入门航模设计制作

1随着社会生活水平的提高，很多家长把越来越多的心思放在了对孩子的教育上，希望为他们从小就营造一个良好的环境。家长对孩子的各个方面都给予了极大地关注，他们也逐渐意识到玩具在孩子的一生中起的重要作用。玩具不仅有传递社会文化，娱乐、审美和益智的功能；还可以激发儿童游戏的动机，支撑游戏开展，促进游戏水平的提高。孩子的玩具应该是按儿童成长阶段制作而成的，并且它应是适合儿童各个年龄阶段的东西。但如今，儿童玩具市场的玩具种类又是五花八门。就有很多的家长对这对此感到迷茫。不知道应该为自己的孩子选择怎么样的玩具。通过简单调研，综合市场分析，随着时代的发展，人们对于玩具的需求越来大，并且讲究孩子在玩玩具的过程中能够学习到新的事物和知识，锻炼孩子的动手能力随着我国航空事业的不断发展，需要孩子接触更多的航空知识，因此此次课题选择玩具滑翔飞机。喜欢玩具滑翔机的人群多集中在3-6岁儿童，这类人群对动力玩具带有浓厚的兴趣，动手能力强，因此喜欢此玩具的人数较多。由于喜欢玩具滑翔机的人群多以儿童为主，考虑到安全第一，为了能让广大消费者能够放心为自己的孩子挑选玩具，并且考虑到销售量，玩具的设计应该将机械传动装置(皮带、齿轮、弹簧等)放入玩具内部，玩具外部应该使用塑料，选择贴合美学观点、能有效保护儿童眼睛的颜料进行涂装，最后用螺丝配合在一起，让儿童能在使用玩具时起到良好的保护措施。

目录TOC\o"1-2"\h\u149821.课题概述 4187761.1课题背景 4280381.2设计目标 492811.3设计任务 458071.4设计方案 4149022.玩具市场调研 5253752.1调研背景 5251102.2调研目的 570522.3人们对玩具滑翔机喜好的调研与分析 586533介绍玩具滑翔机 6138413.1滑翔机的介绍 618883.2玩具滑翔机设计原理 680804玩具滑翔机的设计 7203064.1外形创意设计 7166484.2外形数字化设计 7274294.3运动设计 11103674.4运动机构设计 11207491.齿轮装置，在回转轴之间进行接触传动的啮合构件。 11149744.5玩具滑翔机各个零件的设计 1215492、易于轴上 17143821.按传动比 2676932.按齿廓形状 2719423.按工作条件 2724894.按齿面硬度 27221554.6总结分析 282075结论 2913896参考文献 30597致谢语 31

