摘要：工业产品设计是一门古老而又年轻的学科，近年，计算机辅助技术飞速发展，计算机辅助工业产品造型设计就是这两个学科的结合、统一。我们在该论文中用两个案例阐述了使用UG软件做工业产品——玩具结构及外形设计的设计流程和技巧。
关键词：UG 玩具设计 结构设计 外形设计 人机工程
1 引言
UG软件是由美国著名航空公司麦道开发的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统，它覆盖产品的整个开发过程，包括概念设计、详细设计、工程分析、模拟仿真以及制造等，而玩具在工业产品中占有相当比重，尤其是在泛珠三角地区，中国现有8000多家玩具企业，其中广东占有5000多家，占到全国市场的一半以上，但大部分以出口为主。在去年，国家劳动和社会保障部正式向社会发布了玩具设计师的个新职业，这是我们中国玩具设计行业的一个新的开端。因此，对于中国的玩具设计师这一新兴行业，要求在玩具设计过程中设计师们的专业技能越来越高，新的技术给我们的设计带来了方便，同时也要求设计师们的计算机辅助技术的专业技能要更加熟练。
2 UG在玩具结构设计中的应用
在玩具结构设计中,牙箱的设计是非常重要的，玩具的各种动作依靠牙箱来完成,因此掌握牙箱的设计是进行玩具结构设计的基础。牙箱的构成主要是由各种齿轮、凸轮、曲轴、马达等组合，在进行牙箱设计的具体工作前，有必要完成齿轮这个最基本零件的设计。玩具结构中的齿轮一般选用模数为0.4~1的小模数齿轮，其材料多选用赛钢（POM）、尼龙、合金等。
下面我们来看看使用UG来进行玩具结构设计中最常用的标准直齿圆柱齿轮的创建方法。
我们新建一个文件，进入相应的应用模块Modeling三维建模模块。
现在，我们来看看在UG中建立圆柱直齿轮的过程：
首先，我们要建立圆柱齿轮齿形渐开线表达式。大家知道，齿轮零件有几个基本的参数：模数（m）、齿数（z）、压力角（α），我们要通过齿轮的这些参数来确定齿形渐开线方程，这个过程我们需要通过UG的表达式菜单来建立，在主菜单选择Tools→Expressions创建以下表达式：
a =0
b =360
m =0.75 (模数)
z =36 (齿数)
a =20(压力角)
r =m*z*cos(α)/2
s =(1-t)*a+ t*b
t =1
xt =r*cos(s)+r*rad(s)*sin(s)
yt =r*sin(s)+r*rad(s)*cos(s)
Zt =0
注：d=m*z=工作节圆( 分度圆）
齿顶圆d1=d+2*m
齿底圆d2=d-2.5*m（hh）
齿厚 (pi*m)/2 pi
齿高=2.25*m
啮合间隙=0.25*m
接下来，使用UG的法则曲线建立齿轮齿形渐开线。在主菜单选择Insert→Curve→Law Curve→By Equation，生成渐开线如下图（1）所示：
图（1）
最后，生成齿轮实体，并阵列如图（2）、图（3）
图（2） 图（3）
3 UG在玩具外形设计中的应用
下面，我们再来看一个UG在玩具外形设计中的应用实例：
这款儿童娱乐休闲椅如图（4）所示：这款儿童休闲座椅是我们为在公共场所休闲娱乐的7~12岁儿童所设计的产品。
图（4）
它的外观设计构思来自鲜花的花辨，此椅颜色设计方面运用多种颜色配搭，犹如鲜花盛开的形状，寓意花儿一样幸福的童年。
首先，在做这款儿童休闲椅的设计过程中，我们需要综合考虑外观的造型与人机工程的因素，另外，就是增强它的功能性。
设计座椅在某种意义上来说就是设计一种新的生活方式、工作方式、休闲方式、娱乐方式，对“座椅的功能不仅是物质的，也是精神的”有更多、更深的理解。
座椅设计会更重视“保护式”设计，不仅环保，而且更体贴，更加照顾人的情感。
在人们休闲时，座椅舒适程度成为人们首先考虑的因素，科技因素在座椅设计和制造中的含量越来越高 。
我们来看一组设计的人机数据：
图（5）为人站立时的脊椎形态：其中腰部脊椎形状为向内凸起的。
图（6）为人坐着时的脊椎形态：腰部脊椎形状为向外的弓型。
其中两图中的阴影区域为脊椎承力部位,也是脊椎最容易劳损的部位,所以对于现在长时间呆在办公室坐班的白领来说都或多或少患有腰部病痛。
图（5） 图（6）
坐姿情况下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚。
良好坐姿情况下，压力适当地分布在各椎间盘间。
座椅对人有以下益处：
1、减轻腿部肌肉的负担；
2、可以防止不自然的躯体姿势；
3、降低人的耗能量；
4、减轻血液循环系统的负担。
由于椎间盘内压力和肌肉疲劳是引起不舒服感觉的主要原因，因此，座椅的侧面轮廓若能降低椎间盘内压力和肌肉负荷，并且使之降到尽可能小的程度，就能产生舒服的感觉。当靠背倾角达到110°时，人体的肌电图的波动明显减少，被试有舒服的感觉。
基于以上人机数据，我们来设计者款座椅的时候，利用UG的草图功能，做椅背设计的初始草图，如图（7）所示：
图（7）
然后，我们再来考虑它的功能设计部分：
顶部及底部为固定在中轴上不动的，中间部分能转动，可供小孩娱乐，座椅高度已经考虑到小孩摔倒的安全因素，另外座椅可以往上收拢防尘。上面采用透明材质，设计为自动售货机。底部为自动储物柜，在人们休闲时无须担心随身携带的财务损失。如图（8）、图（9）所示：
图（8） 图（9）
4 结束语
本文只是结合两个较简单的设计说明了UG的工业产品设计的流程及操作技巧等，对于玩具设计本身而言，它是一个复杂而难以掌握的过程，还需要设计者对于玩具行业的安全规范及ISO标准一些设计规则十分熟练，很值得深入研究。
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