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創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：家用擦窗器的創(chuàng)新 指導(dǎo)教師： 摘要 隨現(xiàn)代的居家用擦窗器往往不能實(shí)現(xiàn)自動跨過窗欄的功能，這樣在擦拭過程中就很不連貫，往往很費(fèi)勁。而一般的專用擦窗機(jī)器人雖然實(shí)現(xiàn)了這種功能，但是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格不適宜于家居生活。我們設(shè)計(jì)出的擦窗器就是在結(jié)構(gòu)簡單的指導(dǎo)思想下對擦洗頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，然后整合市場上擦窗器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能，針對日常生活改進(jìn)出家用擦窗器。 在大多數(shù)樓房的結(jié)構(gòu)中都有玻璃窗戶，一般來說擦窗有兩種情況，對于高樓大廈擦洗高空中的玻璃，現(xiàn)在都有專門的機(jī)器，它的側(cè)重點(diǎn)不同，由于允許體積和價(jià)格比普通的擦窗器高，所以它的特點(diǎn)是在自動化和其他方面，比如新加坡一家大學(xué)開發(fā)出的高空擦窗器就是利用水蒸氣。這種擦窗器利用水蒸氣沖洗污垢后，不但清潔效果好，而且可以殺菌，水也可以循環(huán)利用。另外一種情況就是居家用的擦窗器，在居家生活中窗玻璃的清潔始終是個(gè)讓人頭疼的問題，其一是對于有窗欄的窗戶需要一次一次逐個(gè)擦洗，現(xiàn)在的擦洗如果不是高空作業(yè)往往都不是用的機(jī)器人，特別是針對家居生活來說，擦一次玻璃而買一臺專用的機(jī)器不太合算，不僅價(jià)格高，并且機(jī)器所具有的優(yōu)勢也體現(xiàn)不出來。但是如果用現(xiàn)在市場上的擦窗器的話這樣效率也不太高，特別是在窗欄比較多時(shí)工作往往比較容易累。記得自己上初中時(shí)有一回在家里幫媽媽打掃衛(wèi)生，我就是擦玻璃，這樣一塊一塊的擦非常累，所以我設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎簡單的擦洗頭，它可以自動越過窗欄或其他障礙物，這樣就能實(shí)現(xiàn)一次性擦到底，把效率提上去，人也輕松。并且最重要的是它的結(jié)構(gòu)簡單，完全可以投入生產(chǎn)，在現(xiàn)在的國內(nèi)市場上所有的擦窗器都沒有這個(gè)功能，所以它的應(yīng)用前景很大。其二在于站在室內(nèi)擦拭室外的一面相當(dāng)麻煩，特別是當(dāng)沒有陽臺的時(shí)候，距離一遠(yuǎn)就夠不著，又不能清理到死角，所以不得不請專門的清潔人員，曾經(jīng)就看見學(xué)校西區(qū)教學(xué)樓窗戶外層擦洗時(shí)是把人用繩子栓著站在外面的窗臺上擦玻璃，這樣就不太安全也浪費(fèi)人力。如果能夠設(shè)計(jì)出一種簡單的結(jié)構(gòu)就可以讓人站在室內(nèi)對室外輕松的擦洗那無疑會帶來很多方便。所以一個(gè)既能解決上述問題又高效簡易的擦窗器將會受到很多人的歡迎，那將是很大的一個(gè)市場。其三，現(xiàn)在大樓里的樓梯的護(hù)欄很多，大部分的形狀是圓柱狀的，一般是人工拿著抹布來回不停的擦洗，這樣往往很累，擦洗頭很難一次性擦干凈，我們就想設(shè)計(jì)出的擦窗器也能很好的利用到擦洗圓柱形物體中，這樣就節(jié)省了大量時(shí)間，提高了效率。 目錄 一.創(chuàng)新的題目與名稱 3 二.創(chuàng)新的目的和意義 3 三.創(chuàng)新問題的現(xiàn)狀分析 3 四.創(chuàng)新方案 4 1.擦洗頭內(nèi)芯 4 2.擦拭頭外層 5 3.頸部設(shè)計(jì) 6 4.裝拆結(jié)構(gòu) 7 5.伸縮機(jī)構(gòu) 7 6.彎曲結(jié)構(gòu) 8 7.設(shè)計(jì)大致參數(shù) 8 五.參考文獻(xiàn) 10 一.創(chuàng)新的題目與名稱： 家用擦窗器的創(chuàng)新 二.