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1、 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文 論文題目： 單車折疊式防雨架設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械XXX班 學(xué)生姓名： XXXX 指導(dǎo)老師： 陳向偉

2、 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(xiàng)目?jī)?nèi)容 2 2.1單車折疊式防雨架的初步設(shè)計(jì) 2 2.2單車防雨架的零件設(shè)計(jì) 3 2.2.1單車防雨架支架設(shè)計(jì) 3 2.2.2單車防雨架的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì) 4 2.2.3單車防雨架的邊框設(shè)計(jì) 4 2.2.4防雨架的支撐底座設(shè)計(jì) 5 2.2.5防雨架桿設(shè)計(jì) 7 2.2.6螺栓與螺母的設(shè)計(jì) 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

3、 第四章 單車折疊式防雨架的折疊設(shè)計(jì) 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(huì)和設(shè)計(jì)總結(jié) 11 參考文獻(xiàn) 13 摘 要 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性及實(shí)用性的機(jī)械產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動(dòng)。 近年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的飛躍式發(fā)展，使得機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)有了新的發(fā)展前景。美國(guó)較早的從設(shè)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)總結(jié)出機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程方法，將創(chuàng)新技術(shù)引入到機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程，并進(jìn)行了大量的工業(yè)實(shí)例的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；日本專家

4、提出的QFDC（質(zhì)量功能配置），建立用戶要求與設(shè)計(jì)要求之間的關(guān)系；鄒惠君教授提出了機(jī)械產(chǎn)品方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CAD方法和實(shí)現(xiàn)模型等。 機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它的核心內(nèi)容是構(gòu)思機(jī)器工藝動(dòng)作過(guò)程、進(jìn)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案組成以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案的綜合評(píng)價(jià)選優(yōu)。它的設(shè)計(jì)理論、方法以及設(shè)計(jì)智能化，包含了機(jī)構(gòu)類型創(chuàng)新和選用機(jī)構(gòu)尺度綜合、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。我們必須大力開(kāi)展研究。方案設(shè)計(jì)應(yīng)該是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。方案設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的理論和方法是系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。深人研究機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理可以大大加快機(jī)械方案的創(chuàng)新技術(shù)，將會(huì)大大推動(dòng)現(xiàn)代機(jī)器的創(chuàng)造和發(fā)明，促進(jìn)機(jī)械工業(yè)快速發(fā)展。 低碳經(jīng)濟(jì)的特征

5、是以減少溫室氣體排放為目標(biāo),構(gòu)筑低能耗、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系,包括低碳能源系統(tǒng)、低碳技術(shù)和低碳產(chǎn)業(yè)體系。低碳能源系統(tǒng)是指通過(guò)發(fā)展清潔能源,包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)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(shù)包括清潔煤技術(shù)(IGCC)和二氧化碳捕捉及儲(chǔ)存技術(shù)(CCS)等等。低碳產(chǎn)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(jīng)濟(jì)、資源回收、環(huán)保設(shè)備、節(jié)能材料等等。二氧化碳有三個(gè)重要的來(lái)源,其中,最主要的來(lái)源是火電排放,占二氧化碳排放總量的41%;增長(zhǎng)最快的則是汽車尾氣排放,占比25%,特別是在我國(guó)汽車銷量開(kāi)始超越美國(guó)的情況下,這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重;建筑

6、排放占比27%,隨著房屋數(shù)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(qiáng)度好。安裝在單車上，在下雨天氣里，安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雨衣和雨傘，還可以給騎車者更多的活動(dòng)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(lái)放在單車后尾架上。折疊式防雨架的設(shè)計(jì)是以盡可能減少白色污染，安全環(huán)保方便為目的的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 疊式防雨架的支架采用鋁合金材料，強(qiáng)度適中，耐腐蝕性強(qiáng)，抗氧化性也很 13 強(qiáng)，作為防雨架的支架可以提高雨架的耐用性。 關(guān)鍵詞： 低碳、二氧化碳、折疊式、防雨架 第一章 緒論 1.1引言 單車現(xiàn)在已經(jīng)算是老百姓的常用交

7、通工具了，更加是學(xué)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(shí)候踩單車會(huì)比較危險(xiǎn)，在學(xué)生調(diào)查之中雨天踩單車打雨傘的要比穿雨衣的多，因?yàn)楹芏鄬W(xué)生都覺(jué)得穿雨衣很不方便，同時(shí)視角也變得很窄。但危險(xiǎn)程度也相對(duì)增加了。所以單車折疊式防雨架的設(shè)計(jì)目的是為了騎車者的安全、方便，減少對(duì)防雨布的使用，綠色環(huán)保。 1.2項(xiàng)目?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)單車的長(zhǎng)度、寬度、人均高度來(lái)設(shè)計(jì)防雨架的支架。對(duì)防雨架的材料選擇，應(yīng)達(dá)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(shè)計(jì)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

