江蘇大學(xué)13級機(jī)械電子工程李雷論文定稿——便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1、江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) J I A N G S U U N I V E R S I T Y成 教 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A portable LED lamps and lanterns structure design學(xué) 院 名 稱： 江 蘇 大 學(xué) 專 業(yè) 班 級： 2013級機(jī)械電子工程專業(yè) 學(xué) 生 姓 名： 李 雷 指導(dǎo)教師姓名： 宋國慶 指導(dǎo)教師職稱： 副 教 授 2015 年2月便攜式LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)班級：2013級機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名： 李雷指導(dǎo)教師： 宋國慶 職 稱：副教授摘要 本課題利用AutoCAD，Pro/E等相關(guān)專業(yè)繪圖工具軟件

2、對LED燈具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對LED光源的相關(guān)背景知識，歷史，特性及發(fā)展?fàn)顩r等相關(guān)資料的查閱學(xué)習(xí)，以及對便攜式LED燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪圖，能夠鍛煉我的工程設(shè)計(jì)能力，鞏固機(jī)械設(shè)計(jì)、公差測量、工程材料等方面的知識，熟悉和掌握相關(guān)的專業(yè)知識和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的知識。收集、了解LED光源的相關(guān)背景知識，歷史，特性及發(fā)展?fàn)顩r等情況。利用Pro/E，AutoCAD等相關(guān)專業(yè)繪圖工具軟件對LED燈具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其主要的問題是如何設(shè)計(jì)出符合便攜式要求及符合制造要求的相對美觀的燈具結(jié)構(gòu)。首先收集相關(guān)信息資料，利用收集的資料對燈具結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗設(shè)計(jì)。為了使其更加直觀及容易修改，利用Pro/E對其進(jìn)行三維實(shí)體造型，其間對

3、其尺寸、外型等進(jìn)行不斷的修正，使其逐步符合設(shè)計(jì)要求。通過此次的設(shè)計(jì)更加深入了解LED燈具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)工藝，從而使設(shè)計(jì)的燈具更加高效，便攜，節(jié)能。關(guān)鍵詞：LED；燈具；便攜式;；Pro/E；A portable LED lamps and lanterns structure design Abstract：LED (Light Emitting Diode) light-emitting diode that is a light can be converted to electrical energy and diode characteristics with electronic

4、devices. LED energy saving, environmental protection, solid structure, long life, small size, high luminous efficiency, high color, low voltage, low power consumption. Since there is no ultraviolet and infrared spectra, neither heat nor radiation, typical of the green lighting, the use of high effic

5、iency, long life, security, stability and performance lighting products, can improve peoples work, study and living conditions quality. LED lighting has become a development prospects and influence of a high-tech products. We designed LED drive power, it is necessary that LED current, voltage charac

6、teristics, the LED and LED manufacturers with different specifications, current and voltage characteristics are different. Therefore, the design of the drive power given strict requirements. According to LED current, voltage characteristics, the current source LED driver is ideal drive. Constant cur

7、rent source drive mode, LED current will not be too high voltage, ambient temperature changes and the impact of discrete LED parameters, so that it can maintain the current constant, give full play to the excellent characteristics of LED. In this thesis, through the design of a constant current driv

8、e power to drive the LED. Through a variety of electronic components and electronic circuit constant current power supply, to meet the design requirements. Keywords : LED; high efficiency; constant current source driver目 錄第一章 緒論11.1設(shè)計(jì)課題的背景和特性11.1.1研究的背景11.1.2LED光源特性11.2設(shè)計(jì)課題的概況21.3設(shè)計(jì)本課題的思路與解析2第二章 低壓電

9、器材料的選擇52.1 工程塑料的簡介及性能特點(diǎn)52.2低壓電器對塑料材料的一般要求62.3 本課題選用的材料6第三章 LED燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.1 LED燈具設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)83.2 LED燈具設(shè)計(jì)方案與分析83.2.1 燈蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.2.2 開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.2.3 旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.3 LED燈具具體設(shè)計(jì)過程10第四章 燈具的Pro/E三維建模124.1 Pro/ENGINEER軟件簡介124.2 本設(shè)計(jì)Pro/E建模的具體過程134.2.1 上燈蓋的建模134.2.2 下燈蓋的建模174.2.3 旋鈕的建模184.2.4 其他零部件的建模204.3 整體三維裝配22結(jié) 束 語

