1、瓢蟲玩具機構的運動學仿真摘要目前，虛擬樣機技術在國外玩具設計和仿真中得到廣泛應用。該技術利用計算機3D軟件建立玩具系統的三維實體模型和運動學、動力學模型，然后利用仿真軟件對玩具系統的性能進行分析和評估，使玩具的設計、開發和制造過程真正實現了柔性化和高效化。該技術的應用不僅提高了產品的生產效率，而且不斷提高其性能，從而降低研發的設計成本。為了滿足消費者的需求，更多種類的玩具產品被開發設計出來，這使得虛擬樣機技術得到了進一步的應用，也大大縮短了設計周期。隨著計算機技術的發展和應用，整個玩具設計過程得到了簡化，大大降低了成本和時間周期。本課題利用Solidworks和Adams對瓢蟲玩具進行運動學仿

2、真。首先對瓢蟲玩具進行拆解和貼圖，然后在SOLIDWORKS軟件中進行三維零件的建模和裝配。裝配后導入ADAMS軟件進行運動學分析和仿真。通過不斷的調試和參數設置，實現了瓢蟲的運動學仿真。對仿真結果進行分析總結，優化設計方案。關鍵詞:虛擬樣機三維建模調試運動學優化設計目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322009 摘要1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322010 Abstract2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322011 目錄3 HYPERLINK l _RefHea

3、ding_Toc296322012 1、前言4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322013 1.1 課題的來源，研究目的和意義4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322014 1.2玩具動力學仿真的國外研究現狀與分析4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322015 1.2.1玩具動力學仿真的國研究現狀5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322016 1.2.2玩具動力學仿真的國外研究現狀7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322017 1.2.3現狀分析

4、8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322018 1.3本課題的研究目標與容9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322019 1.4 課題的研究步驟9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322020 2、研究方案與研發工具10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322021 2.1 研究方案10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322022 2.2 SOLIDWORKS軟件簡介11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322023 2.

5、3 ADAMS簡介13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322024 3、 基于SOLIDWORKS的瓢蟲玩具的三維幾何建模16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322025 3.1 玩具的拆卸、測繪16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322026 3.1.1玩具外殼部尺寸定位18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322027 3.2零件建模中的關鍵技術20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322028 3.2.1齒輪建模技術20 HYPERLINK l

6、 _RefHeading_Toc296322029 3.2.2零件的曲面建模技術24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322030 3.3瓢蟲玩具的零件建模26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322031 3.4瓢蟲玩具的零件裝配29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322032 4、 基于Adams的瓢蟲玩具的仿真33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322033 4.1模型導入33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322034 4.2模型的重命名35

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322035 4.3模型中約束的施加37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322036 4.3.1瓢蟲玩具中轉動副的創建37 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322037 4.3.2瓢蟲玩具中齒輪副的創建38 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322038 4.3.3碰撞的創建40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322039 4.3.4瓢蟲玩具中各零件的關系表41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc29

8、6322040 4.4瓢蟲玩具的運動學仿真42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322041 4.4.1瓢蟲玩具模型的仿真42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322042 4.4.2播放仿真過程43 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322043 4.4.3模型的測試44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322044 5、結論與展望55 HYPERLINK l _RefHeading_Toc296322045 參考文獻561.前言1.1課題的來源、研究目的和意義“玩具”是一個非常寬泛

9、的概念。廣義來說，任何可以玩的東西都可以稱為“玩具”。我們要討論的“玩具”是作為產品的玩具，即工業化批量生產并投入大眾消費市場的玩具。隨著科學技術的進步，計算機技術的不斷完善和應用，特別是計算機網絡的應用和普及，不僅給各行各業帶來了前所未有的生產效率和管理規模與統一，而且網絡把世界各地的人們聯系在一起。越來越多的人開始遠離操場和運動，在虛擬的網絡環境中度過大部分閑暇時間。據調查，2010年發布的報告顯示，中國青少年網民數量已達1.95億，其中74%的人使用手機上網，主要用于聊天、聽音樂、看電影等。，并把大部分時間用于娛樂。如何讓青少年擁有更健康的生活方式，是一個亟待解決的問題。所以玩具對于青少

10、年來說是一個很好的選擇，可以開發孩子的智力，培養動手能力。中國的玩具以歷史悠久、分布區域廣、品種豐富著稱，在社會生活中發揮著獨特的作用。在漫長的發展過程中，玩具與其他社會科學領域有著復雜的關系。因此，對玩具的研究不可避免地涉及到美學、兒童心理學、歷史學和商品學科。如果要在玩具研究的過程中找出這些復雜的關系和作用，對玩具的研究不僅可以為其他社會學科提供重要的信息和線索，還可以豐富和完善上述學科的內容。隨著社會的快速發展，人們對物質文化的需求也在不斷更新。玩具在人類社會生活中扮演著重要的角色。當代玩具的發展離不開權利 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/info.toys.hc36