1.课题概述1.1课题背景如今，人们对于玩具的需求越来越强烈，玩具在儿童生活中占据较大的比例。我国每年生产制造大量的玩具，但自主设计的却很少，创新形式不够新颖，可玩程度不高，且大多数都是以国外的卡通形象为设计元素，应用在各类的玩具中。如今市场的玩具种类非常丰富，形式过于单一，我希望通过添加更加丰富的创新元素，设计开发出更适合、更耐玩的玩具。1.2设计目标独立创意设计一款含机械运动装置的玩具，运用设计技术及设计机打印设计模型，验证、完善设计方案，目的在于培养学生对专业知识的应用及专业知识的创新能力，提高学生的动手能力，逐步完善学生的知识与技能相结合的体系，培养学生的设计能力，提高学生的专业素养。1.3设计任务完成一款含有机械运动装置的玩具设计，通过市场调研，总结分析，确定消费购买群体。完成运动、运动创意设计，完成外形创意设计，完成设计模型，完成零部件设计，完善设计方案。提交3D设计数据及设计模型，编写设计说明书。1.4设计方案确定设计玩具为滑翔飞机，适合人群为3-6岁儿童，设计采用了自上而下和自下而上的两种设计方案，自上而下就是设计完第一个零件后，再设计第二的零件，做完的零件会自动装配，这种设计方法与外部相关联。自下而上的设计就是把零件一个个做好，然后再装配。本次采用自上而下的设计方案。22.玩具市场调研2.1调研背景随着社会生活水平的提高，很多家长把越来越多的心思放在了对孩子的教育上，希望为他们从小就营造一个良好的环境。家长对孩子的各个方面都给予了极大地关注，他们也逐渐意识到玩具在孩子的一生中起的重要作用。玩具不仅有传递社会文化，娱乐、审美和益智的功能；还可以激发儿童游戏的动机，支撑游戏开展，促进游戏水平的提高。孩子的玩具应该是按儿童成长阶段制作而成的，并且它应是适合儿童各个年龄阶段的东西。但如今，儿童玩具市场的玩具种类又是五花八门。就有很多的家长对这对此感到迷茫。不知道应该为自己的孩子选择怎么样的玩具。2.2调研目的了解市场上存在的各类玩具的基本种类以及价位，了解家长购买玩具的原则和标准，看看市场有没有符合这些家长消费者的需求，根据对家长的调查，对玩具市场有不同的认识和发现，对家长购买玩具提出一些建议和看法。2.3人们对玩具滑翔机喜好的调研与分析通过简单调研，综合市场分析，随着时代的发展，人们对于玩具的需求越来大，并且讲究孩子在玩玩具的过程中能够学习到新的事物和知识，锻炼孩子的动手能力随着我国航空事业的不断发展，需要孩子接触更多的航空知识，因此此次课题选择玩具滑翔飞机。喜欢玩具滑翔机的人群多集中在3-6岁儿童，这类人群对动力玩具带有浓厚的兴趣，动手能力强，因此喜欢此玩具的人数较多。由于喜欢玩具滑翔机的人群多以儿童为主，考虑到安全第一，为了能让广大消费者能够放心为自己的孩子挑选玩具，并且考虑到销售量，玩具的设计应该将机械传动装置(皮带、齿轮、弹簧等)放入玩具内部，玩具外部应该使用塑料，选择贴合美学观点、能有效保护儿童眼睛的颜料进行涂装，最后用螺丝配合在一起，让儿童能在使用玩具时起到良好的保护措施。33介绍玩具滑翔机3.1滑翔机的介绍滑翔机大多没有动力装置，重于空气的固定翼航空器。可由飞机拖曳起飞，也可用绞盘车或汽车牵引起飞，还可从高坡上下滑到空中。在无风情况下，滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力，这种损失高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中，滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高，通常称为翱翔。现代滑翔机主要用于体育运动，分初级滑翔机和高级滑翔机。前者主要用于训练飞行，后者主要用于竞赛和表演，有的还可以完成各种高级空中特技，如翻跟斗和螺旋等。20世纪70年代后，悬挂滑翔机在现代科学技术的基础上(结构材料的改进和制造工艺水平的提高)开始复苏，吸引了大量飞行爱好者。3.2玩具滑翔机设计原理飞机必须以升力克服重力，以推力克服空气阻力才能飞行。升力主要由环量产生，亚音速飞机翼型(机翼横截面)大多上下近似对称以减小阻力，而滑翔机的翼型通常都采用类似克拉克Y翼型(典型的上翘下平),这样可以使无动力的滑翔机产生的升力更大，升阻比增加，滞空时间变长。滑翔机没有引擎的动力，它可以靠四种方式升空：(1)弹射器一将滑翔机架设在弹力绳，由驾驶员给予讯号于释放绳索而弹射出去。