創(chuàng)新的目的和意義： 我們設(shè)計(jì)的這款多功能擦玻璃器就是針對這些問題，站在室內(nèi)可以輕松自如清潔玻璃的內(nèi)外表面，特別是遇到兩塊玻璃間的窗棱還可以自動實(shí)現(xiàn)橫向和縱向翻越，在擦洗平面的時(shí)候機(jī)器能夠自鎖；考慮到各個(gè)角度的插洗，擦洗頭可以再旋轉(zhuǎn)，總共有五個(gè)方向，這樣能夠把各個(gè)角度都擦洗到；考慮到距離的問題，還設(shè)計(jì)了伸縮結(jié)構(gòu)；并且各個(gè)部件之間是組裝而成便于拆裝。 三.創(chuàng)新問題的現(xiàn)狀分析： 現(xiàn)在市場上已經(jīng)存在多種擦拭窗戶或者地板的設(shè)備。它們大多大同小異，包括一個(gè)海綿擦拭頭和擰水裝置，比較有代表性的是明朗牌的“巧合”擦窗王（如圖1）和折合桿2合1多功能擦窗器等等。他們的結(jié)構(gòu)也實(shí)現(xiàn)了伸縮和折合功能，而且還有掛擦裝置，雖然可以達(dá)到刮除水漬的效果，可是也帶來了擦窗時(shí)會有死角的問題，所以我設(shè)計(jì)了這種十字型的擦頭，也可以保證在擦拭的過程中有兩個(gè)布塊一前一后在擦拭，后面的布塊就可以起到第二次擦拭和吸收水漬的作用。 另外不足之處還在于對有窗欄時(shí)便不能一次性的從頭到尾擦拭，擦拭不連貫；還有他們大都對于圓柱形的東西難以擦拭，比如欄桿等。所以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對擦洗頭的改進(jìn)是個(gè)創(chuàng)新之舉，在市場上也很有潛力。對于功能的改進(jìn)之處，由于內(nèi)芯的直徑小，我設(shè)計(jì)出的擦洗頭的布塊的直徑相對來說是大的，在市場上有自動濟(jì)水的機(jī)構(gòu)，所以還可以在頭部加上方便在桿上可以擠水的裝置，增加工作效率。 圖1 明朗牌的“巧合”擦窗王 市面上另外一種較常見的是雙面磁鐵擦窗器（如圖2），其包括支桿，內(nèi)擦窗器和外擦窗器，支桿支撐連接在內(nèi)擦窗器上，所述內(nèi)擦窗器和外擦窗器可以磁性相吸地夾住窗玻璃從而貼附于窗玻璃的內(nèi)外表面?？梢栽谑覂?nèi)操作，另一半靠磁性在另一側(cè)同時(shí)工作，不過這種擦窗器是采用的另一種原理，與本品沒有可比性。 圖2 雙面磁鐵擦窗器 四.創(chuàng)新方案： 下面是主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1.擦洗頭內(nèi)芯 十字剛體滾動內(nèi)芯：它的形狀如同滾動的齒輪，不同的是它僅采用四個(gè)齒，這是設(shè)計(jì)的核心，可以讓擦拭頭遇到障礙輕松滾過，并且來回運(yùn)動后可以把所有的死角，包括窗欄擦干凈，使擦拭過程一氣呵成。一般結(jié)構(gòu)直徑比較小，大概為50mm，其中間是一個(gè)圓筒形的空心裝置，桿架會在空心圓筒兩端有與之配合的圓筒，用來固定擦洗頭和桿架。我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候在空心圓筒外端面向里一段距離有東西擋住連接圓筒，功能類似軸肩。這樣固定和拆卸都沒有問題。 為了在擦洗過程中當(dāng)擦洗平面時(shí)避免機(jī)器翻轉(zhuǎn)，在空心圓筒內(nèi)壁應(yīng)有均勻分布的四個(gè)凹槽，與之配合的圓筒對應(yīng)有四個(gè)突起，兩者之間的配合不用緊密，保證在沒有遇到窗欄時(shí)不會翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于一個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)。由于兩種情況下受力差別比較大所以這是可以實(shí)現(xiàn)的。 右圖為內(nèi)芯的簡圖 表示內(nèi)芯與布塊的配合原理 布塊 十字性內(nèi)芯 空心圓筒 由于為了設(shè)計(jì)的更省力，擦窗器在帶水后重量會加大，所以我覺得十字性內(nèi)芯的材料應(yīng)采用重量輕的塑料，由于布塊之間會相互擠壓，而擦洗時(shí)力不會太大，所以對內(nèi)芯的強(qiáng)度要求不高，用塑料就可以了。 2.