四驱车三维建模及动画仿真要点

广东工业大学华立学院
本科毕业设计（论文）
玩具四驱车三维建模及动画仿真
系部机电工程学部
专业机械设计制造及其自动化
班级 09机械4班
学号 ***********
学生姓名邹明珍
指导教师周艳琼
2013年06月
摘要
本次设计是基于solidworks 2010版本来进行四驱车的三维建模和工作状态的动画仿真的,其主要目的是为了开拓广大的玩具市场和满足爱车一族的珍藏喜好,。

本毕业设计主要内容是按真四驱车缩小对四驱车进行仿真设计造型,因考虑成本且实现运动和仿真，本设计简化了其结构而设计的四轮驱动模型车。

本设计的材料选用塑料，以便减轻车子的负载和降低成本。

把原本的动力源发动机改为电机驱动，通过简单的齿轮传动，改变运动方向和速度，使得轮轴的旋转，从而带动车轮的旋转，让车子运动起来，以达对真四驱车的运动仿真。

最后一个部份则是对本次设计中所遇到的问题和解决方案进行的总结。

关键词：solidworks，三维建模，仿真，四驱车
Abstract
This design of which main purpose is to develop the toy market and satisfy the collection of motorists preferences, is based on solidworks 2010 version, feeder of the bottled embryo, 3d modeling and stimulation of the status of the animation.
The main content of the graduation design is to design simulation modelling according to narrowing the raider buggies. Because of considering cost and realizing the simulation of motions, the design simplifies the structure and designs the four-wheel drive model car. The material selection of this design is plastic , so as to reduce the load and the cost of the car. The motor drive is instead of the source power engine. Through a simple gear transmission, changing the direction and speed of the car, making the rotation of the shaft, so that it can drive the rotation of the wheel, let the car move, and achieve the movement simulation of the true buggies .The last part is summarizing about the problems encountered and the solutions in this design.
Keywords: solidworks , 3d modeling , simulation, four-wheel drive
目录
1 概述 (1)
1.1玩具市场调查 (1)
1.2 四驱车简介 (1)
1.3开展玩具四驱车科普活动的社会意义..................................... 错误!未定义书签。

1.4玩具四驱车开发的前景 (2)
2 solidworks 2010功能模块应用和玩具四驱车的工作原理 (3)
2.1solidworks 2010功能模块应用 (3)
2.2玩具四驱车的工作原理 (3)
3玩具四驱车零件的实体造型 (4)
3.1玩具四驱车结构设计 (4)
3.2玩具四驱车的组成零件示意图 (4)
4 玩具四驱车的装配和爆炸视图的创建 (19)
4.1玩具四驱车的装配 (19)
4.2玩具四驱车爆炸视图的创建 (20)
5玩具四驱车的动画仿真 (21)
5.1玩具四驱车的爆炸动画 (24)
5.2解除爆炸 (24)
5.3玩具四驱车的动画仿真 (25)
总结 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
1 概述
1.1 玩具的市场调查
根据调查分析，随着中国经济的发展，中国城乡居民的消费支出中，玩具类支出将越来越大。

中国16岁以下儿童有3.6亿左右，占人口的比重约20%。

如果中国玩具消费达到亚洲平均水平，市场规模预计将突破300亿元人民币。

内地玩具市场未来将以每年40%的速度增长，2010年销售额超过1000亿元人民币。

另外近年来随着玩具产业法规不断出台，玩具行业规范不断改进，玩具知识产权保护意识在不断加强，中国玩具企业正由“来料加工”型走向“自主创新”型。

随着玩具行业发展的需要，机械在玩具中应用的越来越广。

从设计到制造都与机械有一定的联系，例如：设计玩具零部件的外形，结构，机械运动原理，模具的设计与加工，塑料零件的注塑成型等等都离不开机械理论。

1.2 四驱车简介
四驱车简单的说就是有前后差速联动四轮驱动的汽车，简称四驱车。

英文缩写：4WD。

因为发动机动力传至四个轮胎，所以四轮都可发力，普通两驱车当其中的一只驱动车轮打滑时，其他的驱动车轮也会失去动力，这时，车子便不能行驶了，如果车子是四轮驱动的话，那么另外的两只车轮仍然能发挥牵引力。

