玩具海豚的Adams仿真畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文 設(shè)計(jì)（論文）題目：玩具海豚的Adams仿真姓 名 雨豪 學(xué) 號 090309810 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動化 指導(dǎo)教師 梅麗 2013 年 6 月38 / 39摘要近年來，虛擬樣機(jī)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個設(shè)計(jì)制造行業(yè)，在玩具設(shè)計(jì)制造業(yè)中同樣應(yīng)用廣泛。該技術(shù)首先應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維建模軟件，建立玩具系統(tǒng)的三維實(shí)體模型，然后利用仿真軟件進(jìn)行分析和評估玩具系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，使玩具的設(shè)計(jì)制造過程實(shí)現(xiàn)了柔性化和高效化。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用不僅提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，還不斷為設(shè)計(jì)者們提供思路改善玩具的各項(xiàng)性能，從而使得研究開發(fā)的設(shè)計(jì)成本不斷降低，同時也使得玩具市場更加繁榮。為了適應(yīng)消費(fèi)者

2、的需求，研發(fā)設(shè)計(jì)出更新更多種類的玩具產(chǎn)品，虛擬樣機(jī)技術(shù)得到了進(jìn)一步的運(yùn)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，整個玩具的設(shè)計(jì)過程不斷簡化，大大減少了開發(fā)成本和設(shè)計(jì)周期。本課題通過運(yùn)用UG和Adams對玩具海豚進(jìn)行運(yùn)動學(xué)的仿真。首先，對海豚玩具進(jìn)行拆卸、測繪，然后在UG軟件中進(jìn)行三維零件建模并裝配，裝配完后將其導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)的仿真和分析，通過不斷的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了玩具海豚的運(yùn)動學(xué)仿真。最后，對仿真的結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：虛擬樣機(jī) 三維建模 仿真 運(yùn)動學(xué) AbstractIn recent years, virtual prototyping technolog

3、y has been widely applied to various design manufacturing industry, also widely used in the manufacturing of toy design. The technical application of computer 3D modeling software, first establish a system of three-dimensional solid model of the toy, and then use simulation software to analyze and a

4、ssess the performance of the toy system, toy design and manufacturing process to achieve a flexible and efficient. The use of this technology not only improves the efficiency of the products also continue to provide ideas for designers to improve the performance of the toys, which makes the design o

5、f the research and development costs continue to reduce the more prosperous, but also makes the toy market. In order to adapt to consumer demand, research and development designed to update a wider variety of toy products, virtual prototyping technology for further use. With the development of compu

6、ter technology and the use of the toy design process is simplified, greatly reducing development costs and design cycle.This topic through the use of UG and Adams kinematics simulation of the dolphin toy, dolphin toy to be demolished, mapping, and then UG software 3D part modeling and assembly, the

7、assembly after its import ADAMS software kinematics simulation and analysis, debugging and parameter settings, the dolphin kinematics simulation. Analyzed and summarized the results of simulation to optimize the design.Keywords：virtual-prototyping，three-dimensional，simulation ，model debuging，kinemat

8、ics 目錄摘要1Abstract2目錄31.前言41.1 課題背景41.1.1玩具在國的發(fā)展與研究現(xiàn)狀51.1.2 玩具在國外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀71.1.3 現(xiàn)狀分析91.2 所用軟件91.2.1 UG軟件91.2.2 Adams軟件111.3 課題容132.玩具海豚的測繪和建模142.1 玩具的拆卸、測繪142.2 玩具海豚的零件建模152.3 零件建模的關(guān)鍵技術(shù)172.4 海豚玩具的零件裝配193.玩具海豚的Adams仿真233.1 模型的導(dǎo)入233.2 零件的重命名243.3 模型中約束的施加253.3.1 固定副的施加253.3.2 轉(zhuǎn)動副的施加263.3.3 動力的施加273.3.4

9、 碰撞的施加283.4 海豚玩具的運(yùn)動學(xué)仿真293.4.1 海豚玩具模型的仿真293.4.2 模型的測試314.小結(jié)34參考文獻(xiàn)35致361.前言1.1課題背景“玩具”是個很寬泛的概念，廣義上講，任何可以拿來作為娛樂的物品都可以稱為“玩具”。而我們要討論的“玩具”是作為產(chǎn)品的玩具，即工業(yè)化批量生產(chǎn)并投入大眾消費(fèi)市場中的物品。隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高和運(yùn)用，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與普與不但給各行各業(yè)帶來了前所未有的生產(chǎn)高效率與管理的規(guī)?；c統(tǒng)一化，而且網(wǎng)路也把全世界的人連通到了一起，越來越多的人開始遠(yuǎn)離體育運(yùn)動，將大部分的休閑鍛煉時間投放到了網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境中。據(jù)調(diào)查，2010年發(fā)表的報