10、24致 謝25參 考 文 獻(xiàn)26第一章 緒論1.1設(shè)計(jì)課題的背景和特性1.1.1研究的背景由于LED越來越廣泛地應(yīng)用于照明產(chǎn)業(yè)，而且其具有發(fā)光效率高、耗電量小、使用壽命長、安全可靠性強(qiáng)、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，相比與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈等有明顯的優(yōu)勢。而近來LED的發(fā)光強(qiáng)度不斷提高，已可用于實(shí)際照明中。LED燈具代替普通照明燈具的時(shí)代也正在向我們走來。在這樣的大環(huán)境下，各大廠商也紛紛開始研制LED燈具。本課題所設(shè)計(jì)的便攜式LED燈具便是利用了LED結(jié)構(gòu)小巧、節(jié)能等特點(diǎn)，在小巧易攜帶的條件下，亦能為人們提供一定的光亮，使人們在黑暗中行進(jìn)、昏暗處閱讀或在黑暗中作業(yè)等條件下能夠方便地進(jìn)行操作隨著技術(shù)的發(fā)展，

11、白光LED的發(fā)光效率也正在逐步提高，商品化的器件已達(dá)到白熾燈的水平，Nichia已推出100lm/W的白光LED，發(fā)光效率已與熒光燈的水平相當(dāng)，并在穩(wěn)步增長之中。白光LED還具有無污染、壽命長、耐震動和抗沖擊的鮮明特點(diǎn)，是LED產(chǎn)業(yè)中最被看好的新興產(chǎn)品。在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，白光LED在照明市場的前景備受全球矚目。高亮度白光LED的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)新世紀(jì)照明。根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球照明市場的年增長率約為5.5%，2000年市場規(guī)模達(dá)45億美元。業(yè)界一般認(rèn)為，白光LED照明市場可望在2015年左右趨于成熟。因此，各界都對白光LED寄以厚望，有“綠色照明光源

12、”之稱。在照明市場方面，中國的電力不足問題加速了LED（發(fā)光二極管）取代傳統(tǒng)的照明設(shè)施，2006年中國大陸的LED市場已達(dá)到160億元人民幣，而到2014年我們預(yù)計(jì)這個(gè)市場將達(dá)500億元。目前中國LED市場每年的增長速度是30%，歐盟、韓國、北美等照明大舉投資中國LED產(chǎn)業(yè)，業(yè)內(nèi)人士表示，國內(nèi)政府節(jié)能、環(huán)保政策的相繼出臺，成為包括飛利浦、通用電氣、首爾半導(dǎo)體在內(nèi)的跨國企業(yè)的機(jī)遇和未來。至此，我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了自主創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重大歷史機(jī)遇期。1.1.2LED光源特性1、發(fā)光效率高。LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良, 其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為1224lm/W, 熒光

13、燈5770lm/W, 鈉燈90140lm/W, 大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到50200lm/W, 而且其光的單色性好、光譜窄, 無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前, 世界各國均加緊提高LED光效方面的研究, 在不遠(yuǎn)的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。2、耗電量少。LED的電能利用率高達(dá)80%以上，LED單管功率0.030.06W, 采用直流驅(qū)動, 單管驅(qū)動電壓1.53.5V, 電流1518mA, 反應(yīng)速度快, 可在高頻操作。同樣照明效果的情況下, 耗電是白熾燈泡的八分之一, 熒光燈管的二分之一。日本估計(jì), 如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一半的白熾燈和熒光燈, 每

14、年可節(jié)約相當(dāng)于60億升原油。以橋梁護(hù)欄燈為例, 同樣效果的一支日光燈40多瓦, 而采用LED每支的功率只有8瓦, 而且可以七彩變化。當(dāng)然, 節(jié)能是我們考慮使用LED光源的最主要原因, 也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂貴, 但是用一年時(shí)間的節(jié)能收回光源的投資, 從而獲得49年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。3、使用壽命長。采用電子光場輻射發(fā)光, 無燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。LED燈體積小、重量輕, 環(huán)氧樹脂封裝, 可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動, 不易破碎。平均壽命達(dá)10萬小時(shí)。LED燈具使用壽命可達(dá)510年, 可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用, 避免經(jīng)常換燈之苦。4、安全可靠性強(qiáng)。發(fā)熱量低, 無熱輻射,

15、 冷光源, 可以安全觸摸。能精確控制光型及發(fā)光角度, 光色柔和, 無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置徽處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度, 調(diào)整發(fā)光方式, 實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。5、有利于環(huán)保。LED為全固體發(fā)光體, 耐震、耐沖擊不易破碎, 廢棄物可回收, 沒有污染。光源體積小, 可以隨意組合, 易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品, 也便于安裝和維護(hù)。1.2設(shè)計(jì)課題的概況本課題利用AutoCAD，Pro/E等相關(guān)專業(yè)繪圖工具軟件對LED燈具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對LED光源的相關(guān)背景知識，歷史，特性及發(fā)展?fàn)顩r等相關(guān)資料的查閱學(xué)習(xí)，以及對便攜式LED燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪圖，能夠鍛煉我的工程設(shè)計(jì)能力，鞏固機(jī)械設(shè)計(jì)

