(機械創(chuàng)新設計論文)

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機械創(chuàng)新設計論文 論文題目 單車折疊式防雨架設計 院 系 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機械 XXX 班 學生姓名 XXXX 指導老師 陳向偉 2014 年 11 月 11 日 目 錄 摘 要 1 第一章 緒論 2 1 1 引言 2 1 2 項目內容 2 2 1 單車折疊式防雨架的初步設計 2 2 2 單車防雨架的零件設計 3 2 2 1 單車防雨架支架設計 3 2 2 2 單車防雨架的轉軸設計 4 2 2 3 單車防雨架的邊框設計 4 2 2 4 防雨架的支撐底座設計 5 2 2 5 防雨架桿設計 7 2 2 6 螺栓與螺母的設計 8 2 2 7 彈性繩的選用 8 第三章 單車折疊式防雨架的總裝配圖 8 第四章 單車折疊式防雨架的折疊設計 9 第五章 防雨架材料的選擇與防雨布的材料選擇 10 5 1 防雨架材料選擇 10 5 2 防雨布的材料選擇 11 第六章 心得體會和設計總結 11 參考文獻 13 1 摘 要 機械創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力 利用已有的相關科學技術 進 行創(chuàng)新構思 設計出具有新穎性 創(chuàng)造性及實用性的機械產品的一種實踐活動 近年來 由于科學技術的飛躍式發(fā)展 使得機械創(chuàng)新設計有了新的發(fā)展前景 美 國較早的從設計學的觀點總結出機械創(chuàng)新設計的過程方法 將創(chuàng)新技術引入到機 械設計過程 并進行了大量的工業(yè)實例的創(chuàng)新設計 日本專家提出的 QFDC 質量 功能配置 建立用戶要求與設計要求之間的關系 鄒惠君教授提出了機械產品 方案創(chuàng)新設計的 CAD 方法和實現模型等 機械方案創(chuàng)新設計是機械創(chuàng)新設計的關鍵 它的核心內容是構思機器工藝動 作過程 進行機構系統方案組成以及機構系統方案的綜合評價選優(yōu) 它的設計理 論 方法以及設計智能化 包含了機構類型創(chuàng)新和選用機構尺度綜合 機構系統 設計理論 我們必須大力開展研究 方案設計應該是機械創(chuàng)新設計和概念設計的 核心內容 方案設計中關鍵的理論和方法是系統科學和系統設計方法 深人研究 機械系統設計原理可以大大加快機械方案的創(chuàng)新技術 將會大大推動現代機器的 創(chuàng)造和發(fā)明 促進機械工業(yè)快速發(fā)展 低碳經濟的特征是以減少溫室氣體排放為目標 構筑低能耗 低污染為基礎 的經濟發(fā)展體系 包括低碳能源系統 低碳技術和低碳產業(yè)體系 低碳能源系統 是指通過發(fā)展清潔能源 包括風能 太陽能 核能 地熱能和生物質能等替代煤 石油等化石能源以減少二氧化碳排放 低碳技術包括清潔煤技術 IGCC 和二氧化 碳捕捉及儲存技術 CCS 等等 低碳產業(yè)體系包括火電減排 新能源汽車 節(jié)能 建筑 工業(yè)節(jié)能與減排 循環(huán)經濟 資源回收 環(huán)保設備 節(jié)能材料等等 二氧 化碳有三個重要的來源 其中 最主要的來源是火電排放 占二氧化碳排放總量的 41 增長最快的則是汽車尾氣排放 占比 25 特別是在我國汽車銷量開始超越美 國的情況下 這個問題越來越嚴重 建筑排放占比 27 隨著房屋數量的增加而穩(wěn)定 的增加 疊式防雨架的防雨布用料比雨衣要少的多 使用壽命比雨衣高 強度好 安 裝在單車上 在下雨天氣里 安全性遠遠大于雨衣和雨傘 還可以給騎車者更多 的活動空間和更廣的視角 攜帶方便 在非雨天可以把雨架折疊起來放在單車后 尾架上 折疊式防雨架的設計是以盡可能減少白色污染 安全環(huán)保方便為目的的 機械創(chuàng)新設計 疊式防雨架的支架采用鋁合金材料 強度適中 耐腐蝕性強 抗氧化性也很 強 作為防雨架的支架可以提高雨架的耐用性 關鍵詞 低碳 二氧化碳 折疊式 防雨架 2 第一章 緒論 1 1 引言 單車現在已經算是老百姓的常用交通工具了 更加是學生的必需品之一 單 車有它自身的方便作用 也是一種環(huán)保低碳 可以鍛煉身體的交通工具 但是在 下雨天氣的時候踩單車會比較危險 在學生調查之中雨天踩單車打雨傘的要比穿 雨衣的多 因為很多學生都覺得穿雨衣很不方便 同時視角也變得很窄 但危險 程度也相對增加了 所以單車折疊式防雨架的設計目的是為了騎車者的安全 