畢業(yè)設計（論文）-電熱水壺結構設計及裝配仿真

本科生畢業(yè)論文（設計）題目電熱水壺結構設計及裝配仿真學生姓名指導教師學院機電工程學院專業(yè)班級完成時間20XX年6月8日第1章緒論1.1電熱水壺行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電熱水壺由于燒水快速、高效方便等特點而深受消費者的喜歡，是一個非常符合中國人飲用水消費習慣的西式小家電產(chǎn)品，在國內(nèi)市場中上升比較快。最初歐洲知名廠家，出于降低生產(chǎn)成本的目的，在中國采用OEM方式生產(chǎn)電熱水壺。一些知名廠家通過技術轉(zhuǎn)化，提供外型設計、結構設計，并對產(chǎn)品進行測試等將電水壺的制造經(jīng)驗帶到了國內(nèi)的OEM企業(yè)，使國內(nèi)電水壺的企業(yè)生產(chǎn)水平得到很大的提升。目前全球90%以上的電水壺生產(chǎn)都已經(jīng)移到中國。2003年開始，國內(nèi)一些知名小家電品牌的介入到電熱水壺市場，使這一產(chǎn)品在國內(nèi)市場的占有率快速上升。2005年開始中國成為全球最大的電熱水壺市場，市場容量已經(jīng)在1000萬臺左右，2006年至少還會有20%的增長量，可以說目前已經(jīng)是處于高速增長的狀態(tài)去年電熱水壺的銷售額以達到20個億，銷量在一千萬臺左右。[1]況且，目前中國家庭電熱水壺的擁有率還不到百分之五，市場發(fā)展的空間非常大。目前市場中的電熱水壺主要是不繡鋼與塑料兩大系列，外觀在電熱壺的市場推廣有著決定作用。在主流零售渠道，電熱水壺產(chǎn)品價格大至可以分為三檔，基本是以不銹鋼產(chǎn)品為主：國際品牌的產(chǎn)品基本保持在300～400元間；東菱凱琴，美的、艾美特等國內(nèi)知名小家電品牌的產(chǎn)品價格在100～300元之間；一些區(qū)域性強勢品牌的產(chǎn)品價格也都在100元左右。但在批發(fā)渠道，也可以看到30元以下的電熱水壺。[1]目前國內(nèi)電熱水壺發(fā)展的主要障礙有：1.標準研發(fā)之后2.工業(yè)設計水平不高3.產(chǎn)品附加價值低4.產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊5.核心技術受制于人。[2]由于電熱水壺行業(yè)進入門檻低，核心技術受制于人等原因。目前行業(yè)的發(fā)展的規(guī)范性程度不夠。導致產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。目前，在蘇寧、國美等大型家電商場銷售的產(chǎn)品價格多在100元~500元，而在小商品批發(fā)市場則可以買到30元至50元、60元不等的產(chǎn)品，這些低價產(chǎn)品存在溫控器失靈、漏電、壺身漏水、底座溶膠、壺蓋變形等安全問題。大量不規(guī)范的小廠商以其低廉的價格極大地沖擊著知名廠家的進一步的發(fā)展。而一些不法廠商為降低成本使用非食物級劣質(zhì)塑料，其所含有的超標重金屬在受熱后會產(chǎn)生有毒的物質(zhì)，從而對人體的健康造成損害。[3]電熱水壺核心的部件就是溫控器，溫控器的好壞及使用壽命決定了水壺的好壞及使用壽命，直接關系到用戶使用安全，可以說，如果溫控器不過關，那么整個產(chǎn)品都是不安全的。電熱水器水壺用的溫控器因型號與質(zhì)量不同，其價格差別非常大，國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的低端產(chǎn)品有的僅售2～3元左右，高端產(chǎn)品售價在10元左右，國際知名品牌的產(chǎn)品售價可以達到國內(nèi)產(chǎn)品的3～5倍，價格差距還是非常大的。而這一零售件在整個電熱水壺的零售件采購成本中可以占到20～40%，一些企業(yè)出于降低成本的原因而選擇一些低價低質(zhì)的產(chǎn)品，使產(chǎn)品的安全性能和使用壽命受到很大的影響。2005年7月國家質(zhì)檢總局對電熱水壺產(chǎn)品質(zhì)量的國家監(jiān)督抽查報告顯示，抽查的廣東、浙江、山東、北京、上海等5個省、直轄市25家企業(yè)生產(chǎn)的25種產(chǎn)品，合格的18種，產(chǎn)品抽查合格率為72.0%。而造成不合格的主要原因中就包括企業(yè)選用的熱斷路器等元件較差。[4]所以目前市場上的知名電熱水壺品牌通常都會在產(chǎn)品的外面貼上本產(chǎn)品采用英國進口著名“STRIX”溫控器的標簽。STRIX公司在電熱水壺溫控器的市場占有率高達70%，剩下的30%大部分由總部在中國的分公司(包括仿制商)和英國公司OtterControls分享。和大多數(shù)家電行業(yè)一樣，由于核心技術掌握在外國公司手中，我國的企業(yè)必須為此支付巨額的專利費（指定品牌就等于向該品牌支持巨額專利費），我國的企業(yè)制造大量的熱水壺，但只賺取微薄的加工費。[5]目前電熱開水瓶，飲水機等飲水設備領域中也占據(jù)了不少的市場分額。相對電熱開水瓶，飲水機，電熱水壺雖然有著水100%沸騰干凈衛(wèi)生（喝多少燒多少，無隔夜開水），方便、快速、可以移動使用，造型美觀，可以家庭裝飾并可作為精美禮品等優(yōu)點。但是由于中國人民長期的習慣和企業(yè)宣傳程度不夠等原因，電熱水壺與電熱開水瓶，飲水機之間的較量還將越來越激烈。6]1.2電熱水壺發(fā)展趨勢電熱水壺未來的發(fā)展趨勢在于更健康，更環(huán)保，更安全智能。在壺內(nèi)設有進口過濾裝置的電熱水壺，所有的水只有通過濾芯才能進入壺體的加熱部分，通過濾芯里的過濾裝置，水中的對人體有害的物質(zhì)如微生物細菌和漂白粉等將會被過濾掉。目前國內(nèi)有過濾水壺的廠家如東菱、億龍、三洋等都采用英國STRIX濾芯，該濾芯的主要物質(zhì)為活性碳和離子交換樹脂：活性炭可去除水中的懸浮雜質(zhì)、氯、重金屬及有害化合物，改善水的口味和氣味；離子交換樹脂減少鈣、鎂離子及碳酸根，降低水的硬度，減少水垢的產(chǎn)生。目前，市場上出現(xiàn)了一種新型加裝四層過濾系統(tǒng)的電熱水壺：第一步：精細濾網(wǎng)，去處大顆粒雜質(zhì)，初步潔凈水質(zhì)；第二步：活性炭，驅(qū)除有害的有機化合物，比如殺蟲劑，除草劑，化肥等，并降低水中氯的含量。第三步：離子交換樹脂，通過減少水中含堿量和重金屬來平衡PH值。第四步：超精細濾膜，去處小顆粒雜質(zhì)，提高水的潔凈度。[2]目前電熱水壺盛水部件均采用了食物級塑料pp等材料制成。知名品牌大都通過了EMF（家用或類似用途器具電磁場測量及評估方法），Rosh（關于在電子電器設備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令），ISO，3C，UL，GS等一系列認證。