11、0%20%20%20%20/html/zt050304.htm 傳統玩具玩具的傳承與創新，玩具的豐富性和多樣性為中國當代玩具的生產提供了堅實的基礎。對各種玩具的深入研究將有助于玩具產業的繁榮，并為當代玩具的民族化和現代化提供理論依據。從以上分析來看，研究玩具不僅有利于玩具本身的發展，而且對美學、社會科學的研究和民族藝術的弘揚都具有現實意義。1.2國外玩具動力學仿真的研究現狀及分析玩具的娛樂和教育兩大功能越來越受到消費者的關注。父母要求玩具不僅是孩子親密的玩伴，也是孩子成長的良師益友。這種認識已經在很多玩具購買者和消費者的頭腦中建立起來，所以國外對玩具功能的研究也在不斷探索和更新技術。同時，玩具

12、不僅是給孩子的，也是給大人的。于光遠同志指出:“活到老，學到老，玩到老。是玩生活的基本需求之一。人的一生都需要玩耍，從出生、童年、成年到老年。”早在春秋戰國時期，孔子就在論語中說:“終日食而無意，難哉！沒有棋手，依然賢惠。”說明這個圣人也是贊成玩的。岱山廠翁在清代海外編年史中說:“人各有適情之事，詩、書、六藝，如品茶、飲酒、勾搭、淫蕩、交友。”覆以血肉，固執自足，以致五官四肢從不與物相聯，氣脈不暢就會停滯，秘而不宣，不再發揚。是個八面玲瓏的東西，能運行外真氣脈，能使秘，而助人者則不然。“他明確指出，游戲不僅可以滿足人們的娛樂，而且有益于身心智力的發展。根據游戲者理論，游戲性是人的普遍行為，是一

13、種情緒宣泄。是對生活或工作中各種事務的模仿；是人的經驗和經驗的重復；它是一種心理滿足；是人類認識一切客觀事物及其發明的前提。玩是一種建立在休閑基礎上的行為興趣，是人類本能的必然。人在玩耍中成長，認識客觀事物，激發進取創新精神。玩耍的重要工具之一是玩具。好玩具為玩得好創造好條件，玩得更精彩更有意義。所以，玩具文化是人一生都需要的獨特的教育方式，是傳播中國文化的工具之一。為此，于光遠同志在1988年編寫的玩具(大綱)和1996年編寫的增刊中提出，要把玩具作為系統的教材。他建議集中心理學和教育學，和百科知識的專家一起研究編寫這本教材。其內容應包括學前教育、小學、中學、大學、后學和老年。1.2.1我國

14、玩具動力學仿真的研究現狀中國玩具文化歷史悠久。早在新石器時代，就出現了原始的人類玩具，如石球、首飾盒和哨子。隨著中國經濟、科技、文化、藝術的不斷發展和提高，創造出了許多色彩斑斕、精致迷人的玩具。反映了一定歷史階段中國經濟、科技、文化藝術的發展和人民的生活狀況，具有鮮明的民族特色。它是中國優秀文化傳統的組成部分，在中國文化發展史上占有獨特的地位。有些玩具甚至成為世界科技文化藝術發展的先鋒。它對促進人們的身心健康、豐富人們的生活、增長知識、培養品德、勇于追求和創造起到了積極的作用，成為人們文化娛樂生活中不可缺少的一部分。它有著強大的生命力，流傳至今，成就斐然。中國的玩具行業從80年代開始發展，70

15、%以上都是來料或來樣加工。自主開發創新能力不強，能以自主品牌出口的很少。從依賴發展到自主發展需要一定的過程。目前在中國，玩具行業強大的生產能力與相對薄弱的設計實力形成了鮮明的對比。中國是世界上最大的玩具生產國和出口國，世界上70%的玩具都是中國制造的。中國玩具企業2萬多家，從業人員400多萬人，年產值1000多億元，占世界總產量的70%以上，其中，產值達到300億元。2005年，全國玩具出口額達到150多億美元。這五省一市一直是中國最重要的玩具生產和出口基地，占中國玩具年銷售額的95%以上，其中50%以上是沿海地區的主要生產基地。隨著中國經濟的快速發展，人們的經濟收入不斷增加，物質文化生活不斷

16、改善，人們的閑暇時間延長(每年休假100天以上)，退休的中老年人日益增多(60歲以上人口已達1.33億)。另外，現代社會工作節奏日益加快，競爭激烈，腦力勞動強度加大，生活壓力增大。人們越來越需要更多的娛樂和休閑空間。借助某種形式，他們可以發泄緊張的腦力工作和生活壓力，使身心得到放松、自由和快樂。玩具可以作為休閑娛樂的工具，也可以和親朋好友一起欣賞玩耍，也可以在社交中作為互相饋贈的禮物，還有一部分可以作為收藏等等。，正好滿足了以上需求。從20世紀90年代末開始，社會對玩具和禮品的需求與日俱增，逐漸成為一種時尚。據悉，一對80多歲的老夫妻為了給朋友和孩子送禮，買了三副多米諾骨牌，送給了他們兩對。他