(2)汽车拖曳一将滑翔机系绳于车上拖曳达适当高度后，驾驶员将绳索松开。(3)铰车拖曳一与汽车拖曳相似，只是利用固定在地上以马达驱动的绞车来拉滑翔机。(4)飞机拖曳一以另一部有动力的飞机拖至一定的高度后，滑翔机脱离而自由翱翔。滑翔机升空后，除非碰到上层气流，否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度。升力就会越来越小，重力大于升力，飞机就会越飞越低，最后降落至地面上,为了让滑翔机飞得又远又久，它必须有很高的升力阻力比，这就是为什么滑翔机的机翼那么细长，如何突破滞空空间以及飞行高度的记录是滑翔机设计与制造的最大挑战，滑翔是一种需要高度技巧与飞行知识，借助自然能量遨游天空的运动。44玩具滑翔机的设计4.1外形创意设计4.1.1外形创意设计的灵感日常生活中，随着航空事业的发展，飞机对我们并不陌生，常常能看见飞机在天上飞行，自己也切身体会过坐飞机的感受，给我印象深刻的是飞机在起飞之前需要在跑道上做直线加速运动。平常也经常看见有许多儿童喜欢玩手动玩具。为了让设计更有新颖性，选择生活中常见的WS540型号的滑翔机，将其卡通化，变得生动活泼，最后确定玩具滑翔机形状。图1WS540型号滑翔机4.1.2外形创意设计需要遵循的原则1.滑翔飞机在起飞前在地面上做起步加速运动。四个轮子起步能在短时间内获得更大的加速度，所以外形设计采用四个轮子。2.滑翔飞机起飞通过扇叶的旋转得到升力和推动力，三个叶片能更快的加速空气流动，所以外形设计采用由三个叶片组成的扇叶。3.上下外壳应该设计为曲面，能更好的与空气对流，减少空气阻力，减小飞行所带来的能耗。54.2外形数字化设计4.2.1外形数字化设计过程图2上壳设计图3下壳设计6图4放样操作图5拉伸操作采用inventor软件外形设计的具体步骤：先绘制草图将轮廓大概画出来，然后采用以下操作。拉伸操作：1.设置拉伸特征2.设置输出方式3.布尔操作4.终止方式5.匹配形状6.锥度放样操作：1.创建二维草图，选择平面。2.点击圆命令绘制圆。3.选择圆所在的平面，电机平面命令，选择从平面平移。4.在平移皇后的平面上进行草图编辑。5.在草图上绘制一个小圆。6.完成草图，选择放样命令，进行放样。圆角操作：1.选择圆角边界，修改圆角大小，预览将要生成的圆角大小，创建圆角查看预览效果。2.选择合适的圆角尺寸，生成圆角。3.对生成的圆角进行预览。4.2.2渲染方式图6渲染方案18图7渲染方案2提供了图5图6两种渲染方案，图6的方案更加贴合美学观点，能够缓解视觉疲劳，与图5相比，图6的渲染方案更好。最后选择图6的渲染方案。4.3运动设计玩具有三类运动设计方法：皮带传动机构、平面连杆机构和凸轮机构。皮带传动的优点：1.可传递运动距离比较远。2.运转稳，低噪音。3.结构比较简单，设计精度要求不高，可满足很多玩具动作的要求。缺点：1.尺寸大，很多玩具没有足够的空间来使用。2.皮带传动的寿命不长。3.不能准确传动。主要适用于带传动玩具。平面连杆机构的优点：1.结构简单，可靠性强。2.运动起来方便。缺点：1.结构不紧凑。2.而在玩具产品中最大的问题是过载问题，自动复位能力不强。如果强压玩具，玩具就会保持压弯状态，不会自动复位。主要适用于简单的机械运动玩具。凸轮机构的优点：1.结构简单、紧凑。2.能够自动复位。缺点：不能得到很大的位移量。主要适用于弹弓等弹力玩具。综上对比，本次玩具飞机的运动设计方法为平面连杆机构。4.4运动机构设计玩具飞机轴件的机器原理介绍；1.齿轮装置，在回转轴之间进行接触传动的啮合构件。2.凸轮装置，把输入构建的均匀运动转换为输出构建非均匀运动的装置。3.平面机构和空间机构，能使一个点或者一个刚体产生机械运动的装置。本次设计玩具飞机轴件的机器装置为齿轮装置。9运动分析：用手拿住滑翔飞机，让轮子与地面摩擦，轮子与轴相连带动齿轮，轮子安装固定在轴上，轴与齿轮相互啮合，带动齿轮，产生机械运动，从而使飞机能够在地上做直线运动。4.5玩具滑翔机各个零件的设计整体的视图如下：图8整体视图图9整体俯视图图10整体视图2此玩具的主要零件由以下几部分组成：1.上、下外壳2.轴(中40、中36)3.齿轮4.齿轮轴5.扇叶6.齿轮箱7.轮子8.左右外壳9.内、外齿①上下外壳的三维图如下：上壳：图12上壳主视图图14上壳俯视图