另外，相對與飲水機等飲水設備，電熱水壺燒水效率更高更節(jié)能，以后，隨著科技的創(chuàng)新，電熱水壺將更環(huán)?；Ｄ壳笆忻嫔系碾姛崴畨囟嗖捎萌匕踩Ｗo裝置。第一重：蒸汽開關；第二重：干燒保護；第三重：熔斷保護。[1]這三重安全保護措施已經(jīng)能很好對電熱水壺的安全使用進行保障。通過GS，UL等國外高級別認證的電熱水壺更是安全耐用。未來，電熱水壺的安全保護方面主要是在機械式溫控器性能的提高和完善方面。未來，電熱水壺會更人性化更美觀。比如水開后自動保溫，壺身底座分離，360度旋轉(zhuǎn)，LED狀態(tài)指示燈，精心設計的水位計，手柄處的防滑設計，開關置于手柄，外觀采用多種活潑的顏色，光滑的流線造型壺身等等，都使電熱水壺越來越受到人們的喜愛和青睞。1.3研究現(xiàn)狀1.3.1電熱水壺的基本結構零件項目及基本結構如下圖：圖1電熱水壺的基本結構電熱水壺大體包括五個部分：①壺身部分②壺蓋部分③底座部分④控制狀態(tài)部分⑤附加功能部分1.3.2電熱水壺的基本工作原理利用水沸騰時產(chǎn)生的水蒸汽使蒸汽感溫元件的雙金屬片變形，并利用變形通過杠桿原理推動電源開關，從而使電熱水壺在水燒開后自動斷電。其斷電是不可自復位的，故斷電后水壺不會自動再加熱。1.3.3電水壺三重安全保護功能的工作原理①水沸自動切斷電源功能：接通電源后，利用發(fā)熱盤/管將電能轉(zhuǎn)換為熱能給壺中清水加熱，待水沸騰時，溫控器起作用，自動切斷電源。②防干燒功能：干燒溫控是通過硅脂（導熱體）緊貼于發(fā)熱管/盤，當發(fā)熱管/盤的溫度達到超高溫時（即非正常工作狀態(tài)，比如產(chǎn)品在無水狀態(tài)下加熱或者水沸自動切斷電源失效），則自動切斷電源，從而避免產(chǎn)品因溫度不斷上升引起火災等災難的發(fā)生。但需強調(diào)的是：在使用中應盡量避免干燒，這會對產(chǎn)品造成損害，縮短使用壽命。③熔斷保護功能：在防干燒功能失效或電路出現(xiàn)短路的情況下才動作，該保護器熔斷后是不可恢復[6]1.3.4電熱水壺的分類①按照外形結構直插式和旋轉(zhuǎn)式。直插式就是壺體與底座不能旋轉(zhuǎn)，用發(fā)熱管直接加熱；旋轉(zhuǎn)式是壺體與底座可以360度旋轉(zhuǎn)，用發(fā)熱盤加熱。目前市場常見的大多數(shù)產(chǎn)品為旋轉(zhuǎn)式。②按照壺身主體采用材料分為不銹鋼式和塑料式。1.5畢業(yè)設計內(nèi)容由于電熱水壺的市場前景非常廣闊，而且現(xiàn)在又是眼球經(jīng)濟時代。一個成功的電熱水壺不僅要美觀使用，而且更重要的是結構簡單可靠和耐用。在當前人們關注自身健康的理念下，設計還應該加入濾網(wǎng)等部件，使消費者使用更放心。在外觀設計造型以及方案的選擇上要注意到電熱水壺的外觀不僅要新穎時尚，而且要注意到它與整個使用環(huán)境比如客廳風格的協(xié)調(diào)。所以，本次設計制定了三個電熱水壺的方案，并從中進行可行性分析，選取了其中最佳的方案運用Pro/e軟件進行結構設計，然后把三維實體輸出為二維圖，用AutoCAD軟件進行編輯并輸出二維圖，以及使用3DMAX軟件完成裝配過程的動畫仿真，最后使用MoldFlow軟件對水壺上的一個零件進行CAE（計算機輔助工程）分析。流程如圖2所示：查閱資料并制定三個電熱水壺設計方案查閱資料并制定三個電熱水壺設計方案選擇一個最佳設計運用Pro/e軟件進行結構設計三維實體輸出為二維圖用AutoCAD軟件進行編輯并輸出二維圖運動3DMAX軟件完成裝配過程的動畫仿真。最后完成15000字以上設計說明書一份使用Moldflow軟件對水壺的一個零件進行簡單的充模流動性分析圖2畢業(yè)設計流程圖1.4本章小結本章對電熱水壺行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了簡單的介紹，并對電熱水壺的基本工作原理，安全保護原理與結構組成有了一個初步的了解，并根據(jù)本次畢業(yè)設計的要求制定了畢業(yè)設計工作流程圖。第2章電熱水壺方案設計及對比選擇根據(jù)市場上電熱水壺的種類，并經(jīng)過商店，超市等電熱水壺售賣市場實地調(diào)研。本人設計了三種方案：不銹鋼外殼360度旋轉(zhuǎn)電熱水壺；直插式固定方向塑料電熱水壺；時尚企鵝外型塑料電熱水壺。2.1三種電熱水壺方案的具體介紹2.1.1：不銹鋼外殼360度旋轉(zhuǎn)電熱水壺方案1的三維外觀造型圖如下圖1。圖1不銹鋼外殼360旋轉(zhuǎn)電熱水壺結構特點：①高拋光不銹鋼壺身，持久晶亮。②可從360°任意方向拿起或放回，隨心所欲。③壺身和電源底座分離，盛水，倒水時不需整機移動，操作方便安全。加熱狀態(tài)下有LED指示燈指示，實時監(jiān)控。④帶水位指示器，一目了然，避免干燒或裝水過多造成的沸水外濺。⑤不銹鋼發(fā)熱盤加熱，防水垢產(chǎn)生，衛(wèi)生、方便清潔。⑥壺口加裝一層濾網(wǎng)，阻攔壺內(nèi)雜質(zhì)，使開水均勻流出，防燙傷；防止灰塵進入壺身造成二次污染，更健康。⑦開關置于壺柄，更方便更人性化。⑧擬采用英國原裝進口溫控器，確保百分之百沸騰。⑨一級保護：水開蒸汽自動斷電；二級保護：雙重防干燒斷電。三級保護：熔斷保護。設計尺寸：容量：1.5升外包裝設計尺寸：20*19*23cm電源功率：1200W（燒開水只需3到4分鐘）電源線長度：75CM（參考國家國家標準）2.1.2：直插式塑料電熱水壺方案2的三維外觀造型圖如下圖2。圖2直插式塑料電熱水壺結構特點：1、沸水自動斷電，干燒自動保護，安全可靠2、外殼采用最新防銹技術，經(jīng)久耐用、保溫，防干燒，3、有效節(jié)能，工作指示燈顯示，輕松操作。4、外觀流線型設計，全封閉式，確保飲水衛(wèi)生5、采用特殊不銹鋼加熱器材，快速高效，使用壽命更長設計尺寸：外型尺寸：17*17*20

