机械创新设计作品演示

机械创新设计作品演示（13篇）

1.机械创新设计作品演示 篇一

天津工程师范学院

机械创新实践课程设计任务书

机械工程系机制07班学生编号.课程设计课题：“辉煌金塔”机器人方案设计

一、课程设计工作日自2010 年1 月11 日至2009年1月22日

二、同组学生：

三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主

要参考资料等）：

目的和意义：由全国大学生机器人电视大赛的“辉煌金塔”主题，要求根据比赛主题与规则和有关要求进行机器人方案设计，设计出相应的机构来完成特定功能的动作。需要将机械原理课程的基础理论知识、基本设计方法应用于“辉煌金塔”机器人方案设计中，提出机械系统的几种运动方案，并对各种运动方案进行对比分析和评价选择，要求设计方案有创意，完成功能有新意。

基本要求：

（1）掌握机构的选型与设计的知识，机械运动方案设计的内容。

（2）设计该机械系统的几种运动方案，对各运动方案进行对比分析和方案选择；

（3）对选定方案进行详细设计、分析和相应的评价。

（4）确定各机构中各构件的几何尺寸，绘制机器人设计方案机构运动简图（A3图纸）。

（5）编写设计说明书一份。

要求1月22日前完成，提交设计说明书、设计图纸，进行答辩验收。

参考资料：

收集查阅有关机器人知识，全国大学生机器人电视大赛有关内容与规则等资料，机器人技术的有关资料文献。参考的有关文献：

（1）申永胜.机械原理.清华大学出版社.（2）孙桓,陈作模.机械原理.北京：高等教育出版社

（3）张春林.机械创新设计.北京：机械工业出版社

（4）姜琪.机构构型与应用.北京：机械工业出版社

指导教师签字：教研室主任签字：

2.机械创新设计作品演示 篇二

对于冶金机械这类体积庞大、结构复杂的大型机械设备进行三维虚拟是有比较大的难度的,制作这类演示仿真系统需要解决以下几方面问题:

首先,结构复杂,需要有较强大的计算机硬件系统支持。新型的冶金机械设备的功能较多,结构复杂,内部由成百上千个零件组成,要完全进行仿真对计算机的性能要求较高。其次,为了模拟设备运行,要求制作精度较高,各部件的机械联动效果准确真实。最后,需要演示矿石物料在设备中的动态效果,如真实的物料破碎,碰撞等动力学效果。这部分的仿真是最困难的部分。

1 冶金机械设备单机展示制作

目前,国内冶金机械设备种类很多,典型的设备包括复摆颚式破碎机、反击式破碎机、液压圆锥破碎机、高能圆锥破碎机、各种分选机、传送设备、筛分设备等。其中复摆颚式破碎机结构比较简单,圆锥破碎机和反击式破碎机结构相对复杂[1]。在制作每个单机模型时,都要先了解该设备的工作原理,能够实现的哪些功能,仔细查阅相关零件图、装配图,了解设备结构,然后才能在计算机中进行建模。

(1)在三维动画软件中为设备进行建模。这里我们推荐使用Autodesk公司的3ds Max作为建模和动画制作软件,因为这款软件的建模和动画功能都非常的强大,并且支持很多虚拟现实软件的插件,并与Auto CAD等工程设计软件能很好的配合工作,工作效率要比工程设计软如Solid Works、Pro/E等要高。

为了保证模型的精度,各部件精确的机械联动效果,我们要求在具备电子版的冶金机械零件图和装配图的基础下进行建模。在Auto CAD中将相应的图纸进行调整,将标注和辅助线条删除,为导入三维软件建模做准备。在3ds Max中将整理好的平面图导入,作为参考,利用捕捉设置,配合画线工具绘制建模需要的线条,然后进行建模。调整各模型之间的关系时,将装配图导入作为参考。

(2)材质制作。为了再现产品中真实的金属等材料质感,而且展示背景是单色的,我们制作各结构部件金属材质时必须采用非真实反射环境,在此基础上为了体现各部件间真实金属反射效果同时采用光线跟踪反射。操作步骤是在3ds Max制作金属材质时先在反射通道上使用“光线跟踪反射(Raytrace)”,然后在“光线跟踪反射”参数中将环境色使用“位图”贴图,并选择合适的HDR高动态环境贴图。

(3)灯光阵列照明。因为场景中的模型比较复杂,使用间接照明是不现实的,所以必须使用普通灯光和扫描线渲染器,在这种情况下,可以使用灯光阵列照明方式来提高渲染的真实程度。方法是先创建一盏泛光灯或目标聚光灯,然后进行复制,排列成半球状,使用贴图阴影,灯光强度很低,在0.02左右;再创建一盏主灯,用来照亮正面并投影射阴影,强度在0.2左右。

(4)关键动画制作。

a.圆锥式破碎机偏心主轴及破碎圆锥部的动画制作。

这部分动画难度在于偏心主轴和圆锥部在偏心套的迫动下绕腔体中心轴线作旋摆运动,同时偏心主轴和圆锥部也绕自身轴线自转。在3ds Max中可通过正向动力学和链接来实现这部分动画。方法是先将除偏心主轴以外的构件,包括圆锥部、其它从动件成组;然后把这个组用链接工具链接到主轴上,这可以保证将来以偏心主轴的轴心进行自转;接下来再将偏心主轴用链接工具链接到偏心套上。下面可以设置动画了,先制作偏心主轴、圆锥部和其它从动件的旋转动画,这时由于这些部件都处于倾斜状态,不能直接用旋转工具进行操作,选择偏心主轴,将其坐标形式改为“自身坐标(Local)”,这时会发现坐标轴与其轴线方向一致了,现在就可以使用旋转工具沿轴线方向进行旋转操作并记录动画了。最后制作偏心套的旋转动画。播放动画,由于正向动力学和链接的作用,发现偏心套带动偏心主轴和圆锥部旋转同时,偏心主轴和圆锥部也在绕自身轴线自转。

b.矿石物料在设备中的动态碰撞和破碎效果。

这部分动画可以使用3ds Max软件的粒子系统与空间扭曲配合来完成模拟,也可以使用PF粒子流配合NVIDIA图形卡Phys X引擎,通过PARTICLE FLOW TOOLS BOX 2来实现。

使用粒子系统动力学结合空间扭曲进行真实碰撞的计算方法是先制作粒子发射器,使用粒子替代功能,使发射出来的粒子用事先做好的石头物料模型来替代。接下来,为了对碰撞效果可以进行更灵活的调整,为破碎机腔体制作碰撞的替代物,而不直接使用破碎机腔体部件作为碰撞对象。碰撞的替代物外形要与实际碰撞表面轮廓相符。使用3ds Max空间扭曲中导向器工具,创建“全动力学导向器”(UDyna Flect01),在场景中拾取碰撞替代物作为碰撞对象;再创建一个“全动力学导向器”(UDyna Flect02),在场景中拾取圆锥部作为碰撞对象。然后,使用“绑定工具”将这两个导向器绑定到粒子系统上。播放动画可以发现粒子系统发射出来的物料会在腔体中产生非常真实的碰撞效果。最后将碰撞的替代物进行隐藏。

如果使用PF粒子流配合NVIDIA显卡Phys X引擎来进行计算,需要先安装Phys X驱动和PARTICLE FLOW TOOLS BOX 2插件。Phys X是NVIDIA(英伟达)公司推出的一款功能强大的物理效果引擎,通过计算机上的NVIDIA图形卡上的GPU实现高速的硬件物理效果加速计算,比传统的通过CPU计算效率高出很多,可以轻松实现复杂的大量的粒子碰撞效果。在3ds Max的PF粒子流中建立Phys X Flow标准粒子流,将Shape01用Shape Instane替换,并拾出场景中的石头物料作为发射对象,在Phys X Shape中将碰撞类型设置物体外轮廓Convex Hull,这很重要,因为这样才能实现不规则的石头物料的实际碰撞效果。接下来,在Phys X Flow粒子流最后加入Phys X Collision碰撞事件,然后将场景中参与碰撞的进料口、圆锥部件、外锥部件等,拾取加入到事件列表中;如果制作的是剖面图,还要在剖面处制作一个透明的挡板,也加入碰撞事件,防止物料从剖面流出;在Phys X Collision碰撞事件参数中设置适当的弹力、摩擦力等参数。播放动画并计算碰撞效果,就可以看到物料与腔体各部件间的碰撞效果和真实的物料间的堆积效果了。这种方法的缺点是会受到硬件的限制,计算机上必须安装NVIDIA(英伟达)并支持Phys X引擎的较高端显卡,AMD的显卡是不支持的。

其次,要实现矿石物料被圆锥部挤压破碎效果。这种效果可以使用粒子碰撞衍生新粒子的方法来实现,但这种方法计算复杂,运算时间长,效果不容易调整。我们也可以使用另外一种模拟效果的方法,就是在圆锥部边缘,物料碰撞的位置处,创建并复制多个平面类型的粒子发射器,使其发射出已破碎的细物料,来模拟大物料挤压破碎效果;还可以用这种方法来模拟挤压破碎时产生的粉尘效果。使用这种方法时要注意控制作为大物料粒子的寿命,让其在破碎时消失,也恰好是细物料发射的时间,这样就可以模拟挤压破碎效果了。反击式破碎机的动画仿真制作与圆锥式破碎机制作方法相似,但反击式破碎机的主体结构不是回转体,制作起来相对更复杂些。反击式破碎机是通过电动机带动转子高速旋转,利用冲击能破碎物料[2]。在矿石物料破碎动画中要体现出物料在转子上的板锤和衬板间多次碰撞的动态效果。这个过程相当复杂,如果使用粒子碰撞直接计算方法,几乎无法完成,还是推荐模拟的方法来实现。首先创建矿石物料发射器(使用平面类的“Spray”发射器,形状与进料口相符),分别在转子板锤和壳体衬板处创建发射器,用来模拟大矿石物料撞碎后反弹的小矿石物料;其次设置大矿石物料粒子的寿命,要在与转子相接触时消失,同时设置小矿石物料的发射器发射时间,使其在此时间发射,模拟物料破碎效果;最后,还要在板锤和壳体衬板处创建空间扭曲反弹导向器,设置适当的反弹值,模拟物料粒子多次反弹碰撞效果。

