鼠标设计.doc

编号: 毕业论文(设计)题 目 基于Pro/E的健康鼠标外壳的模具设计指导教师 姚俊红 学生姓名 崔现丽 学 号 200811705008 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二O一二 年 四 月 三十 日德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2011年12月20日院（系）机电工程系专 业机械设计制造及其自动化姓 名崔现丽学 号200811705008论文（设计）题目基于Pro/E的健康鼠标外壳的模具设计一、选题目的和意义对于现代白领以及一些从事IT行业的人员来说，由于长期与电脑打交道，鼠标无疑给他们带来巨大的隐性影响。然而，普通鼠标太过死板，所用材料及外形设计过于僵硬，且大部分都局限于老鼠外形。全国人民代表大会常务委员会关于修改中华人民共和国职业病防治法的决定，有望将鼠标手纳入职业病目录。因此，符合人体工程学的鼠标，正日益进入人们视野。一款优秀的鼠标要外观靓丽、使用舒适而且适合使用者手型。我所设计的这一款健康鼠标，贴合手型外形，表面柔软细腻，双手不怕滑脱，放置更加舒适。把速度、实用、美观与舒适、健康相结合，缓解握鼠标对手腕造成的压力和疼痛，有效防止鼠标手形成，给广大电脑用户带来更大程度上的舒适与健康。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势研究现状：鼠标-电脑最常见的“外设”，伴随电脑的产生发展已经四十多年了。最早产生，是为了代替繁琐的键盘操作。然而，不同的人在手型尺寸的大小上不尽相同，鼠标界的人体工程学至今并未完全发展成熟。一款产品设计欠佳的鼠标会严重加剧人体的疲劳，用户若长期使用这类鼠标后，将给手部关节带来不可逆转的损伤。随着科学技术的发展，在技术与速度已不再是问题前提下，人们追求的是一种健康舒适的产品。发展趋势：在历代演变中，曾经出现过一些具代表性的奇形怪状的鼠标设计，由此引发了鼠标的改革发展方向。对外形的大小、曲线、弧度以及重量等，满足手感、舒适度和使用习惯方面的要求的设计，已经成为现代鼠标的一大特色。一款完全生活化，并融入到现实用途之中的人体工程学鼠标，定会为现代上班族所喜爱，具有广阔的国内外市场前景。三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。 基本内容：(1) 造型设计。设计出一款新型的健康鼠标外壳，使之克服普通鼠标外形古板，材料僵硬等缺点，使之同时具有外形靓丽，贴合手型，左右不对称，流线形设计，触感柔软，超高精准度等优点。(2) 模具设计。在Pro/ENGINEER平台上实现对鼠标外壳外形各零部件的装配效果，模具设计等操作，最终完成新型鼠标外壳的模具设计，形成一款新的健康鼠标。观点及研究方法：通过网络，调查问卷以及图书等方式进行市场调研。综合需求量，舒适度，精准度等方面的要求发现，随着全球的电脑普及，人们亟待需求符合时代潮流的鼠标。然而现在国内外市场上针对某一领域的鼠标虽然发展很快，但是综合各种优点的鼠标却是屈指可数。因此，一款综合性的新型健康鼠标便成为人们日益追求的需求目标。同时，科技时代网络在各大领域的应用，鼠标的需求量具有不可估量的空间。四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。起止时间：2011.11.3-2012.05.102011.11.3-2011.12.20 根据老师的指导和自己对选择课题的调研完成毕业设计开题报告。2011.12.21-2012.01.15 对普通鼠标使用是否导致疲惫以及鼠标的市场前景进行调查，分析。2012.01.16-2012.03.15 进行鼠标外壳的外形设计；对鼠标各零件进行装配；进行鼠标上壳的模具设计。2012.03.16-2012.04.15 撰写初稿，提交指导老师，进行修改，提交期中检查表。2012.04.05-2012.05.10 进一步修改论文，最终定稿，准备答辩。