因此四驱车越野性能优越，在野外山坡、滩涂、泥地、沙漠也可以应付自如（当然也得看车的品牌和质量如何）。

1.3 开展玩具四驱车科普活动的社会意义
开展四驱车科普活动，具有深远的社会意义。

四驱车模竞赛运动集力学、机械学、电学、电磁学、材料物理学、空气动力学、美学、行为学为一身，具有很强的知识性、趣味性、是培养青少年动手技能的好方法，是素质教育的有效补充。

国家教委、国家体委非常重视。

从96年开始将此项活正式列为第一年的车模比赛活动。

这样，一个蓬蓬勃勃的四驱车科普活动在全国普遍兴起。

通过拆装模型，提高了动手能力，识图能力，又掌握了大量科学知识，启迪智慧，锻炼判断能力及分析和解决问题的能力。

可以掌握大量有关机械制造、构造知识，使学生开拓视野，提高综合素质为振兴祖国的汽车和制造工业做出应有的贡献。

1.4 玩具四驱车开发的前景
玩具四驱车开发具有广阔的前景，它具有以下六点独特之处：
1．这一活动所需的经费少，容易开展。

十几元一台车，可以做到人手一辆。

2．不受场地，气候等条件的限制，开展条件宽松。

3．可单人活动，又可集体活动，形式多样化。

4．具有极强的趣味性，深受广大青少年的喜爱。

5．既能培养学生动手动脑的能力，又能培养他们拼搏向上，自立自强的精神。

6．能培养孩子们团结协作的集体主义精神。

综上所述，开展四驱车科普活动，不仅是提高广大青少年科技素质的需要，也是培养他们成为21世纪国家栋梁之材的实际措施，同是还是落实科技兴国的实际步骤。

2 solidworks 2010功能模块应用和玩具四驱车的工作原理2.1 solidworks 2010功能模块应用
Solidworks是美国SOLIDWORKS公司开发的三维参数化机械设计软件,它是基于Windows下的一种具有强大三维建模功能与工程图绘制、实物渲染功能的计算机软件,它综合了UG与PRO-E三维造型软件的特点,使用更简单方便。

它是基于零件特征的三维实体建模技术,可以进行实体装配,运动分析、动画设计等,三维实体可以直接自动生成二维工程图样。

也可以单独进行二维图形设计,如液压系统原理图的绘制,系统提供有一个类似AUTOCAD的二维绘图模块，可以直接绘制工程图样。

Solidworks主要用于完成零件设计、装配体设计和自动生成工程图。

基于三维特征元素的建模和面向特征元素的数据修改是通过Solidworks来完成的，并且二维、三维数据全相关，修改任何一个零件的二维尺寸，都会引起其三维零件图和装配图的自动修改，甚至与其有紧密联系的相关零件的尺寸也会变化;反之修改三维尺寸也会有同样结果。

这样就可以实现完全的动态参数化设计。

另外，Solidworks中有一个特征管理员，通过它可以随时随地修改某一特征元素的几何尺寸，而不必考虑各几何特征的相互关系和先后次序，极大地方便了设计人员，提高了设计效率。

2.2玩具四驱车的工作原理
2.2.1 a.玩具四驱车动力部分的结构组成：
电动机（马达）1个、导电片3个（前置1个，后置2个）、开关钮1个,装上电池就能形成完整的直流闭合回路。

b.玩具四驱车动力的工作原理：
可控地将直流电能转变成稳定的机械能，并以运轮圆周转动形式输出。

2.2.2 a.玩具四驱车传动部分的结构组成：
冠状齿轮1个、高动力输出齿轮1个、盘状齿轮2个、小齿轮3个、短齿轮轴1根、长齿轮轴一根、中轴1根、轮轴2根。

b.玩具四驱车传动的工作原理：
通过组齿轮的变速，将电动机产生的动力，按一定传达动比，传递给车轮，从而使四驱车产生运动。

3 玩具四驱车零件的实体造型
3.1玩具四驱车的结构设计
3.1.1动力部分的设计：
首先根据总体设计方案先确定电机的型号，选用130型电机电压2.4-3V，这个型号电机为玩具类行业广泛应用的一种电机，且体积和功率符合设计要求。