2 矿山设备生产线仿真设计

在矿山设备生产线的工作流程中,重点要模拟物料如何被各设备破碎、传送、筛分、最终成为成品的过程。

(1)创建矿山设备生产线场景。在3ds Max中,将前面制作的各个设备进行精简,把内部不可见的细节部件删除,以减少场景的复杂程度;将这些设备按实际生产线的结构和功能进行放置,在设备和设备之间创建传送设备和筛分设备,总场景物体片数控制在计算机可控范围内。

(2)物料传送动画制作。这里要求粒子发射出来的物料要沿传递带移动,并落入筛分设备和各种破碎机中。先在物料传送路线上创建粒子系统,然后用画线命令创建作为运动路径的线条,接下来使用3ds Max中空间扭曲中“路径跟随”(Path Follow)工具使粒子沿路径运动,方法是场景中创建“路径跟随”对象Path Follow Object01,并拾取线条作为运动路径,用绑定工具将“路径跟随”对象与粒子系统进行链接,播放动画,可以看到粒子发射出来且会沿着路径线条进行运动了。最后调整每个传送带的粒子发射时间和发射速度,形成连续运动效果。

3 网络虚拟现实仿真制作

随着虚拟现实技术的发展和网络的普及,矿山设备以网络的方式进行仿真展示成为可能,并成为趋势。使用虚拟现实软件如Cult3d和Web Max,可以将矿山设备三维模型发布成网页格式,客户通过浏览网页就可以对矿山设备产品外观和结构,以三维的方式多角度观看,还可以任意拆装及组合,能够非常直观的了解新产品的功能和特点[3]。以Cult3d软件为例,制作矿山设备虚拟现实流程是这样的:首先要安装Cult3D程序和3ds Max插件,在3ds Max中利用Cult3D输出插件,将前面制作的破碎机模型(包括材质甚至动画,如传动齿轮带动主轴作旋摆运动),输出为Cult3d软件文件“*.C3D”;其次在Cult3D中打开文件进行编辑,可以加入各种交互功能,比如用鼠标环游场景,加入点击物体产生动画功能,加入交互改变产品颜色功能等。在设置完交互后,Cult3D将文件输出为一种“*.CO”的文件,这种文件在系统安装了Cult3D Axtive控件后,其它的应用软件就可以以控件的形式加载使用。在Dreamverwer中,利用控件将“*.CO”嵌入到相应的网页文件中,将其发布到网上,客户就可以通过网页浏览文件中的模型的三维效果了。

4 结束语

冶金机械和矿山设备的动态仿真制作是一项非常复杂的工程,除了要求有美工设计基础外,还要求制作者精通二维、三维、平面图像处理等计算机图形图像处理技术,对虚拟现实技术和网页制作技术也要熟练掌握,而且还要有一定的机械设计知识,总之对制作者的综合应用能力要求很高。

参考文献

[1]杜成.浅谈冶金机械及自动化[J].科技创新导报,2011(18):107.

[2]周征,段国林,岳磊,等.锤式破碎机可重用的动态仿真和数字化分析[J].河北工业大学学报,2010(01):11-15,19.

3.机械创新设计作品演示 篇三

摘要：本文全面分析了科技创新训练选修课程的教学对象、教学组织形式的特点，研究了制作教学演示动画的必要性及可行性。在此基础上综合运用多媒体软件Flash、Photoshop、Pro/E、3D max及Director制作了交互式教学演示动画并应用于教学，取得了理想的教学效果。

关键词：教学演示；动画制作；实践教学

多媒体教学不仅是教学手段现代化的一种体现，更是教学改革的突破口。实践证明，多媒体教学符合学生的认知心理；有利于激发学生的学习积极性；提高了教学效率。通过开展多媒体教学应用，可以促进教学观念与授课形式的变革，促进教学思想与教学理论的变革，促进教学体制与教学管理的变革，促进教学模式与教学方法的变革。随着多媒体技术及相关应用软件的快速发展，出现了多种形式的多媒体教学手段，其中就包括教学演示动画。

为了使多媒体技术更好地服务于具体课程，达到优化教学内容、提升教学效果的目的，

我们首先要分析课程的教学对象和教学组织形式的特点。

一、科技创新训练选修课程的特点

1.教学对象的特点

科技创新训练选修课的教学对象从年级上分是大一、大二的学生；从专业上分主体应是理工类的学生，此外还有少量经管、人文类的学生。

对于大一、大二的理工类学生，他们还处于基础课的学习阶段，专业课几乎没有接触。

这时他们参加选修课很大程度上是出于对学生科研立项及业余科技活动的好奇。对于经管、人文类的学生，他们能参加这门选修课，除了为获取毕业所需的学分外，更多的是为了开阔视野，拓宽自己的知识面。总之，科技创新训练选修课教学对象的共同特点是，学习积极性高，求知欲望强，对动手实践、参与业余科技活动具有比较浓厚的兴趣；同时，专业知识不成体系，不具备基本科研能力及缺乏经验，又使他们在实践过程中面临各种各样的困难，很容易丧失信心。

2.教学组织形式的特点

科技创新训练选修课每学期1-10周开课，上课时间为周六全天，上午理论授课，下午动手实践。根据教学计划，每次上课学生都必须完成一个完整的教学模块，并且教学模块之间衔接紧密。以电控部分为例，教学模块的设置顺序为：直流5V电源制作、单片机最小系统、智能小车驱动板原理与焊接、Protel电路原理图绘制、C51程序设计基础、流水彩灯控制、舵机驱动、直流电机调速等。如果学生在某一个环节上出现问题，没有掌握全部的知识点，会直接影响他下一个教学模块的学习。

二、制作教学演示动画的必要性和可行性

从以上分析可知，在科技创新训练选修课中，教师要帮助学生在4学时的理论授课时间内，理解、记忆尽可能多的知识点，并在随后的4学时内通过指导动手实践，使学生重现所有知识点，做到真正掌握。单纯依靠传统的教学方法，很难达到上述目的。例如，在讲解直流5V电源制作的教学模块中，如果单纯依靠电路原理图，虽然可以使学生理解每部分电路的基本功能，但很难对电源波形的变化过程形成一个完整、直观的印象；而且原理图上的符号毕竟不是真正的电子元器件，即使学生掌握了电路原理，但由于不熟悉元器件的特性，在电路焊接时经常无从下手。如果能在电路原理图上用元器件实物照片替代相应的符号，并以动画的形式演示电源波形的变化过程，上述问题就迎刃而解了。

现代多媒体技术及相关应用软件的快速发展，使我们有足够的能力将文字、图片、模型及影像融合在一起，形成一套交互式的教学演示动画。

三、交互式教学演示动画的设计与制作

下面以直流5V电源制作为例，简要叙述交互式教学演示动画的原理背景、制作方法及演示效果。

直流5V电源制作。直流5V电源的工作原理是，交流220V市电通过9V变压器后，进入桥式整流电路，电源波形由交流变成直流；220V极性电容起到低通滤波的作用，使波形变化幅值变小；稳压芯片78L05使电源波形稳定在直流5V；瓷片电容104起到高次滤波的作用，使电源波形更加平稳。

在教学演示动画主界面上，用元器件实物图替换了原理图中的符号。在授课过程中，点击不同的元器件图片，会出现相应的文字介绍及电源波形圖，按照电流的走向依次点击，可以使学生完整、形象的理解直流5V电源的产生机理。

四、交互式教学演示动画的应用

对于参加科技创新训练选修课的低年级同学，我们的教学目标是让他们理解最基本的工程概念，掌握最基本的工程方法。如果单纯借助于文字、理论公式或工程图纸，很难让学生们在很短的时间内掌握某一概念或方法的本质。交互式教学演示动画恰恰弥补了传统教学方法的不足。在教学中我们将两者结合起来，首先对基本概念、方法做概述；然后运用教学演示动画分部讲解，将理论和实际效果有机结合，使学生加深印象；接下来学生可以参考演示动画及教材进行动手实践，完整地掌握一个教学模块的全部知识点。

在2010-2011年春季学期的科技创新训练课程的教学过程中，我们将教学演示动画融入理论授课中，取得了比较理想的教学效果。参加课程的学生分为41个小组，最终有34个小组完成了所有的教学环节，做出了实际作品（程控小车），成品率达到了82.9%。

【参考文献】

[1]谢桂芳.《多媒体教学应用发展趋势》.郴州师范高等专科学校学报.

[2]吕永芳，古丽马兰.《论多媒体教学的必要性与应用前景》.佳木斯大学社会科学学报.

[3]王岩，宁芳.《3d max&Rhino;工业设计案例教程》.科学出版社.

[4]黎成茂.《Director虚拟现实设计宝典》.合肥工业大学出版社.