容量：1.3額定輸出總功率：600W電源線長度：75cm（國家標準）2.1.3時尚企鵝外型塑料電熱水壺方案3的三維外觀造型圖如下圖3。圖3時尚企鵝外型塑料電熱水壺結構特點：時尚設計，美觀大方。壺體與電源底座可分離,360°都可連接。明顯的水位限制標志置于企鵝兩邊手臂處，方便使用。電源開關置于水壺手柄上，設計更貼心。LED操作使用燈，工作狀態(tài)一目了然。不銹鋼底盤加熱，熱效率更高。擬采用英國原裝進口溫控器，確保百分之百沸騰。三重安全保護裝置：水開后自動斷電，干燒保護，熔斷保護。保證使用安全。采用符合食品衛(wèi)生標準的PP塑料制造，保證水壺質(zhì)量。手柄下有突出結構以免淋濕電源。設計尺寸：容量：1.5升外包裝設計尺寸：20*19*23cm電源功率：1200W（燒開水只需3到4分鐘）電源線長度：75CM（國家標準）2.2三種電熱水壺方案的比較擇優(yōu)：經(jīng)過思考，決定采用第三個方案。理由有下：⑴方案3外觀時尚。根據(jù)家用消費電子產(chǎn)品的特點，根據(jù)市場實地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，電熱水壺行業(yè)的競爭非常激烈，各個廠家都不斷推出各種賣點來吸引消費者，而電熱水壺的外觀無疑是獲得消費者印象分的重要一環(huán)，；因此，各個廠家不遺余力地對電熱水壺的外觀進行了精心的設計，流線型的壺身，多種顏色的結合，透明的水位計幾乎是每款電熱水壺的必備。根據(jù)商店銷售人員的反饋，一種外觀好的電熱水壺更容易受到消費者特別是年輕消費者的青睞。目前是“眼球”經(jīng)濟時代。電熱水壺不僅賣的是概念和功能，當今電熱水壺功能同質(zhì)化嚴重，外觀時尚無疑是產(chǎn)品銷售的一個利刃。⑵相對與方案1，方案3的制造成本比較低。對比方案1的不銹鋼電熱水壺，根據(jù)市場實地調(diào)查，可能是由于制造成本的差異，不銹鋼電熱水壺的價格（90到110元）普遍比同功能的塑料電熱水壺（80到100元）貴10元以上。所以在同樣的功能下，塑料電熱水壺具有價格優(yōu)勢。假定是一個精打細算的家庭婦女選擇電熱水壺的話，在同樣功能，同樣健康人性化因素的情況下，價格可能會使她的天平倒向塑料電熱水壺這邊。⑶方案3和方案2都比方案1的重量要輕。根據(jù)市場調(diào)查，不銹鋼電熱水壺比塑料電熱水壺要重。因為水壺加水的時候通常會拿到水龍頭下面，所以過重的壺身（再加上水的重量）可能會使使用者感到不方便，特別是力氣小的小朋友。所以在家庭使用的情況下，女主人可能會傾向于重量輕一點的產(chǎn)品。⑷市場上，方案2制造最粗糙，功能最簡單，價格最便宜（20到50塊錢），而且直插式的電熱水壺目前已經(jīng)退出了市場主流的競爭。它的結構非常簡單（一個電熱得快加個外殼），由于連溫控器都沒有，也最沒有安全保證。在市場上這種產(chǎn)品主要是以價格低廉為賣點，這種電熱水壺本來就違背了“西式小家電”的電熱水壺的理念。現(xiàn)在的消費者越來越注重健康和安全，越來越注重生活的質(zhì)量。比較下來，覺得方案1和方案三都優(yōu)于方案2，所以放棄方案2。⑸方案三的設計較人性化。人性化智能化設計是電熱水壺的發(fā)展趨勢之一。除開關置于手柄上以外，LED指示燈，360度旋轉(zhuǎn)壺身底蓋分離設計，壺蓋上面的突出部分（方便使用者打開壺蓋）都會使消費者感到實實在在的方便和貼心。⑹方案3決定采用英國名牌思瑞克斯溫控器，盛水部件采用韓國三星pp塑料，保證水壺的質(zhì)量。2.3方案3的pro/e初步渲染圖方案3的Pro/E初步假想渲染圖，如下圖4：圖4方案3的Pro/E初步假想渲染圖2.4本章小結本章完成了電熱水壺外觀造型方案的選擇。在當前電熱水壺市場上，一個靚麗的外觀的電熱水壺無疑更容易得到消費者的歡心。所以在方案的選擇上，對于外觀方面的傾向比較大。經(jīng)過參考市場上出售的各種電熱水壺的外觀，我在初步設計的三個方案中選擇了方案三--時尚企鵝外型塑料電熱水壺。第3章電熱水壺結構設計和三維建模電熱水壺的設計大體包括五個部分：壺身部分，壺蓋部分，底座部分，控制狀態(tài)部分，附加功能部分。零部件三維建模的一般流程如下圖1：概念設計概念設計工業(yè)造型零部件三維建模二維工程圖應力分析結構強度分析疲勞分析塑性流動熱分析公差分析與優(yōu)化NC仿真與優(yōu)化動態(tài)仿真圖1零部件三維建模的一般流程[7]3.1壺身設計電熱水壺壺身部分包括壺身、手柄上蓋、加熱盤、防漏圈和壺身下蓋。由于壺身是整個電熱水壺結構裝配時的總綱，非常重要，各種其它部件和壺身的定位和配合都要在壺身上把相關結構做出來，所以電熱水壺壺身的實際要考慮實際上裝配會出現(xiàn)的各種問題的問題；同時，由于壺身的大小涉及到水的容量和美觀方便的原因，我們應該把壺身設計成上小下大流線近似圓柱體形狀。根據(jù)設計方案，電熱水壺的容量是1.5升，外型尺寸大概為：20*19*23cm。首先對壺身進行選材。由于壺身是直接盛水加熱的部件，所以在選材上要比較講究?？紤]選擇耐高溫，無毒的聚丙烯（PP）塑料。聚丙烯（PP）系采用齊格勒-納塔催化劑使丙烯催化聚合而得，它是分子鏈節(jié)排列得很規(guī)整的結晶形聚合物。它無色，無味，無毒。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明，更輕。密度僅為0.90—0.91g/cm3。它不吸水，光澤好，易著色。屈服強度，抗拉強度和硬度及彈性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作鉸鏈，有特別高的抗彎曲疲勞強度。如用聚丙烯注射成型一體鉸鏈，經(jīng)過70000000次開閉彎折未產(chǎn)生損壞和斷裂現(xiàn)象。聚丙烯熔點為164—170℃，耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進行消毒滅菌。其低溫使用溫度達-15℃聚丙烯可用于各種機械零件，如法蘭，接頭，泵葉輪，汽車零件和自行車零件，水，蒸汽，酸堿的輸送管道，化工容器和其他設備的襯里，表面涂層，制造蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，也可用于醫(yī)藥工業(yè)中。[11]目前在國內(nèi)市場，聚丙烯價格為（900013000）元/噸。價格適中。因此，綜合其各方面的性能，韓國三星化學公司的RJ700聚丙烯（PP）非常適合壺身的物理和化學使用條件。因此選擇韓國三星化學公司的RJ700為壺身的材料。接著，根據(jù)方案三的尺寸對壺身進行三維建模。3.1.1壺身主體的設計對壺身主體旋轉(zhuǎn)成曲面，草繪尺寸如圖1。圖2壺身曲面的草繪尺寸單位為毫米：mm。得到的曲面為：圖3旋轉(zhuǎn)得到的壺身曲面3.1.2壺嘴的設計創(chuàng)建壺身出水口曲面。建立輔助面DTM1，DTM2，DTM3和輔助點PNT0，PNT1，PNT2。點擊“草繪曲線”功能。在DTM1，DTM2，DTM3上分別草繪出壺身出水口曲線，曲線的末端創(chuàng)建輔助點PNT0，PNT1，PNT2以幫助不同輔助面面之間的曲線末端互相相連。并使用曲線投影功能把DTM3上的曲線向壺身方向投影。得到如下圖的曲線。圖4壺嘴構造曲線圖5壺嘴曲面接著，使用邊界曲面功能，分別選擇三條構造曲線，如圖3；對這個曲面使用曲面對FRONT平面鏡像功能得到其對稱平面。最后，使用曲面合并功能得到圖4曲面。最后，將剛合并的曲面與壺身主體曲面合并成一個曲面。3.1.3壺身手柄下蓋的設計構造壺身手柄曲面，創(chuàng)建輔助曲面和輔助點DTM4，DTM5，DTM6，DTM7，DTM8，DTM9，DTM10；PNT3，PNT4。用草繪曲線功能分別構造如圖6三條曲線，并使用可變剖面掃描功能分別選中三條曲線為掃描軌跡，用創(chuàng)建樣條曲線功能創(chuàng)建一個近似半圓的剖截面。從而得到手柄下蓋部分。