方 便 減少對防雨布的使用 綠色環(huán)保 1 2 項目內容 本次設計主要是根據單車的長度 寬度 人均高度來設計防雨架的支架 對 防雨架的材料選擇 應達到耐用的效果 盡可能地提高雨架的壽命 折疊式防雨 架的設計思想主要源于生活 單車是每一戶人家的交通必需品 在雨天踩單車也 是很不方便和很不安全的 雨衣的耐用性不高 它的材料也不是環(huán)保的材料 所 以在每一輛單車上改裝了單車折疊式防雨架可以減少雨衣的使用 達到低碳環(huán)保 的效果 防雨架的設計最大特點就是可以在非雨天氣的時候可以折疊起來 達到 便捷的效果 并且在防雨布上選擇了相當環(huán)保型的布料 支架采用了不銹鋼或鋁 合金的耐用性金屬材料 并且可以把雨架自行拆卸 可以在二人單車三人單車的 長度自行安裝和 DIY 第二章 單車折疊式防雨架的設計 2 1 單車折疊式防雨架的初步設計 根據單車的外形尺寸為 1700 500 1300 mm 來確定單車防雨架的大致外形 初步設計如下 初步確定雨架的上層展開后分為 4 個部分 每個部分的尺寸為 500mm 600mm 所以展開后的尺寸為 2000mm 600mm 這個面積足夠可以在下雨天氣遮蓋住兩個人 防雨架的高度初定為雨架頂部在單車手把處的高度尺寸為 1000mm 這個高度可以 使用于 98 人群中 3 圖 1 單車折疊式防雨架初步設計圖 2 2 單車防雨架的零件設計 2 2 1 單車防雨架支架設計 圖 2 單車雨架支架設計三視圖 根據單車雨架支架的設計三視圖 用 Pro E 軟件對其進行建模 效果圖如下 4 2 2 2 單車防雨架的轉軸設計 轉軸的尺寸 長為 600mm 直徑為 8mm 5 支 2 2 3 單車防雨架的邊框設計 邊框 1 和邊框 5 的設計圖 邊框 2 3 4 6 7 8 的設計圖 5 邊框與支架裝配后的 Pro E 模型 單車防雨架的邊框設計中 除了型號 4 和 8 外都設有限制轉動 0 180 度 這個設計是為了防雨架在完全打開的時候達到一種相互限制轉動的作用 讓防雨 架保持一條直線的狀態(tài) 2 2 4 防雨架的支撐底座設計 支撐底座是防雨架與單車把手之間配合連接的 所以分為上底座和下底座 1 上底座設計三視圖 6 用 Pro E 軟件建模 2 下底座設計三視圖 用 Pro E 軟件建模 7 2 2 5 防雨架桿設計 長度設計為 840mm 直徑為 14mm 兩根 受力分析 繪制主結構的剪力圖和彎矩圖 分析的最終結構剪力圖和彎矩圖如圖所示 主結構的剪力圖和彎矩圖 梁彎曲時的許用撓度為 y 只要選用的材料最大的撓度不要超過其許用撓度 即可 得主結構梁的最大的撓度 maxyZWI 式中 截面的慣性矩 抗彎截面模量 ZI 4 3m 又因為所采用的材料是空心鋁合金管材 所以分別存在管材截面慣性矩 和抗彎截面模型 即根據彎曲時的剛度條 1 644 dIZ 1 324 dZ 8 件 只要選用的材料最大的撓度小于材料彎曲時的許用撓度為 y 即可 maxyZWI 通過實驗和分析 本課題設計的輪椅所采用的硬鋁合金完全滿足條件 剛度足夠 故主體結構材料采用鋁合金是滿足要求的 2 2 6 螺栓與螺母的設計 螺栓的選擇 選用 d 8mm l 24mm 六角螺栓 A 級 GB T 5782 2000 數量 8 個 螺母的選擇 選用 d 8mm 的六角螺母 A 級 GB T6170 2000 數量 28 個 選用 d 12mm 的六角螺母 A 級 GB T6170 2000 數量 2 個 2 2 7 彈性繩的選用 彈性繩使用在防雨架末端是為了把雨架展開后拉平 第三章 單車折疊式防雨架的總裝配圖 運用 Pro E 軟件配裝防雨架 9 各零件材料及標準 詳見 A3 原理圖 第四章 單車折疊式防雨架的折疊設計 10 考慮到雨架在非雨天并不需要 所以將單車防雨架的邊框設計成 可在轉軸 的作用下由平直的折疊成 0 15 度 便于攜帶 安裝以及使用 防雨架折疊過程 折疊后的防雨架模型 第五章 防雨架材料的選擇與防雨布的材料選擇 5 1 防雨架材料選擇 防雨架應該考慮到強度好 耐腐蝕性強和抗氧化性強 重量要輕 所以在防 雨架的支架 邊框 轉軸 桿的部分選用鋁合金材料 11 鋁及鋁合金其它金屬材料相比 具有以下一些特點 1 密度小 鋁及鋁合金的密度接近 2 7g 約為鐵或銅的 1 3 2 強度高鋁及鋁合金的強度高 經過一定程度的冷加工可強化基體強度 部 分牌號的鋁合金還可以通過熱處理進行強化處理 3 導電導熱性好 鋁的導電導熱性能僅次于銀 銅和金 4 耐蝕性好鋁的表面易自然生產一層致密牢固的 AL2O3 保護膜 能很好的 保護基體不受腐蝕 通過人工陽極氧化和著色 