17、們受到朋友和孩子的歡迎，所以他們保留了其中的一雙。老兩口至少玩了一次，逐漸搞清楚了規則。打了十次左右，他們拿到了一百多張牌，連喊“不容易，不容易”。他感慨地說:“它仿佛象征著我的一生。站起來，摔倒，摔倒再站起來。當有所成就的時候，那種激動和欣慰是無以言表的！”玩得開心，被鄰居稱為“一對好老兒”。有一位先生，在“十一”假期在家辦了一個聚會，給朋友買了玩具。他以為原來的聚會多是唱歌聊天。唱歌太吵了，還影響鄰里關系。只是聊天太單調，玩具是休閑的調味品。百貨公司玩具部經理說:成人玩具不同于兒童玩具，兒童玩具更具挑戰性，也更復雜。玩起來需要一定的毅力、耐心和良好的心理素質。它的潛在好處不僅僅是精神放松，

18、還有啟發和開拓思維。于是，玩具吧、成人玩具專柜、玩具吧在一些城市悄然興起，如、等，并逐漸火熱起來。21世紀，成人玩具將成為玩具行業又一個新的經濟增長點。事實上，在美國和日本等主要玩具消費國，成人玩具早已受到重視。據報道，美國市場上超過40%的玩具是為成年人設計的。前幾年市場上購買電子寵物的熱潮也是為成年人設計的。因此，在21世紀，我們不僅要繼續重視和大力發展兒童青少年需要的玩具，而且要重視成人玩具的發展。下大力氣創新，讓中國的玩具文化充分發揮其作為人們獨特的教育方式和文化傳播工具的作用。近年來，國際油價持續攀升，與石油相關的原材料價格也水漲船高。塑料的價格比前一年上漲了30%-40%。在一個玩

19、具中，塑料成本約占總成本的60%-70%，大大增加了塑料玩具的生產成本。這要求制造商克服許多障礙，如原材料價格高、貿易壁壘和3C認證。有人認為，中國玩具企業面臨如此多的困難，制約其發展的主要因素可以歸結為質量低、技術含量低。據此，我們不難找到解決難題的方法:開發符合安全環保要求的產品；利用科技創新，提高產品附加值，走向高檔。在這種情況下，計算機仿真技術的應用就顯得尤為重要。可以解決中國玩具的一些問題。作為一個發展中國家，特別是在電子信息方面，與西方發達國家相比還有一定的差距，所以發展計算機技術是我們的必由之路。1.2.2國外玩具動力學仿真的研究現狀是中國傳統玩具的主要出口市場，美國進口玩具70

20、%以上來自中國。然而，美國市場上的中國玩具絕大多數是外國品牌制造的，中國只是加工生產。雖然出口金額不小，但出口效果僅限于加工費。因此，研究美國玩具市場的特點對中國玩具出口具有重要意義。盡管2001年美國經濟下滑，受到“911”恐怖事件的嚴重影響，但美國玩具業仍在發展，玩具總銷售額比上年增長10%，其中傳統玩具銷售額增長1.7%，電子游戲玩具銷售額增長43%。是中國傳統玩具在美國的主要出口市場，美國進口的玩具70%以上來自中國。因此，研究美國玩具市場的特點對中國玩具出口具有重要意義。美國是世界上最大的玩具市場，有三個特點:玩具進口占全球1/3:美國玩具市場80%以上的產品是從國外進口的。玩具生產

21、是勞動密集型產業。自20世紀50年代以來，美國玩具業將生產基地轉移到海外，先是日本，然后是中國、以色列和其他亞洲國家。到80年代中期，中國開始成為美國玩具業的主要生產國。美國本土玩具企業主要從事產品開發和市場營銷，部分從事高科技玩具的研發。2000年美國進口玩具133.86億美元，2006年進口玩具168.45億美元，年均增長4.3%。2006年，中國進口145.24億美元，占美國進口總額的86.2%。美國前五大玩具進口地，除中國外，分別是日本、墨西哥、。玩具進口前五名占美國玩具進口總量的95%。越南對美國的玩具出口增長迅速，2000年只有30萬美元，2006年接近3000萬元，增長了100倍

22、。目前在美國玩具進口商中排名第14位，但未來很可能超過香港和臺灣。玩具零售總額居世界首位:平均每年售出30億件玩具，2006年零售額達223億美元，占全球670億美元市場的三分之一。亞洲只有162億美元，歐洲是192億美元。美國是全亞洲的1.38倍，全歐洲的1.16倍。；玩具人均消費水平最高:美國14歲以下兒童6300萬，人均年消費287美元。相比之下，亞洲有10億8100萬兒童，人均年消費只有15美元。歐洲有1.13億兒童，人均年消費只有169美元。美國的玩具消費水平是亞洲的19倍，歐洲的1.7倍。美國社會非常重視玩具安全。1969年，聯邦政府頒布了兒童和玩具安全法，該法與1973年的消費品

23、安全法一起成為美國玩具安全的法律框架，并由美國消費品安全協會(CPSA)監管。一旦發現對兒童安全有危險的產品(如易燃物、漏電、含鉛油漆、掉落零件等。)，CPSA和經銷商將主動發出“召回”通知，否則政府將重罰，傷害賠償訴訟將達數千萬美元。美國玩具工業協會(TIA)是一個非營利組織，會員超過500人，占美國玩具貿易的85%，引領著美國玩具經濟的發展。其成員不僅包括制造和進口企業，還包括專利/許可、設計師、投資者、安全顧問、測試實驗室、公關專家和媒體。董事會由美國最重要的玩具公司組成，如Mattel、Hasbro、Wild Plant、LEGO、Character、MEGA Brands、Sport