最后把手柄下蓋曲面與壺身曲面使用曲面合并功能合并為一個曲面。圖6手柄下蓋構造出的三條曲線把曲面實體化。選擇整個曲面，再從菜單欄上選擇“編輯”“實體化”功能。選擇整個壺身向外面實體化。壺身厚度輸入為2毫米。得到如圖7的壺身實體。圖7壺身實體3.1.4壺身與壺身下蓋的設計壺身與壺身下蓋的連接結構非常重要，從堅固，耐用，方便及安全角度考慮，決定采用無螺釘連接。分為兩個部分。下面的部分固定前后兩個方向自由度的移動；上面部分固定上下兩個自由度。下部分固定結構的連接：在壺身下部使用“拉伸剪切”功能剪切一系列的長方形孔（尺寸為2mm*1mm），然后在壺身底蓋內(nèi)表面創(chuàng)建出同樣數(shù)量的固定結構，從而達到壺身與壺身底蓋牢固連接的目的。為了牢固連接，在一個圓的360度范圍內(nèi)創(chuàng)建六個這種結構是比較可靠的，如圖8。圖8壺身下部的長方形固定孔壺身底蓋相對應的固定結構如圖9。根據(jù)經(jīng)驗，壺身底蓋上部設計為斜坡結構有利于減少裝配時的應力。從而間接得增加了壺身結構的壽命。圖9壺身底蓋的對應突出結構壺身內(nèi)部的加強筋除了有壺身與壺身底蓋的固定功能還有增加壺身強度的功能。考慮到注塑制造過程中塑料成型工藝性方面和結構剛度和強度方面的因素，厚度設計為2毫米，與下部分相對應也設計為6個結構，但是在壺身旋轉(zhuǎn)角度方向上并不一致。如圖10。圖10壺身內(nèi)部的6個加強筋然后分別使用“特征操作鏡像”及“特征操作復制旋轉(zhuǎn)”功能得到相同的其余5個三角形狀筋結構。3.1.5過濾器固定結構的設計過濾器為曲面薄壁狀零件。它的固定結構的設計需要考慮倒水時水對其定位結構的沖擊。所以過濾器的固定結構應該優(yōu)先考慮可靠程度。經(jīng)過考慮，它的包括上下兩個部分。屬于過定位。上部分通過旋轉(zhuǎn)功能旋轉(zhuǎn)出大約60度的曲面。然后與壺身出水口曲面進行合并。實體化而得到上部分的結構，如圖11。而其下部分是一個三角形狀的筋。厚度選擇為2毫米以得到總夠的結構剛度和強度，如圖12。跟壺身曲面合并以及實體化后得到如下曲面，其左邊選中項目為對應的特征信息：圖11過濾器固定結構上部圖12過濾器固定結構下部從而完成整個過濾器固定結構的設計。3.1.6壺身手柄處與上壺蓋的固定結構的設計壺身手柄為整個電熱水壺主要的受力結構之一，對強度和剛度的要求比較高，它的結構設計為電熱水壺結構設計的重點。根據(jù)市場上的調(diào)研，上下壺蓋的固定方式通常包括止口定位與凹凸結構固定及壺身手柄強度加強結構三個部分。由于本電熱水壺為塑料形狀結構，而且其容量僅為1.5升，尺寸并不大，重量相對與金屬外殼的電熱水壺要輕一些。所以采用止口和凹凸形狀的固定結構，再增加強度加強結構是可以滿足其強度和剛度的要求的。止口的設計是選擇壺身下底蓋邊緣曲線使用“掃描切口”功能進行剪切出來。如圖13：圖13壺身下蓋的止口它的掃描剖面為一個長方形狀矩形，長為2毫米，寬為1毫米。：然后使用“特征操作復制鏡像”功能得到相對與手柄中間平面的另一個止口。凹凸結構的設計與其它結構的設計有一些不同。其它結構設計都是在兩個裝配件上在零件特征建模階段建模出來。由于手柄結構為一個可變剖面，是一個相對比較復雜的曲面，分別做出連接結構時，可能會由于定位誤差過大等原因，造成定位方面的問題。所以，在設計這個結構時，最好的解決方法是在手柄上蓋建模凸出結構，然后在裝配階段，使用“組件剪切”功能，在手柄下蓋上剪切出凹進結構，從而得到整個連接結構，如下圖：圖14手柄上下蓋固定結構包括水平和垂直兩個方向。分別用“拉伸剪切”功能建模出來。厚度依然選擇2毫米。位置選擇與人們習慣與握住壺身手柄的關鍵位置。3.1.7壺壺身表面凸出結構的設計根據(jù)電熱水壺的設計方案。本電熱水壺外觀要設計成企鵝狀外型。壺身突出結構就相當于企鵝的兩個手，為電熱水壺的外觀增添了亮點。水壺凸出結構還可以做成半透明，從外面刻上水位標志，從而賦予它水位計的功能。首先，使用“拉伸剪切”功能，將壺身兩邊剪切成如圖15形狀：圖15壺身剪切形狀然后使用“旋轉(zhuǎn)曲面功能”，其半徑比做壺身外表面大2毫米。做出一個新的曲面。跟著根據(jù)突出結構剪切邊緣，拉伸一個新的曲面。如圖16。然后對這兩個曲面進行合并。并將其實體化得到與圖17形狀突出結構。圖16拉伸出來的新曲面圖17水位計的實體結構至此，壺身水位計建模完畢。3.1.8壺蓋與壺身連接結構的設計壺蓋與壺身連接結構是電熱水壺最重要的結構之一，它是電熱水壺最主要的活動結構，是電熱水壺使用性能的保證。也是電熱水壺結構最容易出問題的地方之一。根據(jù)市場調(diào)查，市場上的電熱水壺多采用鉸鏈結構。鉸鏈連接具有結構簡單，結構可靠，成本低廉等優(yōu)點，非常適合在電熱水壺壺身和壺蓋的連接中使用。市場上點電熱水壺鉸鏈連接分為兩種：第一種是把鉸鏈置于壺身上；第二種是把鉸鏈置于手柄上。考慮到方案三上把開關置于手柄上，而且考慮到外型美觀等因素。我決定采用把鉸鏈置于壺身上這個解決方法。綜合使用“拉伸實體”,“拉伸剪切”等功能，在壺身建模出如下圖所示的鉸鏈連接結構：圖18壺身鉸鏈連接結構：圖19壺蓋對應的配合結構壺身壺蓋鉸鏈的連接裝配如圖20：圖20壺身壺蓋鉸鏈的連接裝配由于壺蓋為塑料制品，重量并不大。根據(jù)壺蓋重量以及使用要求，鉸鏈直徑采用3毫米可以保證強度和剛度的使用要求。3.1.9連接壺身底蓋的電線結構市場上，將開關置于手柄上的電熱水壺分為兩種：一種是電線通過與壺身底部相連的水壺手柄的下部；另一種是電熱水壺的手柄下部與壺身并不相連，電線是通過壺身的上部再通過壺身與壺身底座相連的。由于本方案為了外型美觀簡單考慮，水壺手柄下部并沒有與壺身相連。所以，電線結構只能采用第二種辦法。將用“掃描實體”的方法在壺身外表面建模出一個半圓型剖面的沿著壺身的結構。然后，使用“掃描切口”的方法，在半圓型實體中掃描出一個圓形空心。如下圖所示：圖21壺身側(cè)面的電線下通結構3.1.10加熱盤與防漏圈的設計加熱盤是水壺的傳熱部件，選擇好的材料和采用盡量薄的加熱盤壁可以有效的節(jié)省能源，從而降低用戶的使用成本。加熱盤的厚度為0.5毫米。加熱盤的正面如圖22。加熱盤的底部焊接有發(fā)熱管，它是電熱水壺的發(fā)熱器件，把電能轉(zhuǎn)換為加熱水的熱能。加熱盤與壺身連接，他的下部采用三個螺母直接與雙彈簧片連接。如圖23。圖22加熱盤的正面圖23加熱盤的底面防漏圈是電熱水壺基本使用性能的主要保證之一，一個漏水的水壺無疑會使用戶對本品牌的產(chǎn)品產(chǎn)生嚴重的懷疑，從而一轉(zhuǎn)十，十傳百，甚至會在消費者心中產(chǎn)生對產(chǎn)品的偏見。直接影響電熱水壺的銷量。所以防漏圈的材料選擇為著名品牌的硅膠。防漏圈裝配在加熱盤上面。如圖24。圖24防漏圈3.1.11手柄上蓋的設計手柄上蓋主體的三維建模是選擇下蓋的左右兩條曲線和新畫的一條曲線使用“可變剖面掃描”功能進行三線曲面可變剖面掃描而成的。手柄上蓋使用韓國三星化學公司的Hj-730聚丙烯（PP）材料。