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1、CAD/CAM实践性教学课程设计题目名称 诺基亚5300手机的三维建模分析 学生学院 机电工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名 指导老师 胡伟 2016年6月28日目录一、课程设计任务书31.1 实验目的31.2 项目实施条件31.3 课程设计要求31.4 课程设计工作内容41.5 课程设计进程安排4二、摘要4三、设计分析步骤63.1 三维建模63.1.1 手机后盖63.1.2 手机上盖113.1.3 手机下体163.1.4 电池203.1.5 手机屏幕203.1.6 手机上键盘213.1.7 手机听筒213.1.8 手机桌面223.2有限元分析223.2.1手机后盖静力学分析2
2、23.2.2手机后盖跌落分析263.2.3手机盖热力分析303.3动画演示333.3.1装配爆炸图演示333.3.2滑盖动画演示343.4 UG数控加工及仿真35四、设计总结39五、思考题39参考文献41一、课程设计任务书1.1 实验目的CAD/CAM技术被视为 20 世纪最杰出的工程技术成就之一，其应用水平已成为衡量一个国家科学技术发展和工业现代化程度的重要志，机械 CAD/CAM 技术开发研究和应用人才是社会大量急需专业人才。本课程是机械 CAD/CAM 技术的实验实训教学环节。通过本课程学习使学生掌握机械 CAD/CAM 技术的基本理论知识，掌握 CAD/CAM 系统的学习方法，能够较熟
3、练地运用一种 CAD/CAM 系统进行三维参数化建模，进行一般的产品机械结构设计，开展结构力学的工程分析和仿真，完成复杂零件的数控自动编程和数控仿真。在此基础上使学生具备进一步提升设计知识、工程应用技能的自学能力。并培养进行自主学习、项目组织、合作的能力，提高学生创新意识。1.2 项目实施条件1). 硬件PC 机一台(操作系统 Windows XP、Win7 或以上兼容系统)；华中数控三轴联动数控实验台。2). 软件UG NX 6.0 CAD/CAM集成系统一套；提高可增加 Ansys V12.0 有限元分析软件。1.3 课程设计要求学生分组开展项目设计，培养学生的团队协作和组织规划能力。每组
4、人数 4-5 人，每个人都必须单独完成一定数量的零件 CAD 几何建模内容， 然后分工开展装配建模、 CAD 工程绘图、有限元结构力学分析、机械运动仿真、加工模具设计、零件数控加工工序设计、数控后处理器设计及加工代码生成、加工过程仿真等。每个小组选出项目负责人，负责项目规划、组织小组讨论、任务分配以及与指导老师的联系，定期向老师汇报工作进度。小组成员必须参与项目讨论，完成组长指定的任务，并参与项目报告的撰写。 在报告总结中必须列出自己所完成的工作， 并对自己及小组各成员的工作质量提出评价意见和修改完善建议。1.4 课程设计工作内容1） 设计手机壳结构；2） 建立手机壳零件三维参数化、变量化实体
5、模型；3） 基于零件主模型，按国家标准绘制零件工程图；4） 对产品进行结构的有限元分析、仿真，输出分析结果，提出改进方案；5） 对产品的运动机构进行运动分析、仿真，输出分析结果，提出改进方案；6） 对产品进行渲染；7） 数控加工程序的生成及加工过程仿真；8） 编写设计说明书。1.5 课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1收集、整理资料，拟订手机壳产品(零件)三维结构方案大学城校区6.17-6.182手机壳产品(零件)三维参数化实体建模大学城校区6.19 -6.213修改、完善零件3D产品(零件)三维参数化实体模型大学城校区6.225.244模型渲染、运动分析、加工过程仿真等大学城校区
6、6.256.275编写设计/分析说明书大学城校区6.286修改、完善设计内容和说明书，整理、打印资料参加答辩大学城校区6.296.30二、摘要本小组的课程设计主目标是诺基亚5300款手机壳的三维建模分析。通过资料搜集和小组讨论，我们小组决定我们所设计的诺基亚5300款手机壳产品分为手机后盖，上盖，下体，电池，屏幕，键盘，听筒，和桌面八大部分。然后小组成员分工，分别设计出个部分的三维建模图和装配图。本小组所设计的诺基亚5300款手机壳产品能够基本满足普遍需求。三、设计分析步骤3.1 三维建模3.1.1 手机后盖采用solidworks2015建立手机后盖三维模型的步骤：1. 画草图2. 拉伸3.