五、主要参考文献1 许宏刚.我国拟将鼠标手与颈椎病列入职业病J.南方都市报,2012:122 李发海.人体工程学鼠标J.昆明理工大学学报,2012:563 王鲲.四大影响未来的鼠标“怪设计”J.价值中国,2011:10134游戏级光学鼠标说明书J.赛顺科技,2011:125减少疲劳,鼠标人体工程学解析M.家用电脑电子版,2008.7173指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业：机械设计制造及其自动化 2012 年4月10日毕业设计题目：基于Pro/E的健康鼠标外壳的模具设计学生姓名崔现丽学 号200811705008指导教师姚俊红职 称副教授计划完成时间： 2012年5月毕业论文（设计）的进度计划：起止时间：2011.11.3-2012.05.102011.11.3-2011.12.20 根据老师的指导和自己对选择课题的调研完成毕业设计开题报告。2011.12.21-2012.01.15 对普通鼠标使用是否导致疲惫以及鼠标的市场前景进行调查，分析。2012.01.16-2012.03.15 进行鼠标外壳的外形设计；对鼠标各零件进行装配；进行鼠标上壳的模具设计。2012.03.16-2012.04.15 撰写初稿，提交指导老师，进行修改，提交期中检查表。2012.04.05-2012.05.10 进一步修改论文，最终定稿，准备答辩。完成情况：到现在为止，我已经通过书籍以及期刊、网络等收集了大量关于鼠标的资料。对鼠标业的现状以及前景有了初步的了解。确定了具体的设计思路和设计方法，对需要设计的健康鼠标造型有了明确的目标。开题报告、论文总体框架大体完成。对健康鼠标的造型设计大体完成，正在进行鼠标上壳模具设计。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日备 注：目 录摘要及关键词11 引言11.1课题研究的背景11.2 课题研究的内容11.3 课题研究的意义22 鼠标的三维造型设计22.1鼠标各零件造型分析22.2 鼠标上壳设计32.3 鼠标下壳设计72.4滚轮设计93 鼠标的虚拟装配93.1 上壳装配93.2 滚轮装配103.3 下壳装配103.4鼠标外壳爆炸图104 鼠标外壳的模具设计114.1注塑模具在鼠标业的应用114.2 鼠标上壳的模具设计114.3 鼠标上壳的模具分解图145 总结14参考文献15谢辞17德州学院 机电工程系 2012届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计）基于Pro/E的健康鼠标外壳的模具设计崔现丽（德州学院机电系，山东德州 253023）摘要：本设计主要是在Pro/ENGINEER平台上实现对健康鼠标外壳的各个零部件的造型设计，并对鼠标的上下壳以及滚轮进行虚拟装配，然后对鼠标上壳进行模具设计等，最终形成一款符合人机工程学的健康鼠标，以缓解长期使用普通鼠标所带来的疲惫感，有效防止鼠标手的形成。 关键词：Pro/E；健康鼠标外壳；造型设计；模具设计1 引言1.1课题研究的背景从1968年12月9日世界上第一个鼠标诞生，1983年第一次投入使用，刀现如今的广泛使用，小小的鼠标发生了翻天覆地的变化。作为电脑最常见的“外设”，伴随投入广泛使用已经四十多年了。然而，不同的人在手型尺寸的大小上不尽相同，鼠标界的人体工程学至今并未完全发展成熟。一款产品设计欠佳的鼠标会严重加剧人体的疲劳，用户若长期使用这类鼠标后，将给手部关节带来不可逆转的损伤1。通过对普通电脑使用者：上班族，现代白领以及电脑聚集区大学生的问卷调查，我们得到下面一组数据。表1 鼠标使用调查统计受访者大学生上班族家庭用户调查人数2000018005000鼠标可致比例70%79.5%50%寻求舒适鼠标79.7%85.3%56.6%通过分析比较，我们看到，大部分的鼠标使用者，不满足鼠标的现状，很多人都在寻求一款更加适合自己的鼠标。随着科学技术的发展，在技术与速度已不再是问题前提下，人们追求的是一种健康舒适的产品。 