24、-Fun、Radio Flyer、Spin Master、Cranium、Alex、Playthings、Little Kids等。美國的孩子對玩具“愛新厭舊”的速度非常快。玩具產品的生命周期一般不超過一年，實際上主要集中在圣誕銷售期間的三個月。除了游戲機和玩具車，孩子們買玩具后的“新鮮感”甚至不超過一周。因此，經銷商必須不斷更新玩具貨架，設計師必須不斷改進舊產品，開發新產品。中國作為全球最大的玩具生產基地，擁有8000家玩具企業，300萬從業人員，與美國玩具市場一直有著千絲萬縷的聯系。因此，有必要全面了解美國玩具市場的特點，這也是中國玩具業制定應對世界玩具市場變化的戰略的重要依據。1.2.3

25、現狀分析鑒于上述特點，建議我國從以下幾個方面擴大玩具市場:1.鑒于我國國產玩具對美國玩具市場的高度依賴，只有高度重視美國玩具市場的不斷擴大和技術的提高，我國才不會對我國的出口貿易，特別是對美國的出口貿易產生負面影響。第二，在重視玩具加工的同時，要注意發展有中國特色的玩具，提高玩具行業的經濟效益。中國制造的玩具和中國企業擁有知識產權的玩具是不同的概念。只有重視開發和生產有特色的中國玩具或具有自主知識產權的玩具，才能從根本上提高中國玩具行業的經濟效益。第三，密切關注玩具市場的變化，不斷創新玩具產品。產品的創新和創造是玩具業成敗的關鍵。2001年美國玩具業的許多成功例子都與抓住市場機會發明玩具密切相

26、關。比如隨著侏羅紀公園3、哈利波特、指環王等的上映，孩子們對電影中的人物產生了濃厚的興趣。玩具制造商抓住了這一市場機遇，發明創造了許多電影般的角色。因此，與2000年相比，去年這類產品在美國的銷量激增了36.2%。“911”事件后，美國每個人都在贊美英雄，孩子也是。他們爭相購買模仿英雄的玩具，從而使這些玩具暢銷全美。1.3本課題的研究目的和內容在對玩具的調查和了解中，認識到玩具的重要性。瓢蟲玩具因其機構精巧、動作多樣、價格低廉、易于拆卸而被選為本課題的研究對象。通過分析瓢蟲玩具的動力學和運動學，一起使用SOLIDWORKS和ADAMS軟件，我可以學習如何繪制玩具，學習如何建模曲面，掌握SOLI

27、DWORKS的零件建模、裝配、虛擬拆卸和虛擬裝配方法，學習如何將外部裝配導入ADAMS，學習如何在ADAMS中對零件施加約束并進行運動學和動力學分析。1.4本課題的研究步驟瓢蟲玩具是本課題的研究對象。通過研究分析，瓢蟲玩具的研究步驟如下:1.給瓢蟲玩具拍照。2.繪制瓢蟲玩具，并計算各部分的大小和相對關系。3.在SOLIDWORKS中設置玩具的所有部件，并進行組裝。4.將裝配圖導入ADAMS5.在ADAMS中命名所有零件并創建約束。6.設置參數并調試。2.研究方案和R&D工具2.1研究計劃在瓢蟲玩具的虛擬仿真設計中，最終目標是在Adams軟件中實現瓢蟲玩具的虛擬仿真。為了得到最終的結果，需要對玩

28、具市場進行調查和考察，分析玩具的研發方向和市場需求。選擇瓢蟲玩具作為研究對象，其方案研究流程如圖2-1所示。閱讀國內外相關文獻。對玩具市場進行相關分析。拆開瓢蟲玩具拍照。繪制瓢蟲玩具的零件。分析玩具中各部分之間的相對關系。Solidworks中零件的三維建模裝配零件圖，導入Adams進行運動學仿真。調試、修改和優化仿真結果。圖2-1方案流程圖2.2 SolidWorks軟件介紹SolidWorks是dassault systemes (S.A .)的子公司，專門從事機械設計的R&D和銷售。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/vi

29、ew/37.htm t _blank 軟件Windows產品。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4343612.htm t _blank 達索公司負責系統軟件供應，為廠商提供具有互聯網集成能力的支持服務。該集團提供涵蓋整個行業的服務 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/123772.htm t _blank 產品壽命周期系統，包括設計、工程、制造和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%2

30、0/view/1053534.htm t _blank 產品數據管理各個領域最好的軟件系統，比如CATIAV5，就是這家公司做的。目前，達索的CAD產品在全球的市場占有率最高。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司技術副總裁和CV公司副總裁發起。它的總部設在馬薩諸塞州的康科德，最初的目標是希望每個工程師的 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實體模型設計系統。第一套SolidWorks三維機械設計于1995年推出。 HYPERLINK ./%20%2

31、0%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/37.htm t _blank 軟件到目前為止，到2010年，該公司在世界各地都有辦事處，并通過300家分銷商在140個國家銷售和分銷該產品。1997年，Solidworks在 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/64741.htm t _blank 法國被達索Systemes收購，作為達索中端主流市場的主要品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統。由于技術創新順應了CAD技術的發展趨勢，SolidWor

