我熟練的掌握了CAD和SOLIDWORKS繪圖軟件的使用，我把自己的理論用到實(shí)際當(dāng)中去，在設(shè)計過程當(dāng)中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學(xué)和全老師獲得了多解決問題的方法和方式。 畢業(yè)設(shè)計的過程是艱辛的，解決問題的過程是快樂的，成長過程是痛苦的，我相信只要我們保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，我一定能夠成長起來。  參考文獻(xiàn) [1]. 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計[J]．北京：高等教育出版社，1996． [2]. 鄭文緯，吳克堅．機(jī)械原理[J]．北京：高等教育出版社，1995． [3]. 周開勤．機(jī)械零件手冊[M] ．北京：北京高等教育出版社，1994． [4]. 龔義．機(jī)械課程設(shè)計指導(dǎo)書[M]．北京：高等教育出版社，1990． [5]. 敖泌云，趙勝祥，張元瑩．畫法幾何及機(jī)械制圖[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996． [6]. 沈偉明．設(shè)計方法學(xué)[M]．咸陽：西北輕工業(yè)學(xué)院印刷廠，1998． [7]. 白傳悅，王芳，孫波，文壞興．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]．陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2003． [8]. 賀偉，孫波，張淳．計算機(jī)繪圖[M]．陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2000． [9]. 余澤通，楊彬彬，宋長源，基于Solidworks的齒輪泵工作原理動態(tài)仿真研究，河南科技學(xué)院報，2008.3（9）：85-87 [10]. 祝永健，基于Solidworks的機(jī)械制圖教學(xué)改進(jìn)與應(yīng)用，文教資料，2008.2（6）：27-28 [11]. 黨興武，靳嵐，機(jī)械設(shè)計與制造-基于SolidWorks的機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬 2006年4期 [12]. 衛(wèi)江紅,基于SolidWorks的運(yùn)動分析與仿真, 機(jī)械工程與自動化. 第1期(總第146期)2008年2月 [13]. 仝美娟，馮小寧，基于Solidworks的數(shù)控加工工程仿真系統(tǒng)的設(shè)計，現(xiàn)代制造工程，2005（1）：41-42 [14]. 宋愛平，CAD/CAM技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，機(jī)械工業(yè)出版社.2005 [15]. 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。感謝我的導(dǎo)師馬蓉教授，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。X老師嚴(yán)謹(jǐn)勤奮的工作作風(fēng)、扎實(shí)廣博的學(xué)識和平易近人的性格，使我在學(xué)習(xí)方面得到了很大的收獲，它們將是我受益終生的財富。此外，感謝X老師對我畢業(yè)設(shè)計的最后審核，使我的最終作品更為完善。 感謝同學(xué)們對我的幫助和指點(diǎn)。沒有他們的幫助和提供資料，要想在短短的幾個月的時間里學(xué)習(xí)到這么豐富的知識并完成畢業(yè)設(shè)計論文是幾乎不可能的事情，再次感謝所有幫助和支持過我的人。 31