江蘇大學13級機械電子工程李雷論文定稿——便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設計與分析

1、江蘇大學本科畢業(yè)設計 J I A N G S U U N I V E R S I T Y成 教 本 科 畢 業(yè) 設 計（論 文） 便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設計A portable LED lamps and lanterns structure design學 院 名 稱： 江 蘇 大 學 專 業(yè) 班 級： 2013級機械電子工程專業(yè) 學 生 姓 名： 李 雷 指導教師姓名： 宋國慶 指導教師職稱： 副 教 授 2015 年2月便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設計專業(yè)班級：2013級機械電子工程 學生姓名： 李雷指導教師： 宋國慶 職 稱：副教授摘要 本課題利用AutoCAD，Pro/E等相關專業(yè)繪圖工具軟件

2、對LED燈具進行結(jié)構(gòu)設計。通過對LED光源的相關背景知識，歷史，特性及發(fā)展狀況等相關資料的查閱學習，以及對便攜式LED燈結(jié)構(gòu)設計、繪圖，能夠鍛煉我的工程設計能力，鞏固機械設計、公差測量、工程材料等方面的知識，熟悉和掌握相關的專業(yè)知識和計算機應用方面的知識。收集、了解LED光源的相關背景知識，歷史，特性及發(fā)展狀況等情況。利用Pro/E，AutoCAD等相關專業(yè)繪圖工具軟件對LED燈具進行結(jié)構(gòu)設計。其主要的問題是如何設計出符合便攜式要求及符合制造要求的相對美觀的燈具結(jié)構(gòu)。首先收集相關信息資料，利用收集的資料對燈具結(jié)構(gòu)進行粗設計。為了使其更加直觀及容易修改，利用Pro/E對其進行三維實體造型，其間對

3、其尺寸、外型等進行不斷的修正，使其逐步符合設計要求。通過此次的設計更加深入了解LED燈具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設計工藝，從而使設計的燈具更加高效，便攜，節(jié)能。關鍵詞：LED；燈具；便攜式;；Pro/E；A portable LED lamps and lanterns structure design Abstract：LED (Light Emitting Diode) light-emitting diode that is a light can be converted to electrical energy and diode characteristics with electronic

4、devices. LED energy saving, environmental protection, solid structure, long life, small size, high luminous efficiency, high color, low voltage, low power consumption. Since there is no ultraviolet and infrared spectra, neither heat nor radiation, typical of the green lighting, the use of high effic

5、iency, long life, security, stability and performance lighting products, can improve people's work, study and living conditions quality. LED lighting has become a development prospects and influence of a high-tech products. We designed LED drive power, it is necessary that LED current, voltage c

6、haracteristics, the LED and LED manufacturers with different specifications, current and voltage characteristics are different. Therefore, the design of the drive power given strict requirements. According to LED current, voltage characteristics, the current source LED driver is ideal drive. Constan

7、t current source drive mode, LED current will not be too high voltage, ambient temperature changes and the impact of discrete LED parameters, so that it can maintain the current constant, give full play to the excellent characteristics of LED. In this thesis, through the design of a constant current

8、 drive power to drive the LED. Through a variety of electronic components and electronic circuit constant current power supply, to meet the design requirements. Keywords : LED; high efficiency; constant current source driver目 錄第一章 緒論11.1設計課題的背景和特性11.1.1研究的背景11.1.2LED光源特性11.2設計課題的概況21.3設計本課題的思路與解析2第二

9、章 低壓電器材料的選擇52.1 工程塑料的簡介及性能特點52.2低壓電器對塑料材料的一般要求62.3 本課題選用的材料6第三章 LED燈具的結(jié)構(gòu)設計83.1 LED燈具設計的技術(shù)指標83.2 LED燈具設計方案與分析83.2.1 燈蓋的結(jié)構(gòu)設計83.2.2 開關的結(jié)構(gòu)設計93.2.3 旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)設計103.3 LED燈具具體設計過程10第四章 燈具的Pro/E三維建模124.1 Pro/ENGINEER軟件簡介124.2 本設計Pro/E建模的具體過程134.2.1 上燈蓋的建模134.2.2 下燈蓋的建模174.2.3 旋鈕的建模184.2.4 其他零部件的建模204.3 整體三維裝配22