32、ks公司在兩年內成為CAD/CAM行業最賺錢的公司。得益于良好的財務狀況和用戶支持，SolidWorks每年都有幾十甚至上百項技術創新，公司也因此獲得了很多榮譽。1995年至1999年，該系統在全球微機平臺CAD系統評比中獲得第一名。自1995年以來，它已經獲得了十七個國際獎項，其中美國CAD權威專業雜志CADENCE自1999年起連續四年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創新、活力和簡潔。至此，SolidWorks所遵循的易用性、穩定性和創新性三大原則得到了充分的貫徹和證明。利用它， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%2

33、0%20%20%20/view/282148.htm t _blank 設計師設計時間大大縮短，產品快速高效投入市場。SolidWorks因其出色的技術和市場表現，不僅成為CAD界耀眼的明星，也是華爾街青睞的對象。最終在1997年由法國 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4343612.htm t _blank 達索公司以3.1億美元的高市值全資收購SolidWorks。公司最初的風險投資家和股東，以1300萬美元的風險資本獲得了高額回報，創造了CAD行業的世界紀錄。合并后的SolidWorks繼續以原有的品牌和管理團

34、隊獨立運營，成為CAD行業的優質專業公司。SolidWorks 3D機械設計軟件也成為達索企業中最具競爭力的CAD產品。由于使用了Windows OLE技術、直觀設計技術、先進的parasolid核心(由 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/38338.htm t _blank 劍橋提供)與商品和服務進行交流 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/287257.htm t _blank 第三方軟件SolidWorks已經成為世界上最大、最有用的軟件。

35、資料顯示，目前全球范圍內發布的SolidWorks軟件許可約有28萬個，涉及全球100多個國家的約3.1萬家企業，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通運輸、模具、電子通訊、醫療器械、娛樂行業、日用品/消費品、離散制造業等。在教育市場，每年有來自全球4300家教育機構的近145000名學生通過SolidWorks培訓課程。據世界著名的人才搜索顯示，與其他3D CAD系統相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其他軟件的總和還要多，這客觀上說明越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業聘用SolidWorks人才。據統計，全球用戶每年使用SolidWorks的時間達5500萬

36、小時。在美國，包括麻省理工學院(MIT)， HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/13725.htm t _blank 斯坦福大學國內一些著名大學已經將SolidWorks列為制造類專業的必修課，國內一些大學(教育機構)如 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1563.htm t _blank 清華大學SolidWorks在理工、航空航天、理工、科技、教育局等高校的教學中也有使用。Solidworks軟件功能強大，組件眾多。Solidworks功能強

37、大、易學易用、技術創新，這是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領先的主流三維CAD解決方案。SolidWorks可以提供不同的設計方案，減少設計過程中的錯誤，提高產品質量。SolidWorks不僅提供了如此強大的功能，而且對于每一個工程師和設計師來說，操作簡單，簡單易學。熟悉 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2353.htm t _blank 微軟Windows用戶基本可以用SolidWorks進行設計。SolidWorks獨特的拖放功能使用戶能夠在較短的時間內完成大型裝配設計。Solidw

38、orks3D設計軟件 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/108140.htm t _blank explorer它和Windows Explorer是同一個CAD文件管理器，可以用來方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用戶可以在相對較短的時間內完成更多的工作，并更快地將高質量的產品投放市場。在目前市場上看到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程中相對簡單方便的軟件之一。美國著名咨詢公司Daratech評價說:“SolidWorks是基于Windows平臺的三維CAD軟件中最著名的品牌，是市場

39、快速增長中的佼佼者。”在強大的設計功能和簡單易學的操作(包括Windows風格的拖放、點擊/點擊、剪切/粘貼)的配合下，利用SolidWorks實現整個產品設計100%可編輯，零件設計、裝配設計和工程圖都是相關聯的。零件建模SolidWorks提供了無與倫比的基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征數組、打孔，實現產品設計。通過特征和草圖的動態修改，實現了拖放式的實時設計修改。3D草圖功能為掃描和放樣，或為管線、電纜、直線和管道生成3D草圖路徑。曲面建模通過掃描、放樣和填充控制線以及通過拖動控制的相切操作來生成復雜曲面。您可以直觀地修剪、延伸、倒角和縫合曲面。鈑金設計S

40、olidWorks提供了一流的、完全相關的鈑金設計能力。您可以直接使用各種類型的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/153494.htm t _blank 法蘭和薄片，很容易進行鈑金操作，如正交切割，角加工和邊緣切割。SolidWorks的API為用戶提供了一個免費、開放、完整的開發工具。開發工具包括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的開發程序。降低樣機的制造成本，快速將產品投入市場。PhotoWorks為您提供了方便、易用和最高質量的渲染功能。通過與三維機械設計的標準軟件SolidWorks在Windows環境下的無縫集成，PhotoWorks幫助您方便地制作出具有真實紋理和視覺效果的圖片，并發布給客戶。任何熟悉微軟Windows的人都可以使用PhotoWorks非常快速地將SolidWorks零件和組件渲染成漂亮的圖片。在高級渲染領域，PhotoWorks無疑是最好的。高質量的圖片展示，既然用高質量的圖片更容易溝通設計思路，為什么還要用老視圖呢？任何熟悉微軟Wi