10、告顯示中國青少年網(wǎng)民規(guī)模已經(jīng)達(dá)到1.95億人，其中74%的青少年使用手機(jī)上網(wǎng)，主要是用來上網(wǎng)聊天、聽音樂、看電影、玩游戲等，大部分時間用來娛樂1。如何讓青少年有一個更健康的生活方式，這個問題急待解決。一個現(xiàn)實(shí)中具體存在的玩具對青少年來說是一個很不錯的選擇，對于處在智力開發(fā)期的孩子來說，更是首選。中國玩具以歷史悠久、分布地區(qū)廣闊和品種豐富著稱于世，在社會生活中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。玩具在漫漫的發(fā)展過程中與其他社會科學(xué)領(lǐng)域碰撞出各種火花。因此，玩具的研究開發(fā)工作不可避免的涉與美學(xué)、兒童心理學(xué)、商品學(xué)科的容2。如果要在玩具的研究過程中搞清這些復(fù)雜的聯(lián)系和作用，那玩具的研究不僅為其他社會學(xué)科提供重要的資料

11、和線索，還會豐富和完善各學(xué)科的容。社會在飛速地發(fā)展，人們對物質(zhì)文化的需求不斷地提出了更新的要求。玩具在人類社會生活中占有重要的位置。當(dāng)代玩具的發(fā)展離不開對傳統(tǒng)玩具的繼承與革新、玩具的豐富容和多樣形式為中國當(dāng)代玩具的生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對各種玩具的深入研究有助于玩具事業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，將為當(dāng)代玩具的民族化、現(xiàn)代化提供理論依據(jù)3。從上述分析，開展對玩具的研究不僅僅有利于玩具自身的發(fā)展，而且對美學(xué)的研究、對社會科學(xué)的研究、對促進(jìn)民族藝術(shù)的發(fā)展，都有現(xiàn)實(shí)的意義。1.1.1玩具在國的發(fā)展與研究現(xiàn)狀玩具的娛樂和教育兩大功能越來越受到消費(fèi)者的密切關(guān)注，家長所要求的玩具不僅要是孩子的親密玩伴，而且必須是他們成長

12、的良師益友。這樣的認(rèn)識已經(jīng)在眾多玩具購買者和消費(fèi)者的心目中確立，因而國外對玩具功能的研究都在不斷的探究和技術(shù)的更新4。同時玩具不只是兒童的專利，成年人也需要玩具。于光遠(yuǎn)同志指出：“一個人活到老，學(xué)到老，也玩到老。玩是人生的基本需要之一。人的一生，從出生、兒童少年、成年到老年都需要玩。”早在春秋戰(zhàn)國時期，孔夫子就在論語中說過：“飽食終日，無所用心，難矣哉！不有博弈者乎，為之猶賢乎已”。說明這位圣人也是贊成玩的。清代的大汕廠翁在其海外紀(jì)事中說：“人各有為適情之具，詩、書、六藝而外，以與品茶、飲酒、鉤弋、聲色、陸博，凡所以引人耳目口體之交者，不一而足5。蓋血肉之軀，頑然獨(dú)守，使五官四肢，絕不與物接，

13、則氣脈郁結(jié)不得流利，天機(jī)已將沉滯于枯寂而不復(fù)發(fā)揚(yáng)。是則適情之具，外可以運(yùn)行氣脈，可以發(fā)越天機(jī)，而為人之助者不?！彼鞔_指出游戲不僅能滿足人們的娛樂，而且于身體、大腦智力的開發(fā)都是有益的。玩學(xué)家的理論則認(rèn)為：玩是人的普遍性行為，是一種情感宣泄；是對生活或工作中各種事務(wù)的模仿；是人的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)的重復(fù)；是一種心理滿足；是人類認(rèn)識一切客觀事物與其發(fā)明創(chuàng)造的前提條件。玩是建立在閑暇基礎(chǔ)上的行為情趣，是人的一種本能的必需。人在玩中成長，認(rèn)識客觀事物，激勵進(jìn)取和創(chuàng)新精神。而玩的重要工具之一就是玩具。好的玩具，又為玩好創(chuàng)造好的條件，玩的更精彩、更有意義。因此，玩具文化是人們一生中需要的一種獨(dú)特的教育方式，是中

14、華文化的傳播工具之一。于光遠(yuǎn)同志為此曾在1988年寫的玩具（大綱）和1996年寫的補(bǔ)充中提出將玩具作為系統(tǒng)的教材。他建議集中心理學(xué)、教育學(xué)以與百科知識的專家共同研究編寫這部教科書，其容應(yīng)包括：校前教育、小學(xué)部分、中學(xué)部分、大學(xué)部分、校后部分和老年部分6。中國玩具文化源遠(yuǎn)流長，遠(yuǎn)在新石器時代就出現(xiàn)了人類原始的玩具，如石球、塤、哨等。隨著中華民族經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、文化藝術(shù)的不斷發(fā)展和提高，創(chuàng)造出了許多絢麗多彩、精巧迷人的玩具。它反映出我國一定歷史階段的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、文化藝術(shù)以與人們生活條件的發(fā)展面貌，具有鮮明的民族特色7。是中華文化優(yōu)秀傳統(tǒng)的組成部分，在中華文化發(fā)展史上占有獨(dú)特的地位。有些玩具甚至