4.机械创新设计 篇四

________可伸缩式晾衣架

可伸缩式晾衣架

一、作品背景介绍

在目前的人们日常生活中，由于高楼住宅越来越普遍，晾衣服的确成了一个问题。在城镇住宅区里比较流行的是那种可以折叠的晾衣架，它具有伸缩性，实用比较方便。但是其设计没有很好的解决晾衣架受力问题，从而使得晾衣架容易出现扭曲变形，实用寿命大打折扣。一般家庭都有晾衣架晒衣物的生活需要，通常是用系好的晾衣绳讲衣物晾晒，用后再将绳子收起，它虽实用但不美观，给实用上带来麻烦。另外，将衣服晾在室外会有灰尘及其他杂质的污染，若将衣物晾在室内又会占有一定空间，也很不美观，因此，目前已出现了多种可折叠的晾衣架，经检索发现，它们都是立在地上活固定在墙壁上的，立在地上的晾衣架用后需要收拾起来，固定子啊墙上的即或是能够折叠也需要占有一定的空间，对于室内面积较小的家庭的使用仍存在困难。

本实用新型的目的在于提供一种储存时不占用空间、美观实用的新型晾衣架，实用时能晾晒很多轻便衣物，并且在使用操作上比较方便。基本考虑为在校学生宿舍内设计使用

二、需求分析

市场上现有晾衣架类型主要有固定型、折叠伸缩式i1]、手动升降型 和自 动升降型四种。后来，为了满足人们的需求，使晾衣架的使用愈发方便，国内外 均对晾衣架在原有的基础上进行了改进。特别是对自动晾衣架的改进，增加了自 动风干，紫外杀菌，抗风技术等。现在市场上最常见的几种晾衣架分别是：

（1）升降晾衣架

是安装在阳台，通过手摇或电动的方式使晾杆降低，把衣服晾好后，再使晾杆升高的一种晾衣架。优点:所占空间小,方便操作.缺点:固定方式单一,如在宿舍操作较严重算坏墙体,且价格较高.（2）壁挂式

壁挂式壁挂式晾衣架是装在墙壁上的，安装高度一般到人的胸部 优点：设计合理的应可以打起和放下，平时放下时贴着墙壁，不占用空间，要晾衣服时才打起。

缺点：可晾晒衣物有限，造成墙壁潮湿，易弄脏衣物。

（3）落地式

X型 蝴蝶型 单双杠型 落地式晾衣架就是直接放在地上用的一种晾衣架。优点：固定方式较多，可晾晒大量衣物。缺点：占地空间较大，不宜存放。

（4）拉伸式

拉伸型晾衣架也是装在墙壁上的，平时可推紧贴在墙壁上，使用时拉开来.优点：节省空间，可晾晒较多衣物 缺点：边角易划伤，不好清理。

（5）遥控式多功能晾衣架

优点：晾衣杆的升降及一些功能有遥控器控制，可自动风干、紫外杀菌等。

缺点：易损坏，维修不方便

以上介绍产品都有各自的优势和缺点，基于本品的设计思路以上产品都具有固定形式单一，所占体积较大，储存体积较大等缺点。按照本产品的设计特点以上晾衣架均不能满足用户的要求.三、功能分析

可伸缩式晾衣架主要创新点在于：使用场所的多样化，与可伸缩性及可拆卸的存储方式。针对于学生宿舍设计。

可伸缩衣架功能结构树

四.创新设计 机构、结构的分析

右图为可伸缩式晾衣架的整体 上方绿色部分为衣架的固定端。下方为支架，中间灰色部分为 可伸缩衣架的主体。

下图为可伸缩衣架的悬挂衣物的部分，从图中可看出衣架侧杆有两个部分组成，外层一个只将较大的侧U型结构杆件（1），内部套用一个外径与大侧U结构杆件内径相配合的小U型结构杆件（2）。在大小侧U型滑杆上打大小间距都相同的小孔。用于内部圆形杆件的固定与滑移。且大小U型 滑杆可自由拆卸,小 滑杆在没有杆件(3)的情况下可拆出.下图为圆杆(3), 衣物直接搭晾在圆杆上,圆杆的一头有一个按动扭,按下按钮后空心圆杆内部的小楔形块由于压力作用向后移动,使前端连接的圆头圆柱向后缩入空心圆杆内,使圆杆在两端滑杆(1)(2)槽内可自由滑动,而当放开按钮式,楔形快由于弹簧的作用向外被顶出,圆头也伸出圆杆外,深入到滑杆的小孔内,起到固定作用,圆杆的圆头与滑杆的圆孔相配合.此想法来最初来源于雨伞的伞柄,后经过重新仔细考虑,修改为现在的形式.右图为晾衣架的支架结构,用于固定.(5)(6)组成了一连杆机构,(5)为一片状杆 中心偏上有一直槽，直槽两端扩展为一个 圆形槽，用于与（6）进行配合。在直槽 所在的片状杆件的侧面区域内，在打一长 度略长的槽，右下图为其立体形状。便于 杆件（6）的链接。杆件（5）固定在大滑杆 侧面，在平面内可进行旋转。

此图为杆件（6）的二维图及尺寸 两端的通孔左侧固定在大滑杆上

右侧连接一可拆卸式螺丝，用于固定两片状杆（5）之间的档杆，同样便于拆卸。

接下来是连杆（6），有两个部分组成，同样是一个杆件侧面打通槽，底边同样打槽，槽的宽度与厚度与另一部 分零件相配合，此零件上端与滑杆相链接，可旋转，不可拆卸。厚度与连杆（5）厚度 相同。右图为连杆（6）的另一部分，与上图相 配合，倒插入上零件中在槽中滑动，此零件 下端的底与上零件的宽度相同，使（6）在 运动过程中不至于滑出。

零件上端的孔连接一特殊螺钉，用于固定 杆件（6）与杆件（5）。

如图所示，螺钉上有一两面是曲面的长方 体，是由比底座大圆略小的圆截成的，长方 形截面的宽与杆件（5）开直槽相配合。长于

杆件（5）直槽两端的圆相配合，可在圆中自由转动。可使杆件（6）自由伸缩，最终使杆件（5）（6）可收回回到滑杆侧面，方便存放。而不收回时，或收回完毕时，旋转长方体，可使（5）（6）固定。

接下来是衣架用于固定的部分,连接在横梁(7)上,下图是此结构的一个部分，也就是一种情况，衣架适用场合的 多样性就体现在这里。

（4）与（7）的连接用两个夹子固定，便于 调整与拆卸。夹子的形状比较特别，可进行 调节。下图是夹子的简图，此创新灵感来源于医 用止血钳，钳子的后方连接部分可用于固定，松紧可自由调节。医用止血钳 右图是晾衣架的所用夹子，通过医用止血 钳改造的，前端是方形的，与（7）的部分

相配合，夹子内部有软塑料或橡胶，使固定 夹子简图 更加牢靠。

夹子后方有两排可以相啮合的齿。

夹子后方固定简图 下面是上固定杆（4）的三种固定方式图，图（1）是悬挂式固定杆，杆的上方有一通孔，便于悬挂在墙上，或改变固定杆夹的位置，例如可固定在大滑杆（2）上，通过穿孔悬挂在绳子上。图（2）是倒U型固定杆，用于搭在突出板状物体上，例如搭在阳台的窗台上，用于大学宿舍内使用可以搭在椅子背上，抽屉上，床的横梁上等等。图（3）在固定杆的右端有一夹子，夹子的类型与（4）（7）之间的的夹子相同，用于夹在水平杆，或水平平面上。例如宿舍里的梯子，书架。床的扶手上，桌沿等等。用途十分广泛，但由于自身材质问题，只能悬挂轻小衣物。

五、课程设计感悟

这是我们对可伸缩式晾衣架的结构分析，通过这次课程创新设计我们体会到了很多东西，这是我们总结的创新设计的思维过程。

当要对机械零部件提出一些创新性设计或做一些其它的创新性设计工作，一般要经历一下的创新性思维过程。(1)准备阶段

准备阶段的过程是发现问题→分析问题→搜集问题→形成课题。

(2)酝酿阶段

酝酿阶段的过程是明确创新目标→继续收集资料→从事试验或研究→尝试各种思法可行性。

若问题简单，可能会很快找到解决问题的办法；若问题复杂，可能要经历多次失败的探求;当阻力很大时，则中断思维，但潜意识仍在大脑深层活动，等待时机。

(3)顿悟阶段

顿悟阶段是创造性思维的突破阶段。创造主题在特定情境下得到特定的启发，被唤醒。

该阶段的作用机制比较复杂，一般认为是与长期酝酿所积蓄的思维能量有关。这种能量会冲破思维定势和障碍，使思维获得开放性、求异性、非显而易见性。(4)验证阶段

5.机械创新设计论文 篇五

内容提要：本文通过介绍国外工程机械的先进结构,依据人机工程学的方法进行分析,着重以总体布置、驾驶室和司机座椅、操纵机构和信息显示装置几方面做了些探讨。

在工程机械产品设计中, 不论是技术设计还是艺术造型设计, 都是围绕着如何使产品发挥最大的功能效用。而产品功能是通过人与机器的相互作用来最终实现的。所谓宜人性设计是指应用人机工程学的原则和方法研究“人一机器一环境”这个统一的综合系统, 并设计这个综合系统合理的方案。建立人一机之间最适宜和最合理的相互作用方式。科学技术的飞速发展,计算机辅助设计的引入,使当今工程机械的设计达到了一个更高的水平,产品设计的主要困难,已不在于机器设备本身,而在于如何确定人与机器以及人与环境之间最佳的相互协调关系。实践证明,既使采用了新的高功效的机器和设备,由于其结构与人的相互作用方式不适应人的功能特点,则往往不能达到预期的效果。因此,在产品设计中充分考虑“人的因素” ,解决产品与人相关的一切方面,选择最佳的“人机” 系统是技术设计和造型设计中不可分割的重要组成部分。人机工程学可以帮助技术设计和造型设计者选择最理想的产品设计方案,在方案设计中,允许采用技术对人的“ 迁就”及人对技术的“选择”。宜人性设计的最终目的就是为操纵者创造高效、安全、舒适和方便的工作条件,保护其体力和激发其工作自信心,提高劳动生产率。

一、总体布里的宜人性设计

一台设计良好的机械,其安全、可靠、易于维护修理、检测和使用方便以及保证有良好的视野是最基本的人机工程学标准。

1.保养检测省时省力

日常保养及登机前检测要省时省力, 以便使机械有更多的时间进行工作。造型设计必须和总体布置设计密切配合,充分考虑经常换用的一些零件、组件及总成件的配置,不仅更换检测容易,而且保证在更换时不需反复拆卸机器。保养点集中并易于接触,润滑点尽可能少且加长润滑周期。需常调整的部件,应设检修门和孔口，孔口的形状和大小应满足在挡板外便于工作和观察。C A T D gL推土机对发动机、变速器、转向离合器,制动器及支重轮架的各轴承所设的润滑点具有快速保养和保养周期长的特点。其基础本身上仅有4个注油点,附属装置上有14个注油点,(推铲上2个,裂土器上有12个),使润滑简化,绕机检查快速方便。