历代演变中，曾经出现过一些具代表性的奇形怪状的鼠标设计，由此引发了鼠标的改革发展方向。对外型的大小、曲线、弧度以及重量等，满足手感、舒适度和使用习惯方面的要求的设计2，已经成为现代鼠标的一大特色。一款完全生活化，并融入到现实用途之中的人体工程学鼠标，定会为现代上班族所喜爱，具有广阔的国内外市场前景。1.2 课题研究的内容本课题主要设计出一款新型的健康鼠标外壳，使之克服普通鼠标外形古板，材料僵硬等缺点，使之同时具有外形靓丽，贴合手型，左右不对称，流线形设计，触感柔软，超高精准度等优点，真正实现符合美观舒适，精确实用的大众化设计的新型健康鼠标。通过PROE平台，对鼠标进行外形设计，虚拟装配，最后进行模具设计，最终实现健康鼠标的批量生产。1.3 课题研究的意义鼠标手已经成了困扰电脑用户的一大难题。腕部的磨损，肩部的劳累，逐渐使人们对电脑望而生畏。尽管现在兴起了一些触屏版电脑，但是鼠标仍然是不可或缺的设备。在一些操作中，鼠标的地位仍是不可代替。综合需求量，舒适度，精准度等方面的要求发现，随着全球的电脑普及3，人们亟待需求符合时代潮流的鼠标。然而现在国内外市场上针对某一领域的鼠标虽然发展很快，但是综合各种优点的鼠标却是屈指可数。因此，一款综合性的新型健康鼠标便成为人们日益追求的需求目标。同时，科技时代网络在各大领域的应用，鼠标的需求量具有不可估量的空间。普通鼠标已经跟不上科技反战的潮流，新一代鼠标必定会取而代之。2 鼠标的三维造型设计2.1鼠标各零件造型分析1. 当人的手腕呈“仰起”状态时，则“仰起”的夹角在15 度30 度之间的时候，是最舒适的状态，超出这个范围，会导致前臂肌肉处于拉伸状态，而且也会导致血流的不畅。对于手掌来说，其最自然的形态就是半握拳状态4。对鼠标的设计原则，可以归结为三点5：（1）要使鼠标外壳紧密贴紧人手掌的两个主要肌群拇指肌群和小指肌群。使它们能够贴紧而又不受压迫。受压迫会导致手掌处于疲劳状态，而贴不紧又有握不住的感觉。（2）要使鼠标外壳紧贴掌弓而又不压迫它。如果它不能贴紧，那么手心就会有“悬空”的感觉，时间长了以后会导致手缺氧。（3）鼠标的最高点应该位于手心而不是后部的掌浅动脉弓，否则会造成手掌产生压迫感。2. 对于手指，五个手指应该自然伸展，且都不悬空。当手指自然伸展时，指腹应该正好处于鼠标按键的微动开关上，这样才能获得最佳的按键手感6。一般鼠标设计，没有设计放置五个手指的指腹位置，容易使手指产生麻木酸痛和僵硬感，灵活度也将受到很大的影响。中间滚轮要宽大化，才能使食指长时间使用时具有舒适感，有效减轻疲劳。3. 综合人体工程学的设计，本课题所设计的鼠标：(1) 鼠标上壳，具有左宽右窄的不对称造型，以适应人的手掌以及拇指舒适度。壳的流线型曲面造型，有效缓解整个手的疲劳，减轻长期使用鼠标造成的疼痛。四个凹槽设计，用来贴合手指，以防止滑脱。(2) 鼠标下壳，具有宽大的底面，以充分适应手放置的舒适度。后方的垫腕突起，以减少使用鼠标对腕部造成的伤害，减轻对肩部的损伤。内部五根支架柱，与上壳的的凹槽进行装配，以支撑鼠标上下壳。底部小巧的葫芦型底孔，用来感光，提高了鼠标的反应灵敏度。(3) 两按键间的宽大滚轮设计，提高了使用的舒适度，缓解了食指的压迫感。2.2 鼠标上壳设计鼠标上壳零件完成图内、外表面如图1所示。图1 鼠标上壳零件完成图内、外表面2.2.1 上壳框架设计1. 新建名为“SHANGKE”的零件文件。2. 创建外壳曲面框架应用【拉伸】，对鼠标上壳的外框、前后、左右以及上表面这六个曲面进行拉伸造型，得到大体的鼠标上壳形状。如图2所示。 图2 拉伸的最后曲面图3.合并基体曲面(1) 选择基体上表面和外框这两个曲面，单击右侧工具栏的【合并曲面】按钮，选择方向，单击“对号”按钮，得到合并的上表面，如图3所示。图3 合并的鼠标上壳上表面(2) 依次合并前后、左右四个曲面，并进行倒圆角，如图4所示。图4 曲面合并完成图4. 拉伸底面去除材料，并进行曲面特征实体化。然后对基体再进行三次拉伸，将底面以及前后面进行修剪，去除材料。得到更加符合手大小的实体零件。5. 