8、。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(dá)到低碳環(huán)保的效果。防雨架的設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)就是可以在非雨天氣的時(shí)候可以折疊起來(lái)，達(dá)到便捷的效果。并且在防雨布上選擇了相當(dāng)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(zhǎng)度自行安裝和DIY。 第二章 單車折疊式防雨架的設(shè)計(jì) 2.1單車折疊式防雨架的初步設(shè)計(jì) 根據(jù)單車的外形尺寸為1700*500*1300(mm)，來(lái)確定單車防雨架的大致外形，初步設(shè)計(jì)如下： 初步確定雨架的上層展開(kāi)后分為4個(gè)部分，每個(gè)部分的尺寸為500mm*6

9、00mm,所以展開(kāi)后的尺寸為2000mm*600mm。這個(gè)面積足夠可以在下雨天氣遮蓋住兩個(gè)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(gè)高度可以使用于98%人群中。 圖1 單車折疊式防雨架初步設(shè)計(jì)圖 2.2單車防雨架的零件設(shè)計(jì) 2.2.1單車防雨架支架設(shè)計(jì) 圖2 單車雨架支架設(shè)計(jì)三視圖 根據(jù)單車雨架支架的設(shè)計(jì)三視圖，用Pro/E軟件對(duì)其進(jìn)行建模，效果圖如下： 2.2.2單車防雨架的轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)軸的尺寸：長(zhǎng)為600mm，直徑為8mm（5支） 2.2.

10、3單車防雨架的邊框設(shè)計(jì) 邊框1和邊框5的設(shè)計(jì)圖： 邊框2、3、4、6、7、8的設(shè)計(jì)圖： 邊框與支架裝配后的Pro/E模型： 單車防雨架的邊框設(shè)計(jì)中，除了型號(hào)4和8外都設(shè)有限制轉(zhuǎn)動(dòng)（0~180度），這個(gè)設(shè)計(jì)是為了防雨架在完全打開(kāi)的時(shí)候達(dá)到一種相互限制轉(zhuǎn)動(dòng)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)三視圖

11、： 用Pro/E軟件建模： 2、下底座設(shè)計(jì)三視圖 用Pro/E軟件建模： 2.2.5防雨架桿設(shè)計(jì) 長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為840mm，直徑為14mm（兩根）。 受力分析： 繪制主結(jié)構(gòu)的剪力圖和彎矩圖，分析的最終結(jié)構(gòu)剪力圖和彎矩圖如圖所示 主結(jié)構(gòu)的剪力圖和彎矩圖 梁彎曲時(shí)的許用撓度為[y]，只要選用的材料最大的撓度不要超過(guò)其許用撓度，即可，得主結(jié)構(gòu)梁的最大的撓度 = (式中

12、 ——截面的慣性矩，， ——抗彎截面模量，) 又因?yàn)樗捎玫牟牧鲜强招匿X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(jù)彎曲時(shí)的剛度條件=，只要選用的材料最大的撓度小于材料彎曲時(shí)的許用撓度為[y]即可，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析，本課題設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)材料采用鋁合金是滿足要求的。 2.2.6螺栓與螺母的設(shè)計(jì) 螺栓的選擇：選用d=8mm l=24mm六角螺栓（A級(jí)GB/T 5782—2000），數(shù)量8個(gè)； 螺母的選擇：選用d=8mm的六角螺母（A級(jí)GB/T6170—2000），數(shù)量28個(gè)； 選用d=12mm的六角

13、螺母（A級(jí)GB/T6170—2000），數(shù)量2個(gè)。 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(kāi)后拉平。 第三章 單車折疊式防雨架的總裝配圖 運(yùn)用Pro/E軟件配裝防雨架： 各零件材料及標(biāo)準(zhǔn)（詳見(jiàn)A3原理圖） 第四章 單車折疊式防雨架的折疊設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)成，可在轉(zhuǎn)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(guò)程： 折疊后的防雨架模型

14、： 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(yīng)該考慮到強(qiáng)度好，耐腐蝕性強(qiáng)和抗氧化性強(qiáng)，重量要輕。所以在防雨架的支架、邊框、轉(zhuǎn)軸、桿的部分選用鋁合金材料。 鋁及鋁合金其它金屬材料相比，具有以下一些特點(diǎn)： 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(qiáng)度高鋁及鋁合金的強(qiáng)度高。經(jīng)過(guò)一定程度的冷加工可強(qiáng)化基體強(qiáng)度,部分牌號(hào)的鋁合金還可以通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化處理。 3、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好 鋁的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能僅次于銀、銅和金。 4、耐蝕性好鋁的表面易自然生產(chǎn)一層致密牢固的AL2O3保護(hù)膜，能很好的保護(hù)基體不受腐蝕。通過(guò)人工陽(yáng)極