图13上壳左视图图15上壳仰视图下壳：图16下壳主视图

图17下壳左视图图18下壳俯视图图19下壳后视图②轴的三维图如下：

图20下壳仰视图图21(φ36)轴主视图图22(φ40)轴主视图零件轴的设计原理：轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。轴大多以圆柱形为主，通过分析，设计出轴零件。轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出设计方案，以下是一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；4、便于加工制造和保证精度。③齿轮的三维图如下：图23齿轮主视图

图24齿轮左视图图25齿轮俯视图零件齿轮的设计原理：齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮的重要参数：齿数Z闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=20~40。开式(半开式)齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取z1=17~20,设计的齿轮为闭式齿轮传动，取齿数为20。齿距Pp=nm(m是模数)=3.14×2=6.28模数M模数是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距p与圆周率的比值(m=p/π),以毫米为单位。模数是模数制轮齿的一个最基本参数，直齿、斜齿和圆锥齿齿轮的模数皆可参考标准模数系列表(GB/T1357-1987)。mrFmtcosβm=p/π齿轮的分度圆是设计、计算齿轮各部分尺寸的基准，而齿轮分度圆的周长=nd=zp,分度圆直径为36mm。分度圆计算公式为d=mz,m=dz=36/20=1.8,计算得出模数为1.8,按照国家设计标准取模数为2。模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮模数大，则其尺寸也大。④齿轮轴的三维图如下：图26轴主视图

图27轴俯视图图28轴左视图齿轮轴指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。齿轮轴的设计原理：在设计中，齿轮轴的运用一般无外乎以下几种情况：1、齿轮轴一般是小齿轮(齿数少的齿轮)。2、齿轮轴一般是在高速级(也就是低扭矩级)。3、齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，一是因为处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。4、齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度(如刚性、挠度、抗弯等)。⑤扇叶的三维图如下：图29扇叶主视图图30扇叶俯视图图31扇叶仰视图扇叶的设计原理：当扇叶转动起来的时候，倾斜的叶片会不断地把后面的空气挤向前面，所以就产生了风。扇叶旋转时，会产生离心力，所以风是因离心力并通过扇叶导向产生的，扇叶与中心线成45度角时风力加风速最大，成90度时风最分散。出于力学角度考虑：3片风扇可以形成不对称的一个合理的力学动力当1片叶片不具备动力势能时，其他的2片处于势能状态，2片势能叶片自然可以轻松带动一片暂时不具备势能叶片，可以节省电力和节约能量。⑥齿轮箱的三维图如下：图32齿轮箱三维图1齿轮箱的概念：齿轮箱是一种用于通过减速/增加扭矩增加/减小的机械装置。它由两个或更多个齿轮组成，齿轮箱的输出速度与齿轮比成反比。齿轮箱在恒速应用中通常是优选的，如输送机和起重机，其可以提供增加的扭齿轮箱包括一个具有一定直径的驱动齿轮，与驱动机构相连接的另一个较小齿轮的齿轮直径与被驱动的机械负载相连。三、齿轮箱特点：1.齿轮箱采用通用设计方案，可按客户需求变型为行业专用的齿轮箱。2.齿轮箱中含有多个齿轮，能够为机械运动提供更多的动力。提高机械效率。⑦轮子的三维图如下：前轮：图36前轮主视图图37前轮左视图图38前轮俯视图后轮：图39后轮主视图

