第六届全国大学生机械创新设计大赛主题说明及创新作品说明书要求

第六届全国⼤学⽣机械创新设计⼤赛主题说明及创新作品说明书要求
第六届全国⼤学⽣机械创新设计⼤赛
⼀，主题设计的基本思想
⼤赛主题“幻·梦课堂”
内容为“教室⽤设备和教具的设计和制作”
1，强调和重视课堂教学
2，启发学⽣的想象⼒
3，避免过去雷同作品
⼆，注意之处：
1，机械类课程----含各类机械专业课程，例如：轻⼯、道路、⽯油、印刷、动⼒、农业机械类课程；
不包括化学、物理、电器、电⼦原理类课程
2，课堂----⽤于学习机械类课程的教室、实验室等教学场所。

不包括化学、电⼦类、体育、农业、⽣物等课程的
教室和场所。

3，⼤赛希望作品设计有创新，不希望重复制作各类⽰教板，创新拼接箱，不希望重复现有的教学模型（车
模，机器⼈模型，⽣产线模型）
4，改进设计，则要求说明书中，以及答辩中，指出参考的原教具、原模型。

创新作品说明书要求
1、参加决赛作品介绍应包括以下⼏部分：
1）题⽬、设计者、指导教师
2）设计⽬的
3）⼯作原理
4）设计计算（突出现代设计与分析、传统设计过程可省略）
5）主要创新点与特点（例如“机电结合”、“结构紧凑”等属于特点）
6）作品外形照⽚（必须具备）
7）参考⽂献
2、篇幅要求
以上内容篇幅严格控制在5000字内（含图⽚）——不超过7页篇幅
3、格式要求
A4纸版⾯，作品名称3号字⿊体居中；1级标题4号字⿊体；正⽂⼩4号字，1.25倍⾏距，上下左右页边距留2.5厘⽶。

⽤Word2003版本编辑，图直接插⼊正⽂中混排。

作品介绍的电⼦版请在6⽉5⽇前发⾄王丹邮箱1432537529@/doc/8515790336.html。

参考⽂献，格式如下：
1）专著：主要责任者.书名.版本（第⼀版略）.出版地：出版社，出版年
2）连续出版物中析出的⽂献：主要作者. ⽂献题名. 杂志名，年，卷（期）起⽌页码
4、图、表的要求
1）图的线条要清晰，图的内容、结构必须正确；若为复印图则必须修改清楚；
2）必须采⽤有关制图的最新国家标准，并注意⼯程插图的零部件的清晰度；
3）每图须有图号，图名（⽤5号字体）；
4）尽量采⽤三线表格。

5、计算公式和过程的筛选与要求
1）常规的齿轮、蜗轮、轴的强度计算可以不要，仅写出设计计算结果；
2）突出特有的受⼒分析与计算，但须说明公式中每个符号的意义、公式来源。

西⽠果汁机
上海理⼯⼤学
设计者：黄中汶、李佳奕、廖富、姚尚⾦、袁存虎
指导教师：钱炜
1、设计背景
1）开发背景
众所周知，在炎热的夏天，西⽠⽆疑是解暑的必备佳品。

