四驅車三維建模及動畫仿真

1、廣東工業(yè)大學華立學院本科畢業(yè)設計（論文）玩具四驅車三維建模及動畫仿真系 部 機電工程學部 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 09機械4班 學 號 12010904033 學生姓名 鄒明珍 指導教師 周艷瓊 2013年06月摘 要本次設計是基于solidworks 2010版本來進行四驅車的三維建模和工作狀態(tài)的動畫仿真的,其主要目的是為了開拓廣大的玩具市場和滿足愛車一族的珍藏喜好,。本畢業(yè)設計主要內容是按真四驅車縮小對四驅車進行仿真設計造型,因考慮成本且實現(xiàn)運動和仿真，本設計簡化了其結構而設計的四輪驅動模型車。本設計的材料選用塑料，以便減輕車子的負載和降低成本。把原本的動力源發(fā)動機改為電機

2、驅動，通過簡單的齒輪傳動，改變運動方向和速度，使得輪軸的旋轉，從而帶動車輪的旋轉，讓車子運動起來，以達對真四驅車的運動仿真。最后一個部份則是對本次設計中所遇到的問題和解決方案進行的總結。關鍵詞：solidworks，三維建模，仿真，四驅車 Abstract This design of which main purpose is to develop the toy market and satisfy the collection of motorists preferences, is based on solidworks 2010 version, feeder of the bott

3、led embryo, 3d modeling and stimulation of the status of the animation. The main content of the graduation design is to design simulation modelling according to narrowing the raider buggies. Because of considering cost and realizing the simulation of motions, the design simplifies the structure and

4、designs the four-wheel drive model car. The material selection of this design is plastic , so as to reduce the load and the cost of the car. The motor drive is instead of the source power engine. Through a simple gear transmission, changing the direction and speed of the car, making the rotation of

5、the shaft, so that it can drive the rotation of the wheel, let the car move, and achieve the movement simulation of the true buggies .The last part is summarizing about the problems encountered and the solutions in this design. Keywords: solidworks , 3d modeling , simulation, four-wheel drive目 錄1 概述

6、11.1玩具市場調查11.2 四驅車簡介11.3開展玩具四驅車科普活動的社會意義11.4玩具四驅車開發(fā)的前景22 solidworks 2010功能模塊應用和玩具四驅車的工作原理32.1solidworks 2010功能模塊應用32.2玩具四驅車的工作原理33 玩具四驅車零件的實體造型43.1玩具四驅車結構設計43.2玩具四驅車的組成零件示意圖44 玩具四驅車的裝配和爆炸視圖的創(chuàng)建194.1玩具四驅車的裝配194.2玩具四驅車爆炸視圖的創(chuàng)建205 玩具四驅車的動畫仿真215.1玩具四驅車的爆炸動畫215.2解除爆炸245.3玩具四驅車的動畫仿真25總 結27參 考 文 獻28致 謝29291

7、概 述1.1 玩具的市場調查 根據(jù)調查分析，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國城鄉(xiāng)居民的消費支出中，玩具類支出將越來越大。中國16歲以下兒童有3.6億左右，占人口的比重約20%。如果中國玩具消費達到亞洲平均水平，市場規(guī)模預計將突破300億元人民幣。內地玩具市場未來將以每年40%的速度增長，2010年銷售額超過1000億元人民幣。另外近年來隨著玩具產(chǎn)業(yè)法規(guī)不斷出臺，玩具行業(yè)規(guī)范不斷改進，玩具知識產(chǎn)權保護意識在不斷加強，中國玩具企業(yè)正由“來料加工”型走向“自主創(chuàng)新”型。 隨著玩具行業(yè)發(fā)展的需要，機械在玩具中應用的越來越廣。從設計到制造都與機械有一定的聯(lián)系，例如：設計玩具零部件的外形，結構，機械運動原理，模具