在CAT生产的许多机种中,都设有保养指示器,显示红色信号时,意味着过滤器内的过滤心脏需保养;采用透明塑料积尘杯,便于目测聚尘状况:采用直观的目测油量计,检查方便而且也避免开启油箱对系统造成污染;采用旋紧式润滑油和燃油过滤芯,不仅容易接触,更换时也干净利索。在D8K 和D9H 型机上还采用了快速更换润滑油系统,比普通换油方法一宵省80 % 以上的时间。2.维修方便

为便于检修,各国的工程机械在总体设计上都将驾驶室做成一“ 整体”,并可倾斜不同的角度。如C A T 953 装载机可用千斤顶使驾驶室整体倾斜24 度，利于更换变速器油滤芯和快速连接液压检测接头,对发动机和传动装置进行故障检查和排除,驾驶室还可借外力倾斜朋，以便拆下发动机或传动装置。

实践证明,技术性能的改进和新结构的运用,是提高宜人性设计的重要基础。C A T D1 0 , D 9 L 和D 8L 均采用了组件装配式结构,使所有主要动力传动系部件在不必拆除推土铲、松土器、驾驶室等情况下就能快速拆卸和更换,尤其是拆除最终传动,显示了组装式结构的优越性,它只需断开履带即可拆出终传动部件。这样不仅使拆除部件所需时间减少,而且为现场维修带来极大方便、缩短了停机时间，降低了保养费用。

3.视野良好

视野广阔清晰是提高和确保效率的主要保证。看得清才能干得好。驾驶室的造型应与总体设计相结合,其位置及门窗结构应当容易看清工作装置和通行道路。D 10 推土机的造型设计充分体现了视野良好的要求。在总体造型上呈“A”字形, 处于前方视野要求,采用斜置的发动机罩和垂直安装的提升油缸，在后方视野上由于采用了新颖的三角形履带布局，不仅使总机长度缩短, 而且为司机回顾松土器工作状况提供了方便;左右及后方采用富有力感的“ 梯方形” 的斜壁式油箱造型, 其上表面均有一定的下倾角度,减小了死角,使司机在工作时前后及两侧都有良好的视野。

在技术设计上也应考虑到所采用的结构对视野的影响。C A T 9 5s 装载机采用了Z 形连杆,不但提高挖掘力及铲斗的卸载速度,更重要的是由子采用单油缸进一步拓宽了司机的视野。在其G 系列平地机的主机架上,从铰接式连接件直到前面采用整体结构,取消了阻碍前方视线的平土铲联杆装置和齿轮箱,使视野更为广阔。

二、驾驶室和司机座椅的设计

工程机械驾驶室应具有安全保护、防风防火和防雨防晒,不受灰尘、废气侵扰以及减轻振动和降低噪声的功能。这些功能的好坏直接影响司机的安全舒适,对提高生产效率起着显著的作用。其中减振的程度也影响司机乘坐的动态稳定性。

座椅的舒适性有两方面内容: 坐姿舒适性和振动舒适性(静态特性和动态特性)。这两方面因素及其座椅相对于驾驶室内和操纵机柯布局中的位置,直接影响着司机的舒适和方便,操作的灵活与效率。振动舒适性的研究是把路况一悬挂行走系统与座椅一人当做一个整体,探索在各种工况下受随机振动对人在心理和生理方面的感觉反映。国际标准15 0 26 3 1 一1 9 7 8(E)《人体承受全身振动能力的评价指南》对人体承受全身振动能力的标准作了最完善的评价。这里不作探讨。座椅的坐姿舒适性的研究则主要偏重于人体生理结构(人脊柱的腰曲弧线及坐姿状态下人接触座垫和靠背的体压分布)与座椅结构、座椅廓面形状和几何参数的关系上, 使座椅兼有良好的静态和动态特性。1.乘坐姿势

最舒适的乘坐姿势,一般认为是符合人体生理要求, 即能保持正常的腰曲弧形而不受拉伸变形, 腰背部肌肉处于松驰和休息状态以及腹部通向大腿的血管不受压迫的乘坐姿势。其特征是: 臀部离开靠背稍向前移,使肩部后倾并与大腿下平而夹角(体腿夹角)为1 15 度, 小腿自然前伸并保持与大腿和脚之间有110度到115度的夹角。见图l。

2.两点支承原则

对人体腰部与背部的合理支承能够防止腰曲变形,是保证坐姿舒适性的重要结构措施。见图2(a 为一点支承, b为两点支承)。两点支承

中, 上面一点称为靠肩, 能减轻颈曲变形, 设置在第5 一6 胸椎之间;下面一点称为腰垫,它对保持和恢复正常腰曲弧形和保护易损腰椎它对保持和恢复正常腰曲弧形和保护易损腰椎有决定作用,其位置在第4 一5 腰椎之间的高度上。几何参数见表1。

靠背倾斜角度和两点支承是相互依存的,因使用要求不同而有所偏重。以休息为主的座椅, 多采用两点支承且以肩靠为主;以土作为主的座椅, 则应保证工作要求, 采取直坐式。以往工程机械座椅多属此类, 工作过程中背部几乎接触不到靠肩, 两点支承中只有腰垫在起作用, 但一点支承也能起到保护腰椎和缓和腰 曲拉伸变形的作用。所以, 我们常看到的工程机械座椅与汽车驾驶员及乘客座椅有所区别。前者主要以工作和操作方便为主: 后者则兼有工作和休息的双重性。但近年来, 国外工程机械出于操作系统布置合理而且多采用先导液压助力操纵机构和可倾斜不同位置的转向柱, 座椅也采用张紧度可变的悬挂装置, 可作上下及前后调整、座垫及靠背也可按司机个人喜好作向前或向后倾斜, 操作时不必将身体探出, 当机械处在斜坡或向旁倾斜时, 侧面的扶手和安全带使司机仍能稳坐椅中。扶手也可折起, 以免妨碍动作。所以当今工程机械司机座椅也采 用了适宜于整日工作且最符合人体曲线的高靠背座椅, 比以往具有更好的操纵和.乘坐舒适性。

3.体压分布

人体重量作用在座垫和靠背上的压力分布称为体压分布, 是影响坐姿舒适性的一个生理因索。人体臀部和肩部上的不同部位, 在产生不舒适感以前所能承受的压力是不同的。因此,座倚的压力分布应是合理分布而不是平均分布。见图3 , 一般说来, 坐骨周围的肌肉可承受较大压力, 而大腿下面的肌肉, 因里面分布有大血管和神经系统, 很小的压力一也会影响血液循环和神经传导, 从而引起不舒适。同样,靠背上的压力也应是合理分布, 集中在肩脚骨和腰椎两个部位。坐姿舒适的体压分布应是:人体的大部分重量应以较大的支承面积、较小的单位压力合理地分布到座垫和靠背上;压力分布从小到大应平滑过渡, 避免突然变化。.其它因素

座椅的几何尺寸及形状、所用材料也影响坐姿舒适性和操作的灵活性。首先, 座椅应该是能够上下、前后进行调整, 以适应不同国度、地区和不同种族的司机舒适乘坐。座椅深度要恰当, 以便很好地利用靠背,通常为3 7 5-4 0 m m 为适宜,宽度应允许坐者姿势有所变化,最小的宽度是450mm(衣服口袋和口袋装物距离),有扶手座椅, 两扶手最小距离是4 75mm;靠背的宽度以不大于325 一375 m m为宜,以免工作时,人的肘部经常碰到靠背;座垫应有一定的柔软性,既可增加接触面积;又可减少压力分布的不均匀性。但太软太高的坐垫又容易造成身体不平衡和不稳定,表面材料最好不使用塑料面,应采用纤维材料,既可透气,又减少身体滑动。

若几何参数及座椅廓面形状选择不当, 会产生如图4 所示的情况, 箭头所指为受压迫即不舒适部位。

5.评价原则

评价一个座椅舒适性的主要项目的重要程度如下:1.腰垫20％: 2、靠背倾斜角15 ％: 3.座椅深度和高度10 ％+ 5 ％: 4.座椅上下、前后移动10 ％;5.椅架下面的空间5 ％(对于工程机械也可不予考虑), 6.座垫与水平倾斜角3％;7.座垫前缘的圆角和柔软度2 ％;8.其余项目一包括肘部臀部和肘部活动空间,座垫和靠背的空载轮廓,蒙皮的透气性, 防滑性等30 ％

三、操纵机构和信息显示装置

操作的效率和是否容易、省力与提高机械生产率有密切关系。操纵机构的布局、仪表显示装置的布置和驾驶座椅的位置, 三者之间的物理尺度应综合考虑、统筹兼顾。工作位置的尺度由操作者在工作时视界的大小(包括室外视野良好和室内观察仪表和操纵杆件方便)及手、脚的活动范围和手、脚动作的有效性、协调性来决定。全盘布局要力求使操作工序耗时最少、体力消耗小和识别仪表指示方便、清晰和准确。l、布置合理(1)操纵机构

操纵机构的布置, 应根据其使用方便程度、操作顺序和频繁性, 将最常用的部分置于有利观察和手脚最有利的动作范围之内。

图5所示为手和脚的作业范围。图6 是C A T D g H推土机的驾驶室布置、参照两图可以看出, 操纵机构的布置非常合理。根据人的生理特点,不经训练的人, 一般情况下右手反应时间比左手反应时间短而且准确。象油门控制杆、· 推铲控制杆和裂土器控制杆这类常需调整的操纵杆件均布置在右手最方便的活动范围内的减速踏板也方便地放在司机反应较敏捷的右边。次要的操纵杆, 如定期性或不经常调整的杆件布畏在工作区边界处或边界外。象为保护机器司机和在场人员专设的安全手柄(图6 3)就设在控制台的左边,而且颜色与其它杆件不同, 手柄上饰有警告功能的红色,当司机离开驾驶室时,随手将其结合,方便自如。但是应急机构杆件的形状和颜色,不仅应与一般机构相汉别, 而且应设置在任何情况下都能接近且与一般机构隔开的独立空间处。(2)仪表显示装置