手柄上蓋與其它部件配合的主要結構為與按鈕配合的結構；與壺下蓋定位配合的結構；與壺身配合的結構；與壺蓋配合的結構。手柄上蓋與按鈕的配合需要在蓋上剪切出一個圓形的孔。具體的建模是在裝配階段完成的：選擇按鈕，然后點擊“組件切除”功能，再選擇手柄為要切除的實體，然后得到如圖25所示圓孔：圖25與按鈕裝配切出的圓孔手柄上蓋與壺身的定位配合結構包括定位和固定兩個方面，具體在3.1.6節(jié)有詳細介紹，下面的圖為在手柄上蓋相應的結構：圖26手柄上蓋的上下蓋固定結構手柄上蓋與壺身配合的結構如下圖，上部與壺身頂部配合，下部與壺身鉸鏈機構的下部配合，使手柄與壺身的配合足夠牢固，如圖27：圖27手柄上蓋的壺身固定的結構上蓋與壺蓋成80度的配合以方便壺蓋開啟。3.1.12壺身下蓋的設計壺身下蓋上與壺身連接，下與壺底座上蓋接觸。內(nèi)部配合部件有壺身狀態(tài)指示燈和溫控器固定器。它的下部的幾個半圓形防滑突出結構可以使之在水燒開后，用戶可以把它直接放置在桌面上。它也是主要的受力件之一，所以它的內(nèi)部設計了一系列的加強筋（一共為12個）來確保他的強度和硬度。內(nèi)側(cè)的突出結構與壺身右側(cè)的突出結構形成很好的配合。與壺身對應結構形成恰倒好處的配合，使連接上下溫控器的電線能順利穿越。下部的幾個穿孔使可能從小孔中逸來的水蒸氣能很好的逸出，也有效的和環(huán)境保持了通氣，有利于下蓋的干燥。如圖28。圖28壺下蓋一系列的加強筋它與燈的配合結構較為簡單，如圖29：圖29壺下蓋與燈的配合結構3.2壺蓋整體結構的設計壺蓋結構包括上壺蓋，下壺蓋，彈簧，壺蓋控制機構四部分。壺蓋機構設計的關鍵是壺蓋控制結構的設計。由于開水沸騰時溫度達到100度。而100度是水又液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的臨界溫度。所以水沸騰時會有大量的水蒸氣向上沖出來。壺出水口一般都比較小，從而會有大量的水蒸氣會垂直向上向壺蓋方向沖擊，會對壺蓋造成一定的沖擊力。如果不設置壺蓋控制機構使壺蓋與壺身在水壺的使用狀態(tài)下閉合的話，水蒸氣可能會沖開壺蓋，從而對人身的安全造成一定的隱患。壺蓋機構的操作按鈕一般分為兩種：第一種是置于壺上蓋的前部靠近壺出水口的地方；另一種是置于壺上蓋的后面靠近手柄開關的地方。本著外型美觀使用方便，本設計方案將壺蓋機構的控制操作按鈕置于壺上蓋的前部。并且和水壺上蓋凸出的“企鵝眼睛”一起，形成恰好的著力點，方便使用著開合壺蓋。壺蓋機構設計的另一個關鍵是水壺上下蓋的固定和彈簧的放置。經(jīng)過考慮，上下蓋的固定采用與壺身底部相同的凹凸連接結構（詳情請看壺身設計）。彈簧放置與壺蓋內(nèi)部的一個空腔中，只留下前后運動的自由度。從而保證了壺蓋控制機構的使用性能。3.2.1下壺蓋結構的設計下壺蓋與壺身連接的鉸鏈，經(jīng)過計算，尺寸如圖30：圖30下壺蓋連接結構的具體尺寸壺蓋下蓋最上面的矩形的為了上下蓋對中定位使用的，作用是方便上下蓋裝配和保證裝配精度。上下蓋的連接結構：先在下壺蓋拉伸出凸出實體，然后在裝配階段使用“組件剪切”功能在上壺蓋中剪切出凹進結構。上下壺蓋形成恰好的配合結構。如圖31，圖32：圖31下壺蓋突出結構圖32上壺蓋凹進結構下壺蓋的下部做成薄壁結構，以改善結構工藝性和減少使用材料從而降低制造成本。3.2.2壺蓋機構的控制操作按鈕結構的設計根據(jù)尺寸計算，壺蓋機構的控制操作按鈕設計為如圖33形式：圖33壺蓋開合控制按鈕上面的四個加強筋來保證它的強度和剛度，它的前部與壺身過濾器固定結構的上部接觸。在彈簧自然狀態(tài)下，壺身過濾器固定結構限制其上下兩個自由度。當使用者通過對控制按鈕的上圓柱施加對彈簧的壓縮力時，控制按鈕隨著被壓縮的彈簧往后退，壺身過濾器與控制按鈕不接觸。從而壺蓋就可以離開壺身了。控制按鈕結構和水壺下蓋的裝配方式如圖34：圖34壺蓋開合控制結構3.2.3上壺蓋結構的設計上蓋的三維特征圖如下：圖35上壺蓋三維特征圖上蓋的前部與過濾器相接觸，起著使空氣中的灰塵不飄進壺內(nèi)的作用。壺蓋上部的兩個圓形的突出結構是“企鵝的眼睛”對水壺起著裝飾的作用。壺蓋前部的圓孔是和控制按鈕上部圓柱配合的地方。至此，壺蓋的三維建模到此結束。3.3電源底座結構的設計電源底座結構包括電源底座下蓋，電源底座上蓋，連接頭，電源插頭，底座蓋板五個部分。其中最重要的結構是電源底座上，下蓋的連接和底蓋與下蓋之間的螺釘連接。3.3.1電源底座下蓋的設計綜合使用“旋轉(zhuǎn)實體”，“拉伸實體”，“拉伸剪切”等方法得到如圖36，圖37所示正反面下蓋：圖36電源底座下蓋正面圖37電源底座下蓋反面其中正反面的加強筋是用來加強底蓋下蓋的結構強度的。下蓋反面的圓柱形狀實體是用來支撐整個電熱水壺的重量，電熱水壺的任何地方在垂直方向上都比它高。壺蓋的厚度保持一致均勻，以改善其結構工藝性。電源底座下蓋與電源的定位結構如圖38，圓柱邊緣凸出的部分鑲嵌進電源的凹進部分，以限制電源的旋轉(zhuǎn)自由度：圖38電源與電源底座下蓋的定位與裝配插頭線經(jīng)過電源底座下蓋與電源連接的結構是在壺底蓋開出切口和電線固定結構，以方便裝配，如下左圖；它的裝配形狀圖如下圖：圖39電源底座下蓋與插頭線的配合電源底座下蓋的邊緣極薄，以嵌進電源底座上蓋組成連接結構。與底座上蓋的連接配合結構如圖40：圖40壺底座上下蓋的定位配合結構電源底座蓋板與電源底座下蓋均采用螺釘?shù)倪B接方式，經(jīng)過計算。螺釘采用M1.7x3.5，蓋板邊緣鑲嵌進入電源底座下蓋里面，與螺釘對面的底蓋結構起著定位底蓋和插頭線的作用，其連接結構如圖41：圖41壺底蓋與壺下蓋的連接配合3.3.2電源底座上蓋的設計電源底座上蓋的上表面與壺身下蓋相連接，所以必須將其設計成光滑面。上蓋開有插頭線側(cè)孔。壺上蓋內(nèi)側(cè)開有凸出體，以和底座下蓋連接，內(nèi)側(cè)設計有一系列的加強筋，保證了其強度和節(jié)省了制造成本。如圖42：圖42電源底座上蓋3.3.3插頭的設計插頭線的長度太長了不好，太短了也不好，這方面國家有嚴格的規(guī)定。本插頭采用國家標準的95CM。插頭采用與其它家用電器一樣的加裝有接地線，以充分保證使用者的安全，如圖43。底座底蓋為圓形，中心留有一圓孔，以增加水壺的美觀程度。如圖41所示。圖43插頭線至此，電源底座的設計結束。3.4水壺控制狀態(tài)部分的設計控制狀態(tài)部分包括雙彈簧片，手動復位溫控器，干燒保護器，干燒保護器固定裝置，壺身指示燈，蒸汽管，手柄開關按鈕。重點結構是雙彈簧片與加熱盤的連接：薄壁（厚度為0.5毫米）雙彈簧片套在加熱盤上的三個螺柱，然后用螺母把它固定。雙彈簧片的三維形狀尺寸參考市場上實際形狀尺寸來建模。如圖44。圖44雙彈簧片與加熱盤的連接配合其中，雙彈簧片上的長圓柱為導體，起著與壺底座的電源保持導通的作用，三個半圓型實體是用來與下溫控器配合的。下溫控器的固定由雙彈簧片上的長圓柱和三個半圓體以及兩個螺釘實現(xiàn)的。如圖45。