8、的設計與加工，塑料零件的注塑成型等等都離不開機械理論。1.2 四驅車簡介 四驅車簡單的說就是有前后差速聯(lián)動四輪驅動的汽車，簡稱四驅車。英文縮寫：4WD。因為發(fā)動機動力傳至四個輪胎，所以四輪都可發(fā)力，普通兩驅車當其中的一只驅動車輪打滑時，其他的驅動車輪也會失去動力，這時，車子便不能行駛了，如果車子是四輪驅動的話，那么另外的兩只車輪仍然能發(fā)揮牽引力。因此四驅車越野性能優(yōu)越，在野外山坡、灘涂、泥地、沙漠也可以應付自如（當然也得看車的品牌和質量如何）。1.3 開展玩具四驅車科普活動的社會意義 開展四驅車科普活動，具有深遠的社會意義。四驅車模競賽運動集力學、機械學、電學、電磁學、材料物理學、空氣動力學、

9、美學、行為學為一身，具有很強的知識性、趣味性、是培養(yǎng)青少年動手技能的好方法，是素質教育的有效補充。國家教委、國家體委非常重視。從96年開始將此項活正式列為第一年的車模比賽活動。這樣，一個蓬蓬勃勃的四驅車科普活動在全國普遍興起。 通過拆裝模型，提高了動手能力，識圖能力，又掌握了大量科學知識，啟迪智慧，鍛煉判斷能力及分析和解決問題的能力。 可以掌握大量有關機械制造、構造知識，使學生開拓視野，提高綜合素質為振興祖國的汽車和制造工業(yè)做出應有的貢獻。 1.4 玩具四驅車開發(fā)的前景玩具四驅車開發(fā)具有廣闊的前景，它具有以下六點獨特之處：  1這一活動所需的經(jīng)費少，容易開展。十幾元一臺車，

10、可以做到人手一輛。  2不受場地，氣候等條件的限制，開展條件寬松。  3可單人活動，又可集體活動，形式多樣化。  4具有極強的趣味性，深受廣大青少年的喜愛。  5既能培養(yǎng)學生動手動腦的能力，又能培養(yǎng)他們拼搏向上，自立自強的精神。  6能培養(yǎng)孩子們團結協(xié)作的集體主義精神。  綜上所述，開展四驅車科普活動，不僅是提高廣大青少年科技素質的需要，也是培養(yǎng)他們成為21世紀國家棟梁之材的實際措施，同是還是落實科技興國的實際步驟。2 solidworks 2010功能模塊應用和玩具四驅車的工作原理2.1 solidworks 2010功能模塊應用S

11、olidworks是美國SOLIDWORKS公司開發(fā)的三維參數(shù)化機械設計軟件,它是基于Windows下的一種具有強大三維建模功能與工程圖繪制、實物渲染功能的計算機軟件,它綜合了UG與PRO-E三維造型軟件的特點,使用更簡單方便。它是基于零件特征的三維實體建模技術,可以進行實體裝配,運動分析、動畫設計等,三維實體可以直接自動生成二維工程圖樣。也可以單獨進行二維圖形設計,如液壓系統(tǒng)原理圖的繪制,系統(tǒng)提供有一個類似AUTOCAD的二維繪圖模塊，可以直接繪制工程圖樣。 Solidworks主要用于完成零件設計、裝配體設計和自動生成工程圖。基于三維特征元素的建模和面向特征元素的數(shù)據(jù)修改是通過Solidw

12、orks來完成的，并且二維、三維數(shù)據(jù)全相關，修改任何一個零件的二維尺寸，都會引起其三維零件圖和裝配圖的自動修改，甚至與其有緊密聯(lián)系的相關零件的尺寸也會變化;反之修改三維尺寸也會有同樣結果。這樣就可以實現(xiàn)完全的動態(tài)參數(shù)化設計。另外，Solidworks中有一個特征管理員，通過它可以隨時隨地修改某一特征元素的幾何尺寸，而不必考慮各幾何特征的相互關系和先后次序，極大地方便了設計人員，提高了設計效率。2.2玩具四驅車的工作原理2.2.1 a.玩具四驅車動力部分的結構組成：電動機（馬達）1個、導電片3個（前置1個，后置2個）、開關鈕1個,裝上電池就能形成完整的直流閉合回路。 b.玩具四驅車動力的工作原理