16、、公差測量、工程材料等方面的知識，熟悉和掌握相關(guān)的專業(yè)知識和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的知識。1.3設(shè)計(jì)本課題的思路與解析采用應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（Computer Aided Design）技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般流程如圖1.1所示?，F(xiàn)作說明如下：1、CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程一般是從概念設(shè)計(jì)、零部件三維建模到二維工程圖。有的產(chǎn)品特別是民用產(chǎn)品，對外觀要求比較高（汽車、家用電器等），在概念設(shè)計(jì)以后，往往還需要進(jìn)行工業(yè)外觀造型設(shè)計(jì)。2、在進(jìn)行零部件三維建模時(shí)或三維建模完成以后，根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和要求，要進(jìn)行大量的分析和其他工作，以滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、運(yùn)動、生產(chǎn)制造與裝配等方面的需求。這些分析工作包括應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)

17、強(qiáng)度分析、疲勞分析、塑料流動分析、熱分析、公差分析與優(yōu)化、NC仿真及優(yōu)化、動態(tài)仿真等。3、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法一般可分為兩種：自底向上（Down-Top）和自頂向下（Top-Down），這兩種方法也可以同時(shí)進(jìn)行。自底向上：這是一種從零件開始，然后到子裝配、總裝配、整體外觀的設(shè)計(jì)過程。自頂向下：與自底向上相反，它是從整體外觀（或總裝配）開始，然后到子裝配、零件的設(shè)計(jì)方法。4、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)面對日益激烈的競爭，企業(yè)采用并行、協(xié)同設(shè)計(jì)勢在必行，只有這樣，企業(yè)才能適應(yīng)迅速變化的市場需求，提高產(chǎn)品競爭力，解決所謂的TQCS難題，即以最快的上市速度（TTime to Market）、最好的質(zhì)量（QQu

18、ality）、最低的成本（CCost）以及最優(yōu)的服務(wù)（SService）來滿足市場的需求。圖1.1 CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般流程第二章 低壓電器材料的選擇2.1 工程塑料的簡介及性能特點(diǎn)工程塑料是指可用作結(jié)構(gòu)材料的塑料，該類塑料具有較寬的使用溫度范圍、較長的使用壽命、使用期間可保持優(yōu)良特性、能夠承受機(jī)械應(yīng)力作用。第一種工程塑料尼龍(PA)于二次世界大戰(zhàn)期間在尼龍纖維的基礎(chǔ)上問世的。此后，各種新型工程塑料層出不窮，并投入工業(yè)化生產(chǎn)，成為發(fā)展高新技術(shù)必不可少的化工新材料。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)并應(yīng)用的工程塑料約有二、三十個(gè)大類品種。其中廣泛應(yīng)用的聚酞胺(PA)、聚碳酸酷(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(P

19、PO)和聚對苯二甲酸丁二醇酷(PBT)被稱為五大工程塑料；耐熱性更高的氟塑料、聚苯硫醚(PPS)、聚諷(PsF)等叫做高性能工程塑料或特種工程塑料；有些通用塑料經(jīng)現(xiàn)代技術(shù)改性所得產(chǎn)品如活性聚丙烯(PP)，其性能提高到接近上述典型的工程塑料水平，也常被稱為工程塑料。進(jìn)入21 世紀(jì)后，全球工程塑料的消費(fèi)量每年在1000萬噸左右，并以每年4.5%的速度遞增，預(yù)計(jì)2012年用量可達(dá)到2350萬噸。工程塑料的性能主要取決于高分子化合物的化學(xué)組成、相對分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)。工程塑料具有下列優(yōu)良的特性：1、突出的優(yōu)點(diǎn)之一是密度低，工程塑料的密度通常在1.022.40g/cm3，只有鋼鐵材料的1/81

20、/4。2、較高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度對重量的比），現(xiàn)在聚芳酯的比強(qiáng)度已經(jīng)超過鋼鐵。3、良好的電絕緣性，許多電子電器產(chǎn)品都離不開它。4、化學(xué)穩(wěn)定性好，有良好的抗化學(xué)腐蝕性，如有“塑料王”之稱的聚四氟乙烯，任何介質(zhì)都難以腐蝕。5、優(yōu)良的耐磨、減摩和自潤滑性，如聚酰胺、聚碳酸酯及聚四氟乙烯等工程塑料制的耐摩擦零件，可以在各種液體、邊界和干的摩擦條件下工作。6、良好的異物埋沒性和就范性，在有摩粒或雜質(zhì)存在的惡劣條件下工作的零件，如齒輪，偶遇堅(jiān)硬雜質(zhì)時(shí)，會因塑料的異物埋沒性和就范性而將雜質(zhì)埋沒在齒輪內(nèi)或發(fā)生適當(dāng)形變而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不會像鋼齒輪那樣發(fā)生咬死或刮傷現(xiàn)象。7、良好的吸振性、抗沖擊性、抗疲勞強(qiáng)度以及消聲性，