圖45干燒保護器置于雙彈簧片上恰好形成配合干燒保護器固定器是圓形的，上與干燒保護器接觸，下與壺身下蓋接觸，雙彈簧片的長圓柱穿過其中。它使壺身與底座可以360度旋轉(zhuǎn)。如圖46：圖46下溫控器固定器與下溫控器用兩個螺釘連接蒸汽管的前部與壺身鉸鏈出開出的切口相連接，它的后部與手動復位溫控器連接，以接收開水的溫度信號。壺身下壺蓋的兩個筋狀突出結構對它給予了垂直自由度的支撐。如下圖：圖47蒸汽管手動復位溫控器包括了電源的開關，由位于它上面的按鈕控制，壺身下蓋突出的兩個圓柱為它提供了前后自由度的限制：圖48上溫控器實體按鈕實體形狀如圖49，邊緣厚度為2毫米。圖49電熱水壺電源開關按鈕壺身手柄下蓋的突出結構給予按鈕垂直支撐。蒸汽管與手動復位溫控器與按鈕的配合關系如圖50。圖50蒸汽管與手動復位溫控器以及按鈕的裝配配合3.5附加功能部分的設計附加功能部分為過濾裝置。過濾器裝置包括過濾器和過濾網(wǎng)，過濾器采用韓國三星化學公司的Hj-730聚丙烯（PP），過濾網(wǎng)的材料為你尼龍。過濾器為薄壁件，與壺身形成了恰到好處的配合，由于其它原因，過濾網(wǎng)并沒在三維圖中建模出來。如圖51。圖51過濾器二維工程圖是設計和生產(chǎn)之間的語言。完成零件的三維圖繪制后，為了更規(guī)范，更準確地表達設計者的設計意圖，加強工程師之間與生產(chǎn)制造者之間的交流，[8]應按照投影原理根據(jù)繪制成的三維圖生成二維圖。這次畢業(yè)設計一共在Pro/E中生成了6張二維圖。包括裝配圖，爆炸圖和四張零件圖，具體請看附錄。3.6本章小結本章對電熱水壺零件細節(jié)結構進行了Pro/E三維建模。各個部件的設計不但包括在結構方面的設計，還涉及到材料的選用與塑料制品的制造工藝性方面。壺身內(nèi)部的設計傾向于現(xiàn)在堅固耐用的，簡單易用的，在實際經(jīng)驗中運用成熟的結構。建模完成后使用Pro/E對各零件軟件進行了裝配。第4章電熱水壺的運動仿真根據(jù)設計任務書，必須使用3DSMAX軟件對電熱水壺的裝配過程進行動畫仿真。由于電熱水壺的零件數(shù)量很多，很難在一個動畫中表達清楚其每個零件的裝配細節(jié)，所以我決定分成五個動畫來完成：1.壺蓋裝配；2.壺底座裝配；3.壺下蓋裝配；4.壺身裝配；5.加熱盤裝配；6.電熱水壺總裝配。一共渲染輸出五個AVI格式的動畫，使之可以在WindowsMediaPlayer10等支持AVI格式的播放器中播放。4.13DSMAX軟件簡介3DStudioMAX(3DSMAX)或者直接叫3DMAX。由于3DMAX的前身是DOS時代著名的3DS，它最大的特點就是對計算機硬件的需求低，因此它也是在我國用戶數(shù)量最多的三維動畫制作軟件，可謂一枝獨秀[9]。3DMAX由美國Autodesk公司制作。3DSMAX軟件是國內(nèi)應用最廣泛，使用人數(shù)最多的三維動畫設計軟件。它功能強大、開放性好，集建立模型、材質(zhì)設置、攝影燈光、場景設計、動畫制作、影片剪輯于一體。3DSMAX被廣泛地應用于電視及娛樂業(yè)中，比如片頭動畫和視頻游戲的制作，深深扎根于玩家心中的勞拉角色形象就是3DSMAX的杰作。在影視特效方面也有一定的應用。而在國內(nèi)發(fā)展的相對比較成熟的建筑效果圖和建筑動畫制作中，3DSMAX的使用率更是占據(jù)了絕對的優(yōu)勢。根據(jù)不同行業(yè)的應用特點對3DSMAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應用相對來說要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡單的動畫；片頭動畫和視頻游戲應用中動畫所占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓赢嫷囊笠咭恍?；影視特效方面的應用則把3DSMAX的功能發(fā)揮到了極至，而這我想也是眾多的3DSMAX迷想要達到的目標。[10]3DSMAX的用戶界面簡單易用，功能強大全面，適合廣大三維動畫愛好者的入門軟件。3DSMAX里面包括：1.三維特征建模；2.材質(zhì)與貼圖；3.動畫制作；4.環(huán)境光照及輸出等幾大功能板塊。在本次設計中，使用版本較新的3DSMAX8.0軟件制作動畫，根據(jù)設計任務書上的要求，只用到其動畫制作和渲染輸出功能。因此，3DSMAX8.0軟件優(yōu)秀的動畫制作性能完全可以滿足電熱水壺動畫的制作。4.2動畫制作前的準備3DSMAX支持的格式很廣泛，有IGES，STL，STEP等?？紤]到各種格式優(yōu)劣性與其在3DSMAX動畫制作方便性，決定從Pro/E軟件中輸出STL格式的電熱水壺零件，然后將其導入3DSMAX進行裝配。4.3裝配動畫的制作4.3.1壺蓋裝配動畫的制作打開3DSMAX8.0軟件，選擇菜單欄上的第一欄“文件”，在其下拉菜單選擇“導入”菜單，然后在彈出的對話框選擇上壺蓋，將在Pro/E軟件中輸出的STL格式文件到入到軟件的主界面中。在動畫制作區(qū)域單擊時間配置按鈕，將其幀總數(shù)設置為300。選定上壺蓋，在主界面下方輸入其在軟件中的三維坐標：X：0；Y：0；Z：0。將其旋轉(zhuǎn)自由度坐標也設置為X：0；Y：0；Z：0。從而定位好上壺蓋。導入STL格式的壺蓋控制機構，使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Z對齊，在Y方向上與上壺蓋的距離為100。然后選定壺蓋控制機構及上壺蓋，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第1幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第60幀，選擇壺蓋控制機構，保持其X軸和Z軸的位置不變，將其沿Y軸拖動到恰好與上壺蓋配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第60幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到壺蓋控制機構沿著Y軸運動直到于上壺蓋恰好相互配合。下面開始做彈簧的動畫。選定壺蓋控制機構及上壺蓋，點擊菜單欄“組成組”按鈕，使壺蓋控制機構及上壺蓋成為一個組，名字為“組一”。拖動幀滑塊到第61幀，導入STL格式的彈簧。使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Z對齊，在Y方向上與“組一”的距離為150。然后選定彈簧及組一，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第1幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第100幀，選擇彈簧，保持其X軸和Z軸的位置不變，將其沿Y軸拖動到恰好與上壺蓋配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第100幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到壺蓋控制機構沿著Y軸運動直到于上壺蓋恰好相互配合。