13、： 可控地將直流電能轉變成穩(wěn)定的機械能，并以運輪圓周轉動形式輸出。2.2.2 a.玩具四驅車傳動部分的結構組成：冠狀齒輪1個、高動力輸出齒輪1個、盤狀齒輪2個、小齒輪3個、短齒輪軸1根、長齒輪軸一根、中軸1根、輪軸2根。 b.玩具四驅車傳動的工作原理：通過組齒輪的變速，將電動機產(chǎn)生的動力，按一定傳達動比，傳遞給車輪，從而使四驅車產(chǎn)生運動。3 玩具四驅車零件的實體造型3.1玩具四驅車的結構設計3.1.1動力部分的設計：首先根據(jù)總體設計方案先確定電機的型號，選用130型電機電壓2.4-3V，這個型號電機為玩具類行業(yè)廣泛應用的一種電機，且體積和功率符合設計要求。有了電機，當然要設計一個回路電流，我選

14、用了3個導電片,一個導電片連接電池與電機正極，一個導電片連接電池與電機負極，還有一導電片連接電池正負極，形成一個封閉的回路。最后當然還要設計電路中必不可少的開關以閉合，斷開電路。通過滑動開關，開關與導電片之間形成擠壓，推動導電片閉合，接觸電池，形成閉合電路，當反方向滑動開關，導電片由于會恢復形變，有一定的回彈力，導電片與電池斷開，形成斷開電路。 3.1.2 傳動部分的設計：電機軸上裝一小齒輪，小齒輪與電機軸過盈配合，小齒輪帶動冠狀齒輪，冠狀齒輪軸設計為圓柱形，與冠狀齒輪間隙配合，使得冠狀齒輪可以繞Y軸旋轉運動，冠狀齒輪帶動高動力輸出齒輪，高動力輸出齒輪裝在輪軸上，盤狀齒輪以同樣的方式裝在輪軸上

15、，通過一中軸齒輪帶動前盤狀齒輪的旋轉，使得前輪軸跟著旋轉，驅動四個輪子的旋轉。3.2玩具四驅車的組成零件示意圖玩具四驅車的零部件有：車身，車殼，前蓋，后蓋馬達，馬達外殼，馬達后蓋，后蓋，馬達磁鐵，電護池，中翼，導電金屬片，開關，馬達中軸，馬達連接后輪軸，中軸，輪軸，輪胎，輪胎皮，外輪，螺釘，齒輪在這里我將用Solidworks強大的三維顯示效果向大家展示各個玩具四驅車零件的實體建模。3.2.1 車身 圖3-1 車身實體圖主要操作步驟：這個實體的設計工作量比較大，建立草圖，用拉伸鍵拉伸草圖到指定距離，用拉伸其中還要用到四方體建立不同大小的長方體板，圓柱體建立圓柱，拉伸切除，插入基準面，抽殼，鏡像

16、等等，最后得圖（圖3-1）。車身在玩具四驅車中的作用：即車底盤，是四驅車的支架，連接承載所有配件，是四驅車最重要的部分。  車身選用的材料：ABS工程塑料。3.2.2 車殼圖3-2 車殼實體圖主要操作步驟：這個實體的設計工作量也比較大，建立草圖，用拉伸鍵拉伸草圖到指定距離，其中還要用到四方體，抽殼，鏡像，拉伸切除，圓角等等，最后得圖（圖3-2）。車殼在玩具四驅車中的作用：增加車的強度，減少空氣阻力，使四驅車完整，美觀。  車殼選用材料：ABS工程塑料。3.2.3 前蓋圖3-3 前蓋實體圖其主要操作步驟和上面的都差不多。前蓋在玩具四驅車中的作用：與底盤齒輪箱過緊配合，封閉前齒