21、對于運(yùn)動中的機(jī)械零件，可使其達(dá)到平穩(wěn)無聲運(yùn)轉(zhuǎn)。但工程塑料的力學(xué)強(qiáng)度、硬度和耐熱性不如金屬，力學(xué)強(qiáng)度低，拉伸強(qiáng)度約為鋼的1/10；一般只能在100左右工作，少數(shù)可達(dá)200，熱導(dǎo)率只有鋼鐵的1/(200-300)，尺寸穩(wěn)定性差，膨脹收縮變形較金屬打，線膨脹系數(shù)約為鋼的5倍；耐久性差，長期受重力左右易產(chǎn)生疲勞，在室外長期受紫外線作用，易降低性能。工程塑料大都具有可塑性和熔融流動特性，可以采用熱壓、擠出、注射、吹塑、壓延等成型方法成批生產(chǎn)，比金屬加工的工藝簡單、工時(shí)少、耗能低、成本低。2.2低壓電器對塑料材料的一般要求塑料應(yīng)用于電器產(chǎn)品上，主要是基于它的絕緣性。從電性能方面考慮，塑料可大致分為三類：第

22、一類是非極性的或稍帶極性的塑料，如通用塑料中的大部份烯烴類塑料，像PE、PP、PS 等。這類材料的介電常數(shù)和介電損耗低，電阻率高，而且不受外界頻率和溫度、濕度的影響。第二類是極性大的材料，如有增塑劑的PVC、酚醛模塑料以及尼龍等。它們的介電強(qiáng)度和介電損耗比第一類大得多，且電阻率也較低。第三類材料介于一二類之間，介電常數(shù)在35之間，tan在10-310-2之間，電阻在10141016之間，這類材料有有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯、PBT、聚酰亞胺等。值得注意的是，第二類和第三類塑料受外界頻率、溫度和濕度的影響很大。但對于低壓電器用塑料而言，電絕緣性往往并不很重要，這是因?yàn)橛捎诮^緣引起的問

23、題很少，一般塑料都能勝任低壓電器對材料絕緣性的要求。相比之下，其他性能就顯得更重要些，這些性能包括：力學(xué)性能、熱性能、阻燃性能、加工性能、是否環(huán)保、性價(jià)比和使用壽命等。2.3 本課題選用的材料聚碳酸酯、尼龍和PBT雖然屬于第二三類材料，但由于其優(yōu)異的力學(xué)性能、熱性能和加工性能，被低壓電器制造商選為首選材料。而在這三種材料中，PBT力學(xué)性能優(yōu)良，力學(xué)強(qiáng)度高，在長時(shí)間高載荷作用下變形小。耐熱性優(yōu)良，長期使用溫度130，短時(shí)使用溫度200，遠(yuǎn)高于聚甲醛和聚碳酸酯。PBT在較高溫度下仍具有良好的尺寸穩(wěn)定性。盡管制品在與流動方向垂直時(shí)的尺寸變化率相對比與流動方向相同時(shí)為打，但與其他一些工程塑料相比，其在

24、100以上高溫下的尺寸穩(wěn)定性仍然是十分優(yōu)良的。PBT具有優(yōu)良的電絕緣性，其體積電阻率1016cm。它與聚酰胺等工程塑料不同，即使在溫度、濕度變化范圍很廣的情況下，其體積電阻率等電性能仍能基本保持不變。因此，即使在十分苛刻的工作條件下，也不會發(fā)生漏電情況。PBT對于有機(jī)溶劑具有很強(qiáng)的抵抗力，但由于其屬于聚酯類高分子化合物，因此不耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及苯酚等化學(xué)藥品。另外，在50一下的溫水中，其性能基本不受影響，但在熱水中，力學(xué)強(qiáng)度將明顯下降。PBT還具有良好的成型流動性，可以制得厚度較薄的制品。另外，PBT是整個(gè)工程塑料中吸水率最低的品種之一，PBT因吸水而導(dǎo)致制品尺寸的變化也極小，因此PBT在成型時(shí)，