10、結(jié) 束 語24致 謝25參 考 文 獻26第一章 緒論1.1設計課題的背景和特性1.1.1研究的背景由于LED越來越廣泛地應用于照明產(chǎn)業(yè)，而且其具有發(fā)光效率高、耗電量小、使用壽命長、安全可靠性強、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，相比與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈等有明顯的優(yōu)勢。而近來LED的發(fā)光強度不斷提高，已可用于實際照明中。LED燈具代替普通照明燈具的時代也正在向我們走來。在這樣的大環(huán)境下，各大廠商也紛紛開始研制LED燈具。本課題所設計的便攜式LED燈具便是利用了LED結(jié)構(gòu)小巧、節(jié)能等特點，在小巧易攜帶的條件下，亦能為人們提供一定的光亮，使人們在黑暗中行進、昏暗處閱讀或在黑暗中作業(yè)等條件下能夠方便地進行操作隨著技

11、術(shù)的發(fā)展，白光LED的發(fā)光效率也正在逐步提高，商品化的器件已達到白熾燈的水平，Nichia已推出100lm/W的白光LED，發(fā)光效率已與熒光燈的水平相當，并在穩(wěn)步增長之中。白光LED還具有無污染、壽命長、耐震動和抗沖擊的鮮明特點，是LED產(chǎn)業(yè)中最被看好的新興產(chǎn)品。在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，白光LED在照明市場的前景備受全球矚目。高亮度白光LED的終極目標是實現(xiàn)新世紀照明。根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計，當前全球照明市場的年增長率約為5.5%，2000年市場規(guī)模達45億美元。業(yè)界一般認為，白光LED照明市場可望在2015年左右趨于成熟。因此，各界都對白光LED寄以厚望

12、，有“綠色照明光源”之稱。在照明市場方面，中國的電力不足問題加速了LED（發(fā)光二極管）取代傳統(tǒng)的照明設施，2006年中國大陸的LED市場已達到160億元人民幣，而到2014年我們預計這個市場將達500億元。目前中國LED市場每年的增長速度是30%，歐盟、韓國、北美等照明大舉投資中國LED產(chǎn)業(yè)，業(yè)內(nèi)人士表示，國內(nèi)政府節(jié)能、環(huán)保政策的相繼出臺，成為包括飛利浦、通用電氣、首爾半導體在內(nèi)的跨國企業(yè)的機遇和未來。至此，我國半導體照明產(chǎn)業(yè)進入了自主創(chuàng)新、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重大歷史機遇期。1.1.2LED光源特性1、發(fā)光效率高。LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良, 其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為122

13、4lm/W, 熒光燈5770lm/W, 鈉燈90140lm/W, 大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達到50200lm/W, 而且其光的單色性好、光譜窄, 無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前, 世界各國均加緊提高LED光效方面的研究, 在不遠的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。2、耗電量少。LED的電能利用率高達80%以上，LED單管功率0.030.06W, 采用直流驅(qū)動, 單管驅(qū)動電壓1.53.5V, 電流1518mA, 反應速度快, 可在高頻操作。同樣照明效果的情況下, 耗電是白熾燈泡的八分之一, 熒光燈管的二分之一。日本估計, 如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白

14、熾燈和熒光燈, 每年可節(jié)約相當于60億升原油。以橋梁護欄燈為例, 同樣效果的一支日光燈40多瓦, 而采用LED每支的功率只有8瓦, 而且可以七彩變化。當然, 節(jié)能是我們考慮使用LED光源的最主要原因, 也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂貴, 但是用一年時間的節(jié)能收回光源的投資, 從而獲得49年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。3、使用壽命長。采用電子光場輻射發(fā)光, 無燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。LED燈體積小、重量輕, 環(huán)氧樹脂封裝, 可承受高強度機械沖擊和震動, 不易破碎。平均壽命達10萬小時。LED燈具使用壽命可達510年, 可以大大降低燈具的維護費用, 避免經(jīng)常換燈之苦。4、安全可靠性強。發(fā)熱

