工科 手表设计 毕业论文.pdf

机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 1 成人高等学历教育成人高等学历教育 毕业设计说明书毕业设计说明书 手表外壳与使用材料分析设计手表外壳与使用材料分析设计 办学单位：办学单位： 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院 班班 级：级： 机电一体化技术机电一体化技术 13 级大专业余级大专业余 学学 生：生： 刘国生（刘国生（1056113621590102210561136215901022） 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 2 指导教师：指导教师： 宋小春 刘晓珍 提交日期：提交日期： 20152015 年年 11 月月 20 日日 中文摘要中文摘要 本文主要是在 pro/e 软件设计平台上完成新型手表的三维造型设计。在整个设计 的过程中，主要对手表的各个零部件进行造型设计和色彩渲染，最后对各个零部件进 行虚拟装配、动态仿真、全局干涉检查。通过对新型手表的系统设计，肯定了pro/e 软件在造型设计、基本特征创建、组件虚拟装配、动态仿真、色彩渲染等方面的优势， 从而使设计工作直观化、高效化、精确化。并充分证明了pro/e 软件在新产品的研究 和开发中具有很重要的意义。 关关键键字字：p pr ro o/ /e e，三三维维造造型型设设计计，虚虚拟拟装装配配 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 3 目目 录录 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 4 1 绪论 4 1.1 产品概述 4 1.2三维设计软件在产品造型设计方面的应用 4 2 产品设计过程 5 2.1 创建表壳主体 5 2.2 创建时针、分针、秒针旋转轴 9 2.3 创建时针 9 2.4 创建分针 10 2.5 创建钞针10 2.6 创建后盖密封圈 11 2.7 创建后盖11 2.8 创建表镜12 2.9 创建表带 113 2.10 创建表带 213 3 产品的虚拟装配 14 3.1 产品虚拟装配设计 14 3.2 装配爆炸图15 4 使用材料分析与选用15 4.1 表壳材料15 4.2 表镜的材质15 4.3 表带的材质16 4.4 防水种类16 4.4 选用结论17 5 结束语18 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 5 致谢19 参考文献20 1 1 绪绪论论 科学技术的迅猛发展，以前所未有的速度冲击和改变着我们的生活水平和生产方 式。物质的极大丰富，使人们对各种产品的要求发生了根本性的变化。艺术的形态、 人性化的设计成为大众首选的时尚，二十一世纪是设计的世纪，在激烈的市场竞争中， 出色的造型设计将是企业成功的重要因素，因为它可以创造产品的个性，提升品牌的 价值，使产品更具有竞争力。 1 1. .1 1 产产品品概概述述 本产品是一种打破传统概念的新型手表，外形美观，时尚，简单，大方。并能同时 满足不同地区和国家人们的作息时间，追求一种新颖的乐趣和时尚感。在造型设计上， 力求点线面转折和过渡。在同一组合体内，展现出两个在形象，色彩上都具有差异和 对比的表盘，增加了表盘本身的动感和新奇感。采用贵重的银质材料制造，显示出高 档手表的贵重品质。 1 1. .2 2 三三维维设设计计软软件件在在产产品品造造型型设设计计方方面面的的应应用用 三维造型设计软件正广泛应用于工业产品的设计和制造过程中。目前流行的大型设 计应用软件 (如 solid works，ug，proe )均能实现从产品的造型设计、精确设计、 模具分型、模具结构设计和模具数控加工等一整套自动化功能，为美化工业产品的外 观造型、提高产品的精度和质量、缩短产品的设计和加工周期提供了非常有效的手段。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 6 1 1. .2 2. .1 1 u ug g 软软件件 ug 是 unigraphics solutions 公司推出的集 cad/cam/cae 于一体的三维参数化 设计软件。 