25、基本可以忽略不計(jì)。對于本課題所設(shè)計(jì)的LED燈具來說，發(fā)熱是不可避免的，因此，PBT的熱穩(wěn)定性就顯得至關(guān)重要，尤其是它的電阻率能保持不變。另外，PBT的其他諸如優(yōu)良的力學(xué)性能、良好的加工性能等都能滿足本次設(shè)計(jì)的需要，因此，經(jīng)過綜合考慮，本次設(shè)計(jì)的燈具的外殼、旋鈕開關(guān)等零部件選用PBT材料。第三章 LED燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 LED燈具設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)對于本次設(shè)計(jì)的便攜式LED燈具主要有兩個(gè)方面的技術(shù)要求，即光強(qiáng)的要求與具體尺寸的要求。因?yàn)橐媳銛y式的要求，因此對于具體輪廓尺寸做出了如下規(guī)定，需達(dá)到80*80*50（長*寬*高）單位mm，或更小。光強(qiáng)的要求，需達(dá)到普通照明光源亮度的要求，即達(dá)到80

26、mcd或以上?；诖饲闆r，兩節(jié)7號AAA電池即3伏電壓即可驅(qū)動LED燈泡，另外，其光強(qiáng)不是特別高，發(fā)熱量不高，因此也可省略對散熱做過多的設(shè)計(jì)。3.2 LED燈具設(shè)計(jì)方案與分析3.2.1 燈蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)燈蓋分為上燈蓋與下燈蓋兩部分，但它們的內(nèi)部空間基本相同，因此，首先設(shè)計(jì)它們的內(nèi)部空間。在燈蓋的內(nèi)部空間中需裝下以下幾個(gè)部分：電池、開關(guān)、電路板、燈泡、反光杯、玻璃片等部分。在此次設(shè)計(jì)中，燈蓋被主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分為主體部分，主要放置電池、開關(guān)等零部件；另一個(gè)部分為燈頭部分，主要放置燈泡、反光杯等部分。而電路板位于兩部分之間。見圖3.7和圖3.8。下面對于兩圖作如下說明：對于塑料件來說，它可以

27、使用搭扣或粘合來實(shí)現(xiàn)裝配，因此，在本次的設(shè)計(jì)中也充分利用塑料件的特點(diǎn)，未使用金屬件件中常見的螺紋、螺栓等鏈接形式。在上下燈蓋的裝配設(shè)計(jì)中，我使用了一對較長的搭扣來時(shí)間它們的裝配，即易于裝配也易于拆卸。而對于它們的外形（以上燈蓋為主），需與開關(guān)、旋轉(zhuǎn)盤等小配合設(shè)計(jì)，使保持整體的和諧統(tǒng)一，而又不失實(shí)用性。對于下燈蓋來說，有一個(gè)上燈蓋沒有的部分，那就是電池的開口處。需要留有一個(gè)足夠的空間來放置電池與更換電池，而在這個(gè)空間上還必須設(shè)置一個(gè)電池蓋，使其更加科學(xué)與美觀。 圖3.7 上燈蓋結(jié)構(gòu)草圖 圖3.8 下燈蓋結(jié)構(gòu)草圖3.2.2 開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此次的開關(guān)的設(shè)計(jì)采用旋鈕式。由于本次設(shè)計(jì)的燈具整體比較小巧，

28、但是開關(guān)卻不能跟這個(gè)風(fēng)，因?yàn)?，如果旋鈕開關(guān)設(shè)計(jì)的太小，則會使的人們在使用是打開和關(guān)閉燈具顯得麻煩或不自然，不符合人體工程學(xué)原理。因此，在此次的設(shè)計(jì)中，對于旋鈕開關(guān)的設(shè)計(jì)可謂是下了很大的功夫，必須把旋鈕開關(guān)做得足夠大，而且還要與整體風(fēng)格和諧統(tǒng)一。所以，為了配合旋鈕開關(guān)，在上燈蓋的外形設(shè)計(jì)中也必須做出改變，以配合旋鈕開關(guān)。開關(guān)最重要的便是接通和斷開電源。對于本次設(shè)計(jì)，采用的是旋鈕式的開關(guān)，以旋轉(zhuǎn)180度為打開/關(guān)閉電源。在旋轉(zhuǎn)180度處設(shè)置一個(gè)與開關(guān)下部相配合的部件，使其配合，從而接通電源；再回轉(zhuǎn)180度時(shí)，它們分離，從而斷開電源。如圖3.9所示。圖3.9 旋蓋開關(guān)結(jié)構(gòu)草圖3.2.3 旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)