42、ndows的人都可以使用PhotoWorks非常快速地將SolidWorks零件和組件渲染成高質量的圖片。使用PhotoWorks的菜單和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/236725.htm t _blank 工具欄您可以使用中的命令輕松生成高質量的3D模型圖片。PhotoWorks軟件包括一個龐大的素材庫和紋理庫，用戶可以自定義燈光、陰影、背景、風景等選項。您可以為SolidWorks零件和部件選擇適當的材料屬性，在渲染前進行預覽，設置照明和背景選項，然后可以生成一系列高質量的圖片文件以供將來交流。PhotoWo

43、rks高級渲染，與SolidWorks完全集成的高級渲染軟件，有效展示概念設計，降低樣品制作成本，縮短上市時間。你不需要在制作模型和樣品上投入太多。PhotoWork允許您檢查產品的外觀。從而縮短批準時間。在產品投入生產之前，可以測試市場的效果，從而減少投放市場的時間。Solidworks系統自帶的標準件庫包括螺栓、螺母、螺釘、螺柱、鍵、銷、墊圈、擋圈、密封圈、彈簧、型材、法蘭等常用零件，模型數據可以直接調用。第三方Solidworks零件數據資源庫，LinkAblePARTcommunity在線零件數據資源庫:LinkAble PARTcommunity旨在為基于Pro/E環境的設計師提供完

44、善有效的零件3D數據資源，用于本地產品的開發和配置。可鏈接PARTcommunity不僅包含完整的ISO/EN/DIN標準件模型數據資源，還包含數百種國外廠商的備件產品模型，涉及氣動、液壓、FA自動化、五金、管道、操作件、閥門、緊固件等類別，可以滿足機電產品及裝備制造企業產品R&D人員的日常需求。網上模型庫終身免費注冊使用。可鏈接的PARTcommunity不僅提供了Pro /E的原格式模型下載接口，還提供了名為Part2CAD的集成接口，可以下載線上模型，直接在本地Pro/E界面打開。PARTsolutions離線模型庫，名為PARTsolutions，是由凌銳鴻翔和德國Kadinas公司聯

45、合推出的面向中國市場的Solidworks離線組件數據資源庫解決方案。不僅可以提供比PARTcommunity更豐富的構件數據資源，而且采用了局域網服務器-客戶端安裝模式，大大提高了Solidworks終端查找和調用模型數據的效率。此外，接口程序提供了兩者的無縫嵌入式集成方案。此外，PARTsolutions可以與Solidworks及其PLM環境緊密結合，實現企業內物料信息和模型信息的對接，從而在源頭上避免和減少一物多碼的現象。同時，為了滿足制造業的需求，模型庫提供了企業自有數據資源的配置模塊，可以為企業本地服務器提供兼容多CAD環境的企業標準件配置任務和特定供應商的產品數據。2.3 ADA

46、MS簡介ADAMS(機械系統自動動態分析)是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc)開發的虛擬樣機分析軟件。目前，ADAMS已被全球數百家主要制造商采用。根據1999年機械系統動力學仿真分析軟件國際市場份額的統計，ADAMS軟件的總銷售額近8000萬美元，占總銷售額的51%。ADAMS軟件利用交互式圖形環境、零件庫、約束庫和力庫創建機械系統的全參數化幾何模型。其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格朗日方程法建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反力曲線。ADAMS軟件的仿真可以用來預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢

47、測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷。一方面，ADAMS是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以非常方便地使用該軟件對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，它是一個虛擬樣機分析和開發工具。其開放的程序結構和各種接口可以成為特殊行業用戶分析特殊類型虛擬樣機的二次開發工具平臺。ADAMS軟件有兩個版本的操作系統:UNIX版本和Windows NT/2000版本。本書將基于ADAMS l2.0的Windows 2000版本。ADAMS軟件由五類模塊組成:基礎模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊和工具箱。用戶不僅可以使用通用模塊模擬通用機械系統，還可以使用專用模塊快速有效地對特定工業應用領

48、域的問題進行建模和仿真。ADAMS是一個集建模、求解和可視化技術于一體的虛擬樣機軟件。是世界上應用最廣泛、最著名的機械系統仿真分析軟件。ADAMS全仿真軟件包是一個功能強大的建模與仿真環境，可以對任何機械系統進行建模、仿真、精化和優化，其應用范圍從汽車、火車、航天飛行器到錄像機。利用該軟件可以生成復雜機械系統的虛擬樣機，真實模擬其運動過程，快速分析比較各種參數方案，直至獲得最優的工作性能。從而大大減少昂貴的物理樣機的制造和測試次數，提高產品設計質量，大大縮短產品開發周期和成本。ADAMS軟件將強大的分析和求解功能與用戶界面相結合，使得軟件使用起來直觀方便，也可以針對用戶進行專門定制。通過采用M