图40后轮左视图图41后轮俯视图前后轮的作用及区别：前轮：前轮的作用用于固定机身，让机身有着更好的抓地力，在跑的过程中达到飞翔的速度为飞行器起到气流推空的作用。飞机下降时得到缓冲以致安全停达。后轮：滑翔机在起飞过程中需要在跑道上进行加速，相比于前轮，后轮有着更好的摩擦阻力及抓地力。主要区别：相比于前轮，后轮在前轮的基础上增加了橡胶，用手拿住玩具，通过后轮与地面相对滑动，轮子安装固定在轴上，轴与齿轮相互啮合，带动齿轮，使飞机能够在地上滑动从而产生机械运动。前后轮的设计原理：前后轮都是通过轴连接，带动齿轮传动，前轮需要与中36的轴相配合，后轮则需要与中40的轴配合，因此轮子上的孔的尺寸大小必须与轴相一致。通过观察，前后轮的轮毂上都减少了9条圆弧构成的材料，这样能更好的减少空气阻力，使轮子更好的与空气接触，带动滑翔飞机走的更远。⑧左右外壳的三维图如下：左壳：图42左壳主视图齿轮传动的原理：即一对相同模数(齿的形体)的齿轮相互啮合将动力由甲轴传送给乙轴，以完成动力传递。齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置，它是现代各种设备中应用最广泛的一种机械传动方式。齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。齿轮传动与其他传动的特点：1、传动精度高。现代常用的渐开线齿轮的传动比准确、恒定不变。这不但对精密机械与仪器是关键要求，也是高速重载下减轻动载荷、实现平稳传动的重要条件。2、适用范围宽。齿轮传动传递的功率范围极宽，可以从0.001V到60000kW;圆周速度可以很低，也可高达150m/s,带传动、链传动均难以与齿轮传动比拟。3、可以实现平行轴、相交轴、交错轴等空间任意两轴间的传动，这也是带传动、链传动做不到的。4、使用寿命长，传动效率较高。齿轮传动的类型：1.按传动比根据一对齿轮传动的传动比是否恒定来分，可分为定传动比和变传动比齿轮传动。变传动比齿轮传动机构中齿轮一般是非圆形的，所以又称为非圆齿轮传动，它主要用于一些具有特殊要求的机械中。而定传动比齿轮传动机构中的齿轮都是圆形的，所以又称为圆形齿轮传动。定传动比齿轮传动的类型很多，根据其主、从动轮回转轴线是否平行，又可将它分为两类，即平面齿轮传动和空间齿轮传动。2.按齿廓形状按齿廓曲线的形状不同，可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动、圆弧齿轮传动和抛物线齿轮传动等。其中渐开线齿轮传动应用最为广泛。3.按工作条件按齿轮传动的工作条件不同，可分为闭式齿轮传动、开式齿轮传动和半开式齿轮传动。开式齿轮传动中轮齿外露，灰尘易于落在齿面；闭式齿轮传动中轮齿封闭在箱体内，可保证良好的工作条件，应用广泛；半开式齿轮传动比开式齿轮传动工作条件要好，大齿轮部分浸入油池内并有简单的防护罩，但仍有外物侵入。4.按齿面硬度根据齿面硬度不同分为软齿面齿轮传动和硬齿面齿轮传动。当两轮(或其中有一轮)齿面硬度≤350HBW时，称为软齿面传动；当两轮的齿面硬度均>350HBW时，称为硬齿面传动。软齿面齿轮传动常用于对精度要求不太高的一般中、低速齿轮传动，硬齿面齿轮传动常用于要求承载能力强、结构紧凑的齿轮传动。齿轮传动的类型虽然很多，但渐开线直齿圆柱齿轮传动是其中最简单、最基本的类型。4.6总结分析在各零件的设计当中，通过不断学习逆向造型和曲面造型让我对这个模块有着更加深刻的印象，接触到了新的知识，在设计过程中，始终遵循着《机械设计基础》这本书的指导，并能掌握invento