有了电机，当然要设计一个回路电流，我选用了3个导电片,一个导电片连接电池与电机正极，一个导电片连接电池与电机负极，还有一导电片连接电池正负极，形成一个封闭的回路。

最后当然还要设计电路中必不可少的开关以闭合，断开电路。

通过滑动开关，开关与导电片之间形成挤压，推动导电片闭合，接触电池，形成闭合电路，当反方向滑动开关，导电片由于会恢复形变，有一定的回弹力，导电片与电池断开，形成断开电路。

3.1.2 传动部分的设计：
电机轴上装一小齿轮，小齿轮与电机轴过盈配合，小齿轮带动冠状齿轮，冠状齿轮轴设计为圆柱形，与冠状齿轮间隙配合，使得冠状齿轮可以绕Y轴旋转运动，冠状齿轮带动高动力输出齿轮，高动力输出齿轮装在轮轴上，盘状齿轮以同样的方式装在轮轴上，通过一中轴齿轮带动前盘状齿轮的旋转，使得前轮轴跟着旋转，驱动四个轮子的旋转。

3.2玩具四驱车的组成零件示意图
玩具四驱车的零部件有：车身，车壳，前盖，后盖马达，马达外壳，马达后盖，后盖，马达磁铁，电护池，中翼，导电金属片，开关，马达中轴，马达连接后轮轴，中轴，轮轴，轮胎，轮胎皮，外轮，螺钉，齿轮
在这里我将用Solidworks强大的三维显示效果向大家展示各个玩具四驱车零件的实体建模。

3.2.1 车身
图3-1 车身实体图
主要操作步骤：这个实体的设计工作量比较大，建立草图，用拉伸键拉伸草图到指定距离，用拉伸其中还要用到四方体建立不同大小的长方体板，圆柱体建立圆柱，拉伸切除，插入基准面，抽壳，镜像等等，最后得图（图3-1）。

车身在玩具四驱车中的作用：即车底盘，是四驱车的支架，连接承载所有配件，是四驱车最重要的部分。

车身选用的材料：ABS工程塑料。

3.2.2 车壳
图3-2 车壳实体图
主要操作步骤：这个实体的设计工作量也比较大，建立草图，用拉伸键拉伸草图到指定距离，其中还要用到四方体，抽壳，镜像，拉伸切除，圆角等等，最后得图（图3-2）。

车壳在玩具四驱车中的作用：增加车的强度，减少空气阻力，使四驱车完整，美观。

车壳选用材料：ABS工程塑料。

3.2.3 前盖
图3-3 前盖实体图
其主要操作步骤和上面的都差不多。

前盖在玩具四驱车中的作用：与底盘齿轮箱过紧配合，封闭前齿轮箱。

前盖选用材料：ABS工程塑料。

3.2.4 后盖马达
图3-4 后盖马达实体图
后盖马达在玩具四驱车中的作用：与底盘过紧配合，防止电机套脱出。

后盖马达选用材料：ABS工程塑料。

3.2.5 马达外壳
图3-5 后盖马达实体图
马达外壳在玩具四驱车中的作用:可以起固定，马达转子在转动时会与接触面产生摩擦从而产生热量,热量过高会烧坏马达.同时你也会发现马达转动一段时间后,马达会发热.而马达外壳就起来一个散热的作用。