15、成為世界科學(xué)技術(shù)和文化藝術(shù)發(fā)展的先驅(qū)或啟萌。在促進(jìn)人們身心健康成長、豐富人們的生活容、增長知識、冶品德、勇于追求和創(chuàng)造方面起了積極的作用，成為人們文化娛樂生活中不可或缺的重要容之一。具有很強(qiáng)的生命力，流傳至今，并創(chuàng)出輝煌。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8。目前在我國，玩具產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大生產(chǎn)能力和相對薄弱的設(shè)計(jì)力量形成了鮮明的對比。我國是世界上最大的玩具制造國和出口國，全球70的玩具是在我國境制造的9。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)

16、值1000多億元，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70以上，其中,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。、和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，其中占中國玩具年銷售額50以上，其主要生產(chǎn)基地在、以與沿海地區(qū)10。隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)收入不斷增加，物質(zhì)文化生活不斷改善和提高，人們的休閑時間的延長（每年的假期達(dá)一百多天），離退休的中老年人日益增長（60歲以上的人口已達(dá)到1.33億人）。加之現(xiàn)代化社會工作節(jié)奏日益加快，競爭激烈，腦力勞動強(qiáng)度加重，生活壓力不斷增大。人們?nèi)找嫘枰嗟膴蕵泛托蓍e的活動空間，借助某種形式把緊的腦力勞動和生活壓

17、力發(fā)泄出來，使身心得到輕松自由和安怡，以玩具作為休閑娛樂工具，與親人、朋友作戲，或自己欣賞把玩，或作為社會交往中互相贈送的禮物，有的還作為收藏品等等，正好適應(yīng)了上述需要。從20世紀(jì)90年代末，社會對玩具禮品的需要日益增長，并漸成風(fēng)尚。成人玩具與兒童玩具不同，它更具挑戰(zhàn)性、更為復(fù)雜，玩起來頗需要些毅力、耐心和好的心理素質(zhì)，它潛在的好處不僅僅是精神放松，更能啟迪思路，開拓思維11。在、等一些城市，玩具吧、成人玩具柜臺、玩具酒吧悄然興起，并逐漸火熱起來。進(jìn)入21世紀(jì)，成人玩具將會成為玩具工業(yè)的又一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。事實(shí)上，美、日等主要玩具消費(fèi)國，成人玩具早已受到重視。據(jù)報載：美國市場上40%以上的玩

18、具是為成人設(shè)計(jì)的。前幾年在市場上掀起的電子寵物購買熱潮，也是以成人為主要對象設(shè)計(jì)的。因此進(jìn)入21世紀(jì)，我們除了繼續(xù)重視和大力發(fā)展兒童少年所需要的玩具外，也要把成人玩具的發(fā)展重視起來。努力開拓創(chuàng)新，使我國玩具文化全面實(shí)現(xiàn)對人們的獨(dú)特教育方式和文化傳播工具的作用12 。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

19、量低13。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)。在這種情況下，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用就顯得尤為重要。它可以很好的解決我國玩具目前面臨的一些問題。 作為一個發(fā)展中國家，特別在電子信息方面相比西方發(fā)達(dá)國家還有一定的差距，發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)是我們必經(jīng)的路。1.1.2 玩具在國外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀美國是中國傳統(tǒng)玩具出口的主要市場，美國進(jìn)口玩具的70%以上來自中國。但美國市場上的中國玩具絕大部分打的是國外品牌，中國只是加工生產(chǎn)。出口金額雖然不小，但出口收效僅限于加工費(fèi)。因此，研究美國玩具市場的特點(diǎn)，對我國玩具出口意義重大。在2001年美國經(jīng)

20、濟(jì)出現(xiàn)衰退和受到“9.11”恐怖事件的嚴(yán)重影響，但美國玩具業(yè)仍呈發(fā)展態(tài)勢，玩具銷售總額比上一年增長10%，其中傳統(tǒng)玩具銷售額比上年增長1.7%，電子游戲玩具增長43%。從這一點(diǎn)上看，研究美國玩具市場的特點(diǎn)，對我國玩具出口意義重大14。美國堪稱世界第一大玩具市場，具有三大特點(diǎn)：一、玩具進(jìn)口量占世界的1/3：美國玩具市場80%以上的產(chǎn)品從國始將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至海外，先是日本，然后是、國以與其它亞洲國家。到80年代中期，中國開始成為美國玩具業(yè)的主要生產(chǎn)地。美國本土玩具外進(jìn)口。玩具生產(chǎn)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，美國玩具業(yè)從上世紀(jì)50年代開企業(yè)主要從事產(chǎn)品開發(fā)與市場行銷，部分從事科技含量高的高檔玩具的研發(fā)。200

21、0年，美國進(jìn)口玩具133.86億美元，2006年進(jìn)口玩具168.45億美元，年均增長率4.3%。2006年從中國進(jìn)口145.24億美元，占美國總進(jìn)口的86.2%。美國前五大玩具進(jìn)口地，除中國以外，分別是日本、墨西哥、。前五大玩具進(jìn)口，占全美玩具進(jìn)口總額的95%。越南玩具對美出口增長很快，2000年時只有30萬美元，2006年有近三千萬元，增長了100倍。目前它在美國玩具進(jìn)口地中名列14，但今后很有可能超過、。二、玩具零售總額居世界各國之首：平均每年銷售各類玩具30億件，2006年零售額達(dá)到223億美元，占全球市場670億美元的三分之一。而全亞洲只有162億美元，全歐洲為192億美元。美國是全亞