司机在作业过程中, 监视控制台的仪表指不和操作机械的工作常常是同时进行的。因此, 仪表的合理布置, 将意味着司机通过快速判读仪表, 及时掌握机械的运转状况, 保障机械的安全。根据人的视觉运动规律, 视线习惯习脚、左到右和从上往下运动;看圆形物体, 总是沿顺时针方向比较迅速。从图6 可看出, 反应机器状况的重要仪表, 从左至右排列在仪表板上。而且仪表指针的摆动方向多为顺时针或具有一定的规律性, 以便司机迅速判断作出反应。

仪表板的位置, 应处于司机最有利观察区域。根据人的视觉特点, 横向视野大于纵向视野;眼睛的水平运动比垂直运动快。图7 为人水平和垂直方向视域的划分(a 未画出最大视域)。横向视野中最大视域为2 0度(头部和眼球均转动)只有眼球转动时为1 20。视线突然转移过程中, 大约3 拍的时间能看清目标,其余盯帕的时间视觉是不真实的。根据这些特点, 仪丧板应布置在司机前下方最有效的水平视域是以下三个区域:

A: 中心视力范围(1.5 到3 度)对物体视觉最清晰:

B: 片刻视力范围(1 8 度)有限时间内即可辩清物体;

C: 有效视力范围(3 度)需集中注意力才能辩清物体。

最有利的纵向视野为视平线上30 度，下40 度，坐姿工作时向下的最佳视线为15度, 见图7 a , 监控机器各主要功能的仪表和警示灯, 应沿垂直方向在水平线下30 度范围布置在斜置防眩的仪表板上。水平方向上, 在作业时不需用的次要仪表摆在视域之外;主要的置于B、C 区域;最重要的布置到最佳视区内(A 区)。当然,仪表位置主要是有利于工作。C A T 42 6 型挖掘装载机的仪表板则设在操作者的右边,无论操作装载机还是反铲装置都便于观察。仪表板处于司机前下方, 因此,必须重视仪表板的反射光,以免干扰司机带来危险。仪表板的色彩应与室内色彩有适当对比,常见的多为深色(如黑色),所有材料应为无光泽和表面粗糙以便形成漫反射,清除眩光。切忌在仪表板上使用过多的色彩和为装饰所采用光亮度大的电镀框仪表。这些都会造成视觉疲劳。目前, 国外工程机械普遍采用电子监控系统(E MS)替代传统的仪表显示装置。C A T公司60 肠的产品已装备了这种信息显示系统。代表了今后工程机械发展的趋势。电子监控系统相对仪表有极大的优越性, 其判断准确性高出仪表3 一4 倍: 其可靠性在每1 0 个作业小时中,失效率约为0.0 0 1 7。而仪表的准确性和可靠性会因各种因素,使用时间、振动和人为的原因而受到影响。仪表需司机来判读并记住其读数所包含的意思, 对于经验较少的司机则必须把更多的注意力集中在工作上而不是集中在机器的工作状况上;既使有经验的司机也会由于指望仪表显示正常而较少去注意。使得危险状况得不到及时注意, 从而引出问题。而电子监控系统则利用预调定的传感器(开关), 开关不是关就是闭。司机不需要依靠偶然的监视去发现仪表显示的危险读数, 省去了对仪表所作的猜测。只要看到某个信号灯亮了, 就知道问题出在什么地方和采取相应的措施。该系统应用发光二级管、故障指示灯和警告喇叭。内在可靠性极好,不仅监控系统还能监控自身,使司机能放心地全神贯注于工作。具有提醒司机、要求司机作出反应和立即停机的三级警告, 使司机快速可靠地识别信息, 从而使机械损坏的可能性大大减少,因而有更高的作业率。

2．操纵可靠轻便

操纵力的大小、操纵的方式对操作效率影响很大。人机学有严格要求和标准。国际标准化组织(15 度)和一些国家都已把有关试验研究成果总结到技术文件中。如苏联对起重机操纵杆布置规定在距离座椅上表面2 0 一3 0 m m 的高度,作用于操纵杆上的推力不大于30 N、踏板的施力容许值不超过6 oN ,若踏板的施是 经常性的,则必须减至20 N。踏板总行程不超过125 m m 以及用能承受一定荷重的弹簧复位。国外工程机械广泛采用先导阀液压助力控制,不仅减少板动手柄的作用和缩短手柄行程,而且准确灵活地对工作装置精确控制。转向盘只转三圈就可使机械从一侧转向另一侧极为灵便。

操纵杆的动作方向应与机械工作机构的运动方向一致, 便于记忆和符合人的习惯想法艺操纵使用时应不阻碍司机视线,位置也应与司机视野相适应。如C A T D 9 L 推土机的裂土器操纵杆设在司机右后方,为减少司机裂土作业时扭转身体所产生的疲劳,其驾驶座椅向右后方斜置15 度 ,以便于司机舒适地向后回顾进行操作。目前,国外工程机械广泛采用可调整的驾驶台。见图8，为可五个位置调整的转向柱,向前移可使司机出入驾驶室方便;向后移可使司机将转向盘和变速手柄置于舒适的位置。b 为可作180 度翻转的压路机驾驶装置,以顺应司机的观察,提高碾压质量。

宜人性设计的最高体现,是对“人的因素”的考虑是事无巨细的。如操纵手柄的形状必须适宜人手的比例和指球肌、大鱼际肌和小鱼际肌的天然减震能力, 避免对掌心和指骨的压力以及由于垂直和水平振动而引起的疲劳从而影响操纵的确性。图9 为手柄的不同造型,其中a、b、c 为好;d、e、f较差。并列手柄的形状、大小、高度和颜色的不同,有益司机记比和区别,减少误动作带来的事故, 提高人机系统的总功能。如C A T G 系列平地机采用有双重保护作用的停放制动手柄布置在油门手柳和变速杆中间,但其颜色(红色)和高度与两者有明显区别。它除了控制停放制动器使机械下会移动;还可使变速杆锁定在空档位置。提高了操作的可靠性。

简化操纵机构也是提高宜人性设计的有效措施。图10 为速度和前后变换方向共用一个手操纵,手柄扭转可以作速度换档;手柄前推或后拉郎作前后方向的改变。越来越多的工程机械,不断简化操作,许多功能的控制都已用按钮开关来实现。如小松的装载机采用的指尖控制变速器;C A T 生产的电子控制的铲斗比置 控制器可预定铲斗的卸载高度和挖掘角度, 大大减轻了司机的劳动强度、改善了人机关系,可以预见不久的未来, 电子计算机将为各种施工作业机械提供不同的工作循环程序, 司机所做的工作只是对电视屏和计算机打印输出等的监视。

三、结束语

工程机械中的宜人性设计还包括造型设计中造型的比例和谐;色彩的科学应用和颜色对人心理、生理产生的作用和联想等等。篇幅所限, 不作论述。宜人性设计在工程机械中的运用, 集中体现在驾驶室, 操纵机构和信息显示装置上,必须给予极大的重视,因为它们在“人一机”系统中是联系人与机器的重要环节,宜人性设计的最高目的,是追求人和机器之间的新型关系。

参考文献

l、《机器制造中的艺术设计》〔苏〕汀、E、巴格达维奇、B、A、布里扬、中、2、拉乌特曼著、姜忱· 柏大巢、陈祖燕译。机械工业出版社

2、《建筑、室内、人间工学》小原二郎、内田祥我宇野英隆编鹿岛出版会

3、《人机工程学》赖维铁编著 华中工学院出版社

4、《工效学基拙》顾宝德编译 黑龙江科技出版社。

5、《人与室内环境》S 二A·康兹, 魏润柏合著 中国建筑工业出版社

6、庄国华: 对汽车座持设计的探讨《汽车技术》 1978(5)

7、温吾几: 人体工程学在汽车设计中的应用了《汽车工程》1955(一)

8、黄仲侃: 现代国外振动压路机现状及发展趋向《筑养路机械行业动态与信息》1988 年2 月

9、《国外工程机械》1984(2)、1987(5)

6.机械创新设计论文 篇六

子母双桶波轮洗衣机的设计 0 引言

目前国内外的洗衣机有很多种，波轮式洗衣机、滚筒式洗衣机、搅拌式洗衣机层出不穷，从手动洗衣机到自动洗衣机，洗衣机经历了一代又一代的变革与更新，从节能到智能洗衣机，这都是洗衣机的进步，虽然市面上的洗衣机种类繁多，但是却很少发现能有大小2个桶，能将外衣服和内裤及其袜子分开同时洗的的洗衣机，于是，我觉得可以以此作为出发点，设计一种能将外衣物和内裤及其袜子分开洗的洗衣机。1 创新来源

每次在自己洗衣服时，总觉得把内、袜子与其他衣物一起洗时总觉会将内裤和袜子上的很多细菌和赃物混淆到衣物上去，这样很容易引发各种潜在的疾病，尤其对于有传染病的人来说，更是应当注意的地方，而一般的洗衣机都只有单一的一个洗衣的桶，如果分开做2次洗，即浪费水又浪费电，还要耗时间，所以我设想能设计一种2个大小不同的桶，一个用来洗普通衣物，另外一个小的用来洗内裤或者袜子。创新题材 洗衣机的发展历史

1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。1874年,“手洗时代”

受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。

1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水 在同一个滚筒内完成。

1937年，第一台自动洗衣机于问世。这是一种“前置”式自动洗衣机。

1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。

至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。

60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。

70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的 新阶段。

80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更 为时尚„„

90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗 衣机。

洗衣机的分类（1）波轮式洗衣机

洗衣特点：微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力。缺点：耗电、耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳，适合洗涤衣物：除需要特别洗涤之外的所有衣物。轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地（3）滚筒式洗衣机