15、量低, 無熱輻射, 冷光源, 可以安全觸摸。能精確控制光型及發(fā)光角度, 光色柔和, 無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置徽處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度, 調(diào)整發(fā)光方式, 實現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。5、有利于環(huán)保。LED為全固體發(fā)光體, 耐震、耐沖擊不易破碎, 廢棄物可回收, 沒有污染。光源體積小, 可以隨意組合, 易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品, 也便于安裝和維護。1.2設計課題的概況本課題利用AutoCAD，Pro/E等相關專業(yè)繪圖工具軟件對LED燈具進行結(jié)構(gòu)設計。通過對LED光源的相關背景知識，歷史，特性及發(fā)展狀況等相關資料的查閱學習，以及對便攜式LED燈結(jié)構(gòu)設計、繪圖，能夠鍛煉我的工程設計

16、能力，鞏固機械設計、公差測量、工程材料等方面的知識，熟悉和掌握相關的專業(yè)知識和計算機應用方面的知識。1.3設計本課題的思路與解析采用應用計算機輔助設計CAD（Computer Aided Design）技術(shù)進行產(chǎn)品設計的一般流程如圖1.1所示?，F(xiàn)作說明如下：1、CAD產(chǎn)品設計的過程一般是從概念設計、零部件三維建模到二維工程圖。有的產(chǎn)品特別是民用產(chǎn)品，對外觀要求比較高（汽車、家用電器等），在概念設計以后，往往還需要進行工業(yè)外觀造型設計。2、在進行零部件三維建模時或三維建模完成以后，根據(jù)產(chǎn)品的特點和要求，要進行大量的分析和其他工作，以滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、運動、生產(chǎn)制造與裝配等方面的需求。這些分析工作

17、包括應力分析、結(jié)構(gòu)強度分析、疲勞分析、塑料流動分析、熱分析、公差分析與優(yōu)化、NC仿真及優(yōu)化、動態(tài)仿真等。3、產(chǎn)品的設計方法一般可分為兩種：自底向上（Down-Top）和自頂向下（Top-Down），這兩種方法也可以同時進行。自底向上：這是一種從零件開始，然后到子裝配、總裝配、整體外觀的設計過程。自頂向下：與自底向上相反，它是從整體外觀（或總裝配）開始，然后到子裝配、零件的設計方法。4、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，同時面對日益激烈的競爭，企業(yè)采用并行、協(xié)同設計勢在必行，只有這樣，企業(yè)才能適應迅速變化的市場需求，提高產(chǎn)品競爭力，解決所謂的TQCS難題，即以最快的上市速度（TTime to Market）、

18、最好的質(zhì)量（QQuality）、最低的成本（CCost）以及最優(yōu)的服務（SService）來滿足市場的需求。圖1.1 CAD產(chǎn)品設計一般流程第二章 低壓電器材料的選擇2.1 工程塑料的簡介及性能特點工程塑料是指可用作結(jié)構(gòu)材料的塑料，該類塑料具有較寬的使用溫度范圍、較長的使用壽命、使用期間可保持優(yōu)良特性、能夠承受機械應力作用。第一種工程塑料尼龍(PA)于二次世界大戰(zhàn)期間在尼龍纖維的基礎上問世的。此后，各種新型工程塑料層出不窮，并投入工業(yè)化生產(chǎn)，成為發(fā)展高新技術(shù)必不可少的化工新材料。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)并應用的工程塑料約有二、三十個大類品種。其中廣泛應用的聚酞胺(PA)、聚碳酸酷(PC)、聚甲醛(P

19、OM)、聚苯醚(PPO)和聚對苯二甲酸丁二醇酷(PBT)被稱為五大工程塑料；耐熱性更高的氟塑料、聚苯硫醚(PPS)、聚諷(PsF)等叫做高性能工程塑料或特種工程塑料；有些通用塑料經(jīng)現(xiàn)代技術(shù)改性所得產(chǎn)品如活性聚丙烯(PP)，其性能提高到接近上述典型的工程塑料水平，也常被稱為工程塑料。進入21 世紀后，全球工程塑料的消費量每年在1000萬噸左右，并以每年4.5%的速度遞增，預計2012年用量可達到2350萬噸。工程塑料的性能主要取決于高分子化合物的化學組成、相對分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)。工程塑料具有下列優(yōu)良的特性：1、突出的優(yōu)點之一是密度低，工程塑料的密度通常在1.022.40g/cm3，只有