擦拭頭外層 在剛體內(nèi)嵌進(jìn)四塊厚布塊，材料是密度比較高的海綿，這樣韌性保持了，并且避免了吸水過多。布塊之間形成圓弧形過渡，保證運(yùn)動的柔韌性，并且由于布塊有很好的變形性能，所以在擦拭平面的過程中當(dāng)有徑向分力作用的時(shí)候張角會增加，同時(shí)由于有自鎖機(jī)構(gòu)，這樣就保證了擦拭頭在沒碰到窗欄時(shí)不會翻轉(zhuǎn)。 下圖為擦拭頭的立體圖 布塊可以有很多種形狀，上圖是一種，我在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)由于機(jī)器是方便拆裝的，所以為了擦洗別的東西，也為了機(jī)器具有一定的通用性就另外設(shè)計(jì)了一種形狀，也可以滿足要求。實(shí)際上由于布塊可以拆卸下來所以形狀的多變對設(shè)計(jì)沒有什么影響，他們的原理是一樣的，比如我們實(shí)際的形狀對圓柱形物體的擦洗就很方便，上圖對跨越障礙更方便。 另一種實(shí)際形狀如下圖： 擦洗平面的時(shí)候擦洗頭的布塊會向下展開，方便擦洗平面，而起本身的形狀又適合擦洗圓柱形。 如果在擦洗平面的時(shí)候偶爾會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，可能是因?yàn)閷?shí)物的圓弧結(jié)構(gòu)半徑太大，這樣對鄰近的布塊會有影響；還有就是弧度應(yīng)該大點(diǎn)。 3.頸部設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)動頸部：擦拭頭可以在擦拭平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，總共形成五個(gè)方向，讓水平和垂直擦拭都一樣簡單，并且可以用多種握姿擦拭。這樣擦洗的時(shí)候力氣都用在了地方，這也是更人性化的設(shè)計(jì)。 轉(zhuǎn)動頸部的原理和裝拆結(jié)構(gòu)類似，是突起和凹槽的配合， 4.裝拆結(jié)構(gòu) 裝拆結(jié)構(gòu)很簡單，突起物與內(nèi)筒在一起，突起物有彈簧連接可以上下移動，外筒有一凹槽剛好和突起物配合。當(dāng)按下按鈕時(shí)，由于彈簧的伸縮性能，這樣外筒和內(nèi)筒就相互分開，實(shí)現(xiàn)了分離。 5.伸縮機(jī)構(gòu) 擦洗的時(shí)候有時(shí)是近的地方，有時(shí)是擦洗比較遠(yuǎn)的地方，所以我們設(shè)計(jì)了伸縮機(jī)構(gòu)。 伸縮管的放松與固定采用錐形螺紋，外套一個(gè)有螺紋的帶開口的塑料套（黑色），塑料套與外管可以配合在一起，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，塑料套會越來越緊，產(chǎn)生足夠的摩擦力阻止外管滑動。 6.彎曲結(jié)構(gòu) 如上圖，為了方便的擦洗窗戶外面，桿身可以兩次彎曲。各個(gè)關(guān)節(jié)之間的連接是過盈的，這樣摩擦力就比較大，在關(guān)節(jié)處加一個(gè)可以移動的卡片這樣就保證了彎曲后的緊固性。在現(xiàn)代的有些擦窗器的設(shè)計(jì)中，為了擦洗外面窗戶，有一種拉繩式雙面擦窗裝置，她主要是兩組洗鋼絲繞過兩組定滑輪來控制內(nèi)外面兩根掛擦桿聯(lián)動。雖然他也能實(shí)現(xiàn)，但是他要求在窗戶上安裝固定的裝置，這樣靈活性不高。 7.設(shè)計(jì)大致參數(shù) 1、桿的長度（縮短——伸長）： 700*1050 mm； 2、擦洗頭長度：長 270 mm ；直徑150 mm ； 這種擦窗器實(shí)現(xiàn)了擦拭窗體的快速便捷，可以把擦拭器直接放置在窗戶上，一擦到底，克服了窗檔等阻礙。同時(shí)頸部的旋轉(zhuǎn)可以讓水平方向也一樣能實(shí)現(xiàn)。并且適合曲面的擦洗，也可以應(yīng)用于欄桿的擦洗。桿身便于裝拆，調(diào)換擦頭方便。 下圖就是預(yù)期的效果圖 五.參考文獻(xiàn) [1] 楊懷德,柴奇勇; 液體容積式流量計(jì)的誤差特性及使用注意事項(xiàng)， [J]，工業(yè)計(jì)量，2007.4. 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