洗衣特点：微电脑控制所有功能

衣物无缠绕。最不会损耗衣物的方式

缺点：耗时，时间是普通的几倍，而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开，洁净力不强。

适合洗涤衣物：羊毛、羊绒以及丝绸、纯毛类织物。

流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区，几乎100％的家庭使用的都是滚筒洗衣机。

滚筒洗衣机优点：

全面的洗涤能力鹤立鸡群。因为衣物在洗涤过程中不缠绕、洗涤均匀、磨损小，所以就连羊绒、羊毛、真丝衣物也能在机内洗涤，做到真正的全面洗涤性能。可以利用加热激活洗衣粉中的活性酶，充分发挥出洗衣粉的去污效能。由于用水量较小，可以在桶内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的 洗衣效果。

原理：

这种发源于欧洲的洗衣机是模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械 做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干 净。

滚筒洗衣机的发展最为成熟，多年来在结构上没有多少变化，基本是不锈钢内桶，机械程序控制器，经过磷化、电泳、喷涂三重保护的外壳，和两块笨重的水泥块用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力，由于用料比波轮洗衣机好，所以寿命一般在15－20年，而以塑料件为主的波轮寿命一般只有8－10 年左右。（3）搅拌式洗衣机

洗衣特点：衣物洁净力最强，省洗衣粉

缺点：喜欢缠绕相比前两种方式损坏性加大，噪音最大 适合洗涤衣物：除需要特别洗涤之外的所有衣物。

北美普遍使用 洗衣机的工作原理（1）普通型波轮洗衣机：

结构：由洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制面板等组成。

工作原理：依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。（2）机械全自动洗衣机：

结构：由电动程控器、水位开关、安全开关（盖开关）、排水选择开关、不排水停机开关、贮

水开关、漂洗选择开关、洗涤选择开关等组成。

工作原理：通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。3 设计理念

子母洗衣机可以不同的衣物可以分开洗，能保证大量衣物同时洗、小件衣物即时洗，缩小较大一部分空间的同时，又根据衣物的不同合理地控制能源的消耗。

它还拥有1-24小时预约时间可调、5-40分钟的运动浸泡且时间每间隔5分钟可调、5种全自动程序“标准，强洗，羊毛，毛毯，自编”选择等功能，平时使用起来比较方便和卫生。

波轮洗衣机规格一览表大桶洗涤容量(kg)子母双桶波轮洗衣机图 5.5小桶洗涤容量(kg)2.5脱水容量(kg)5.5kg(主桶)额定输入功率 330W（主）、250W（分洗桶）额定用水量 112L（主桶）、88L（分洗桶）净重 毛重：50kg 净重：44kg产品尺寸： 750*523*935790*570*970（包装尺寸）其他特点

大桶5.5kg。立体喷射水流；小桶2.5kg。垂直立体水流模糊控制预约时间1~24小时可调5~40分钟的运动浸泡且时间每间隔5分钟可调，彻底洗净污渍5种全自动程序“标准，强洗，羊毛，毛毯，自编” 任您选择八档水位（16~52L）

通过上面的一个创新设想，不仅可以实现将内裤袜子与其他衣物分开同时洗的想法，而且一大一小两个桶的子母洗衣机对于成员多的家庭来说还是比较实用的，比如小孩、大人的衣物就可以分开洗涤，加起来8公斤的容量也足以洗涤大量衣物。

上面只是个人的一个小小的想法，想法还只是想法，如果真正能实现那算是对洗衣机的一次改进，也给我们的日常生活带来了更多的实用与方便。4 参考文献

沐志成;全自动洗衣机的电子控制[J];家电科技;1981年04期

7.机械创新设计作品演示 篇七

2013年8月19日,山东常林农装公司“沭河”谷丰收获机械现场演示推介会,在山东省日照市巨峰镇玉米及花生丰产试验田隆重举行。

3台“沭河”谷丰4YZP-2型玉米收获机,一台“沭河”谷丰4YZP-2D型玉米收获机,在巨峰玉米丰产基地同时启动,展开了2013玉米机械收获演示大战。“沭河”谷丰4YZP-2型玉米收获机,产品结构紧凑、机动性能好,可一次性完成玉米摘穗、剥皮、装箱、秸秆粉碎还田和收集的全过程作业。先进的拉茎辊板式摘穗装置,结构简单、体积小、籽粒损失小、生产效率高、行距可调,特别适合山区、丘陵等小地块作业。河北大名的用户石延军、吉林延吉润波农机销售公司总经理冯润波等与会者纷纷登机操作,体验先进收获机械收获丰收的喜悦。

离开玉米收获现场,大家一起来到具有“电、液压技术,集挖掘、去土、摘果、清选、装箱功能于一体”、四轮驱动、液压转向、链条夹持输送和摘果辊组合、半喂入摘果等特点的“沭河”谷丰4HZ-2型花生收获现场,干净的摘果、无破损、无漏果,方便的液压卸粮,再次赢来了与会者的阵阵掌声。

8.机械创新设计作品演示 篇八

现场会演示了玉米秸秆捡拾打捆作业。两台玉米秸秆捡拾打捆机分别对站立与倒伏玉米秸秆进行捡拾、破碎、打捆作业，适应性强，作业效率高。现场基层干部群众反映，玉米秸秆捡拾压捆技术，极大地减轻了农民的劳动强度，增加了农民的收入；同时促进了秸秆禁烧工作，减轻了大气污染，改善了环境。

卧龙区政府办副主任刘长柱代表区政府在演示会指出，农作物秸秆综合利用，对稳定农业生态平衡，缓解资源约束，加快农业循环经济和新兴产业发展，改善农村居民生产生活条件，增加农民收入，保护生态环境，意义重大。现场会上，来自我国最大燃料乙醇生产企业天冠集团丰硕公司代表介绍了非粮原料作物秸秆生产生物质能源燃料乙醇的原理和工艺，发布了大量优惠价收购农作物秸秆的信息，随后与会人员参加了秸秆综合利用供需对接座谈会，参观了南阳国家农业科技园区和天冠纤维燃料乙醇生产卧龙区潦河镇基地。纤维燃料乙醇为秸秆再利用提供了新途径，实现了农作物秸秆“榨干挤净”，充分利用，既可以为工业企业提供原料，又可以改善生态，还可以为农民增加新的致富途径。截至目前，全区利用项目资金184.13万元，新推广秸秆综合利用机械30台，其中还田机20台，玉米收获机28台，秸秆捡拾压捆机10台，使全区秸秆利用机械总量达150台，力争秋季完成玉米机收2.67亿平方米，秸秆捡拾压捆秸秆6670万平方米，秸秆机械粉碎还田1.33亿平方米，加工秸秆饲草6000万千克，秸秆利用率达90%以上，力争实现秸秆综合利用和玉米机收工作的新突破，为建设生态卧龙做出新的更大贡献。

（南阳市农机局）

9.机械创新设计考查题 篇九

1、联系本专业、本人实际，谈如何提高自己的创造思维能力和创新设计能力。

2、联系实际，试运用一种创造原理（综合原理、分离原理、移植原理、物场分析原理、还原原理、价值优化原理等）分析设计一种新产品（新机构）。

3、联系实际，试采用一种常用的创造技法（群体集智法、系统分析法、联想类比法、转向创新法、组合创新法等）分析设计一种新产品（新机构）。

4、联系实际，试运用本课程所学的机械创新设计的理论和方法（原理方案设计、机构创新设计、结构方案的创新设计、反求设计），对一种产品或机构做做开发设计。

要求：（1）每人任选2题，两人选题不能完全相同；

（2）内容要紧密联系实际；

（3）每题字数不少于1500字；

（4）对产品和机构的设计要求画出示意图；

（5）第九周交卷。

10.培养创新思维优化机械设计教学 篇十

关键词： 机械设计；课程改革；做大贡献

课程改革前，由于内容之间相对独立，各机构之间的结构各有特点，相互之间联系少，课程重点不突出。学习时没有细化的明确任务和目标，学生接受很被动，学生普遍反映这门课“难学”“不太理解”“听不懂”，通过率也是各类课程里面最低的。学生上课积极性不高，课堂气氛低沉，学习效果不好。改革后，由于章节环环相扣，第一步就是学生为自己设计喜欢或相关的机构，后面的每一步都是为了实现机构的运动目标而实践，学生学起来有方向、有程序，特别是小组讨论方案，气氛非常活跃。教师在其中只是起到引导和帮助解决问题的作用，学习的主体是学生，思考的主体是学生，实践的主体还是学生，收到了较好的学习效果。

一、培养学生自学能力，开启创新的源泉

为此，笔者做了如下努力：①激发学生兴趣，提高学生学习自主能动性首先要向学生介绍本课程与自己专业的关系。尤其是船舶、汽车、飞机相关专业的学生习惯的认为机械设计应该是机制、机设、机电专业的课程，与他们关系不大。老师第一次上课就应该先向学生介绍机械设计与他们所学专业的关系。比如第一次给汽车班上课，可以先提问学生汽车变速箱里面是什么结构，或者开车挂挡为什么要踩离合器等问题，给飞机班上课可以提问飞机降落时地面给机轮的力为什么不会使得机轮转动等问题，让学生在第一节课就知道本课程与自己专业密切相关，使他们端正对本课程的态度，产生学习的兴趣，提高了他们学习的自主能动性。其次要向学生阐述本课程的意义及学习本课程的重要性。随着科学技术不断发展进步，机械类行业的竞争越来越激烈，而生存的核心竞争力就是不断创新并开发出新的产品。对于才开始接触机械行业的学生来说，《机械设计基础》这门课程就是他们认知机械行业巨人的开始。该课程可使学生获得机械设计方面知识，掌握设计简单机械传动装置的能力。除此之外，重点培养学生分析解决问题的能力，提高学生创新设计能力，以此实现高等技术应用型人才的培养目标。②引导学生课前预习，课后自学，夯实基础知识，建立知识框架在课堂结尾，老师以提问的方式告知学生下节课的重点，让学生课下有针对性的学习，下次课可以集中精力在课堂上解决预习中未解决的疑问，提高学习效率，缩短基本知识授课时间，增加老师发散性问题的教学时间，来培养学生的创新思维。要求学生课后巩固所学知识点的同时引导学生通过网络资源和图书馆资源来更深入理解课上发散性问题的相关知识，拓宽思维方式，培养创新能力。