22、洲的1.38倍，全歐洲的1.16倍。三、玩具人均消費(fèi)水平最高：美國有14歲以下兒童6300萬，人均年消費(fèi)287美元。相比之下，亞洲有十億零八千一百萬兒童，人均年消費(fèi)只有15美元。歐洲有一億一千三百萬兒童，人均年消費(fèi)也只有169美元。美國玩具消費(fèi)水平是亞洲的19倍，歐洲的1.7倍15。美國社會高度重視玩具安全。聯(lián)邦政府1969年頒布了“保護(hù)兒童和玩具安全法案”，該法案與1973年頒布的“消費(fèi)者產(chǎn)品安全法案”一并成為美國玩具安全的法律框架，由美國消費(fèi)品安全協(xié)會（CPSA）負(fù)責(zé)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)危與兒童安全的產(chǎn)品（如易燃、漏電、涂料含鉛、零件脫落造成兒童吞噎等），CPSA與經(jīng)銷商都會主動發(fā)布公告“召回”

23、（Recall），否則政府會處以重罰，受傷害的賠償訴訟都會達(dá)到上千萬美元16。美國兒童對玩具“喜新厭舊”的速度很快，玩具產(chǎn)品的生命周期一般不超過一年，其實(shí)主要集中在圣誕節(jié)銷售期中的三個月。除游戲機(jī)、玩具車類產(chǎn)品，兒童在購買玩具后的“新鮮感”甚至不超過一星期。因此，經(jīng)銷商必須不斷的更新玩具貨架，設(shè)計(jì)師必須不斷的改進(jìn)老產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品17。中國作為世界最大的玩具生產(chǎn)基地，有8000余家玩具企業(yè)，300萬從業(yè)人員，與美國玩具市場己有了千絲萬縷的關(guān)系。因此，不能不對美國玩具市場的特點(diǎn)有一個全面了解，而這也是中國玩具業(yè)制訂應(yīng)對世界玩具市場變化策略的重要依據(jù)18。1.1.3現(xiàn)狀分析鑒于上述特點(diǎn)，建議我國應(yīng)

24、從以下幾方面拓展玩具市場：一、鑒于我國產(chǎn)玩具對美國玩具市場的依賴程度很高，我國只有高度重視對美國玩具市場不斷拓展，技術(shù)的提高，才不會對我國出口貿(mào)易特別是對美出口產(chǎn)生負(fù)面影響。二、在重視玩具加工的同時，要注意開發(fā)中國特色的玩具，以提高玩具業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。中國產(chǎn)玩具與中國某企業(yè)具有知識產(chǎn)權(quán)的玩具是不同的概念。只有注重開發(fā)生產(chǎn)有特色的中國玩具或具有自主知識產(chǎn)權(quán)的玩具，才能從根本上提高我國玩具業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益19。三、密切關(guān)切玩具市場變化，不斷革新玩具產(chǎn)品。產(chǎn)品的革新、創(chuàng)造是玩具業(yè)成敗的關(guān)鍵。2001年美國玩具業(yè)許多成功的典均與與時抓住市場機(jī)會進(jìn)行玩具發(fā)明創(chuàng)造有著密切的關(guān)系。比如電影侏羅紀(jì)公園III、哈利波

25、特、指環(huán)王等的發(fā)行，使孩子們對電影里的人物產(chǎn)生了濃厚的興趣，玩具商與時抓住這一市場機(jī)會，發(fā)明創(chuàng)造了許多仿電影人物，結(jié)果去年美國此類產(chǎn)品的銷量比2000年猛增36.2%?！?.11”事件以后，美國人人都在頌揚(yáng)英雄，孩子們也一樣，他們爭相購買仿英雄人物的玩具，從而使這類玩具暢銷全美20。1.2 所用軟件玩具海豚的設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行三維建模和動態(tài)仿真。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，各種軟件日新月異，結(jié)合在校軟件的學(xué)習(xí)，最終我們采用UG和Adams來進(jìn)行工作，下面簡單介紹所用的軟件。1.2.1 UG軟件Unigraphics Solutions公司(簡稱UGS)是全球著名的MCAD供應(yīng)商

26、,主要為汽車與交通、 航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械以與電子工業(yè)等領(lǐng)域通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VPD)的理念提供多級化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在的完整的MCAD解決方案。其主要的CAD產(chǎn)品是UG。 UG在航空航天、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以與其它高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應(yīng)用。多年來，UGS一直在支持美國通用汽車公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，同時Unigraphics也是日本著名汽車零部件制造商DENSO公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應(yīng)用，如Navistar、底特律柴油機(jī)廠、Winnebago和Robert B