马达外売选用材料：ABS工程塑料。

3.2.6 马达后盖
图3-6 马达后盖实体图
马达后盖在玩具四驱车中的作用:与马达外壳过紧配合，导电金属片通电使马达中
轴在磁场作用下转动。

马达后盖选用材料：ABS工程塑料。

3.2.7 后盖
图3-7 后盖实体图
后齿轮箱盖在玩具四驱车中的作用：与底盘齿轮箱过紧配合，封闭后齿轮箱。

后齿轮箱盖选用材料：ABS工程塑料。

3.2.8 马达磁铁
图3-8 马达磁铁
马达磁铁在玩具四驱车中的作用：提供磁场，马达转子是缠绕的线圈。

通电导体在磁场是受到力的作用，而这个力就是马达提供的动力。

3.2.9 电池护
图3-9 电池护
电池护在玩具四驱车中作用：将电池紧固于底盘上，以免行车时弹出及接触不严。

电池护选用的材料：ABS工程塑料。

3.2.10 中翼
图3-10 中翼
中翼在玩具四驱车中的作用：起到平稳车身的作用。

中翼选用材料：ABS工程塑料。

3.2.11 导电金属片
图3-11a 开关导电片(连接电池正负极)实体图
图3-11b 电机负极导电片（连接电池与电机负极）实体图
图3-11c 电机正极导电片（连接电池与电机正极）实体图
导电片在玩具是驱车中的作用：使电机的正负极与电池的正负极相连接的导体，起导电流的作用，充当电路中的导线部分。

导电片选用材料：镀铜或镀金金属。

导电片的特点：具有导电性（是金属的物理性能之一）
3.2.12 开关
图3-12 开关
开关在玩具四驱车中的作用：控制电路的切断与接通。

开关的原理：通过机械挤压，推动导电片的闭合。

开关选用材料：ABS工程塑料。

3.2.13 马达中轴
图3-13 马达中轴
马达中轴在玩具四驱车中作用：通电后在磁场作用下转动从而带动齿轮转动，起到驱动作用。

马达中轴选用的材料：铁。

3.2.14 马达连接后轮轴
图3-14 马达连接后轮轴
为直径为2，长为18.5的圆柱条。

马达连接后轮轴在四驱车中的作用：与马达后轮连接齿过紧配合，限制它之间的旋转自由度，同时带动它旋转。

马达连接后轮轴选用材料：铁。

3.2.15 中轴
图3-15 中轴
为直径为2，长为139.248的圆柱条。

中轴在四驱车中的作用：用以连接后轮中轴齿和中轴前齿，限制它们之间的旋转自由度，同时带动它们旋转。

中轴选用材料：铁。

3.2.16 轮轴
图3-16 轮轴
为直径为2，长为120的圆柱条。

轮轴在四驱车中的作用：限制车轮，高动力输出齿轮和盘状齿轮与轴之间的旋转自由度，同时带动它们旋转。

轮轴选用材料：铁。

3.2.17 轮胎
图3-17 轮胎
轮胎在玩具四驱车中的作用：成圆柱型，与轮轴过紧配合，带动车轮的旋转，使车子移动。

支撑车轮胎皮。

轮架选用材料：ABS工程塑料。

3.2.18 轮胎皮
图3-18 轮胎皮
轮胎皮在玩具四驱车中的作用：增加与地面的摩擦力，减少车身的震动，让车身平稳。

轮胎皮选用材料：橡胶。

3.2.19 外轮
图3-19 外轮
外轮在玩具四驱车中的作用：减小车身与轨道立墙间的滚动磨擦，提高车速，给予车身一个向下的力，从而抵消车子高速通过弯道时产生的离心力。

防止翻车，飞车。

外轮选用材料：ABS工程塑料。

3.2.20 镙钉
图3-20 镙钉
螺钉在玩具四驱车中的作用：连接，紧固各部件。

螺钉选用材料：钢
3.2.21 齿轮
图3-21a 前齿轮
图3-21b 中轴前齿
图3-21c 马达齿轮
图3-21d 马达后轮连接齿
图3-21e 后轮连马达齿
图3-21f 后轮齿连中
图3-21g 后轮中轴齿
齿轮在玩具四驱车中的作用：动力传递，运动传递，改变运动方向和变速。