20、鋼鐵材料的1/81/4。2、較高的比強度（強度對重量的比），現(xiàn)在聚芳酯的比強度已經(jīng)超過鋼鐵。3、良好的電絕緣性，許多電子電器產(chǎn)品都離不開它。4、化學穩(wěn)定性好，有良好的抗化學腐蝕性，如有“塑料王”之稱的聚四氟乙烯，任何介質(zhì)都難以腐蝕。5、優(yōu)良的耐磨、減摩和自潤滑性，如聚酰胺、聚碳酸酯及聚四氟乙烯等工程塑料制的耐摩擦零件，可以在各種液體、邊界和干的摩擦條件下工作。6、良好的異物埋沒性和就范性，在有摩?；螂s質(zhì)存在的惡劣條件下工作的零件，如齒輪，偶遇堅硬雜質(zhì)時，會因塑料的異物埋沒性和就范性而將雜質(zhì)埋沒在齒輪內(nèi)或發(fā)生適當形變而繼續(xù)運轉(zhuǎn)，不會像鋼齒輪那樣發(fā)生咬死或刮傷現(xiàn)象。7、良好的吸振性、抗沖擊性、抗疲

21、勞強度以及消聲性，對于運動中的機械零件，可使其達到平穩(wěn)無聲運轉(zhuǎn)。但工程塑料的力學強度、硬度和耐熱性不如金屬，力學強度低，拉伸強度約為鋼的1/10；一般只能在100左右工作，少數(shù)可達200，熱導率只有鋼鐵的1/(200-300)，尺寸穩(wěn)定性差，膨脹收縮變形較金屬打，線膨脹系數(shù)約為鋼的5倍；耐久性差，長期受重力左右易產(chǎn)生疲勞，在室外長期受紫外線作用，易降低性能。工程塑料大都具有可塑性和熔融流動特性，可以采用熱壓、擠出、注射、吹塑、壓延等成型方法成批生產(chǎn)，比金屬加工的工藝簡單、工時少、耗能低、成本低。2.2低壓電器對塑料材料的一般要求塑料應用于電器產(chǎn)品上，主要是基于它的絕緣性。從電性能方面考慮，塑料

22、可大致分為三類：第一類是非極性的或稍帶極性的塑料，如通用塑料中的大部份烯烴類塑料，像PE、PP、PS 等。這類材料的介電常數(shù)和介電損耗低，電阻率高，而且不受外界頻率和溫度、濕度的影響。第二類是極性大的材料，如有增塑劑的PVC、酚醛模塑料以及尼龍等。它們的介電強度和介電損耗比第一類大得多，且電阻率也較低。第三類材料介于一二類之間，介電常數(shù)在35之間，tan在10-310-2之間，電阻在10141016之間，這類材料有有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯、PBT、聚酰亞胺等。值得注意的是，第二類和第三類塑料受外界頻率、溫度和濕度的影響很大。但對于低壓電器用塑料而言，電絕緣性往往并不很重要，這是因

23、為由于絕緣引起的問題很少，一般塑料都能勝任低壓電器對材料絕緣性的要求。相比之下，其他性能就顯得更重要些，這些性能包括：力學性能、熱性能、阻燃性能、加工性能、是否環(huán)保、性價比和使用壽命等。2.3 本課題選用的材料聚碳酸酯、尼龍和PBT雖然屬于第二三類材料，但由于其優(yōu)異的力學性能、熱性能和加工性能，被低壓電器制造商選為首選材料。而在這三種材料中，PBT力學性能優(yōu)良，力學強度高，在長時間高載荷作用下變形小。耐熱性優(yōu)良，長期使用溫度130，短時使用溫度200，遠高于聚甲醛和聚碳酸酯。PBT在較高溫度下仍具有良好的尺寸穩(wěn)定性。盡管制品在與流動方向垂直時的尺寸變化率相對比與流動方向相同時為打，但與其他一些

24、工程塑料相比，其在100以上高溫下的尺寸穩(wěn)定性仍然是十分優(yōu)良的。PBT具有優(yōu)良的電絕緣性，其體積電阻率1016·cm。它與聚酰胺等工程塑料不同，即使在溫度、濕度變化范圍很廣的情況下，其體積電阻率等電性能仍能基本保持不變。因此，即使在十分苛刻的工作條件下，也不會發(fā)生漏電情況。PBT對于有機溶劑具有很強的抵抗力，但由于其屬于聚酯類高分子化合物，因此不耐強酸、強堿及苯酚等化學藥品。另外，在50一下的溫水中，其性能基本不受影響，但在熱水中，力學強度將明顯下降。PBT還具有良好的成型流動性，可以制得厚度較薄的制品。另外，PBT是整個工程塑料中吸水率最低的品種之一，PBT因吸水而導致制品尺寸的變