27、osch AG 等。另外，UGS公司在航空領(lǐng)域也有很好的的表現(xiàn)：在美國的航空業(yè)，安裝了超過10,000套UG軟件；在俄羅斯航空業(yè)，UG軟件具有90%以上的市場；在北美汽輪機(jī)市場，UG軟件占80%。UGS在噴氣發(fā)動機(jī)行業(yè)也占有領(lǐng)先地位，擁有如Pratt & Whitney和GE 噴氣發(fā)動機(jī)公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有：B/E航空公司、波音公司、 以色列飛機(jī)公司、英國航空公司、Northrop Grumman、伊爾飛機(jī)和Antonov。 UG具有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標(biāo)準(zhǔn)二次曲線方法放樣、等半徑和變半

28、徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩與多曲面間的光順橋接、動態(tài)拉動調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點(diǎn)云生成、曲面編輯等。 UG還有很多優(yōu)點(diǎn)，其中部分特點(diǎn)的優(yōu)勢性在此次建模中課有所體現(xiàn)：1、建模的靈活性 復(fù)合建模：無需草圖,需要時可進(jìn)行全參數(shù)設(shè)計(jì),無需定義和參數(shù)化新曲線可直接利用實(shí)體邊緣。幾何特征 ：具有凸墊、鍵槽、凸臺、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征 、引用模式 。光順倒圓: 業(yè)界最好的倒圓技術(shù) ，可自適應(yīng)于切口、陡峭邊緣與兩非鄰接面等幾何構(gòu)形，變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。2、協(xié)同化裝配建模 可提供自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式并可在上下文中設(shè)計(jì)/編輯 ，高級的裝配導(dǎo)航

29、工具 ，可圖示裝配樹結(jié)構(gòu)，可方便快速的確定部件位置 ， 對裝配件的簡化表達(dá)，隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色 ，強(qiáng)大的零件間的相關(guān)性 ，配對條件，零件間的表達(dá)式（關(guān)系） ，協(xié)同化團(tuán)隊(duì)工作 ，可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，團(tuán)隊(duì)成員可并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品中各子裝配或零件，3、直觀的二維繪圖 對制圖員來講，簡單并富于邏輯性 ，剖視圖自動相關(guān)于模型和剖切線位置 ，正交視圖的計(jì)算和定位可簡便的由一次鼠標(biāo)操作完成 ，自動隱藏線消除 ，自動尺寸排列不需要了解設(shè)計(jì)意圖 ，自動工程圖草圖尺寸標(biāo)注。 4、集成的數(shù)字分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析 ，硬干涉檢查和軟干涉檢查 ，運(yùn)動仿真和分析 ，動畫過程中的動

30、態(tài)干涉檢查。 5、廣泛的用戶開發(fā)工具 用戶命令宏 ，高級編程語言 ，可自定義裁剪的用戶界面 6、嵌的工程電子表格 可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù) ，可簡便定義零件系列 ，可方便修改表達(dá)式 ，可生成扇形圖、直方圖和曲線圖等 。7、照片真實(shí)效果渲染 利用基于數(shù)字的設(shè)計(jì)審視，加快產(chǎn)品上市時間 ，快速成型。 1.2.2 Adams軟件ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百

31、家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了51%的份額。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動圍、碰撞檢測、峰值載荷以與計(jì)算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。

32、另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本書將以Windows 2000版的ADAMS l2.0為藍(lán)本進(jìn)行介紹。ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊與工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。ADAMS是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件，是世界上目前使用圍最廣、最負(fù)盛名的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟

33、件。ADAMS全仿真軟件包是一個功能強(qiáng)大的建模和仿真環(huán)境，它可以對任何機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、細(xì)化與優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用圍從汽車、火車、航空航天器一直到盒式錄像機(jī)等。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，真實(shí)地仿真其運(yùn)動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案，直至獲得優(yōu)化的工作性能，從而大大減少了昂貴的物理樣機(jī)制造與試驗(yàn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，大幅度地縮短產(chǎn)品研制周期和費(fèi)用。ADAMS軟件將強(qiáng)大的分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合，使該軟件使用起來既直觀又方便，還可用戶專門化。采用MD方案，企業(yè)可以為它的研發(fā)工程師提供一個靈活的、共享的環(huán)境，同時使用MSC軟件公司一整套 “企業(yè)因各種

34、原因繼續(xù)制造和測試物理樣機(jī)，包括滿足調(diào)測要求等，測試物理樣機(jī)可以得到在真實(shí)世界里復(fù)雜相互作用等性能。相反，許多虛擬樣機(jī)的測試卻因采用不同的軟件工具而只能得到某些指定的參數(shù)而丟失了一些重要的有依賴關(guān)系的性能參數(shù)?！盧eza Sadeghi，MSC Software公司的首席技術(shù)官說：“我們MD的方案排除了單點(diǎn)技術(shù)的弊端，為本田研發(fā)中心提供了最佳的平臺，用于建立更為復(fù)雜的虛擬樣機(jī)，更加真實(shí)地反映真實(shí)世界的結(jié)果”。ADAMS軟件的特點(diǎn)如下：1、利用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫建立機(jī)械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型。 2、分析類型包括運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)分析，以與線性和非線性動力學(xué)分析，包含剛體和柔性