49、D方案，企業可以為其R&D工程師提供一個靈活、共享的環境，同時可以使用MSC軟件公司的全套“企業出于各種原因繼續制造和測試物理樣機，包括滿足調試和測試的要求等。，并且可以對物理原型進行測試，以獲得真實世界中的復雜交互和其他性能。相反，許多虛擬樣機測試由于使用不同的軟件工具只能獲得一些指定的參數，因此丟失了一些重要的依賴性能參數。”MSC Software首席技術官禮薩薩德吉(Reza Schmidt)表示，“我們的MD解決方案消除了單點技術的弊端，為本田R&D中心建造更復雜的虛擬原型提供了最佳平臺，更真實地反映了現實世界的結果。”虛擬樣機功能的巨大發展歸功于MDI公司和MTS系統公司聯合開發的

50、EDM(經驗動力學模型)經驗動力學模塊。利用EDM可以快速建立基于試驗數據的高精度彈性零件模型，特別是在懸架、減振器、襯套、發動機懸置、輪胎等復雜設計中。在過去，復雜模型的建立依賴于零部件的詳細幾何和物理屬性，以及它們的物理特性。由于EDM是基于試驗數據的，可以進行自驗證，減少了試驗驗證工作，大大節省了計算時間。經驗動力學模型易于生成和使用，不僅適用于部件裝配，也適用于系統裝配。利用EDM，可以在產品開發初期創建高精度的彈性元件模型；與傳統模型相比，適用于更高的振幅和頻率范圍；與傳統的基于幾何信息的模型相比，運算速度明顯提高。可以加快車輛的開發進程，縮短開發周期。ADAMS軟件的特點如下:1.

51、利用交互式圖形環境、零件庫、約束庫和力庫建立機械系統的三維參數化模型。2.分析類型包括運動學、靜力學和準靜力學，線性和非線性動力學分析，包括剛體和柔性體分析。3.先進的數值分析技術和強大的求解器使求解快速準確。4.具有裝配、分析和動態顯示不同模型或同一模型在某一過程中的變化的能力，并提供多種“虛擬樣機”方案。5.它有一個強大的函數庫，供用戶自定義力和運動發生器。6.它有一個開放的結構，允許用戶集成他們自己的子程序。7.自動輸出位移、速度、加速度、反作用力曲線，仿真結果顯示為動畫和曲線圖形。8.可以預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞、包裝和峰值載荷，計算有限元的輸入載荷。9.支持與大多數CAD、

52、FEA和控制設計軟件包的雙向通信。ADAMS軟件可廣泛應用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛及設備、工業機械、工程機械等領域。基于SOLIDWORKS的瓢蟲玩具三維幾何建模3.1玩具的拆卸和測繪在瓢蟲玩具的虛擬仿真研究過程中，由于零件之間存在各種相對關系，需要對玩具進行拆解，分析拆解零件與連接零件之間的運動關系，并繪制零件的尺寸圖。瓢蟲玩具的整體圖如圖3-1所示。圖3-1瓢蟲玩具整體示意圖在瓢蟲玩具的結構圖中，分析表明，動力由發條盒輸出，直接作用在車輪上，瓢蟲行進時發條軸的轉動帶動偏心輪和凸輪。偏心輪的轉動引起橢圓框的運動，使瓢蟲自行轉動。凸輪的轉動引起連桿和支撐板的運動，使瓢蟲能自己翻身。如圖3

53、-2所示。去桶春天腳板凸輪連桿支承板橢圓形框架偏心輪發條裝置圖3-2零件部門結構圖拆開外殼，得到如圖3-3所示的瓢蟲玩具零件結構圖，外殼用螺釘固定成一個整體。彈簧盒與殼體相對靜止，彈簧的一端固定在殼體上。如圖3-3所示。圖3-3零件部門結構圖在瓢蟲玩具的零件結構中，發條軸上的偏心輪與橢圓形框架接觸。連桿和支撐板構成轉動副。如圖3-4所示。偏心輪接觸橢圓形框架。旋轉虎鉗圖3-4零件結構圖拆下齒輪箱后，得到如圖3-5所示的彈簧盒，偏心輪和凸輪固定在彈簧軸上。偏心輪凸輪圖3-5彈簧盒、偏心輪和凸輪示意圖拆卸外殼，得到如圖3-6所示的機構部分的結構關系零件。圖中顯示了瓢蟲玩具的各部分，各部分相對于其他

54、部分的位置關系如圖3-6所示。在圖中，可以清楚地知道每個部件相對于另一個部件的運動關系。連桿發條裝置支承板凸輪去桶圖3-6零件結構關系圖3.1.1玩具外殼的尺寸定位用一般的測繪方法很難準確確定瓢蟲玩具外殼中一些孔、槽等結構的定位，但外殼尺寸的準確定位對最終零件的裝配起著決定性的作用。計算方法:先把外殼拍下來，然后倒入CAD中，在CAD中標注尺寸。通過將圖3-7中類似A和B的兩個實際點(良好測量)之間的距離除以CAD中這兩個點之間的距離來計算比例值。圖3-7導入CAD的尺寸圖計算過程:圖中輪槽長度實際距離為21mm，CAD中距離為20.1mm比例因子即:計算出比例因子后，可將圖3-7中的相關尺寸

