(機械創新設計論文)LtD機械創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：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日摘要機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用已有的相關科學技術，進行創新構思，設計出具有新穎性、創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展，使得機械創新設計有了新的發展前景。美國較早的從設計學的觀點總結出機械創新設計的過程方法，將創新技術引入到機械設計過程，并進行了大量的工業實例的創新設計；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新設計的CAD方法和實現模型等。機械方案創新設計是機械創新設計的關鍵，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。它的設計理論、方法以及設計智能化，包含了機構類型創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新技術，將會大大推動現代機器的創造和發明，促進機械工業快速發展。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展體系,包括低碳能源系統、低碳技術和低碳產業體系。低碳能源系統是指通過發展清潔能源,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。低碳產業體系包括火電減排、新能源汽車、節能建筑、工業節能與減排、循環經濟、資源回收、環保設備、節能材料等等。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，安全環保方便為目的的機械創新設計。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。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：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：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。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：用Pro/E軟件建模：2、下底座設計三視圖用Pro/E軟件建模：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=(式中——截面的慣性矩，，——抗彎截面模量，)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，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=8mml=24mm六角螺栓（A級GB/T5782—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：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。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約成本、選擇耐用、環保材料，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：無法理解創新全社會都在強調創新，而每個人對創新的理解應該有所不同。開始時，我認為創新，就是創造一樣全新的東西，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。搞創新設計不光要有創新，而且要學會繼承?，F在，全社會都在強調創新，但我們不能一強調創新，就瞧不起原有的東西。通常的創新分為兩種，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。所以我們強調創新，但不能忘記繼承，只有繼承，沒有創新，那是因循守舊，而只有創新，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新，怎樣才算是創新，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新設計課程設計，也為了學習到更多的專業知識，我做出了一番努力，下了一定苦工。通過這次創新設計，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。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