35、體分析。 3、具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強(qiáng)有力的求解器，使求解快速、準(zhǔn)確。 4、具有組裝、分析和動態(tài)顯示不同模型或同一個模型在某一個過程變化的能力，提供多種“虛擬樣機(jī)”方案。 5、具有一個強(qiáng)大的函數(shù)庫供用戶自定義力和運(yùn)動發(fā)生器。 6、具有開放式結(jié)構(gòu)，允許用戶集成自己的子程序。 7、自動輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線，仿真結(jié)果顯示為動畫和曲線圖形。 8、可預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動圍、碰撞、包裝、峰值載荷以與計(jì)算有限元的輸入載荷。 9、支持同大多數(shù)CAD、FEA和控制設(shè)計(jì)軟件包之間的雙向通訊。1.3 課題容1、照相，拍攝視頻，對玩具海豚進(jìn)行拆卸。2、測繪。為玩具的建模和裝配提供必要的制圖尺寸和

36、定位尺寸。3、用UG對所有零件進(jìn)行建模。4、在裝配圖中添加新的組件，對所有零件進(jìn)行裝配。5、將裝配好的模型導(dǎo)入到ADAMS中，施加約束，構(gòu)造運(yùn)動學(xué)模型。6、在ADAMS中對玩具做運(yùn)動學(xué)分析。2.玩具海豚的測繪和建模2.1 玩具的拆卸、測繪玩具海豚是由若干個零件裝配而成的，為了建模、仿真，首先必須進(jìn)行拆卸，測繪，得到建模所需的尺寸。因此，在對實(shí)體測繪之后，首先對玩具海豚各個部件進(jìn)行拍照，然后將照片帶入CAD中進(jìn)行標(biāo)注，確保與實(shí)際測量的尺寸一致。下面就給出玩具海豚的零件圖，并附帶一些重要的尺寸：圖1 海豚整體圖 圖2 頭部圖3 頭部下底蓋 圖4 頭部上蓋 圖5 連桿 圖6 發(fā)條箱圖7 前輪 圖8

37、尾巴2.2 玩具海豚的零件建模UG提供了強(qiáng)大的基于特征的實(shí)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、特征陣列以與打孔等操作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，方便地添加特征、更改特征以與將特征重新排列，對特征和草圖進(jìn)行動態(tài)修改，并通過拖拽等方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時修改設(shè)計(jì)。其特征是指可以用參數(shù)驅(qū)動的實(shí)體模型，是一個實(shí)體或者零件的具體構(gòu)成之一，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(jì)其實(shí)就是各種特征的疊加。參數(shù)化是指對零件上各種特征分別進(jìn)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

38、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)的容都自動改變，用戶不需要自己修改。對于零件的建模，尤其是像玩具海豚這樣曲面造型不是很復(fù)雜時，在掌握了UG的基本操作之后就基本上沒什么問題了。需要注意的是裝配尺寸，必須要保證零件能夠裝配好，如下圖所示： 圖9 頭部上蓋 圖10 頭部下底蓋 圖11 發(fā)條箱 圖12 發(fā)條輪圖13 連桿由于尾巴分為3節(jié)，故在此先給出裝配后的尾巴效果圖，然后再將每節(jié)的尾巴建模圖形展示出來，如下所示：圖14 尾巴全圖 圖15 尾巴1圖16 尾巴2 圖17 尾巴32.3 零件建模的關(guān)鍵技術(shù)玩具海豚結(jié)構(gòu)比較簡單，部件不多，運(yùn)動也比較單一，建模時要留意配合零件之間的尺寸。個

39、人認(rèn)為建模過程中的難點(diǎn)有兩個：一是對上蓋的建模；二是對尾巴的建模，尤其要注意對尾巴擺動幅度的控制。下面就對其中一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行概述：對上蓋進(jìn)行建模時，由于涉與到曲面，故在此應(yīng)用了掃掠功能，然后進(jìn)行抽殼完成建模。首先，以海豚的對稱中心建一個基準(zhǔn)面，在此基準(zhǔn)面上繪制出海豚的大致側(cè)面曲線；然后完成草圖，在依次建4個基準(zhǔn)面，繪制出海豚的實(shí)體結(jié)構(gòu)。 同理，對于海豚的上鰭也是用了的方法。需要注意的是此處的曲線必須要封閉，否則無法完成掃掠。繪制圖形如下所示：圖18 海豚上蓋輪廓曲線圖1）在掃掠對話框選擇曲線項(xiàng)，然后依次選取身體的四條封閉曲線，再選取海豚的輪廓曲線為引導(dǎo)線，預(yù)覽可以看見其效果圖如下：圖19 上蓋