29、設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)盤位于燈具主體的最下部，與下燈蓋相配合。旋轉(zhuǎn)盤的主要作用：（1）使得燈具能水平360旋轉(zhuǎn)，便于人們使用。（2）在旋轉(zhuǎn)盤下方接配套器件，如：夾子（使人們能把燈具夾在帽檐等方便的地方以便解放人們的雙手，更加符合便攜性的特點(diǎn)）、頭箍（可以將燈具安置在頭箍之上，以方便需要在昏暗條件下工作的工人或方便牙科醫(yī)生等醫(yī)務(wù)人員更方便地觀察病人的情況）、底座（可以把燈具放置在桌子等地方作為一般臺燈使用，以供人們讀書、寫字等用）等。因此，在旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)中，主要是使其能360旋轉(zhuǎn)與下能聯(lián)接配套件為主。本次設(shè)計(jì)中，在旋轉(zhuǎn)盤下方設(shè)計(jì)了一個(gè)M6的孔，以方便地用螺栓聯(lián)接它們，也方便固定與調(diào)整上下角度的位置。3.3 L

30、ED燈具具體設(shè)計(jì)過程本次設(shè)計(jì)，主要采用了自底向上的方法，既從零件開始、然后到子裝配、總裝配、總體外觀的設(shè)計(jì)過程。另外與自頂向下的方法相結(jié)合，整體把握。主要通過三個(gè)過程完成最終的設(shè)計(jì)工作：概念設(shè)計(jì)階段、零部件三維建模階段、二維工程圖繪制階段。1、概念設(shè)計(jì)階段在了解了此次設(shè)計(jì)的燈具的要求、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用條件，掌握足夠相關(guān)的背景知識后，便開始進(jìn)行燈具的概念設(shè)計(jì)。在概念設(shè)計(jì)中，主要是對各個(gè)零件的造型、尺寸等有個(gè)初步的分析與記錄，在草圖中先進(jìn)行手工草繪，不斷修改，如對于電池的擺放位置、方向；旋鈕開關(guān)的放置等問題的深入研究，最終選定或選定幾個(gè)較合理的方案。另外對于整體也有個(gè)大體的了解與把握，如整體尺寸的把

31、握等。2、零部件三維建模階段在燈具概念設(shè)計(jì)基本完成之后就可以進(jìn)行零部件的三維建模階段。三維建模階段也是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中為重要的階段，是從概念到實(shí)體的階段。在進(jìn)行三維建模的過程中，能很直觀地看到所設(shè)計(jì)的燈具零部件，從而可以容易地發(fā)現(xiàn)他們的不足或不合理之處，以方便地進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦薷?。此外，在三維建模中還可以進(jìn)行裝配，了解零部件之間的裝配后的樣子，也可以方便地進(jìn)行燈具的總體的控制。本次設(shè)計(jì)使用的建模工具是Pro/E軟件，對于該軟件的介紹以及具體零部件的三維建模方法會在下一章中詳細(xì)講解。3、二維工程圖繪制階段在完成三維建模，零部件裝配完成之后，燈具的結(jié)構(gòu)就在不斷的修改中最終定型。此時(shí)，便可以進(jìn)行二維工程圖

32、的繪制了。本次設(shè)計(jì)中，使用了繪制二維工程圖最常用的繪圖工具軟件Auto CAD進(jìn)行繪制。第四章 燈具的Pro/E三維建模CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，零部件的三維建模是一個(gè)很重要的階段，它起到承上啟下的作用。它能直觀地反映出所設(shè)計(jì)的零部件的真實(shí)情況，又能方便地進(jìn)行修改，直至設(shè)計(jì)出符合要求的產(chǎn)品為止。本次設(shè)計(jì)使用的三維建模繪圖工具軟件是Pro/ENGINEER。4.1 Pro/ENGINEER軟件簡介美國PTC公司（Parametric Technology Corporation，參數(shù)設(shè)計(jì)公司）于1985年在美國波士頓成立。自1989年公司上市伊始，即引起機(jī)械CAD/CAE/CAM界的極大震動，其銷售

33、額及凈利潤連續(xù)50個(gè)季度遞增，每年以翻番的速度增長。PTC公司已占全球CAID/CAD/CAE/CAM市場份額的43%以上，成為CAID/CAD/CAE/CAM/PDM領(lǐng)域最具代表性的軟件公司之一，其中的Pro/ENGINEER軟件產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)了機(jī)械CAD軟件的發(fā)展趨勢，在國際機(jī)械CAD軟件市場上已處于領(lǐng)先地位。如圖4.1為Pro/E軟件。PTC提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)及工程數(shù)據(jù)再利用等概念改變了機(jī)械CAD的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。利用此概念寫成的第三代機(jī)械CAD產(chǎn)品Pro/ENGINEER（也簡稱為Pro/E）軟件能將產(chǎn)品從設(shè)