西⽠因其甜脆多汁的特点，榨取西⽠汁的⾷⽤⽅法在市⾯上愈发受到各个年龄层次群体的喜爱，各类榨汁机也应运⽽⽣。

但⽬前西⽠打汁的⽅法仍然⽐较繁琐，需要经过去⽪取瓤、切块去籽等步骤才可进⾏榨汁，效率较低，并且西⽠汁也不易保鲜。

基于市⾯仍未出现能直接在西⽠内部打汁的机器，并且在此⽅⾯的专利仍有缺陷，实⽤性不⾜，难以推⼴。

因⽽制作了⼀个能解决这些缺陷的机器，即“西⽠果汁机”。

2）设计要求
为使该机器易于加⼯装配，同时降低成本，在设计时应保证机构的简洁性，所⽤技术的成熟性，以及充分考虑零件的⼯艺性，有国家标准的零件应优先采⽤。

同时为契合专业优势，该作品应优先考虑以简单可⾏的机械结构实现功能。

3）主要功能
该“西⽠果汁机”能实现在西⽠内部直接取汁，省却了传统的切⽠，取瓤，再⽤榨汁机打汁的繁琐步骤。

极⼤地提⾼了效率。

为保证西⽠汁的⼝感，该款西⽠果汁机采⽤低转速弧形⼑⽚取汁，不会绞碎西⽠籽。

从⽽使得西⽠汁的榨取简单⾼效、新鲜卫⽣。

2、结构设计
1）整体展⽰
本实⽤新型发明提供⼀种简单机械⽤于西⽠汁的制作，属于⾷品加⼯领域。

这款西⽠果汁机是基于压杆原理：即向有⼀定柔度和刚度的长条形钢⽚两端施加⼒的作⽤时，钢⽚就会弯曲呈弧形，利⽤此弧形在西⽠内部旋转，把⽠瓤搅碎成汁。

西⽠越⼤，伸⼊⽠内的钢⽚就应越长，然后弧形的半径就会越⼤。

由此可以适合各种⼤⼩的西⽠。

此西⽠果汁机的西⽠适
⽤直径设计限定在150mm-400mm之间。

整体结构图以及⼯作原理解释如下：
图1 整体结构图
图2 西⽠果汁机实施例正视图
1.下机箱 7.轴套 8.轴套定位杆 9.电机10.端盖 11.齿轮定位轴承 1
2.固定架 1
3.⽀撑杆 1
4.轴肩压⼑ 1
5.操作把⼿ 17.旋转轴 21.推杆 22.底座 23.轴套控制件 24.⼑⽚为了更好地介绍本项⽬，现结合实例和附图来进⼀步说明。

如西⽠果汁机实施例正视图（图4）所⽰，西⽠的加⼯主要由与旋转轴（17）和与其相连的⼑⽚（24）完成，在机箱（图1）中电机（9）通过带动⼩齿轮（5），然后带动⼤齿轮（2）旋转，⼤齿轮⼜带动与之配合的旋转轴和轴套（7）旋转。

轴套在轴外⾯，并通过⼤齿轮中⼼孔。

由于轴套和旋转轴上都开有长键槽，所以两者⼜可以纵向上下相对于⼤齿轮滑动。

在加⼯西⽠之前，旋转轴和轴套都在机箱上端，如图5所⽰。

轴套通过轴套定位杆（8）
和定位螺栓（25）定位，旋转轴通过位于轴套控制件（23）下⽅的开合螺母（19）组件定位。

西⽠放置在西⽠固定架（12）上，控制旋转轴轴向运动时将推杆（21）推⼊。

给⼑⽚施加⼒的部件是压⼑盘组件（图3），其主要由轴肩压⼑（14），压⼑轴承（4），操作把⼿（15）和把⼿盖（16）组成。

轴肩压⼑（4）与轴套配合，其上有与旋转轴的⽅形⼑槽相对应的键，未施加⼒时，⼑⽚贴在旋转轴的⽅形⼑槽中。

旋转轴的下降由开合螺母组件（图2）控制。

开合螺母主要由开合螺母（19），推杆（21），和连杆组成。

因为旋转轴（17）上开有与开合螺母（19）相对应的螺纹，旋转轴在开合螺母组件作⽤下，旋转下降。

⼑⽚连同旋转轴插⼊西⽠内部，到达预定位置后旋转轴停⽌下降。

松开丝杆螺母的推杆（21），将轴套控制件（23）移动到西⽠顶部，通过定位螺栓（25）固定轴套定位杆（8）。

然后通过压⼑盘组件给⼑⽚施加⼒，⼑⽚在压⼒的作⽤下在西⽠内部慢慢打开，控制好⼒的⼤⼩，同时⼑⽚做较低速度的旋转运动，⼑⽚的切割范围在西⽠内部逐渐扩⼤，把⽠瓤切割下来。