25、化也極小，因此PBT在成型時，基本可以忽略不計。對于本課題所設計的LED燈具來說，發(fā)熱是不可避免的，因此，PBT的熱穩(wěn)定性就顯得至關重要，尤其是它的電阻率能保持不變。另外，PBT的其他諸如優(yōu)良的力學性能、良好的加工性能等都能滿足本次設計的需要，因此，經(jīng)過綜合考慮，本次設計的燈具的外殼、旋鈕開關等零部件選用PBT材料。第三章 LED燈具的結(jié)構(gòu)設計3.1 LED燈具設計的技術(shù)指標對于本次設計的便攜式LED燈具主要有兩個方面的技術(shù)要求，即光強的要求與具體尺寸的要求。因為要符合便攜式的要求，因此對于具體輪廓尺寸做出了如下規(guī)定，需達到80*80*50（長*寬*高）單位mm，或更小。光強的要求，需達到普通

26、照明光源亮度的要求，即達到80mcd或以上?；诖饲闆r，兩節(jié)7號AAA電池即3伏電壓即可驅(qū)動LED燈泡，另外，其光強不是特別高，發(fā)熱量不高，因此也可省略對散熱做過多的設計。3.2 LED燈具設計方案與分析3.2.1 燈蓋的結(jié)構(gòu)設計燈蓋分為上燈蓋與下燈蓋兩部分，但它們的內(nèi)部空間基本相同，因此，首先設計它們的內(nèi)部空間。在燈蓋的內(nèi)部空間中需裝下以下幾個部分：電池、開關、電路板、燈泡、反光杯、玻璃片等部分。在此次設計中，燈蓋被主要分為兩個部分，一個部分為主體部分，主要放置電池、開關等零部件；另一個部分為燈頭部分，主要放置燈泡、反光杯等部分。而電路板位于兩部分之間。見圖3.7和圖3.8。下面對于兩圖作如

27、下說明：對于塑料件來說，它可以使用搭扣或粘合來實現(xiàn)裝配，因此，在本次的設計中也充分利用塑料件的特點，未使用金屬件件中常見的螺紋、螺栓等鏈接形式。在上下燈蓋的裝配設計中，我使用了一對較長的搭扣來時間它們的裝配，即易于裝配也易于拆卸。而對于它們的外形（以上燈蓋為主），需與開關、旋轉(zhuǎn)盤等小配合設計，使保持整體的和諧統(tǒng)一，而又不失實用性。對于下燈蓋來說，有一個上燈蓋沒有的部分，那就是電池的開口處。需要留有一個足夠的空間來放置電池與更換電池，而在這個空間上還必須設置一個電池蓋，使其更加科學與美觀。 圖3.7 上燈蓋結(jié)構(gòu)草圖 圖3.8 下燈蓋結(jié)構(gòu)草圖3.2.2 開關的結(jié)構(gòu)設計此次的開關的設計采用旋鈕式。由

28、于本次設計的燈具整體比較小巧，但是開關卻不能跟這個風，因為，如果旋鈕開關設計的太小，則會使的人們在使用是打開和關閉燈具顯得麻煩或不自然，不符合人體工程學原理。因此，在此次的設計中，對于旋鈕開關的設計可謂是下了很大的功夫，必須把旋鈕開關做得足夠大，而且還要與整體風格和諧統(tǒng)一。所以，為了配合旋鈕開關，在上燈蓋的外形設計中也必須做出改變，以配合旋鈕開關。開關最重要的便是接通和斷開電源。對于本次設計，采用的是旋鈕式的開關，以旋轉(zhuǎn)180度為打開/關閉電源。在旋轉(zhuǎn)180度處設置一個與開關下部相配合的部件，使其配合，從而接通電源；再回轉(zhuǎn)180度時，它們分離，從而斷開電源。如圖3.9所示。圖3.9 旋蓋開關結(jié)