17、輪箱。前蓋選用材料：ABS工程塑料。3.2.4 后蓋馬達圖3-4 后蓋馬達實體圖后蓋馬達在玩具四驅車中的作用：與底盤過緊配合，防止電機套脫出。后蓋馬達選用材料：ABS工程塑料。3.2.5 馬達外殼圖3-5 后蓋馬達實體圖馬達外殼在玩具四驅車中的作用:可以起固定，馬達轉子在轉動時會與接觸面產(chǎn)生摩擦從而產(chǎn)生熱量,熱量過高會燒壞馬達.同時你也會發(fā)現(xiàn)馬達轉動一段時間后,馬達會發(fā)熱.而馬達外殼就起來一個散熱的作用。 馬達外売選用材料：ABS工程塑料。3.2.6 馬達后蓋圖3-6 馬達后蓋實體圖馬達后蓋在玩具四驅車中的作用:與馬達外殼過緊配合，導電金屬片通電使馬達中軸在磁場作用下轉動。馬達后蓋選用材料：A

18、BS工程塑料。3.2.7 后蓋圖3-7 后蓋實體圖后齒輪箱蓋在玩具四驅車中的作用：與底盤齒輪箱過緊配合，封閉后齒輪箱。后齒輪箱蓋選用材料：ABS工程塑料。3.2.8 馬達磁鐵圖3-8 馬達磁鐵馬達磁鐵在玩具四驅車中的作用：提供磁場，馬達轉子是纏繞的線圈。通電導體在磁場是受到力的作用，而這個力就是馬達提供的動力。3.2.9 電池護圖3-9 電池護電池護在玩具四驅車中作用：將電池緊固于底盤上，以免行車時彈出及接觸不嚴。電池護選用的材料：ABS工程塑料。3.2.10 中翼圖3-10 中翼中翼在玩具四驅車中的作用：起到平穩(wěn)車身的作用。中翼選用材料：ABS工程塑料。3.2.11 導電金屬片圖3-11a

19、開關導電片(連接電池正負極)實體圖圖3-11b 電機負極導電片（連接電池與電機負極）實體圖圖3-11c 電機正極導電片（連接電池與電機正極）實體圖導電片在玩具是驅車中的作用：使電機的正負極與電池的正負極相連接的導體，起導電流的作用，充當電路中的導線部分。 導電片選用材料：鍍銅或鍍金金屬。  導電片的特點：具有導電性（是金屬的物理性能之一）3.2.12 開關圖3-12 開關開關在玩具四驅車中的作用：控制電路的切斷與接通。  開關的原理：通過機械擠壓，推動導電片的閉合。 開關選用材料：ABS工程塑料。3.2.13 馬達中軸圖3-13 馬達中軸馬達中軸在玩具四

20、驅車中作用：通電后在磁場作用下轉動從而帶動齒輪轉動，起到驅動作用。馬達中軸選用的材料：鐵。3.2.14 馬達連接后輪軸圖3-14 馬達連接后輪軸為直徑為2，長為18.5的圓柱條。馬達連接后輪軸在四驅車中的作用：與馬達后輪連接齒過緊配合，限制它之間的旋轉自由度，同時帶動它旋轉。馬達連接后輪軸選用材料：鐵。3.2.15 中軸圖3-15 中軸為直徑為2，長為139.248的圓柱條。中軸在四驅車中的作用：用以連接后輪中軸齒和中軸前齒，限制它們之間的旋轉自由度，同時帶動它們旋轉。中軸選用材料：鐵。3.2.16 輪軸圖3-16 輪軸為直徑為2，長為120的圓柱條。輪軸在四驅車中的作用：限制車輪，高動力輸出

21、齒輪和盤狀齒輪與軸之間的旋轉自由度，同時帶動它們旋轉。輪軸選用材料：鐵。3.2.17 輪胎圖3-17 輪胎輪胎在玩具四驅車中的作用：成圓柱型，與輪軸過緊配合，帶動車輪的旋轉，使車子移動。支撐車輪胎皮。輪架選用材料：ABS工程塑料。3.2.18 輪胎皮圖3-18 輪胎皮輪胎皮在玩具四驅車中的作用：增加與地面的摩擦力，減少車身的震動，讓車身平穩(wěn)。輪胎皮選用材料：橡膠。3.2.19 外輪圖3-19 外輪外輪在玩具四驅車中的作用：減小車身與軌道立墻間的滾動磨擦，提高車速，給予車身一個向下的力，從而抵消車子高速通過彎道時產(chǎn)生的離心力。防止翻車，飛車。外輪選用材料：ABS工程塑料。3.2.20 鏍釘圖3-