二、采用多样性教学，注重培养创新思维

第一，启发式教学，培养学生积极思维能力在教学内容上时刻坚持讲授本课程的重点、难点，突出讲解如何应用本课程知识分析问题和解决问题的思路与方法。在教学中多创设问题情境，实施启发式教学，激起学生思维的积极性和求知的需要。如讲解齿轮传动设计时，先给图片展示生活中的齿轮传动，让大家有个感性认识，然后提出诸如齿轮的参数怎么定，齿轮的结构如何设计之类的问题，让学生有了疑问，对齿轮的设计过程有了积极的思考，同时，使学生把所学的理论知识与实际生活紧密相连，巩固了基础理论知识，又为学生创新思维的形成有推波助澜作用。第二，任务驱动式教学“任务驱动”是教学过程中，以某一任务为中心，通过完成任务来学习知识和技能的方法。任务的设计要有开放性，这样可以为学生提供广阔的创造空间，有利于创新思维形成。如在讲解轴的设计内容时，给学生布置任务设计圆锥圆柱齿轮减速器输出轴的结构，主要确定轴的合理的外形、各段直径和长度。该任务具有一定开放性，轴上零件的定位与固定方式多种多样，为学生提供广阔的创造空间。第三，现场教学，注重实践，培养学生创新能力机械设计基础的理论知识比较抽象，如何把抽象的理论转化为形象的产品是每个学生内心期待解答的疑惑。以下两点不仅可以答疑解惑，还可以引导学生向更高的创新层次迈进：①车间现场教学，培养学生理论为实践服务的概念学以致用是人类学习知识的最终目标，是课堂理论与实践相结合的最终体现。如带学生去工厂参观齿轮的加工车间，不仅可以了解齿轮加工的全过程，还可以了解加工机械的工作原理，拓展学生的视野，启发思维，建立理论转变为现实的概念，为以后的创新设计打下坚实的基础。②开发探索性实验，培养学生信心的同时启发他们的创新思维验证性实验具有束缚性，不能调动学生的主观能动性，因此必须设计一些探索性实验来培养学生自主分析和解决问题的能力。如可以开设机构设计实验，让学生自行设计机构，利用ADAMS软件建立机构虚拟模型并进行运动仿真，这样可以开拓学生思维，提高他们创新设计能力。

三，改革课程设计，注重创新实践

《机械设计基础》课程设计是一项重要环节，而传统课程设计题目都是设计减速器，束缚了学生的想象空间，导致学生为了完成要求而选择利用现成的减速器结构图，不利于实现本课程实际存在的意义。可以适当增加一些新颖的题目，拓宽学生设计思路，提高创新能力。比如汽车类学生可以设计差速器，机制类学生可以设计多工位镗铣床主传动系统，或者允许学生自选题目。这样不仅提高了学生的兴趣和自主能动性，还真正培养了学生独立工作能力和创新设计能力，从而实现高等技术应用型人才的培养目标。

总之，教学的改革除了得到高职学院的政策支持和相关考试政策支持外，教师作为课程改革的主体也应该得到重视。因此不断提高教师的学术水平与课程改革能力和熟悉高职教学理论同样重要。教学改革这条路任重道远，只有通过教师不断的努力，在以人为本的理念下，不断提高机械设计基础课程的效果，提高学生的能力，提高其职业性，才能为职业教育和国家的产业建设做贡献。

11.机械创新设计作品演示 篇十一

3月6日, 山东省马铃薯机械化播种现场演示暨技术培训会在临沂市平邑县召开。会议主要是落实好2011年省财政支持农业技术推广项目, 培训马铃薯机械化播种技术, 科学选配播种机械, 促进农机与农艺技术结合, 推动全省马铃薯播种机械化技术发展。省农机局局长高明飞、副局长韩永平, 临沂市委常委、副市长尹长友及临沂市农机局、平邑县有关领导出席了会议, 省、市及项目县农机部门负责项目实施和管理工作的技术推广人员、农机生产企业技术人员、平邑县马铃薯种植大户及当地群众等200余人参加了会议。

在作业现场向现场群众发放了马铃薯机械化播种技术培训教材, 企业技术人员结合展示机具对马铃薯播种机械结构和操作注意事项进行了细致讲解, 并进行了现场作业演示。现场演示的马铃薯播种机一次可完成开沟、施肥、施药、播种、起垄、喷除草剂、铺膜等多项作业工序, 具有播量准、省人工、效率高、质量好等优点, 受到了与会人员的好评。

12.机械创新设计课程论文 篇十二

姓名：任华 班级：工业设计142 学号：20140203022

2LED台灯产品背景及发展现状

产品背景

LED的出现给我国台灯行业注入了新的能量，它极大地丰富了台灯的功能，具有广阔的发展前景。人们对物质生活的水平不断提出更高的要求。现在市场上大批量的生产产品已经满足不了人们个性化的需求。人们希望所购买的商品能满足物质功能外还能体现购买者的兴趣爱好，个人品味等。传统的台灯产品已无人问津，台灯行业要想改变现状，就得结合个性化需求，对台灯的结构和功能进行优化。

现有台灯市场的调研分析台灯的分类。目前市场上的台灯按功能分为：阅读、装饰。按风格分为：现代、中式、欧式等。按材质的类别：分为铝合金台灯、玻璃台灯、水晶台灯、实木台灯、陶瓷台灯等。台灯的光学要求。台灯最主要的功能就是照明，因此在使用过程中对于人的眼睛的影响至关重要。台灯的光源分为三大类：白炽灯、卤钨灯和荧光灯。无论哪种光源，在光学性能上均要求：①遮光性;②照度要求;③照度均匀度要求。只有确保这三点基本的光学性能要求，才能减缓眼睛的疲劳，才能称得上台灯。调研结果。了解台灯的种类、材料、市场需求等情况，从中分析市场的变化趋势，市场上的台灯种类繁多，销售量也不尽相同，主要区别于材料和创意。台灯行业的国内外现状

国内现状我国台灯的普及率很高，但由于存在体积大，依赖固定电源而无法断电使用等缺陷，为我国的台灯行业提供了很大的发展空间。目前，国内市场上的台灯种类样式繁多，按灯泡的类别分为：白炽灯、节能灯、LED灯;LED台灯是以发光二极管为光源的台灯，具有体积小、耗电低、使用寿命长、无毒环保、安全可靠等诸多优点，使得LED灯具从室外装饰，景观照明，逐渐发展到家用照明。可是目前市面上的很多LED照明产品由于受到使用的材料、制造工业及成本等因素的制约，并没有很好地展现它的优点。虽然台灯市场发展空间大，但是目前我国台灯产业发展仍存在诸多问题。通过大量的市场分析，价格较高的台灯大多来自国外，而国内的台灯价格普遍偏低，而个别高价格的国内台灯不是因为设计的独特而是因为材料的昂贵或工艺的特点。现今，市场对于台灯的要求主要体现在：一是追求个性化;二是功能的多样性及环保性。因此台灯已不再是简单的照明工具，而是逐步向组合化、装饰化、高效节能化发展。国外现状。欧洲各国的灯具设计一直引领世界潮流，如意大利的台灯设计除着重体现产品的内在品质外，还注重人和产品之间产生情感上的共鸣。荷兰的飞利浦很早就重视“以人为本”的原则。亚洲的松下和东芝等企业在照明产品的研发上也都位居世界前列。台灯产业发展趋势我国台灯产业近几年呈现快速增长的趋势，国内生产LED照明灯具的企业就有5000余家，由于LED照明产业的核心技术主要掌握在欧美等国家，国内企业主要生产低端产品，所以产品的附加值低，企业利润上不去。在生产过程中，能源消耗大、产品出场率低、环境污染严重、管理水平落后等，使得国内很多台灯企业纷纷倒闭。在此背景下，一些企业纷纷加快科技创新步伐，改进生产技术，有效提升了其台灯生产效率和质量。调研机构数据表明，自2010 年以来，国内的LED台灯销量平均增幅达35%。而海外市场达80%的家庭普及率，如图2所示，LED照明市场呈逐年上升趋势。此外，中国台灯产业发展研究报告首次提出“新型台灯产业”和“替代品产业”的概念，并以此为基础，界定了其具体的内涵，建立评价体系和量化指标体系。另外，行业协会还站在一个全新的视角推演和预测了我国台灯也的发展进程。展望未来，我们可以看到，LED灯具正在以其灵活便捷的优势赢得市场的认可和青睐。因此，局部照明产品的开发和应用必将成为市场的未来发展趋势，企业也将生产出更多个性化照明产品，以适应用户的实际需求。设计思路：LED灯的使用现在越来越广，台灯的灯现在大多用的也是LED灯了。但大多数的台灯的灯光照射方向是固定的，这限制了台灯的使用场景。也有台灯使用了柔性材料，能调节照射方向的台灯，从打开百叶窗，阳光照射到房间中受到启发，百叶窗结构也可以使用在台灯，百叶窗的角度可以从0度调节到180度，这样可以随意控制灯光的方向，又具有艺术感，要是再加上使用木质材料，又能体现品质感和自然感。

原理方案设计：如果将灯锁死在一个四面封闭的方盒中，那灯光的照射强度应该是比较高的，但这样灯光照射不出来，也就没有任何意义，如果将方盒的一面做成百叶窗式的结构，百叶窗关闭的时候，灯光只能从缝隙中射出来一点，当百叶窗渐渐地打开，灯光也就慢慢地照射出来了，从一开始的倾斜向下到中间的水平照射，再到最后的倾斜向上照射，灯光的照射方向就这样被巧妙地控制住了，又具有形式感和艺术感。当然单单就一个方盒，那灯光的照射范围也是有限的，所以要将方盒提升一定的高度，就像台灯那样，既有能发光的头部，又有连接部分和底座。