34、計(jì)至生產(chǎn)的過程集成在一起，讓所有的用戶同時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即所謂的并行工程。Pro/ENGINEER目前共有80多個(gè)專用模塊，涉及工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能仿真、加工制造等方面，為用戶提供全套解決方案。1998年，PTC公司推出了新一代基于Web的信息管理系統(tǒng)WINCHILL，提出了產(chǎn)品協(xié)同商務(wù)的全新概念，產(chǎn)品上市僅一年時(shí)間，即取得了非常驚人的業(yè)績。PTC以有用戶3萬多家，裝機(jī)量250000套，并贏得了許多全球知名大公司的大宗訂單，如FORD、BMW、TOYOTA、VOLKSWAGEN、HYUNDAI、CATERPILLAR、JOHN DEER、J.I.CASE等。PTC的市場策略是

35、領(lǐng)先的技術(shù)、具有競爭力的性能價(jià)格比、硬件獨(dú)立性、全球銷售網(wǎng)絡(luò)以及為客戶提供全面的服務(wù)和支持。Pro/E軟件是基于特征的全參數(shù)化軟件，該軟件中創(chuàng)建的三維模型是一種全參數(shù)化的三維模型?！叭珔?shù)化”有三個(gè)層面的含義，即特征截面幾何的全參數(shù)化、零件模型的全參數(shù)化以及裝配體模型的全參數(shù)化。零件模型、裝配模型、制造模型、工程圖之間是全相關(guān)的，也就是說，工程圖的尺寸被更改以后，其父零件模型的尺寸也會相應(yīng)更改；反之，零件、裝配或制造模型中的任何改變，也可以在其相應(yīng)的工程圖中反映出來。4.2 本設(shè)計(jì)Pro/E建模的具體過程4.2.1 上燈蓋的建模上燈蓋的建模中，主要運(yùn)用了Pro/E中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼、圓角等功

36、能，經(jīng)過組合最后成形。下面介紹上燈蓋具體的建模過程。1、進(jìn)行主體部分的拉伸，先繪制特征截面，繪制完成后進(jìn)行拉伸，如圖4.2、圖4.3所示。圖4.2 上燈蓋主體特征截面 圖4.3 上燈蓋主體拉伸圖 2、上燈蓋燈頭部分的拉伸成形，為繪制燈頭的草特征截面，需設(shè)置一個(gè)新的基準(zhǔn)平面DIM1，DIM1是與RIGHT相距50且平形與RIGHT平面的基準(zhǔn)平面。繪制完特征截面，然后進(jìn)行拉伸。如圖4.4、圖4.5所示。 圖4.3 上燈蓋燈頭特征截面 圖4.3 上燈蓋燈頭拉伸圖 3、上燈蓋整體抽殼，由于Pro/E有抽殼特征，因此能進(jìn)行方便的抽殼。抽殼后的上燈蓋如圖4.6所示。圖4.6 上燈蓋主體抽殼后至此，上燈蓋的

37、主體部分完成，接下來的工作便是在上燈蓋的外部在進(jìn)行添加所需的實(shí)體；在上燈蓋的內(nèi)部開槽等進(jìn)行所需的改動；對上燈蓋進(jìn)行到圓角等步驟。4、上燈蓋外部的完善，外部的完善主要分為2個(gè)部分：第一，與旋鈕開關(guān)相配合的上方，需要一個(gè)遮擋點(diǎn)，使得旋鈕不至于樂意隨便亂轉(zhuǎn)，因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)小矩形柱，與旋鈕上的把相互干涉，保證其只能旋轉(zhuǎn)180。另外，為了使旋鈕看起來不會十分突出，設(shè)計(jì)了一圈與旋鈕等高的圓環(huán)，已達(dá)到和諧統(tǒng)一的效果。第二，和下燈蓋相配合的搭扣，設(shè)計(jì)搭扣原則在于實(shí)用、簡便。在設(shè)計(jì)搭扣時(shí)，設(shè)計(jì)得比較長，看著比較結(jié)識，較有安全感，也便于拆裝。具體上燈蓋外部的完善見圖4.7與圖4.8 。 圖4.7 上燈蓋與旋鈕配