可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合 金或加工塑性好的變形鋁合金 5 易加工添加一定的合金元素后 可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加 工塑性好的變形鋁合金 對于上下底座的材料 選用 45 號鋼即可 5 2 防雨布的材料選擇 防雨布在選擇上應盡可能地節(jié)約成本 選擇耐用 環(huán)保材料 在分析了解之 后 決定選用 PE 聚乙烯 因為 PE 聚乙烯材料有優(yōu)良的絕緣性 耐化學腐蝕性及 耐低溫性能 同時還有很高的耐水性 能夠在長期與水接觸中保持其性能不發(fā)生 改變 并且我們選擇的是高壓聚乙烯 因為高壓法制備的聚乙烯 其聚合物本體 中的分子結構支鏈較多 密度和結晶度較低 質地柔軟 透明性好 被廣泛用于 制作薄膜和日用品 是一種很好的防水材料 鑒于此 防雨布的最終材料定為高 壓聚乙烯 第六章 心得體會和設計總結 在這次創(chuàng)新設計中 對單車防雨架設計里讓我查閱了很多資料 在多次草圖 設計里終于把防雨架的大致外形設計出來 并把防雨架的每一個零件進行了設計 畫圖然后建模 把全部零件設計完成后再一起裝配起來 并且還要對防雨架用到 的防雨布進行查閱資料和材料的選用等等 所以通過這次創(chuàng)新設計課程設計 我 認為我學到了很多東西 然而在設計的過程中 我卻遇到了不少的麻煩 一度讓 我心煩了很久 問題一 無法理解創(chuàng)新 全社會都在強調創(chuàng)新 而每個人對創(chuàng)新的理解應該有所不同 開始時 我認 為創(chuàng)新 就是創(chuàng)造一樣全新的東西 這東西別人是想都沒想過的 更別說是做了 但是 就是因為起初我是這樣想的 結果創(chuàng)新設計任務書下來后我還沒想到應該 做什么好 后來 經過上網查閱 才知道創(chuàng)新不一定是全部都要新的 也可以是 12 在舊有元素上加一些新的元素 搞創(chuàng)新設計不光要有創(chuàng)新 而且要學會繼承 現 在 全社會都在強調創(chuàng)新 但我們不能一強調創(chuàng)新 就瞧不起原有的東西 通常 的創(chuàng)新分為兩種 一種就是構成事物舊有元素的重新組合 一種是在舊有元素上 加一些新的元素 所以 不管怎樣 創(chuàng)新的東西總是含有一些舊有事物的影子是 不可否認的 原有的東西就如同一盤菜 創(chuàng)新就如同一點點調料 有了這么一點 調料 菜的味道更加鮮美 但沒有人為了純鮮美 不要菜 光來一盤炒調料的 所以我們強調創(chuàng)新 但不能忘記繼承 只有繼承 沒有創(chuàng)新 那是因循守舊 而 只有創(chuàng)新 沒有繼承 那是空中樓閣 問題二 無從下手 雖然明白了什么是創(chuàng)新 怎樣才算是創(chuàng)新 而且還想好了該設計什么 但是 因為不知道該把產品設計成什么樣子 不知道自己設計到的是否合理 不知道在 自己之前是否已有人做過此類設計等等 使我對創(chuàng)新設計感到非常迷惘 無從下 手 不知道應該從哪一步開始做起 周五很快就到了 要交創(chuàng)新設計了 在這期間 經過和同學的討論還有上網 的查閱后 漸漸的入手可以進行設計 最終 得出了我的創(chuàng)新設計產品 在這次設計過程中 我有過泄氣的時候 有過松懈的時候 有過懶惰的時候 但是為了更好地完成這次創(chuàng)新設計課程設計 也為了學習到更多的專業(yè)知識 我 做出了一番努力 下了一定苦工 通過這次創(chuàng)新設計 讓我重新掌握了很多以前 課本所學的內容 感覺自己在理論聯系實際的能力上有所提高 當然 還發(fā)現了 自己的許多不足 例如課本知識未能完全理解 通過這次設計 我懂得了怎么去 自學 怎樣去查閱資料 為將來工作之路又打下了一筆結實的基礎 13 參考文獻 1 周開勤主編 機械零件手冊 高等教育出版社 2004 年 08 月 2 何庭蕙主編 工程力學 華南理工大學出版社 2007 年 01 月 3 屈華昌主編 塑料成型工藝 高等教育出版社 2007 年 08 月 4 陳國定主編 機械設計 高等教育出版社 2007 年 02 月 5 譚雪松編制 Pro ENGINEER Wildfire4 三維造型實例圖解 清華大學出版 社 2008 年 11 月 6 丁駿一主編 機械制造技術基礎 機械工業(yè)出版社 2009 年 02 月 7 劉林主編 AutoCAD 2008 中文版高級應用教程 2008 年 03 月 8 張春林編 機械創(chuàng)新設計 機械工業(yè)出版社 2007 年 09 月