55、放大倍，從而準確確定瓢蟲玩具外殼的結構尺寸。圖3-8顯示了瓢蟲玩具的實際尺寸之間的關系。圖3-8瓢蟲玩具的實際尺寸3.2零件建模中的關鍵技術3.2.1表面建模技術曲面建模的方法有很多種，在這個建模過程中主要采用的是放樣曲面建模方法。放樣曲面的建模方法類似于特征建模中的相應方法。放樣曲面是一種通過曲線之間的過渡生成曲面的方法。放樣表面的屬性在“表面-放樣”PropertyManager設計樹中定義，如圖3-9所示。下面簡單介紹一下如何操作PropertyManager設計樹:圖3-9“表面放樣”設計樹(1)在“輪廓”面板中單擊(輪廓),然后在繪圖區域中按照您想要連接它們的順序選擇輪廓。離所選點最

56、近的頂點用于連接輪廓。(2)檢查預覽曲線。如果預覽曲線不正確，可能是因為選擇草圖的順序有錯誤。此時，您可以使用上移或下移按鈕來重新排列大綱。如果預覽的曲線指示將連接錯誤的頂點，請單擊頂點的輪廓以取消選擇，然后單擊以選擇輪廓中的另一個點。要清除所有選擇并重新開始，請在圖形區域中單擊鼠標右鍵，選擇“清除選擇”，然后重試。(3)如果你想控制相切，在開始/結束約束面板中設置相關參數，如圖3-10所示。其中:“無”不應用相切。垂直于輪廓放樣在起點和終點垂直于輪廓的草圖基準平面。方向向量放樣與所選邊或軸相切，或與所選基準平面的法線相切。圖3-10開始/結束約束面板(4)如果使用引導線(“引導線”面板如圖3

57、-11所示)，首先在圖形區選擇引導線，然后單擊上移或下移按鈕來改變使用引導線的順序。圖3-11“引導線”面板如果要放樣曲面，可以執行以下操作:(1)在基準面上畫出笨拙的放樣輪廓。(2)建立另一個基準面，并在其上畫出另一個放樣輪廓。這兩個基準面不一定平行。(3)如果需要，可以生成引導線來控制放樣表面的形狀。(4)點擊曲面工具欄上的(放樣曲面)按鈕，或選擇菜單欄中的命令插入-曲面-放樣曲面。(5)在PropertyManager設計樹的曲面-放樣中，單擊圖標右側的顯示框，然后在圖形區域中依次選擇輪廓草圖。在出現所選草圖的這個框中，生成的放樣表面將顯示在右側的圖形區域中。(6)單擊上移按鈕或下移按鈕

58、改變輪廓的順序。該操作僅適用于兩個以上輪廓的放樣特征。(7)如果你想在放樣的起點和終點控制相切，設置選項“起點/終點相切”。(8)如果要用引導線來控制放樣表面，單擊顯示框中圖標右邊的引導線列，然后在圖形區域中選擇引導線。(9)單擊(確定)按鈕完成放樣，如圖3-12所示。圖3-12生成放樣在瓢蟲玩具的曲殼建模中，有兩個步驟:(1)通過放樣建立表面實體。(2)用抽殼法建立了一定厚度的曲殼。在建立立體曲面的過程中，首先建立兩條樣條曲線，它們位于兩個互相垂直的平面上，如圖3-13所示。圖3-13兩條樣條曲線這兩條曲線顯示了瓢蟲玩具的輪廓。我們把曲線分成幾段，然后根據每個分界點建立一個垂直于底面的基準面

59、，如圖3-14所示。圖3-14建立新的基準面建立新基準面的目的是建立一條新的樣條曲線作為放樣曲面的指導線。因為瓢蟲玩具的殼面不是規則曲面，所以需要通過幾條引導線來建立一個更真實的曲面殼。每個新基準面的引導線如圖3-15所示。圖3-15曲面引導線設置好表面后，再次鏡像它，得到如圖3-16所示的圖形。圖3-16放樣后的實體表面然后進行抽殼操作，殼厚設置為0.8mm，如圖3-17所示。圖3-17脫殼作業樹最終的曲殼如圖3-18所示。圖3-18曲殼3.3瓢蟲玩具零件的建模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、旋轉特征、薄壁特征、抽殼、排列特征、打孔等方式設計產品

60、。添加特征、改變特征重新排列特征、動態修改特征和草圖、通過拖放實時修改設計都很方便。其特點是可以參數驅動的實體模型，是實體或零件的具體構件之一，對應一個形狀，具有工程意義；所以這里的基于特征是指零件模型是由各種特征生成的，零件的設計實際上是各種特征的疊加。參數化是指對零件的各種特征的各種約束。每個特征的形狀和尺寸由可變參數表示，這些可變參數可以是常數或代數參數。如果一個特征的可變參數發生變化，那么這個零件的這個特征的幾何形狀或者尺寸就會發生變化，與這個參數相關的體積也會自動發生變化，用戶不需要自己修改。瓢蟲玩具的底部建模過程中，首先建立草圖特征，然后在拉伸的平面上建立各個特征模型的輪廓，再進行