关键技术：LED节能技术 LED防眩光技术 百叶窗调节控制

材料：LED灯部分：玻璃 金属有机化合物 氮化物 塑料 导电材料

百叶窗部分：线 薄竹片 不锈钢 台灯外壳：木材

应用前景：百叶窗式LED灯用百叶窗的形式来控制灯光的方向，相比之前的调节灯罩方向的更具有创新性，更具有艺术感。可以用作床头灯，学生护眼灯等等。假设这样一个场景，学生小A回到家先要完成作业，将台灯的百叶窗调成45度左右，让光线照到书上，在完成作业后，小A要用台灯照到书架上找书，可以将百叶窗调成接近于水平方向，让灯光能垂直照到墙上。模型效果图

虽然工业设计没有涉及很深很难的机械结构，但是对于工业设计来说，机械结构也是非常重要的，掌握了解机械结构的应用场景和方法，对于设计来说，就能扩大设计的可能性，加深设计的深度和细节，也能让我们对所设计的东西的可行性能做出一定的判断。

创新的作用体现在我们生活中的方方面面，大到人类文明进步、人类科学的发展、现代科学体系、技术和经济发展、综合国力，小到我们的日常生活，一个创新的点子往往能给我们带来太多的便利。世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的剧烈竞争。实质上是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。然而，渗透人们生活点点滴滴的东西，总是与机械有千丝万缕的联系，因此，如何培养和提高大学生的创新能力，特别是对机械类学生来说，更应该把培养学生的创新思维和动手能力摆在重要位置。

所谓的“创新”简单地理解不就是“创造新的东西嘛”，我将其分为两类：革新和改进。革新和改进都可以创造新型东西，都能给人们带来人们想要的某些效果。我想首先从“创新的起始点”谈起，创新其实并不神圣，它来源于生活，多数的创新是建立在解决目前处理问题存在的缺陷上面的。以前处于温饱的中国人民，在解决了温饱问题之后开始考虑怎样更好地解决衣食住行问题、更舒服地生活了，这就是创新的源泉。为了更方便地洗衣服，洗衣机随之诞生，将以前的人工搓洗，直接装换为旋转式柔和的衣物间自身相互摩擦，接着又有不断的改进，于是市场上出现了各式各样的洗衣机；为了方便人们缝补衣服，缝纫机也就被发明出来了，并且不再墨守成规地用单线缝补，进而更高效更牢固的缝补衣物。还有不胜枚举的例子供我们参考，一个新的具有时代意义的机械产品被生产出来，首先肯定是突破常规的，而所谓的突破，其实质上探究新的工作原理，这样的突破才是飞跃性的突破为便于区别，我将其定义为“革新”。在我看来，很多时候人们创新的想法往往被扼杀在摇篮里，由于专业知识和阅历的局限性，我们太容易否定自己的各种想法了，其实可能只要我们去深究，即使现在不能实现东西，谁能保证以后也没法实现呢，就如同50年代的人能预想到现在人手一台电脑的现象嘛。然而，我又不得不承认，那种具有时代意义的机械产品的诞生，并不常见，我们司空见惯的还是在原有理论基础上面的改进，但是，真正的创新其实应该具有革新一样意义，其真正鼓励人们去做的其实是用不同的方法去更好地解决相同的问题，简单的换位思考有时候会得到意想不到的效果，所以，创新从思维做起、从点子做起，无论从你所掌握的知识能否实现，先要敢想。

13.机械创新设计陈启瑶 篇十三

1.1无碳小车整体动力学分析报告 „„„„„„„„„„„„„„„3 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告„„„„„„„„„„„3 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 „„„„„„„„„„„„„„3 2 设计过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.1 机构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.2 机构简图分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.1主要机构组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2.2原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2.3自由度分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.3 无碳小车机构立体图及其结构分析„„„„„„„„„„„„6 2.3.1整车的装配图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3.2原动机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3.3车架„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3.4传动机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.3.5转向机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.3.6微调机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.3.7行走机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.4 参数分析模型 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 2.4.1 动力学分析模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 2.4.2运动学分析模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 2.4.3急回运动特性、传动角、死点分析„„„„„„„„„„„„„„14 2.4.4灵敏度分析模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.4.5参数确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 2.5零部件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 3设计结果与总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 4参考资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 附表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 1 设计任务

1.1无碳小车整体动力学分析报告

含无碳小车各机构运动学分析（运动轨迹计算、机构各构件长度尺寸确定等）无碳小车动力学分析，各运动副摩擦分析、各构件受力分析。要求Matlab编程计算

1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告

含各构件强度分析、刚度分析

基于结构安全的无碳小车各构件结构优化方案。要求Matlab编程计算（附源代码）

1.3无碳小车典型零件材料组织分析

取无碳小车中典型金属材料进行材料组织分析，给出3种以上材料试样制作方法、组织照片等。设计过程

2.1 机构设计

小车主要由四个机构组成：发条动力机构、齿轮传动机构、曲柄连杆机构、连杆前轮转 向机构。

2.2 机构简图分析：

2.2.1主要机构组成

机构由曲柄1和连杆

2、滑块C组成的曲柄连杆机构（一下简称R）、连杆3和连杆4组成，共5个活动构件。2.2.2原理

传动齿轮A在发条带动下作顺时针旋转运动，一方面通过车轴带动驱动后轮前进，另一方面通过曲柄连杆机构带动转向“连杆4”，从而带动小车有规律地左右摇摆，实现小车前进过程中自动转弯的效果。

2.2.3自由度分析

a)自由度分析的必要性：

通过自由度分析可以知道机构的运动受到了多少约束，这样在画简图的时候，就可以知道机构的运动方式了。约束不足或约束多了，机构都不能提供正常的运动。例如死机构等，所以对设计进行自由度的分析是作为制造的前条件。

b)自由度计算：

总共有5个活动构件：曲柄连杆机构R（曲柄

1、连杆

2、滑块C）、杆

3、杆4。有7个低副 ：机构中ABCDE为转动副。构件CD为移动副。有0个高副

所以，自由度F=3*5-（2*7+0）=1

我们的势能小车只有唯一的原动件齿轮7，我们通过计算得出小车的自由度为1，所以能够保证小车具有确定的运动。

2.3 无碳小车机构立体图及其结构分析：

2.3.1整车的装配图 2.3.2原动机构

小车原动机构的要求：

①.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大而翻车，或重块晃动厉害影响行走。②到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，一则速度过大对小车有很大的冲击力，有可能破坏小车；二则，速度过大意味着重物的重力势能利用率不够。

③在不同的场地。轮所受的摩擦力不同，障碍之间的距离不同，所需要驱动力的大小也不同，因此还得根据需要来调整小车原动结构提供驱动力的大小。④尽可能使其匀速，提高其稳定性。

综合考虑装置的简洁性和高效率两方面，我们选择了绳轮结构，并且将轮设计为锥形，以实现对速度的控制和调节。

2.3.3车架车架在小车设计中起过度连接、支撑固定作用。我们采用的是三角形和矩形组合的板式。这样有利于提高小车的稳定性及各方面的配合。材料：有机塑料

参数确定：据整体尺寸综合考虑

设计理由：由于底板所承载的负荷比较小，选用有机塑料作为材料，减少能量损耗，薄壁面积应小于400mm×400mm。小车的重块在车上重物支撑杆上方开始下落，距离车底板上面约有600mm多。而小车为了节省能量及避障性好，车底板一般又不能选的面积太大，两后轮轮距不能太大，限制底板打宽度不能大。另外，也可以通过降低小车底板距离地面的高度来降低整个车的重心，达到良好的动态平衡，为此将小车底板折弯，满足整车重心降低的需要，在滚筒轴上安装大齿轮的对应部位将小车底板铣出长孔，使得大齿轮转动不至于与底板接触摩擦。

2.3.4传动机构传动机构，采用的是最简单的齿轮传动。

2.3.5转向机构

转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯等等。其中本小车中采用曲柄连杆+摇杆机构

优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。

缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。

经过大量查阅资料，综合考虑各种机构的利弊，包括加工难度、安装难度、传动效率、转向精度、及是否会发生自锁现象等，我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。可是通过曲柄摇杆机构不能完成三维空间的运动转换，因此必须采用双球形关节的连杆，可是以我们学校的加工能力，很难加工出高精度的关节轴承，故我们经过思考，用钩子+孔洞的组合代替了关节轴承。这样的机构摩擦力小，加工简单，而且能很好地取代关节轴承的作用。

2.3.6微调机构

微调机构是小车的调节部分，也是小车必不可少的装置。一方面，小车上的曲柄连杆比较灵敏，需要微微调整，对误差进行修正。另一方面，是为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹，以适合比赛的需求。

在连杆处我们采用的是双头螺柱和两个内螺纹对连杆的长度进行微调，以适应加工精度引起的误差，同时能够很好地配合摇杆精心组合调节。具体图示及相关尺寸如下： 在摇杆处，我们经过深思熟虑，最后采用了调节精度高且稳定的的螺纹结构。

我们通过以上两种调节机构的配和，对其进行多方向调节，在修正加工引起的误差的同时，更灵活地调整小车运动轨迹 2.3.7行走机构

行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：对于相同的材料为一定值。

而滚动摩擦阻力所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。

但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。

2.4 参数分析模型

2.4.1 动力学分析模型

a、驱动 驱动轮受到的力矩MA，曲柄轮受到的扭矩M1，NA为驱动轮A受到的压力，FA为驱动轮A提供的动力，有

中2是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数）

（其2.4.3急回运动特性、传动角、死点分析

急回运动特性：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速转动，而摇杆摆动是空回行程的Fp=Fc=Fcx+Fcy+Fcz =τSsinθcsin2 θcos2θc/2+τSsinθcsinθcosθcos2 θc /2+KτScosθc cos2θc/2 式中 τ———雪的平均抗切应力,取τ=2000Pa;S———除雪断面积,取S=54000mm2;K———铲刃口形状系数,前铲取1;θc———切削角,取θc=25°。则 FC=109195N平均速度却大于工作行程的平均速度。急回特性是连杆机构重要的运动特性，其急回运动的程度通常用行程速比系数来衡量。