15、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(duì)于上下底座的材料，選用45號(hào)鋼即可。 5.2防雨布的材料選擇 防雨布在選擇上應(yīng)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?yàn)镻E聚乙烯材料有優(yōu)良的絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性及耐低溫性能，同時(shí)還有很高的耐水性，能夠在長(zhǎng)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?yàn)楦邏悍ㄖ苽涞木垡蚁?，其聚合物本體中的分子結(jié)構(gòu)支鏈較多，密度和結(jié)晶度較低，質(zhì)地柔軟，透明性好，被廣泛用于制作薄膜和日用

16、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(huì)和設(shè)計(jì)總結(jié) 在這次創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，對(duì)單車防雨架設(shè)計(jì)里讓我查閱了很多資料，在多次草圖設(shè)計(jì)里終于把防雨架的大致外形設(shè)計(jì)出來(lái)，并把防雨架的每一個(gè)零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)畫(huà)圖然后建模。把全部零件設(shè)計(jì)完成后再一起裝配起來(lái)。并且還要對(duì)防雨架用到的防雨布進(jìn)行查閱資料和材料的選用等等。所以通過(guò)這次創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)為我學(xué)到了很多東西。然而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我卻遇到了不少的麻煩，一度讓我心煩了很久。 問(wèn)題一：無(wú)法理解創(chuàng)新 全社會(huì)都在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，而每個(gè)人對(duì)創(chuàng)新的理解應(yīng)該有所不同。開(kāi)始時(shí)，我認(rèn)為創(chuàng)新，就是創(chuàng)造一樣全新的東西，這東西別人是想

17、都沒(méi)想過(guò)的，更別說(shuō)是做了。但是，就是因?yàn)槠鸪跷沂沁@樣想的，結(jié)果創(chuàng)新設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)下來(lái)后我還沒(méi)想到應(yīng)該做什么好。后來(lái)，經(jīng)過(guò)上網(wǎng)查閱，才知道創(chuàng)新不一定是全部都要新的，也可以是在舊有元素上加一些新的元素。搞創(chuàng)新設(shè)計(jì)不光要有創(chuàng)新，而且要學(xué)會(huì)繼承。現(xiàn)在，全社會(huì)都在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，但我們不能一強(qiáng)調(diào)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(gòu)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(rèn)的。原有的東西就如同一盤(pán)菜，創(chuàng)新就如同一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)料，有了這么一點(diǎn)調(diào)料，菜的味道更加鮮美。但沒(méi)有人為了純鮮美，不要菜，光來(lái)一盤(pán)炒調(diào)料的。所以我們強(qiáng)調(diào)創(chuàng)

18、新，但不能忘記繼承，只有繼承，沒(méi)有創(chuàng)新，那是因循守舊，而只有創(chuàng)新，沒(méi)有繼承，那是空中樓閣。 問(wèn)題二：無(wú)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(shè)計(jì)什么，但是因?yàn)椴恢涝摪旬a(chǎn)品設(shè)計(jì)成什么樣子，不知道自己設(shè)計(jì)到的是否合理，不知道在自己之前是否已有人做過(guò)此類設(shè)計(jì)等等，使我對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)感到非常迷惘、無(wú)從下手。不知道應(yīng)該從哪一步開(kāi)始做起。 周五很快就到了，要交創(chuàng)新設(shè)計(jì)了。在這期間，經(jīng)過(guò)和同學(xué)的討論還有上網(wǎng)的查閱后，漸漸的入手可以進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終，得出了我的創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我有過(guò)泄氣的時(shí)候，有過(guò)松懈的時(shí)候，有過(guò)懶惰的時(shí)候，但是為了更好地完成這次創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

19、，也為了學(xué)習(xí)到更多的專業(yè)知識(shí)，我做出了一番努力，下了一定苦工。通過(guò)這次創(chuàng)新設(shè)計(jì)，讓我重新掌握了很多以前課本所學(xué)的內(nèi)容，感覺(jué)自己在理論聯(lián)系實(shí)際的能力上有所提高。當(dāng)然，還發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，例如課本知識(shí)未能完全理解。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我懂得了怎么去自學(xué)，怎樣去查閱資料，為將來(lái)工作之路又打下了一筆結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]周開(kāi)勤主編；《機(jī)械零件手冊(cè)》；高等教育出版社；2004年08月 [2]何庭蕙主編；《工程力學(xué)》；華南理工大學(xué)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(guó)定主編；《機(jī)械設(shè)計(jì)》；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(shí)例圖解》；清華大學(xué)出版社； 2008年11月 [6]丁駿一主編；《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》；機(jī)械工業(yè)出版社; 2009年02月 [7]劉林主編 《AutoCAD 2008中文版高級(jí)應(yīng)用教程》；2008年03月 [8]張春林編；《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》；機(jī)械工業(yè)出版社；2007年09月