29、構(gòu)草圖3.2.3 旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)設計旋轉(zhuǎn)盤位于燈具主體的最下部，與下燈蓋相配合。旋轉(zhuǎn)盤的主要作用：（1）使得燈具能水平360°旋轉(zhuǎn)，便于人們使用。（2）在旋轉(zhuǎn)盤下方接配套器件，如：夾子（使人們能把燈具夾在帽檐等方便的地方以便解放人們的雙手，更加符合便攜性的特點）、頭箍（可以將燈具安置在頭箍之上，以方便需要在昏暗條件下工作的工人或方便牙科醫(yī)生等醫(yī)務人員更方便地觀察病人的情況）、底座（可以把燈具放置在桌子等地方作為一般臺燈使用，以供人們讀書、寫字等用）等。因此，在旋轉(zhuǎn)盤的設計中，主要是使其能360°旋轉(zhuǎn)與下能聯(lián)接配套件為主。本次設計中，在旋轉(zhuǎn)盤下方設計了一個M6的孔，以方便地用螺

30、栓聯(lián)接它們，也方便固定與調(diào)整上下角度的位置。3.3 LED燈具具體設計過程本次設計，主要采用了自底向上的方法，既從零件開始、然后到子裝配、總裝配、總體外觀的設計過程。另外與自頂向下的方法相結(jié)合，整體把握。主要通過三個過程完成最終的設計工作：概念設計階段、零部件三維建模階段、二維工程圖繪制階段。1、概念設計階段在了解了此次設計的燈具的要求、技術(shù)指標及應用條件，掌握足夠相關的背景知識后，便開始進行燈具的概念設計。在概念設計中，主要是對各個零件的造型、尺寸等有個初步的分析與記錄，在草圖中先進行手工草繪，不斷修改，如對于電池的擺放位置、方向；旋鈕開關的放置等問題的深入研究，最終選定或選定幾個較合理的方

31、案。另外對于整體也有個大體的了解與把握，如整體尺寸的把握等。2、零部件三維建模階段在燈具概念設計基本完成之后就可以進行零部件的三維建模階段。三維建模階段也是整個設計過程中為重要的階段，是從概念到實體的階段。在進行三維建模的過程中，能很直觀地看到所設計的燈具零部件，從而可以容易地發(fā)現(xiàn)他們的不足或不合理之處，以方便地進行適當?shù)匦薷?。此外，在三維建模中還可以進行裝配，了解零部件之間的裝配后的樣子，也可以方便地進行燈具的總體的控制。本次設計使用的建模工具是Pro/E軟件，對于該軟件的介紹以及具體零部件的三維建模方法會在下一章中詳細講解。3、二維工程圖繪制階段在完成三維建模，零部件裝配完成之后，燈具的結(jié)

32、構(gòu)就在不斷的修改中最終定型。此時，便可以進行二維工程圖的繪制了。本次設計中，使用了繪制二維工程圖最常用的繪圖工具軟件Auto CAD進行繪制。第四章 燈具的Pro/E三維建模CAD產(chǎn)品設計過程中，零部件的三維建模是一個很重要的階段，它起到承上啟下的作用。它能直觀地反映出所設計的零部件的真實情況，又能方便地進行修改，直至設計出符合要求的產(chǎn)品為止。本次設計使用的三維建模繪圖工具軟件是Pro/ENGINEER。4.1 Pro/ENGINEER軟件簡介美國PTC公司（Parametric Technology Corporation，參數(shù)設計公司）于1985年在美國波士頓成立。自1989年公司上市伊始

33、，即引起機械CAD/CAE/CAM界的極大震動，其銷售額及凈利潤連續(xù)50個季度遞增，每年以翻番的速度增長。PTC公司已占全球CAID/CAD/CAE/CAM市場份額的43%以上，成為CAID/CAD/CAE/CAM/PDM領域最具代表性的軟件公司之一，其中的Pro/ENGINEER軟件產(chǎn)品的總體設計思想體現(xiàn)了機械CAD軟件的發(fā)展趨勢，在國際機械CAD軟件市場上已處于領先地位。如圖4.1為Pro/E軟件。PTC提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關及工程數(shù)據(jù)再利用等概念改變了機械CAD的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD領域的新標準。利用此概念寫成的第三代機械CAD產(chǎn)品Pro/