由于成熟西⽠的西⽠⽪的硬度⽐⽠瓤⼤得多。

⼑⽚⼜是经过刚度，强度要求选择且适当处理过的，所以能保证把西⽠瓤较⾼程度地切割下来，⽽保留完整的⽠⽪。

完成之后将压⼑盘组件收回顶部，此时⼑⽚（24）贴在旋转轴上通过开合螺母（19）返回原位。

⼀个流程结束。

2）零件展⽰
图3机箱附图
图4 开合螺母组件
图5压⼑盘组件
1.下机箱
2.⼤齿轮
3.轴承齿轮连接件
4.压⼑轴承
5.⼩齿轮
6.上机箱
7.轴套
8.轴套定位杆 10.端盖 11.齿轮定位轴承 14.轴肩压⼑ 15.操作把⼿ 16.把⼿盖 17旋转轴 1
9.开合螺母 21.推杆 23.轴套控制件
压⼑盘组件（图5）为给⼑⽚施加⼒的部件，其主要由轴肩压⼑（14），压⼑轴承（4），操作把⼿（15）和把⼿盖（16）组成。

轴肩压⼑（4）与轴套配合，其上有与旋转轴的⽅形⼑槽相对应的键，未施加⼒时，⼑⽚贴在旋转轴的⽅形⼑槽中。

开合螺母组件（图4）控制旋转轴的下降。

开合螺母主要由开合螺母（19）
推杆（21），和连杆组成。

因为旋转轴（17）上开有与开合螺母（19）相对应的螺纹，旋转轴在开合螺母组件作⽤下，旋转下降。

⼑⽚连同旋转轴插⼊西⽠内部，到达预定位置后旋转轴停⽌下降。

松开丝杆螺母的推杆（21），将轴套控制件（23）移动到西⽠顶部，通过定位螺栓（25）固定轴套定位杆（8）。

然后通过压⼑盘组件给⼑⽚施加⼒，⼑⽚在压⼒的作⽤下在西⽠内部慢慢打开，控制好⼒的⼤⼩，同时⼑⽚做较低速度的旋转运动，⼑⽚的切割范围在西⽠内部逐渐扩⼤，把⽠瓤切割下
来。

具体操作⽅法如下：
(1）选取正常形状的西⽠，⽤清⽔洗净
(2）去掉⽠蒂，将西⽠固定在⼯作台上
(3）开启电源，调节调速开关
(4）推⼊开合螺母组件的推杆（25），旋转轴开始旋转下降，插⼊西⽠内到达⼀定距离停⽌
(5）松开推杆（25），将轴套控制件（23）下移到西⽠顶部，⽤定位螺栓（25）固定好
(6）握住压⼑盘操作把⼿（15），向下压，⼑⽚慢慢打开，根据西⽠⼤⼩，控制叶⽚打开程度
(7）切下⽠瓤之后，将⼑⽚收回到⼀个较⼩弧度，调节调速开关，提⾼转速，通过反向开关转换旋转⽅向，将⽠瓤均匀搅碎(8）操作完毕之后，推⼊开合螺母推杆（21），将压⼑盘收回到顶部。