38、合部分 圖4.8 上燈蓋搭扣 5、上燈蓋內(nèi)部開槽，其主要分為三部分：1、電池放置處。2、電路板放置處。3、玻璃片放置處。具體情況如圖4.9與圖4.10所示。 圖4.9 放電池出開槽 圖4.10 放電路板、玻璃片出開槽 6、主要部分都完成之后，最后進(jìn)行到圓角，從而最后成型。如圖4.11與圖4.12所示為最后上燈蓋三維建模完成圖。圖4.11 上燈蓋三維建模圖視角一圖4.12 上燈蓋三維建模圖視角二4.2.2 下燈蓋的建模1、下燈蓋主體部分的建模。由于下燈蓋與上燈蓋需要直接配合，因此，下燈蓋的主體部分與上燈蓋相似。其主體部分的建模方法也與上燈蓋相似，主要依靠拉伸與抽殼功能。2、下燈蓋搭扣的建模。主體

39、部分完成后，在與上燈蓋搭扣相對應(yīng)的位置處繪制突出的搭扣，以便使它們能配合在一起。3、下燈蓋電路板、玻璃片的開槽。運(yùn)用拉伸、切除材料的方法進(jìn)行開槽，需注意的是電路板與玻璃片開槽的位置需與上燈蓋一致，。4、下燈蓋電池蓋留口。須在放置電池處留出足夠的空間以方便取、放電池，所留空間需與電池蓋相配合。5、倒圓角。應(yīng)塑料件容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此需對其零部件倒圓角。具體下燈蓋建模成型圖見圖4.13與圖4.14。圖4.13 下燈蓋三維建模圖視角一圖4.14 下燈蓋三維建模圖視角二4.2.3 旋鈕的建模 1、旋鈕主體部分的建模。旋鈕的主體部分運(yùn)用旋轉(zhuǎn)工程旋轉(zhuǎn)360得來，旋轉(zhuǎn)時(shí)需注意在繪制特征界面是需要繪制一條旋

40、轉(zhuǎn)中心線。如圖4.15所示。圖4.15 旋鈕主體特征截面2、旋鈕上部把的建模。把的建模主要依靠拉伸，以旋鈕的上端面為參照面繪制特征截面，然后拉伸而成。3、旋鈕下部開關(guān)接觸處的建模。此處的建模也是依靠拉伸，以旋鈕的下斷面為參照面繪制特征截面，拉伸而成。4、旋鈕各部分倒圓角，圓角為R=0.5mm。具體旋鈕建模成型圖如圖4.16與圖4.17所示。圖4.16 旋鈕三維建模圖視角一 圖4.17 旋鈕三維建模圖視角二4.2.4 其他零部件的建模 由于其他零部件的建模方法與上述三個(gè)的建模方法類似，此處就不再一一詳細(xì)介紹，現(xiàn)將它們的三維建模成型圖貼出。具體見圖4.18、圖4.19、圖4.20、圖4.21 圖4

41、.18 7號電池建模圖 圖4.19 LED燈泡建模圖 圖4.20 電池蓋建模圖 圖4.21 反光杯建模圖 圖4.22 彈簧建模圖 圖4.23 銅片建模圖 圖4.24 下旋體建模圖圖4.25 配套夾子建模圖4.3 整體三維裝配零件建模完成后，就需要把各個(gè)零件組合（裝配）起來，在Pro/E中零件的組合是在裝配模塊中完成的。通過裝配約束，可以指定一個(gè)元件相對于裝配體（組建）中其他元件（或特征）的放置方式和位置。裝配約束的類型包括匹配、對齊、插入等約束，見圖4.26。在Pro/E中，一個(gè)元件通過裝配約束添加到裝配體中后，它的位置會隨著與其有約束關(guān)系的元件改變而相應(yīng)改變，而且約束設(shè)置值作為參數(shù)可隨時(shí)修改

42、，并可與其他參數(shù)建立關(guān)系方程，這樣整個(gè)裝配體實(shí)際上是一個(gè)參數(shù)化的裝配體。在本次零件的裝配中，首先以一節(jié)7號電池為基礎(chǔ)，逐步添加元件，直至最終裝配完成。在裝配過程中，需要注意靈活應(yīng)用各種裝配約束，必須對三個(gè)坐標(biāo)完整地約束完成，以確定零件的空間位置。具體裝配完成圖見4.27與圖4.28 。圖4.27 整體裝配圖圖4.28 燈具整體效果圖結(jié) 論 本文以便攜式LED燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對象，主要通過前面4章進(jìn)行論述：1、 了解、分析課題的背景知識，介紹LED的基本情況，包括LED的歷史、發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)光原理、光源特性、驅(qū)動電路、工程應(yīng)用等。2、 燈具材料的選擇，本次設(shè)計(jì)中使用了工程塑料中的PBT材料。具體分析了工程塑料的特性，對比了5種最常用工程塑料，最終選定較合適于本次設(shè)計(jì)的工程塑料種類。3、 LED燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，對本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的分析，包括每個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配的問題，以及具體設(shè)計(jì)過程等。4、 便攜式LED燈具的三維建模