对实体进行抽壳。单击【抽壳】图标，打开“壳特征”对话框。选取下表面作为移除的曲面。在图标版上的【厚度】文本框中设置厚度“2”。单击“对号”，生成壳体模型。图5 抽壳后的造型2.2.2创建拉伸曲面以及滚轮孔(1) 单击“创建基准平面”按钮，选择【TOP】面作为参照 “偏距”平移25。运用【拉伸】曲面创建四个指腹曲面。(2) 创建基准平面，运用【拉伸】，创建长25，宽5的去除材料，生成滚轮孔。最后完成图6所示。图6 手指腹面以及滚轮孔2.2.3 上壳底面设计（1）单击工具栏的【拉伸】按钮，选择【加厚草绘】 ，完成支架孔的设计。（2）创建基准平面，经过两次拉伸，生成滚轮轴支架。下表面最终完成图如图7。图7 上壳下表面完成图2.3 鼠标下壳设计 鼠标下壳零件完成图如图8所示。图8 鼠标下壳完成图2.3.1 下壳外框设计（1）创建引用草绘，并保存为文件。图9 绘制引用底面（2）在【拉伸】中，打开“调色板”，调入底面。选择，厚度为8。将拉伸图1进行抽壳，厚度为2。继续拉伸实体2，厚度为5。在实体2上进行拉伸，得到实体3。（3）单击右侧【拔模】按钮，选取拉伸2侧面进行拔模，“上表面”指定拔模方向，角度设为“30”，打钩确定并进行倒圆角。完成如图10所示。图10 鼠标下壳外框2.3.2下壳内部设计1. 运用【拉伸】，完成五个支架绘制，深度为20。继续【拉伸】，完成下壳滚轮支架。如图11所示。图11下壳内部结构2.使用【拉伸】，完成下壳葫芦形感光孔绘制。如图12所示。图12 感光孔2.4滚轮设计 选择【旋转】按钮，绘制滚轮外框。并在其表面拉伸出一个小的凸缘，单击选中，选择【阵列】，按照如图所示参数进行设置。图13 滚轮完成图3 鼠标的虚拟装配这款健康鼠标共有三个零件，装配一般用到匹配和对齐两种方式。3.1 上壳装配单击【装配】按钮，选择“SHANGKE”，“打开”。选择“缺省”。打钩，确定。如图14所示。图14上壳装配图3.2 滚轮装配继续装配，选择“GUNLUN”，运用【对齐】和【匹配】，将滚轮装配到上壳上。图15 滚轮装配图3.3 下壳装配点击装配，选择下壳进行装配。最终装配完成图为16所示。图16鼠标外壳装配图3.4鼠标外壳爆炸图图17 鼠标外壳爆炸图4 鼠标外壳的模具设计4.1注塑模具在鼠标业的应用 鼠标的发明，给广大电脑用户带来了极大方便，提高了反应速度，鼠标作用越来越重要，对其模具也有更加严格的要求。采用CAD/CAM技术可以显著提高鼠标的模具设计效率，缩短了从鼠标外壳设计、模具设计、模具制造的时间，增强企业对市场的竞争力7。模具是利用固定型腔去制造一定形状工具。鼠标模具型腔的形状、大小、分型面、浇注口及开模方式等对鼠标有着重要影响。对鼠标模具的要求是8：能生产出在尺寸精度、外观等各方面都满足使用要求的鼠标制件。在模具使用方面，要求效率高、操作简便；在模具制造方面，要求具有合理的结构、价格低。并且，在加工鼠标外壳时，模具结构对操作难易度影响很大。因此应尽量采用结构合理简单的注塑模具，以降低生产成本。由于鼠标的市场需求量很大，对其模具提出了越来越高的要求，促进了模具的不断向前发展9。4.2 鼠标上壳的模具设计1. 新建零件文件。“新建”、“制造”、“模具型腔”，名称为SHANGKE。2. 在菜单管理器选择【模具模型】，【定位参照零件】，打开SHANGKE。【按参照合并】，在【参照模型起点与定向】中选择【默认】。在【布局】中选择【单一】，【预览】确定。如图18所示。图18 参照模型3. 设置收缩率为0.005,并创建名为“shangkegongjian”的毛培。4. 创建分型面(1) 单击右侧的分型曲面工具，然后按住ctrl键选择镜框的上表面，然后按ctrl+c和ctrl+v键。选择曲面集，在【选项】中选择【排除曲面并填充孔】。单击滚轮孔，预览，确定。如图19所示。图19 复制分型面(2) 在【特征】，型腔组件曲面新建拉伸，创建分型面以后，和之前创建的分型面进行合并。完成图如图20所示。图20 合并分型面5.创建浇铸口。选择“特征”“型腔组件”“实体”“切减材料”“旋转”“实体”“完成”命令绘制浇注口。