然后开启反向旋转开关，将旋转轴抽出西⽠。

然后松开定位螺栓（25），将轴套控制件（23）收回到顶部。

3）机构说明
（1）本设计应⽤了⽣活中常见的压杆原理，即向⼀⽚具有⼀定强度，韧性的钢⽚两端施加⼒的作⽤时，钢⽚会失稳⽽弯曲。

施加的⼒越⼤，弯曲的弧度越⼤。

（2）本设计中，将⼑⽚贴在旋转轴的⽅形槽中上，轴的下端与⼑⽚下端连接⼑⽚上端与轴肩压⼑连接，轴的下半段有丝杆螺纹。

其与开合螺母的啮合使旋转轴实现上下运动。

旋转轴同时还在⼑⽚槽的侧⾯开有两道较⼩的⽅形槽，⽤于轴的轴向定位，以及传递扭矩。

(3）本设计中，旋转轴外⾯套有轴套，轴套为管状空⼼轴，在其截⾯⼗字⽅向开有与旋转轴的槽相对应的⽅形孔。

以实现旋转轴的轴向定位和压⼑盘的轴向移动。

轴套下端加⼯为轴肩，与轴承内圈配合。

轴套最主要的作⽤是控制⼑⽚打开的⼤⼩，通过控制⼑⽚上端⾼度从⽽控制⼑⽚的长度，由此决定⼑⽚的打开的半径。

因此可以适⽤各种正常⼤⼩的西⽠。

(4）本设计中，轴套的控制使⽤轴套控制件，轴承控制件通过与轴套相连的轴承实现轴套的上下运动。

轴套控制件上开有与轴套相连的轴承外圈配合的槽。

轴套定位杆与机箱上的定位孔配合，以实现轴套的定位和上下运动。

轴套控制件下端设有开合螺母组件，两个弧形的开合螺母加⼯有与旋转轴丝杆相同规格的螺纹。

螺母通过两个连杆与推杆连接，推杆的推⼊和弹出控制着开合螺母的打开与闭合。

从⽽实现旋转轴的上升下降。

（5）本设计中，控制⼑⽚开合的组件为压⼑盘，压⼑盘主要由轴肩压⼑，操作把⼿，
把⼿盖组成。

轴肩压⼑是与⼑⽚上端相连接的。

其通过轴肩向外与轴承相连。

操作把⼿和把⼿盖与轴承外圈配合，以提供⼑⽚下压的着⼒点。

操作把⼿上安装有调速开关和反向开关，调节旋转轴旋转速度和旋转⽅向。

（6）本设计中，直流减速电机通过机箱⾥的⼩齿轮带动⼤齿轮转动，⼤齿轮中间开有旋转轴的槽和轴套⽅孔配合的键，与⼤齿轮相连的轴承齿轮连接件通过螺栓连接⼤齿轮，另⼀端通过轴肩与轴承连接。

轴承外圈固定在机箱上。

（7）本设计中，机⾝采⽤圆弧形状，上端与机箱相连，下端与底座连接，固定架⽤三个⽀撑杆固定在在底座上，西⽠就可以放置在固定架上。

（8）本设计中，固定架上开有三条互成120度的长槽，三个固定西⽠的卡⼦下端开有螺纹孔和销孔，通过两个孔和长槽的配合实现卡⼦在槽内滑动，三个卡⼦运动相对独⽴，因此可以通过调节这三个卡⼦很好地固定放上固定架上的西⽠。

4）电机功率选择：
设最⼤西⽠直径400mm ，搅汁⼑⽚转速取5r/s （300r/min ）,⼑⽚旋转所需扭矩0.8N*m,设因齿轮传动效率，轴承⽀撑处的摩擦，取传递总效率最⼩为80%，根据公式
计算 W P P n
P
T 31300
8.0*95498.0*
9549=== 因此选择电机功率为30⽡。

3、机构优化
1）由于⼯艺难度改进的⽅案
轴套由⽅管改为圆管，采⽤键销⽅式传递扭矩，同时易于材料的购买，加⼯。

2）打汁过程出现的问题
考虑到⼑⽚在搅打西⽠过程中可能出现泡沫产⽣溢出现象，所以采⽤了西⽠汁边榨边取的形式，增加了平台⽀撑柱，平台下⽅能放下盛放西⽠汁的容器。

4、应⽤前景
由于⽬前果汁饮品⾮常流⾏，特别是夏天的时候。

⽽西⽠汁以其清凉可⼝，物美价廉，⼜消暑解渴⽽备受⼈们的青睐。

但是，⽬前西⽠汁制作⽅法较为繁琐，⽽且效率很低，制作
⼀杯西⽠汁，要经过切⽠，取瓤，再放⼊榨汁机榨汁等繁琐过程。

对于炎热的夏天，能轻松地享受到⼀杯清凉可⼝的西⽠汁，竟然变得那么奢侈。

对于买果汁饮料的商家，提⾼效率同样亟待解决。

因此⼀种简单，⼜能较快提⾼西⽠汁制作效率的装置很有推⼴价值。

5、参考⽂献
[1]陈晓南、杨培林主编.吴宗泽主审.机械设计基础[M]. 第⼀版.科学出版社，2007年.
[2]王多、寇尊权主编.机械设计课程设计[M].机械⼯业出版社，2006年.。