40、頭部掃掠圖2）點(diǎn)擊應(yīng)用即可得到上蓋的大致模型。同理對海豚上鰭操作也是一樣，下面直接給出效果圖：圖20 鰭的掃掠圖通過掃掠得到兩部分實(shí)體，然后抽殼，求和，就得到上蓋的整體模型：圖圖21 海豚頭部掃掠效果圖對尾巴建模時，同樣也是使用掃掠來完成。操作步驟基本一致： 1）創(chuàng)建基準(zhǔn)面；2）繪制輪廓曲線和引導(dǎo)線；3）進(jìn)行掃掠操作來完成。具體的過程這里就不再贅述了，而對尾巴擺幅控制不好就會在后面的仿真中帶來麻煩，因此尾巴1和下底蓋連接的那部分尺寸尤其重要，同時尾巴截面的曲率也有一定的影響。2.4 海豚玩具的零件裝配根據(jù)裝配體和零件之間的應(yīng)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

41、裝配。自頂向下裝配，是指首先設(shè)計(jì)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(jì)其他部件，即為混合裝配。海豚玩具的裝配過程（自底向上）：添加海豚玩具組件到裝配體后，還要確定各組件之間的配對關(guān)系，以確定組件的裝配位置。在整個裝配過程中運(yùn)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)果一般也不一樣。通常情況下，選取

42、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(jìn)行調(diào)整。裝配過程：先在UG裝配界面中導(dǎo)入下圖所示底板零件固定。然后依次添加發(fā)條箱、發(fā)條輪、前輪、連桿等零件，如下所示圖22 頭部下底蓋 圖23 發(fā)條箱的裝配 圖24 發(fā)條輪的裝配 圖25 前輪的裝配圖26 連桿的裝配接著就是依次添加3節(jié)尾巴和3個后輪，如圖所示 ： 圖27 尾巴1的裝配 圖28 尾巴2的裝配圖29 尾巴3的裝配最后添加上蓋全部裝配完成如圖所示：圖30 裝配完成圖玩具海豚采用自下而上的裝配方法，下蓋與發(fā)條箱、上蓋與下蓋都是通過定位尺寸來約束定位的。而3節(jié)尾巴都通過轉(zhuǎn)動副與相鄰的部件裝配在一起，每個輪子也與相鄰部件構(gòu)成轉(zhuǎn)動副裝

43、配起來。具體過程在上述裝配圖中可以清楚看出。3.玩具海豚的Adams仿真3.1 模型的導(dǎo)入首先從UG中導(dǎo)出玩具海豚的x_t文件，保存在桌面。然后打開Adams，將該x_t文件導(dǎo)入，具體如下：在UG總裝配圖中單擊導(dǎo)出命令，在Parasolid對話框中，選中裝配體后單擊確定，此時文件已經(jīng)以x_t文件的格式保存在了桌面上；然后進(jìn)入Adams界面，在file type 中選擇有bin的文件格式，在file to read中選到保存在桌面的haitun. x_t文件，在model name創(chuàng)建一個model 1。點(diǎn)擊ok便可將文件導(dǎo)入到Adams中，導(dǎo)入界面如圖所示：圖31 玩具海豚導(dǎo)入Adams中3.

44、2 零件的重命名裝配圖導(dǎo)入Adams中之后，需要對其中的零件進(jìn)行重命名，方便后面工作的順利進(jìn)行。同時，對于建模時產(chǎn)生的多余的部件可以將其刪除。具體步驟如下所示：1） 打開body下拉菜單；2） 選擇其中一個部件，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵；3） 將光標(biāo)移至rename處點(diǎn)擊左鍵便可重命名。圖32 零件重命名方式1當(dāng)然也有另外的一種做法：將光標(biāo)移至需要改名的部件上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇正確的部件，將光標(biāo)移至rename便可以開始改名，如圖所示 圖33 零件重命名方式23.3 模型中約束的施加Adams中的約束具有限制零件間的相對運(yùn)動和代表“理想化”的聯(lián)接等特點(diǎn)。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

45、度數(shù)目和類型取決于使用的約束類型。Adams2012界面十分人性化，對約束的施加也十分方便，各種施加約束的對話框都顯示在界面之中，各部件間的約束關(guān)系如表格所示：3.3.1 固定副的施加在Adams仿真過程中，需要固定的地方有三個，包括地面、上蓋與下蓋、下蓋與發(fā)條箱，具體步驟如下：1）打開Adams界面，將鼠標(biāo)移至connectors，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵； 2）在界面中點(diǎn)擊，然后將以此選取要固定的兩個部件。效果圖如下所示：圖34 施加固定副3.3.2 轉(zhuǎn)動副的施加 玩具海豚存在的轉(zhuǎn)動副較多，總共有8個，除了五個輪子之外，每節(jié)尾巴都存在一個轉(zhuǎn)動副，操作界面如下：圖35 施加轉(zhuǎn)動副 操作步驟比較簡單：首先

46、點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將兩個部件分別選到，然后就是選擇轉(zhuǎn)動中心軸。注意中心軸的選取需要嘗試，將光標(biāo)移至大致的地方，在顯示出部件center等字幕后可開始選取，操作圖如下：圖36 發(fā)條輪與發(fā)條箱間的轉(zhuǎn)動副3.3.3 動力的施加玩具海豚的動力只有一個，它由發(fā)條箱齒輪間的相互嚙合傳動所產(chǎn)生，然后將動力傳遞給發(fā)條輪、連桿，進(jìn)而帶動尾巴擺動。此處為了降低仿真的難度，故將模型簡化，直接將動力施加在發(fā)條輪上達(dá)到預(yù)期的效果，具體操作界面如下所示：圖37 施加動力轉(zhuǎn)動的速度給出的是30，其效果圖如下所示：圖38 發(fā)條輪動力的施加3.3.4 碰撞的施加在玩具海豚中，兩個相互接觸的部件間均需施加碰撞，總共施加的碰撞有11個

