1. 引言
中国舞龙是中华民族的传统，通常是由一群舞龙人手持龙头、龙躯、龙尾上下翻飞，展现龙穿云落江，上下飞腾的场景。根据这一情景，启发了“云龙舞动”的机械创新设计。
2. 设计过程
“云龙舞动”的设计可以通过龙头和龙身体的上下扭动，展示龙的飞舞。还可以将龙的飞舞设计成一个连续的循环的动作，在此采用一组凸轮机构带动滑杆移动，将滑杆与龙头、龙身及龙尾分别固定。为展现上下飞舞的效果，要求每根滑杆所在位置都不在同一水平线上，因此，每个凸轮要有独立的运动轨迹，可以根据龙飞舞的情景设计一个龙身扭动的运动轨迹。
大致来说，“云龙舞动”的设计主要包含“龙”的造型设计和组合凸轮运动机构设计。
2.1造型设计
“云龙舞动”的造型设计主要是“龙”的造型设计，其中龙头的设计较为复杂。可以将龙分成三大部分：龙头、龙身、龙尾。龙头可以采用2D结合3D的建模方法，龙身采用立体曲面造型设计，龙尾巴进行简化设计。其中龙头龙尾的造型设计如图1、2所示。
图1龙头的造型图 图2龙尾的造型图 图3偏心轮图
2.2运动机构设计
“云龙舞动”可通过一组凸轮运动机构展现龙上下飞舞的情景。由凸轮带动滑杆，而滑杆与龙身固定连接。则当凸轮转动时，就会带动滑杆及龙身上下移动。当一组滑杆带动龙身移动时，就会产生龙飞舞的效果。
考虑龙的身躯太长，在此可以进行简化长度，并将龙的身躯一共分成8个部分，分别由8个凸轮及8个滑杆带动。因为龙在飞舞时，身体是扭动的，所以要将8个凸轮分别设计不同的轨迹。在此为简便起见，用偏心轮代替平面凸轮。8个偏心轮可以先设计一个基本偏心轮，旋转中心安装D型轴，再将基本偏心轮，按360°/8=45°的角度进行偏转，一共偏转8次，就可以得到8个偏心轮，如图4所示。偏心轮的偏心距可以根据龙舞动的振幅进行设定，偏心轮尺寸如图3所示。
图4组合偏心轮 图5运动轨迹展开图
将8个偏心轮形成的运动轨迹展开，就可以清楚地看到龙身体扭动的状态，如图5所示，波浪线就是龙身的扭动曲线。
2.3 其它辅助零件的设计
除了主体运动机构，还需要设计其它辅助件。在此设计一个带盖的盒子，一是用来安装轴和凸轮，二是可以在盖子上设计滑杆的滑槽。另加摇动手柄带动D型轴转动，当然也可以接减速电机，加开关等进行电控。
2.4 零件的装配及运动仿真
当设计完成后，将零件进行装配，装配图如图6所示。将其3D装配图进行运动仿真，经仿真校核，该机构运动无干涉，方案可行。仿真结果如图7所示。
图6云龙舞动组合机构装配图 图7装配运动仿真图
3. 3D打印
将设计的零件由三维软件转换成stl文件，导入到Cura软件中，进行3D打印。先导入stl模型进行排版，排版图如图8所示。排版后设置打印参数，根据零件的大小，可设置层厚为0.2~0.3，填充率为50%~100%，设置完成后进行切片，然后输出打印。3D打印完成后，进行零件组装，组装时要按照一定的顺序进行，最后组装的成品如图9所示。
图8 3D打印排版图（部分零件） 图9 云龙舞动3D打印成品图
4. 结语
“云龙舞动”的设计取材于中国舞龙，是将中国 “龙”的元素融入到机械创新设计中，先设计龙的造型，再通过组合凸轮机构展示了龙舞动的运动效果。
组合凸轮机构的拓展性比较强，如果将龙的造型改为其他的造型，比如：狮子、蝴蝶、文字、钢琴等，都可以设计出比较有趣的创新作品。
[参考文献]
[1] 刘静 宋晓华. 机械创新设计[M].机械工业出版社,2021.
[2] 王晖.机械产品创新设计与3D打印[M].机械工业出版社，2021.
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