图21 浇注口6. 单击右侧的分割体积块，抽取模具元件，生成铸模。7. 开模模拟。依次选择“模具进料孔”“定义间距”“定义移动”命令，选择型芯的上表面，使其法向作为移动方向。在文本框中输入移动距离为50。单击“对号”完成。按照相同的步骤选择型芯的下表面，移动距离为-50，模拟结果如下图22所示。图22开模模拟4.3 鼠标上壳的模具分解图图23鼠标上壳模具、下壳模具分解图5 总结课题研究的是用Pro/E制造鼠标外壳的造型以及上壳的模具设计。在此次设计中，我从对Pro/E三维造型以及模具设计软件的一窍不通，逐渐到了能设计一般的三维造型，能对各个部件进行装配。在这次设计，我感觉比较困难的是，在下壳的内部支架设计中，那几个支架孔的位置比较难确定，费了好大的劲才对它进行定位。还有，在复制分型面时，第二个分型面的复制，当时有点困难。因为我在用拉伸时，没有设好参照，导致了复制的分型面不合适。但是后来，通过老师的悉心教导和同学的耐心讲解，我学会了这些的基本的功能操作。在我的设计学习中，姚老师和同学对我有极大地帮助。在现实社会的生产中，由于市场竞争力的逐渐增强，导致对各种模具的设计也有了更高的要求。由于制造业的巨大需求量给模具提供了广阔的发展空间，造型以及模具的设计有了更加美好的发展前景10。参考文献：1 黄圣杰.Pro/ENGINEER 高级应用开发实例M.北京：电子工业出版社，2002.78802 张磊,谢龙汉.ProENGINEER模具设计实例图解M.北京：清华大学出版社，2008.32333 张黎骅,吕小荣.机械工程专业毕业设计指导书M.北京大学出版社，2011.7134 谭雪松,漆向军.ProENGINEER基础教程M.北京：人民邮电出版社，2009.1231355 游戏级光学鼠标说明书J.赛顺科技，2011：126 周四新.ProENGINEER实用设计百例M.清华大学出版社，2005.64677 郝安林.ProENGINEER Wildfire 4.0机械设计典型实例M.电子工业出版社，2008.51538 张峻霞,王新亭.人机工程学与设计应用M.北京：国防工业出版社，2011.42439 杜智敏.Pro/engineer wildfire 4.0中文版产品模具设计入门一点通M.北京：清华大学出版社，2005.10310510 赵春章.Pro/ENGINEER机械零件设计教程M.北京：海洋出版社，2004.9297The Model Design of the Health Mouse Shell Based on the Pro/ECui Xianli(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract: This task is mainly in the Pro/E platform to achieve the components of modeling design of the healthy mouse shell, then two sides of the shell and the virtual assembly wheel .It achieves mole design of the mouse shell .Finally the mouse is an accord with human engineering of the mouse, to alleviate the long-term use of normal mouse brings the fatigue .And it can effectively prevent the formation of the mouse hand.Key Words: Pro/E, Healthy Mouse Shell, Modeling Design, Mold Design 谢辞大学四年结束了，这一学期中，我完成了基于Pro/E的鼠标外壳的模具设计。通过这次设计,我对三维造型以及二维绘图有了一个系统的归纳，对模具设计的整个流程也有