34、ENGINEER（也簡稱為Pro/E）軟件能將產(chǎn)品從設計至生產(chǎn)的過程集成在一起，讓所有的用戶同時進行統(tǒng)一產(chǎn)品的設計制造工作，即所謂的并行工程。Pro/ENGINEER目前共有80多個專用模塊，涉及工業(yè)設計、機械設計、功能仿真、加工制造等方面，為用戶提供全套解決方案。1998年，PTC公司推出了新一代基于Web的信息管理系統(tǒng)WINCHILL，提出了產(chǎn)品協(xié)同商務的全新概念，產(chǎn)品上市僅一年時間，即取得了非常驚人的業(yè)績。PTC以有用戶3萬多家，裝機量250000套，并贏得了許多全球知名大公司的大宗訂單，如FORD、BMW、TOYOTA、VOLKSWAGEN、HYUNDAI、CATERPILLAR、JO

35、HN DEER、J.I.CASE等。PTC的市場策略是領先的技術(shù)、具有競爭力的性能價格比、硬件獨立性、全球銷售網(wǎng)絡以及為客戶提供全面的服務和支持。Pro/E軟件是基于特征的全參數(shù)化軟件，該軟件中創(chuàng)建的三維模型是一種全參數(shù)化的三維模型?！叭珔?shù)化”有三個層面的含義，即特征截面幾何的全參數(shù)化、零件模型的全參數(shù)化以及裝配體模型的全參數(shù)化。零件模型、裝配模型、制造模型、工程圖之間是全相關的，也就是說，工程圖的尺寸被更改以后，其父零件模型的尺寸也會相應更改；反之，零件、裝配或制造模型中的任何改變，也可以在其相應的工程圖中反映出來。4.2 本設計Pro/E建模的具體過程4.2.1 上燈蓋的建模上燈蓋的建模

36、中，主要運用了Pro/E中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼、圓角等功能，經(jīng)過組合最后成形。下面介紹上燈蓋具體的建模過程。1、進行主體部分的拉伸，先繪制特征截面，繪制完成后進行拉伸，如圖4.2、圖4.3所示。圖4.2 上燈蓋主體特征截面 圖4.3 上燈蓋主體拉伸圖 2、上燈蓋燈頭部分的拉伸成形，為繪制燈頭的草特征截面，需設置一個新的基準平面DIM1，DIM1是與RIGHT相距50且平形與RIGHT平面的基準平面。繪制完特征截面，然后進行拉伸。如圖4.4、圖4.5所示。 圖4.3 上燈蓋燈頭特征截面 圖4.3 上燈蓋燈頭拉伸圖 3、上燈蓋整體抽殼，由于Pro/E有抽殼特征，因此能進行方便的抽殼。抽殼后的上燈蓋如

37、圖4.6所示。圖4.6 上燈蓋主體抽殼后至此，上燈蓋的主體部分完成，接下來的工作便是在上燈蓋的外部在進行添加所需的實體；在上燈蓋的內(nèi)部開槽等進行所需的改動；對上燈蓋進行到圓角等步驟。4、上燈蓋外部的完善，外部的完善主要分為2個部分：第一，與旋鈕開關相配合的上方，需要一個遮擋點，使得旋鈕不至于樂意隨便亂轉(zhuǎn)，因此，設計了一個小矩形柱，與旋鈕上的把相互干涉，保證其只能旋轉(zhuǎn)180°。另外，為了使旋鈕看起來不會十分突出，設計了一圈與旋鈕等高的圓環(huán)，已達到和諧統(tǒng)一的效果。第二，和下燈蓋相配合的搭扣，設計搭扣原則在于實用、簡便。在設計搭扣時，設計得比較長，看著比較結(jié)識，較有安全感，也便于拆裝。具體

38、上燈蓋外部的完善見圖4.7與圖4.8 。 圖4.7 上燈蓋與旋鈕配合部分 圖4.8 上燈蓋搭扣 5、上燈蓋內(nèi)部開槽，其主要分為三部分：1、電池放置處。2、電路板放置處。3、玻璃片放置處。具體情況如圖4.9與圖4.10所示。 圖4.9 放電池出開槽 圖4.10 放電路板、玻璃片出開槽 6、主要部分都完成之后，最后進行到圓角，從而最后成型。如圖4.11與圖4.12所示為最后上燈蓋三維建模完成圖。圖4.11 上燈蓋三維建模圖視角一圖4.12 上燈蓋三維建模圖視角二4.2.2 下燈蓋的建模1、下燈蓋主體部分的建模。由于下燈蓋與上燈蓋需要直接配合，因此，下燈蓋的主體部分與上燈蓋相似。其主體部分的建模方法