齿轮选用材料：尼龙。

4 玩具四驱车的装配和爆炸视图的创建
4.1玩具四驱车的装配
把玩具四驱车组件等依次装配成如图4-1到4-3所示的装配图。

如图下列图所示：
图4-1
图4-2
图4-3
4.2玩具四驱车爆炸视图的创建
打开玩具四驱车装配图，点击【爆炸视图】，进入爆炸动画视图的制作界面，通过选择对装配体上各零部件的移动方向和设置距离，可以使各个组件按一定的顺序逐步的离开固定部件，如图4-4所示
图4-4
5 玩具四驱车的动画仿真
5.1玩具四驱车爆炸动画
打开装配体，点击窗口左下角的【运动算例】如图5-1.1所示：
图5-1.1
进入运动算例制作界面，如图5-1.2所示：
图5-1.2
点击【动画向导】进入【选择动画类型】对话框如图5-1.3所示：
图5-1.3
点击【下一步】进入【动画控制选项】对话框如图5-1.4所示：
图5-1.4
点击【完成】结束设置，界面中利用键码将各个组件在不同时间段的状态显示出来，如图5-1.5所示：
图5-1.5
通过点击【播放】就可以在窗口中看到装配体爆炸的演示过程。

最终状态如图5-1.6所示：
图5-1.6
5.2解除爆炸
点击【新建运动算例】如图5-2.1所示：
图5-2.1
按照以上步骤，点击【动画向导】进入【选择动画类型】对话框如图5-2.2所示：
图5-2.2
继续下一步完成然后播放，就可以在窗口中看到装配体装配的演示过程。

最终状态如图5-2.3所示：
图5-2.3
5.3玩具四驱车的动画仿真
在模型中把车壳等部份零件隐藏，如图5-3.1所示：
图5-3.1
再新建一个运动算例3，左击工具栏中【自动键码】图标凹下如图
所示。

将时间线拖至需要的时间点并用鼠标拖动所需运动的零件到所需的位置，再左击计算运动算例，此时系统将会根据【运动算例】界面中记录的信息进行计算，如图5-3.2所示：
图5-3.2
计算完毕后点击【播放】图标，玩具四驱车就会按照设置以动画的形式将运动动作过程展示出来。

总结
本毕业设计是基于solidworks 2010的玩具四驱车的三维实体建模及其运动状态的动画仿真。

紧张忙碌的毕业设计终于完成，这次设计是对我大学四年来学习的一次最综合的检验，也更是一次综合的学习过程。

毕业设计不仅使我学习和巩固了专业课知识而且了解了不少相关专业的知识，个人能力得到很大提高。

同时也锻炼了与人协作的精神，多听取别人给予的教导和意见，为以后我踏入社会工作打下了良好的基础。

在做这次毕业设计的过程中，周老师给了我很大的自由发挥空间，让我在这次毕业设计中充分的展示了自己四年所学。

同时我也遇到许许多多平时没注意但实际生产中却经常用到的问题，都不知道从何入手，且因为我在公司实习的原因，时间比较紧迫，所以个人感觉压力特别大，后经过周老师和公司师兄，师姐的精心指导和亲切关怀下，最终完成了本课题的毕业设计。

参考文献
（1）、刘惟信，《汽车设计》，清华大学出版社
（2）、陈家瑞，《汽车构造.第二版》，机械工业出版社
（3）、李澄吴天生闻百桥, 《机械制图.第二版》，高等教育出版社
（4）、邓昭铭张莹，《机械设计基础》，高等教育出版社
（5）、吴宗泽，《机械设计实用手册》，化学工业出版社
（6）、汝元功唐照民，《机械设计手册》，高等教育出版社
（7）、陈超祥等. Solidworks零件与装配教程 [D] ．机械工业出版社版次：2010 （8）、江洪等. Solidworks动画演示与运动分析实例解析[D] ．机械工业出版社版次：2006
（9）、胡仁喜等. Solidworks2010钣金与焊接设计从入门到精通（中文版）[D]. 机械工业出版社版次：2010
（10）、陈超祥等. Solidworks工程图教程[D] ．机械工业出版社版次：2010 （11）、北京市教育委员会，《高等学校毕业设计论文知道手册（机械卷）》，高等教育出版社
致谢
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。

离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。

从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，很庆幸这三年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过三年的大学生活。

大学生活匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。

”大学四年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。

就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。

感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语。

在此特表深深谢意！。