22、20 鏍釘螺釘在玩具四驅車中的作用：連接，緊固各部件。 螺釘選用材料：鋼3.2.21 齒輪圖3-21a 前齒輪圖3-21b 中軸前齒圖3-21c 馬達齒輪圖3-21d 馬達后輪連接齒圖3-21e 后輪連馬達齒圖3-21f 后輪齒連中圖3-21g 后輪中軸齒齒輪在玩具四驅車中的作用：動力傳遞，運動傳遞，改變運動方向和變速。齒輪選用材料：尼龍。4 玩具四驅車的裝配和爆炸視圖的創(chuàng)建4.1玩具四驅車的裝配把玩具四驅車組件等依次裝配成如圖4-1到4-3所示的裝配圖。如圖下列圖所示：圖4-1圖4-2圖4-34.2玩具四驅車爆炸視圖的創(chuàng)建打開玩具四驅車裝配圖，點擊【爆炸視圖】，進入爆炸動畫視圖的制作界面，通

23、過選擇對裝配體上各零部件的移動方向和設置距離，可以使各個組件按一定的順序逐步的離開固定部件，如圖4-4所示圖4-45 玩具四驅車的動畫仿真5.1玩具四驅車爆炸動畫打開裝配體，點擊窗口左下角的【運動算例】如圖5-1.1所示：圖5-1.1進入運動算例制作界面，如圖5-1.2所示：圖5-1.2點擊【動畫向導】進入【選擇動畫類型】對話框如圖5-1.3所示：圖5-1.3點擊【下一步】進入【動畫控制選項】對話框如圖5-1.4所示：圖5-1.4點擊【完成】結束設置，界面中利用鍵碼將各個組件在不同時間段的狀態(tài)顯示出來，如圖5-1.5所示：圖5-1.5通過點擊【播放】就可以在窗口中看到裝配體爆炸的演示過程。最終

24、狀態(tài)如圖5-1.6所示：圖5-1.65.2解除爆炸點擊【新建運動算例】如圖5-2.1所示：圖5-2.1 按照以上步驟，點擊【動畫向導】進入【選擇動畫類型】對話框如圖5-2.2所示：圖5-2.2 繼續(xù)下一步完成然后播放，就可以在窗口中看到裝配體裝配的演示過程。最終狀態(tài)如圖5-2.3所示：圖5-2.35.3玩具四驅車的動畫仿真在模型中把車殼等部份零件隱藏，如圖5-3.1所示：圖5-3.1再新建一個運動算例3，左擊工具欄中【自動鍵碼】圖標凹下如圖所示。將時間線拖至需要的時間點并用鼠標拖動所需運動的零件到所需的位置，再左擊計算運動算例，此時系統(tǒng)將會根據(jù)【運動算例】界面中記錄的信息進行計算，如圖5-3.

25、2所示：圖5-3.2計算完畢后點擊【播放】圖標，玩具四驅車就會按照設置以動畫的形式將運動動作過程展示出來?？?結本畢業(yè)設計是基于solidworks 2010的玩具四驅車的三維實體建模及其運動狀態(tài)的動畫仿真。緊張忙碌的畢業(yè)設計終于完成，這次設計是對我大學四年來學習的一次最綜合的檢驗，也更是一次綜合的學習過程。畢業(yè)設計不僅使我學習和鞏固了專業(yè)課知識而且了解了不少相關專業(yè)的知識，個人能力得到很大提高。同時也鍛煉了與人協(xié)作的精神，多聽取別人給予的教導和意見，為以后我踏入社會工作打下了良好的基礎。在做這次畢業(yè)設計的過程中，周老師給了我很大的自由發(fā)揮空間，讓我在這次畢業(yè)設計中充分的展示了自己四年所學。同時我也遇到許許多多平時沒注意但實際生產(chǎn)中卻經(jīng)常用到的問題，都不知道從何