39、也與上燈蓋相似，主要依靠拉伸與抽殼功能。2、下燈蓋搭扣的建模。主體部分完成后，在與上燈蓋搭扣相對應的位置處繪制突出的搭扣，以便使它們能配合在一起。3、下燈蓋電路板、玻璃片的開槽。運用拉伸、切除材料的方法進行開槽，需注意的是電路板與玻璃片開槽的位置需與上燈蓋一致，。4、下燈蓋電池蓋留口。須在放置電池處留出足夠的空間以方便取、放電池，所留空間需與電池蓋相配合。5、倒圓角。應塑料件容易產(chǎn)生應力集中，因此需對其零部件倒圓角。具體下燈蓋建模成型圖見圖4.13與圖4.14。圖4.13 下燈蓋三維建模圖視角一圖4.14 下燈蓋三維建模圖視角二4.2.3 旋鈕的建模 1、旋鈕主體部分的建模。旋鈕的主體部分運用

40、旋轉(zhuǎn)工程旋轉(zhuǎn)360°得來，旋轉(zhuǎn)時需注意在繪制特征界面是需要繪制一條旋轉(zhuǎn)中心線。如圖4.15所示。圖4.15 旋鈕主體特征截面2、旋鈕上部把的建模。把的建模主要依靠拉伸，以旋鈕的上端面為參照面繪制特征截面，然后拉伸而成。3、旋鈕下部開關接觸處的建模。此處的建模也是依靠拉伸，以旋鈕的下斷面為參照面繪制特征截面，拉伸而成。4、旋鈕各部分倒圓角，圓角為R=0.5mm。具體旋鈕建模成型圖如圖4.16與圖4.17所示。圖4.16 旋鈕三維建模圖視角一 圖4.17 旋鈕三維建模圖視角二4.2.4 其他零部件的建模 由于其他零部件的建模方法與上述三個的建模方法類似，此處就不再一一詳細介紹，現(xiàn)將它們的

41、三維建模成型圖貼出。具體見圖4.18、圖4.19、圖4.20、圖4.21 圖4.18 7號電池建模圖 圖4.19 LED燈泡建模圖 圖4.20 電池蓋建模圖 圖4.21 反光杯建模圖 圖4.22 彈簧建模圖 圖4.23 銅片建模圖 圖4.24 下旋體建模圖圖4.25 配套夾子建模圖4.3 整體三維裝配零件建模完成后，就需要把各個零件組合（裝配）起來，在Pro/E中零件的組合是在裝配模塊中完成的。通過裝配約束，可以指定一個元件相對于裝配體（組建）中其他元件（或特征）的放置方式和位置。裝配約束的類型包括匹配、對齊、插入等約束，見圖4.26。在Pro/E中，一個元件通過裝配約束添加到裝配體中后，它的

42、位置會隨著與其有約束關系的元件改變而相應改變，而且約束設置值作為參數(shù)可隨時修改，并可與其他參數(shù)建立關系方程，這樣整個裝配體實際上是一個參數(shù)化的裝配體。在本次零件的裝配中，首先以一節(jié)7號電池為基礎，逐步添加元件，直至最終裝配完成。在裝配過程中，需要注意靈活應用各種裝配約束，必須對三個坐標完整地約束完成，以確定零件的空間位置。具體裝配完成圖見4.27與圖4.28 。圖4.27 整體裝配圖圖4.28 燈具整體效果圖結(jié) 論 本文以便攜式LED燈具的結(jié)構(gòu)設計為研究對象，主要通過前面4章進行論述：1、 了解、分析課題的背景知識，介紹LED的基本情況，包括LED的歷史、發(fā)展狀況、發(fā)光原理、光源特性、驅(qū)動電路、工程應用等。2、 燈具材料的選擇，本次設計中使用了工程塑料中的PBT材料。具體分析了工程塑料的特性，對比了5種最常用工程塑料，最終選定較合適于本次設計的工程塑料種類。3、 LED燈具結(jié)構(gòu)設計分析，對本次設計進行了具體的分析，包括每個零件的結(jié)構(gòu)設計，裝配的問題，以及具體設計過程等。4、 便攜式LED燈具的