ug 软件是由多个模块组成的，主要包括cad、cam、cae、注塑模、钣金 件、web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以 gateway 环境为基础。在产品曲面造型设计方面要优越于其他三维软件，但是在参数化 设计和工程图的分析方面存在差异。 1 1. .2 2. .2 2 s so ol li id d w wo or rk ks s 软软件件 solid works 是世界上第一家将结构分析的功能嵌在cad 环境中的软件公司。其 中最为显著的 cos mosx press 模块使得使用 solid works 软件的设计和工程队伍可 以直接对设计的零件进行有限元分析，对产品的性能进行评估，而不必花大量的时间 和金钱制造昂贵的样机。但是 solid works 软件在产品的参数化设计方面以及在产品 的曲面造型设计方面要略逊色于 pro/e 和 ug 等设计软件，因此该软件广泛应用于简 单的三维机械设计、工程分析和产品数据管理等公司。 1 1. .2 2. .3 3 p pr ro o/ /e e 软软件件 pro/e 软件是由1985年美国ptc公司研发的计算机辅助工程设计软件。二十多年发 展成为世界三维软件中的代表产品，作为高端的、全方位的三维产品设计开发软件， 也成为国内最受欢迎的三维 cadcam软件，应用范围遍布汽车、机械、电子、模具等 诸多行业。 1)信息全相关性：产品开发过程中的某一处进行修改，能够扩展到整个设计中， 自动地更新所有的工程文档。 2)基于特征的造型： pro/e软件中构造实体的基本单元是特征，造型过程就是不断 地增加特征，以达到最终产品希望的模型。在构造实体完成后，可对特征进行修改、 复位义、重排序等操作，为用户修改模型提供了极大的方便。 3)参数化：由于采用参数化设计，用户在草绘特征时，只需按自己的意图构造几 何形状，再按实际需要修改尺寸即可。 4) 装配管理：pro/e 软件的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮 合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的 功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 5) pro/e系统还提供了机构运动仿真功能，可以帮助用户更好地完成机构设计，使原来在二维图 纸上难于表达和设计的运动机构变得直观和易于修改。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 7 2 2 产产品品设设计计过过程程 本设计主要是以 pro/e 软件为设计平台，以软件中的基本特征创建为主线，实现 新型手表在 pro/e 软件中的三维造型设计、虚拟装配。 2 2. .1 1 创创建建表表壳壳 2 2. .1 1. .1 1 创创建建表表壳壳实实体体 （1）创建混合-伸出项特征 3 个截面，如图 -1 所示。 （2）设置特征截面 2 深度 25mm、特征截面 3 深度 25mm，单击确定按钮，完 成特征模型，如图 -2 所示。 如图-1 混合草绘截面 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 8 图 -2 表壳实体特征模型 2 2. .1 1. .2 2 创创建建倒倒圆圆角角 （1）创建倒圆角，将四周稜角倒圆角，大小 2mm，如图-3。 图-3 表壳倒圆角 2 2. .1 1. .3 3 创创建建基基准准平平面面 d dt tm m1 1 （1）选择特征工具栏上的基准平面工具 ，弹出【基准平面】对话框。 （2）选择“front”基准平面，种类选择“偏移” ，输入偏距为 4.00mm，单击确定按 钮，创建基准平面完成。 2 2. .1 1. .4 4 创创建建表表镜镜边边框框与与表表盘盘深深度度。 （1）利用拉伸特征工具，创建表镜边框。 （2）利用拉伸特征工具，创建表盘深度，如图-4。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 9 图-4 表框深度 2 2. .1 1. .5 5 创创建建表表盘盘字字体体 （1）利用拉伸特征工具，创建字体草绘截面，如图-5。 （2）设置拉伸深度为 0.2mm，单击确定按钮，完成特征模型，如图-6 所示。 图-5 字体草绘截面图-6 特征模型 2 2. .1 1. .6 6 创创建建机机蕊蕊壳壳机机 （1）利用拉伸特征切除材料工具，创建后盖安装位置，设置拉伸深度为 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 10 0.5mm，单击确定按钮，完成特征模型。 （2）利用拉伸特征切除材料工具，创建机蕊安装壳机，设置拉伸深度为 4mm， 单击确定按钮，完成特征模型，如图-7 所示。 图-7 机蕊壳深度 2 2. .1 1. .7 7 创创建建时时针针、分分针针、秒秒针针旋旋转转轴轴孔孔 （1）利用拉伸特征切除材料工具，创建旋转轴孔，设置拉伸深度为拉伸到面， 单击确定按钮，完成特征模型，如图-8 所示。 图-8 旋转轴孔 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 11 2 2. .1 1. .8 8 创创建建时时针针刻刻度度 （1）利用拉伸特征工具，创建时针刻度草绘截面，设置拉伸深度为 0.3mm 如图- 9。 （2）打开左侧的模型树，右击【拉伸】【阵列】命令，弹出【阵列】特征面板，参 数设置，单击确定按钮，完成特征创建，如图-10 所示。 图 - 9 时 针 刻 度 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 12 草 绘 截 面 图 - 1 0 时 针 刻 度 特 征 2 2. .2 2 创创建建时时针针、分分针针、秒秒针针旋旋转转轴轴 （1）利用拉伸特征工具，创建时针刻度草绘截面，设置拉伸时针轴直径为 1.3mm 深度为 0.3mm、分针轴直径为 1.1mm 深度为 0.3mm、钞针轴直径为 0.9mm 深度为 0.4mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图-11。 图-11 旋转轴 2 2. .3 3 创创建建时时针针 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 13 （1）利用拉伸特征工具，创建时针刻度草绘截面尺寸图-12，设置拉伸时针深度 为 0.2mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图-13。 （3）利用拉倒圆角特征工具，修正模型边角，圆角为 0.1mm。 图-12 时针草绘截面 图-13 时针特征图 2 2. .4 4 创创建建分分针针 （1）利用拉伸特征工具，创建分针刻度草绘截面尺寸图-14，设置拉伸时针深度 为 0.2mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图-15。 图-14 分针草绘截面 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 14 图-15 分针特征图 2 2. .5 5 创创建建钞钞针针 （1）利用拉伸特征工具，创建分针刻度草绘截面尺寸，设置拉伸时针深度为 0.2mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图 16。 图-16 钞针特征模型 2 2. .6 6 创创建建后后盖盖密密封封圈圈 （1）利用拉伸特征工具，创建草绘截面尺寸宽 31mm、高 46mm，设置拉伸时针深 度为 0.1mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图-17。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 15 图-17 密封圈特征模型 2 2. .7 7 创创建建后后盖盖 （1）利用拉伸特征工具，创建草绘截面尺寸宽 30mm、高 45mm，设置拉伸时针深 度为 0.4mm （2）单击确定按钮，完成特征模型，如图-18。