7、 做后盖上半部和两边R为5.5mm的圆角4. 做后盖下半部R为10mm的圆角5. 切除-拉伸6. 拉伸7. 做厚度为1mm的抽壳8. 通过几个切除-拉伸做后盖摄像头孔及摄像头9. 通过包覆，拉伸，切除做出左边缘音量按键孔和后盖面音量孔10. 切除-拉伸右边缘缺口11. 切除-拉伸，切除-旋转做出上半部的开机键12. 切除-拉伸做出上边缘缺口13. 切除-旋转，切除拉伸做出感光孔14. 切除-拉伸做整体图案的修整3.1.2 手机上盖采用solidworks2015建立手机上盖三维模型的步骤：1. 绘制长92mm，宽48mm的长方形草图2. 拉伸厚度为20mm的长方体3. 切除-拉伸，拉伸成锥形4
8、. 在各边做半径为8mm的圆角5. 切除-拉伸锥部并且圆角6. 切除-拉伸调整厚度并且做半径为2mm的圆角7. 切除拉伸出槽深为2mm的屏幕槽8. 包覆，切除-拉伸出nokia和音量调节字样9. 切除-拉伸出后面槽10. 包覆背面字样11. 凸台拉伸并圆角出按键线孔12. 上盖图3.1.3 手机下体采用solidworks2015建立手机下体三维模型的步骤：1. 绘制草图2. 拉伸，拉伸厚度为2mm3. 做圆角半径为2mm4.拉伸（厚度为8.9mm），圆角（圆角半径为4mm）5.切除-拉伸，拉伸做出后面槽和摄像头6.切除-拉伸出手机的开机键，耳机孔，充电槽7. 切除-旋转，切除-拉伸，并圆角8
9、. 切除-拉伸出如图三个槽9.通过切除-拉伸，扫描，切除-拉伸，拉伸命令做出按键盘10.拉伸（做出按键上的数字）11. 手机下体的整体模型3.1.4 电池3.1.5 手机屏幕3.1.6 手机上键盘3.1.7 手机听筒3.1.8 手机桌面3.2有限元分析3.2.1手机后盖静力学分析（1） 情境模拟本算例假设整个手机从1米的高度自由落体，后盖触地所受的冲击变形。为简化受力情况，只对后盖进行有限元静力学分析。分析采用soildworks的simulation模块。手机从1米高度做自由落体运动，由运动学公式：v2-0=2gh,取g=10N/m2,解得v=4.5m/s,假设与地接触0.1s后静止，由冲量
10、定理可得：Ft=mv,取手机重0.2kg，解得冲击力F=9N。（2）手机后盖模型信息如下模型信息文档名称和参考视为容积属性切除-拉伸24实体质量:0.00598605 kg体积:5.59444e-006 m3密度:1070 kg/m3重量:0.0586633 N（3）材料选择本材料选择手机后盖常用的ABS PC材料。其材料特性如下所示：材质属性模型参考属性名称:ABS PC模型类型:线性弹性同向性默认失败准则:未知张力强度:4e+007 N/m2弹性模量:2.41e+009 N/m2泊松比:0.3897 质量密度:1070 kg/m3抗剪模量:8.622e+008 N/m2（4）设置负载夹具根
11、据（1）中假设的情境设置，后盖背面受力9N,夹具设置为后盖四周，具体信息如下负载和夹具夹具名称夹具图像夹具细节固定-1实体:3 面类型:固定几何体合力零部件XYZ合力反作用力(N)0099反力矩(N.m)0000 载荷名称加载图像负载细节力-1实体:1 面类型:应用法向力值:9 N（5）网格划分网格信息网格类型实体网格所用网格器: 标准网格自动过渡: 关闭包括网格自动环: 关闭雅可比点4 点单元大小2.20285 mm公差0.110143 mm网格品质高网格信息 - 细节节点总数18197单元总数8814最大高宽比例11.839单元 (%)，其高宽比例 100.0454扭曲单元（雅可比）的 %
12、0完成网格的时间(时;分;秒): 00:00:02计算机名: LENOVO-PC（6） 结果分析输出结果如图所示算例结果名称类型最小最大应力1VON:von Mises 应力2382.82 N/m2节: 163523.21404e+006 N/m2节: 3340后盖-有限元分析-静应力分析 1-应力-应力1名称类型最小最大位移1URES:合位移0 mm节: 1350.17282 mm节: 10565后盖-有限元分析-静应力分析 1-位移-位移1名称类型最小最大应变1ESTRN :对等应变1.9415e-005 单元: 83100.00794753 单元: 3330后盖-有限元分析-静应力分析
13、1-应变-应变1最大应力为3.21404e+006 N/m2小于材料许用应力4e+007 N/m2，故自手机自由跌落时材料强度符合要求。最大变形为0.17282 mm，为可允许的情况下，故不会积压电池，造成不必要的爆炸等事故。3.2.2手机后盖跌落分析（1）模拟情境本算例假设手机后盖从自由落体触地所受的冲击变形。分析采用soildworks的simulation模块。（2）手机后盖模型信息如下文档名称和参考视为容积属性切除-拉伸24实体质量:0.00598605 kg体积:5.59444e-006 m3密度:1070 kg/m3重量:0.0586633 N（3）材料选择本材料选择手机后盖常用的ABS PC材料。其材料特性如下所示：材质属性选择模型参考属性名称