47、，操作界面如下所示： 圖39 施加碰撞部件的選擇通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，contact solid，然后pick進(jìn)行選擇，該下拉菜單中還有關(guān)于摩擦力是否添加的選項(xiàng)，在與地面接觸的輪子中需要添加摩擦力，其他的則不需要，關(guān)于摩擦系數(shù)等默認(rèn)值在界面中會有所顯示，將動態(tài)摩擦系數(shù)設(shè)為0.1，靜態(tài)摩擦系數(shù)設(shè)為0.3，操作界面如下所示：圖40 施加摩擦力3.4 海豚玩具的運(yùn)動學(xué)仿真3.4.1 海豚玩具模型的仿真在完成了前面的改名和施加約束之后，要完成仿真過程還需要進(jìn)行一些其他的設(shè)置，包括設(shè)置重力、運(yùn)動時間、步徑等，下面就首先介紹這些基本設(shè)置，然后來進(jìn)行運(yùn)動仿真。1.首先設(shè)置重力，沿Z軸正方向?qū)⒅亓铀俣仍O(shè)為9.8

48、0665 N/S2，如下所示：圖41 施加重力,2.接著設(shè)置End time和Steps，將模型運(yùn)動時間設(shè)為20s，仿真步數(shù)設(shè)為100，如下所示：圖42 參數(shù)設(shè)置 3由于玩具的材料為聚苯乙烯，為了使玩具有更好的運(yùn)動效果，故將玩具的密度設(shè)定為1050 kg/m3，操作視圖如下：圖43 材料密度設(shè)定此時點(diǎn)擊開始按鈕，開始玩具海豚模型的仿真：圖 44 運(yùn)動仿真圖3.4.2 模型的測試玩具海豚是一件比較普通的玩具。頭部的結(jié)構(gòu)十分常見，這里就不多加研究，尾巴結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是很巧妙，包括尾巴擺幅的控制以與每一節(jié)尾巴的連接方式都很有講究。因此，對于尾巴我們選擇對第一節(jié)做擺動角度的測試，對第二節(jié)做相對擺動角

49、速度的測試。1、尾巴1擺動角度的測量 選擇尾巴1與頭部下蓋之間的轉(zhuǎn)動副，選擇joint 4，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇measure，出現(xiàn)如下對話框，在joint measure對話框中進(jìn)行參數(shù)的選擇：圖45 尾巴1擺動角度的測量點(diǎn)擊ok，獲得尾巴1擺動角度的曲線圖：圖46 尾巴1擺角曲線圖從曲線圖中很容易看出，尾巴1擺動的最大角度為11.37度，當(dāng)然這與實(shí)際的擺動角度可能有些出入，主要原因是在尾巴建模上與實(shí)體有些出入，但是這并不影響仿真的過程。2、尾巴2相對擺動角速度的測量 同樣選取尾巴1與尾巴2間的轉(zhuǎn)動副，點(diǎn)擊右鍵選擇measure，出現(xiàn)如下對話框，如圖所示：圖47 尾巴2擺動相對角速度 點(diǎn)擊ok

50、可獲得尾巴2相對尾巴1擺動角速度曲線：圖48 尾巴2相對角速度曲線圖 這里測的角速度實(shí)際上是尾巴1與尾巴2之間的相對角速度，從圖中很容易看出，在啟動階段，二者相對角速度逐漸增大；等到動力傳遞到尾巴3之后，兩者相對角速度又減小，基本上呈周期性變化。3、尾巴3相對擺動角加速度的測量 選取尾巴2與尾巴3之間的轉(zhuǎn)動副，點(diǎn)擊右鍵選擇measure，出現(xiàn)如下對話框，如圖所示：圖49 尾巴3擺動相對角加速度點(diǎn)擊ok，獲得尾巴2與尾巴3擺動相對角加速度曲線圖：圖50 尾巴3相對角加速度曲線圖從圖中顯示，尾巴2與尾巴3之間的相對角加速度變化很快，使得它們的相對角速度在特定時間段也會發(fā)生驟變，這與仿真過程也是一致的。4.小結(jié)玩具海豚經(jīng)過拆卸、測繪，在UG中建模，在Adams中進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真。在整個過程中，通過對各種參數(shù)的調(diào)節(jié)，以與不斷的建模和導(dǎo)入，經(jīng)過不懈的努力最終完成了海豚玩具的運(yùn)動學(xué)仿真。在仿真過程中遇到了一些問題，主要還是跟玩具海豚的尾巴有關(guān)：1）在建模初期，尾巴1與頭部的距離不夠，導(dǎo)致在仿真時尾巴擺動時與頭部干涉。其實(shí)尾巴1的擺動不僅與距離有關(guān)，