選擇“組一”以及彈簧，點擊菜單欄“組成組”按鈕，使壺蓋控制機構及上壺蓋成為一個組，名字為“組二”。使之成為一個整體。下壺蓋的動畫與前面類似，拖動幀滑塊到第101幀，導入STL格式的下壺蓋。使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Z對齊，在Y方向上與“組一”的距離為200。然后選定下壺蓋及組二，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第101幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第200幀，選擇下壺蓋，保持其X軸和Z軸的位置不變，將其沿Y軸拖動到恰好與上壺蓋配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第200幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到下壺蓋沿著Y軸運動直到于上壺蓋恰好相互配合。選擇“組二”以及下壺蓋，點擊菜單欄“組成組”按鈕，使壺蓋控制機構及上壺蓋成為一個組，名字為“組三”。使之成為一個整體。接著制作“組三”的旋轉(zhuǎn)動畫。選定“組三”，拖動幀滑塊到第201幀，點擊設置關鍵點按鈕，在第201幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第250幀，在工具欄上點擊“選擇并旋轉(zhuǎn)按鈕”，。使“組三”沿X軸旋轉(zhuǎn)90度，同時沿Z軸也旋轉(zhuǎn)了90度，點擊設置關鍵點按鈕，在第250幀插入關鍵幀。選擇“組三”，在251插入同樣的關鍵幀，拖動幀滑塊到第300幀，在菜單欄上點擊“選擇并均勻放大”按鈕。將“組三”沿X軸從100放大到200。數(shù)量為300幀的壺蓋動畫全部做好。如下圖1到圖4：圖1壺蓋各制件導入舞臺中的初始位置圖2壺蓋各制件裝配過程圖3壺蓋裝配完畢4.3.2壺底座；壺身下蓋；壺身裝配；加熱盤動畫的制作數(shù)量為700幀的壺底座裝配動畫的制作過程其實與壺蓋裝配動畫的制作方法差不多。動畫元素也同樣包括壺蓋裝配動畫的制作中的平移與旋轉(zhuǎn)。在此不贅述。如圖5到圖7所示：圖4電源底蓋各制件導入舞臺中的初始位置圖5電源底蓋各制件裝配過程圖6電源底蓋裝配完畢壺身下蓋裝配動畫只有壺下蓋與燈兩個部件，動畫元素也只有坐標平移與旋轉(zhuǎn)，因而比較簡單。具體制作過程不再贅述，動畫過程請看下圖：圖7壺身下蓋各制件導入舞臺中的初始位置圖8壺身下蓋各制件裝配過程圖9壺身下蓋裝配完畢壺身部分的裝配部件包括壺身，過濾器，手柄上蓋，蒸汽管，上溫控器，手柄開關。幀的總數(shù)為300。動畫元素只有坐標平移與旋轉(zhuǎn)，因而也比較簡單。具體制作過程不再贅述，動畫過程請看下面圖10到圖13：圖10壺身部分各制件導入舞臺中的初始位置圖11壺身部分各制件裝配過程1圖12壺身部分各制件裝配過程2圖13壺身部分裝配完畢加熱盤結構部分的裝配部件包括加熱盤，防漏圈，下溫控器，雙彈簧片，上溫控器，螺釘。幀的總數(shù)為300。動畫元素只有坐標平移與旋轉(zhuǎn)，因而也比較簡單。具體制作過程不再贅述，動畫過程請看下面幾圖：圖14加熱盤部分各制件導入舞臺的初始位置圖15加熱盤部分各部件裝配過程1圖16加熱盤部分各部件裝配過程2圖17加熱盤部分裝配完畢4.3.3電熱水壺總裝配動畫的制作總裝配動畫幀總數(shù)為500幀，按先后順序把電熱水壺的各個STL格式部件導入3DMAX的場景中，然后按照裝配關系分別將其裝配好編為五個組，分別為：“組一”壺蓋裝配；“組二”壺底座裝配；“組三”壺下蓋裝配；“組四”壺身裝配；“組五”加熱盤裝配。將“組三”“組四”“組五”拉遠。然后使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Y對齊，對齊，在Z方向上與“組一”的距離為100。然后選定“組一”及“組二”，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第1幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第100幀，選擇“組二”，保持其X軸和Y軸的位置不變，將其沿Z軸拖動到恰好與“組一”配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第60幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到壺蓋控制機構沿著Y軸運動直到于“組一”恰好相互配合。下面開始做“組三”的動畫。選定“組一”及“組二”，點擊菜單欄“組成組”按鈕，使壺蓋控制機構及上壺蓋成為一個組，名字為“組六”。拖動幀滑塊到第200幀，導入“組三”。使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Y對齊，在Z方向上與“組六”的距離為150。然后選定“組三”及“組六”，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第200幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第200幀，選擇“組三”，保持其X軸和Y軸的位置不變，將其沿Z軸拖動到恰好與“組六”配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第200幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到壺蓋控制機構沿著Z軸運動直到于“組六”恰好相互配合。選擇“組三”以及“組六”，點擊菜單欄“組成組”按鈕，使壺蓋控制機構及上壺蓋成為一個組，名字為“組七”。使之成為一個整體。下面開始做“組四”的動畫。拖動幀滑塊到第201幀，導入“組四”。使用快捷鍵“Alt+A”使其在X軸和Y對齊，在Z方向上與“組六”的距離為200。然后選定“組三”及“組六”，在3DSMAX的動畫制作區(qū)域點擊設置關鍵點按鈕，在第200幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第300幀，選擇“組三”，保持其X軸和Z軸的位置不變，將其沿Y軸拖動到恰好與“組六”配合的位置，點擊設置關鍵點按鈕，在第300幀插入關鍵幀。點擊播放動畫按鈕可以看到壺蓋控制機構沿著Z軸運動直到于“組七”恰好相互配合。將“組六”與“組四”合并成為一個新組“組八”。