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 16 图-18 后盖特征模型 2 2. .8 8 创创建建表表镜镜 （1）利用混合特征工具，创建草绘 3 截面尺寸 1、宽 30mm、高 0.1mm，2、宽 30mm、 高 1mm，3、宽 30mm、高 0.1mm， （2）单击确定按钮，完成特征模型。 （3）设置材质为玻璃，透明度为 80%如图-19。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 17 图-19 表镜特征模型 2 2. .9 9 创创建建表表带带 1 1 （1）利用混合特征工具，创建草绘 3 截面尺寸 1、宽 30mm、高 6mm，2、宽 28mm、高 4mm，3、宽 25mm、高 1.5mm，截面深度 1、20mm，截面深度 2、70mm。 （2）单击确定按钮，完成特征模型如图-20。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 18 图-20 表带 1 特征模型 2 2. .1 10 0 创创建建表表带带 2 2 （1）利用混合特征工具，创建草绘 3 截面尺寸 1、宽 30mm、高 6mm，2、宽 28mm、高 3mm，3、宽 25mm、高 2mm，截面深度 1、25mm，截面深度 2、60mm。 （2）单击确定按钮，完成特征模型如图-21。 图-21 表带 2 特征模型 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 19 3 3 产品的虚拟装配产品的虚拟装配 3.13.1 产品虚拟装配产品虚拟装配设计设计 对手表各个零部件进行虚拟装配，装配步骤如下： （1）用缺省装配形式装配手表主壳体； （2）单击装配按钮，把表针旋转轴打开，约束类型选择对齐，使两轴对齐，新 建一个约束类型为匹配，使配合面对齐。 （3）装配时针、分针、钞针，装配过程参照旋转轴装配过程。 （4）单击装配按钮，把表镜打开，约束类型选择匹配，使两面相对齐，。 （5）单击装配按钮，把后盖密封圈打开，约束类型选择对齐，使两面对齐，新 建一个约束类型为匹配，使配合面对齐。 （6）单击装配按钮，把后盖打开，约束类型选择对齐，使后盖与壳体线对齐， 新建一个约束类型为匹配，使配合面对齐。 （7）单击装配按钮，把表带 1 打开，约束类型选择对齐，使两基准面对齐，新 建一个约束类型为匹配，使配合面对齐。 （8）单击装配按钮，把表带 2 打开，约束类型选择对齐，使两基准面对齐，新 建一个约束类型为匹配，使配合面对齐。如图 -22 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 20 图-22 装配模型 3.23.2装配爆炸图装配爆炸图 3.2.13.2.1 装配完成后生成装配爆炸图，使装配过程更加直观，如图装配完成后生成装配爆炸图，使装配过程更加直观，如图-23-23 所示。所示。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 21 图-23 装配爆炸图 4 4 使用材料分析与选用使用材料分析与选用 4.14.1 表壳材料表壳材料 （1）合金壳：一般来讲加工艺简单，生产周期短，产量大，价格低，近几年发展比较迅速。但 由于其防水性、耐磨性、抗腐蚀性等方面多有不足，大型庆典活动中很少使用，一般多釆用于如啤酒、 饮料等方面的促销中，属于中、低档类手表。 （2）铜壳：铜壳具有易加工，美观，防水性能好，表面耐磨及抗腐蚀性等方面优点。许多厂家 多为釆用。其价格适中也是其优势。属于高、中档类手表。 （3）钢壳：一般来讲加工比较复杂，产量小，价格偏高，其性能高于合金壳和铜壳，一般多用 于高档电子表及机械全自动手表。属于高档手表。 （4）钨钢壳：加工难度大，不易磨损，并配以蓝宝石表蒙，日本机芯，钨钢表带。此表一般为 高档电子手表。 4.24.2 表镜的材质表镜的材质 4.2.14.2.1 一般有三种材质：树脂玻璃（透明、质轻的塑料）、普通玻璃（和窗玻璃一样， 钟表工业中称之为矿物玻璃）、合成蓝宝石。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 22 （1）树脂玻璃：主要成分是丙烯酸，所以也是一种塑料表镜，价格便宜，容易去除 较浅的滑痕。丙烯酸是一种透明、稳定的塑料。丙烯酸表镜一般不会碎裂，但容易被划伤。 （2）矿物玻璃由多种物质在高温下加工而成，硬度较高，不易被划伤。矿物玻璃是 现在最常见的表镜材料，反射性好，硬度、透明度较高，价格适中，所以在钟表修理行业 被广泛使用。 （3）合成蓝宝石表镜，价格最高也最耐用，其硬度几乎是矿物玻璃的 3 倍、丙烯酸 表镜的 20 倍。蓝宝石表镜是一种合成蓝宝石，因硬度极高，所以被用来制成防划表镜。 从本质上说，除了是人工合成的，蓝宝石表镜和天然宝石没有太大区别。如同天然水晶， 蓝宝石表镜的硬度可达莫氏硬度 9 级以上。钻石的硬度是 10 级，是自然界中唯一比蓝宝 石更硬的物质。蓝宝石表镜也被用来制作透明底。为了防止反光，在某些运动表上采用了 涂敷防反射薄膜的蓝宝石表镜。 有些表镜的材料包括矿物玻璃和合成蓝宝石两种材料。如某些精工的表镜，下面一层 是矿物玻璃，上面一层是蓝宝石。精工给这种组合取名为“sapphlex”。 4.2.24.2.2 三种材质优缺点：三种材质优缺点： （1）树脂玻璃，价格最便宜，不易碎裂，但最容易被划伤。 （2）矿物玻璃，虽然通过热处理提高了硬度，不易被划伤，但较易碎裂。 （3）合成蓝宝石，价格最高，也最不容易被划伤。但因为硬，所以脆，是最易碎裂 的材质。 4.34.3 表带的材质表带的材质 (1)贵金属表带：价格昂贵，做工细致，很豪华。适合高介表及珠宝表等等，在特殊 场合佩带。 (2)钢链表带：价格适中，高低档货色齐全。其优点系耐用、粗旷豪迈、有运动感。 主要缺点有部分皮肤会引起过敏，表带清洁不易，容易藏污纳垢。 (3)真皮表带：种类相当多，价差亦极悬殊。有鳄鱼皮、蜥蜴皮、驼鸟皮、牛皮、羊 皮等。较新的皮表带有：魔鬼皮、水蛇皮。优雅手表必须搭配顶级皮表带，方能展现整体 典雅的气质。佩带舒适是其优点。主要缺点是易受潮，保养困难，不耐用是其致命伤。 (4)帆布或尼龙表带：价格便宜，主要用于军表、运动表。会吸水，易生异味。 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 23 (5)塑胶表带：价格最廉，主要搭配电子时尚流行表。图案设计多样化，五彩缤纷， 但有尚未长大的感觉。 (6)硅橡胶表带：渐受到表商的青睐。主要用于防水、潜水表上，今后其运用会越来 越广。硅橡胶具有极佳物理特性：无毒、耐高低温、耐酸硷、有弹性、易保养。 4.44.4 防水种类防水种类 （1）螺纹旋紧防水结构。这是防水表最常见和最主要的一种，国产表均采用这种结 构。它的特点是后盖和表壳用螺纹连接，并压有密封垫圈，后盖的边缘有 8、10、14 个等 对称角边，可用开表器启开。苏联的“飞行”、“俄罗斯”等牌号，虽然底无螺纹，另用 螺纹后圈封闭，也应属于此类。 （2）撤压式防水结构。底壳为一个凹形的钢碗，表机装在钢碗内，压上紧圈和表蒙， 主壳架紧扣表壳，防水性能尚好。它的特点是表壳没有螺纹，后盖是滚圆边形，盖的边缘 有密封垫圈，靠挤压紧密配合，可用刀片撬开。只是弦干（俗称自来杆）为双节杆，衔接 处易贮水生锈。进口“罗马”表多为此类。 （3）刀揭后盖式防水结构。这种防水表往往会牧人们所忽视，误认为一般表。它虽 和普通表一样用刀揖后盖，但要严紧得多，表柄，后盖同样垫有橡皮圈，同样能起防水作 用。鼎鼎大名的“欧米茄一表也曾采用过这种防水结构。 （4）咬口式防水结构。它和螺纹咬口式不同之处，在于投有螺纹，主壳架和底壳有 凹凸的槽口互相咬告。选种结构仅见于“英纳格”牌手表。 4.54.5 选用结论选用结论 （1）本设计目的：手表在人们日常生活中越来越普及又代表商务人务品味。 （2）成果要求：要实现外观上时尚、适合大众人群，并能达到防水（100 米水底） 、100 度以下 高温的环境能正常使用。 （3）所选材料 表壳为铜壳：具有易加工，美观，防水性能好，表面耐磨及抗腐蚀性等方面优点。 表镜为矿物玻璃：虽然通过热处理提高了硬度，不易被划伤，但较易碎裂。 表带为硅橡胶表带：渐受到表商的青睐。主要用于防水、潜水表上，今后其运用会越 来越广。硅橡胶具有极佳物理特性：无毒、耐高低温、耐酸硷、有弹性、易保养。 防水结构为刀揭后盖式：这种防水表往往会牧人们所忽视，误认为一般表。它虽和 机械与汽车工程学院 机电一体化 2013 级专科业余 手表外壳与使用材料分析设计 24 普通表一样用刀揖后盖，但要严紧得多，表柄，后盖同样垫有橡皮圈，同样能起防水作用。 机械