“組五”加熱盤裝配上面基本一致，區(qū)別在于在300幀插入“組五”的原始位置。在400插入裝配位置關鍵幀。將“組五”與“組八”合并成為一個新組“組九”。接著制作“組九”的旋轉(zhuǎn)動畫。選定“組九”，拖動幀滑塊到第411幀，點擊設置關鍵點按鈕，在第411幀插入關鍵幀。拖動幀滑塊到第500幀，在工具欄上點擊“選擇并旋轉(zhuǎn)按鈕”，。使“組三”沿Z軸也旋轉(zhuǎn)了90度，點擊設置關鍵點按鈕，在第500幀插入關鍵幀。至此，電熱水壺的裝配動畫制作完成了。如下圖18到圖21：圖18電熱水壺各部件導入舞臺的初始位置圖19各部件裝配過程1圖20各部件裝配過程2圖21電熱水壺裝配完畢4.4裝配動畫的渲染輸出裝配動畫的渲染輸出，包括輸出六個AVI格式動畫：：1.壺蓋裝配；2.壺底座裝配；3.壺下蓋裝配；4.壺身裝配；5.加熱盤裝配；6.電熱水壺總裝配。動畫輸出的操作的一致的，在這里挑選電熱水壺總裝配的裝配動畫的渲染輸出過程為例子說明，其它的就不再贅述了。打開4.3.3節(jié)所制作成的電熱水壺總裝配.max文件。在菜單欄上點擊“渲染渲染”菜單或者按捷鍵F10。彈出一個渲染場景對話框，在對話框的“范圍”選項填入“0500”；輸出大小選擇“800x600”；然后點擊“保存文件”，在彈出的圖22渲染場景對話框圖23渲染輸出文件對話框圖24輸出的AVI格式的動畫文件圖25動畫文件的播放至此，電熱水壺的裝配仿真已經(jīng)完成。4.5本章小結本章運用3DMAX軟件對電熱水壺零件進行裝配仿真。由于電熱水壺大約20個左右的零件，數(shù)量太多，難以在一個動畫中完完全全表現(xiàn)清楚，所以，對電熱水壺的幾大部分分別制作出裝配動畫，然后再對這幾大部分進行總裝配動畫的制作，一共完成了5個動畫：上下壺蓋裝配；壺身裝配；壺底座裝配；加熱盤部分裝配；總裝配。第5章電熱水壺壺蓋充模流動性實驗塑料產(chǎn)品從設計到成型生產(chǎn)是一個十分復雜的過程，它包括塑料制品設計，模具結構設計，模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個方面。計算機技術的運用正在各方面取代傳統(tǒng)手工設計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。運用CAE軟件如MoldFlow模擬塑料熔體在模具模腔中的流動，保壓，冷卻過程，對制品可能發(fā)生的翹曲進行預測等，其結果對優(yōu)化模具結構和注塑工藝參數(shù)有著重要的意義，可提高一次試模的成功率。對于本設計，選取電熱水壺的手柄上蓋進行分析。5.1MoldFlow軟件簡單介紹MoldFlow公司總部位于美國波士頓，是一家專業(yè)從事塑料成型計算機輔助工廠分析（CAE）的軟件開發(fā)和咨詢公司，是塑料分析軟件的創(chuàng)造者，自1976年發(fā)行世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導著塑料CAE軟件市場。MoldFlow公司自建立以來，通過自身的不懈努力以及與科研機構，企業(yè)客戶在研究和產(chǎn)品開發(fā)方面的緊密合作，創(chuàng)造出了多個世界第一，進而確立了在模流分析軟件中的領導地位。2000年，MoldFlow公司合并了另一家世界知名的塑料成型分析軟件公司—美國AC-Tech公司及其產(chǎn)品C-Mold。[11]它包括三部分：1.MPA：產(chǎn)品優(yōu)化顧問；2.MPI：注塑成型模擬分析；3.MPX：注塑成型過程控制專家。它的主要模塊有：模型輸入與修復（可以直接讀取STL，Pro/E等模型）；塑料材料與注塑機數(shù)據(jù)庫；流動分析；冷卻分析；翹曲分析等11個模塊。MoldFlow軟件在注塑模設計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：⑴優(yōu)化塑料制品（得到制品實際最小壁厚，降低材料成本，優(yōu)化制品結構縮短生產(chǎn)周期）；⑵優(yōu)化模具結構（得到最佳的澆口數(shù)量和位置，合理的澆道和冷卻系統(tǒng)，在計算機上試模修模等）；⑶優(yōu)化注塑工藝參數(shù)（可以確定最佳注塑壓力，鎖模力，模具溫度，熔體溫度等參數(shù)）5.2電熱水壺手柄上蓋的流動性分析實驗實驗步驟包括：⑴輸入CAD模型⑵網(wǎng)格劃分⑶選擇材料⑷選擇澆口位置⑸選擇注塑機⑹設計分析參數(shù)⑺分析計算⑻保壓曲線確定⑼流道平衡⑽填充問題解決具體流程如下圖1：輸入CAD模型輸入CAD模型網(wǎng)格劃分選擇材料選擇澆口位置選擇注塑機確定注塑條件設計分析參數(shù)分析計算填充問題解決流道平衡保壓曲線確定圖1流動性分析流程5.2.1手柄CAD模型的輸入在Pro/E軟件中打開手柄上蓋的三維模型圖，綜合使用“拉伸”和“旋轉(zhuǎn)”功能建模出手柄的主流道，一級分流道，二級分流道以及澆口，把其保存為STL格式的文件，然后將其導入MPI（MoldFlowPlasticInsight）中。在流道以及澆口尺寸的選擇中具體尺寸如下表1：表1澆注系統(tǒng)的尺寸長度（mm）半徑（mm）主流道802一級分流道1002二級分流道502澆口225.2.2網(wǎng)格劃分及材料，澆口位置的選擇網(wǎng)格類型：FusionMesh材料：PP（聚丙烯）：SamsungGeneralChemicalsRJ700經(jīng)過仔細考慮，澆口位置的選擇如下圖：圖2澆口的位置5.2.3確定注塑條件根據(jù)SamsungGeneralChemicalsRJ700的工藝要求，工藝參數(shù)為：熔體溫度230℃，型腔溫度405.2.4填充過程模擬結果填充過程模擬得到的部分結果如下幾圖：圖3填充過程中的壓力分布圖4填充過程中的熔體前沿溫度分布圖5填充過程中的熔體溫度分布圖6制品表面的分子趨向5.2.5保壓過程模擬結果在填充過程模擬的基礎上，進一步進行保壓過程的模擬，可以得到所需的保壓時間，并通過優(yōu)化得到合理的保壓壓力。以下幾圖是采用二級保壓壓力（80Mpa3.5s，50Mpa3.5s）如下圖：圖7二級保壓曲線圖得到的制件中體積收縮率分布情況，如圖8和圖9。圖8保壓結束后制件中的體積收縮率結果表明，制件最大的體積收縮率為16.81。5.2.6保壓時間及保壓壓力的優(yōu)化計算選取工藝條件中保壓壓力與保壓時間的關系，保壓壓力一般取注射壓力的80%120%，注射時間按注射保壓切換時間算（設為t0）保壓曲線中分段保壓時間的確定：㈠計算第一段保壓時間：查看壓力曲線，光標移至Flow處按右鍵，點擊CreateNewPlot，選取Pressure與XYPlot項，顯示出壓力曲線分布圖。點擊填充末端，顯示該處壓力曲線，如下圖所示。查出曲線中壓力最高點所對應的時間t4和壓力為0時所對應的時間t5，冊第一段保壓（恒定保壓）時間為：t1=（t4+t5）/2-t0（s）。to=1.6533；t4=2.813；t