机械创新设计论文

机械创新设计论文 Modified by JEEP on December 26th, 2020.

机械创新设计论文

论文题目：单车折叠式防雨架设计

院（系）：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机械XXX班

学生姓名： XXXX

指导老师：陈向伟

2014年 11月 11 日

目录

摘要

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用已有的相关科学技术，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机械产品的一种实践活动。近年来，由于科学技术的飞跃式发展，使得机械创新设计有了新的发展前景。美国较早的从设计学的观点总结出机械创新设计的过程方法，将创新技术引入到机械设计过程，并进行了大量的工业实例的创新设计；日本专家提出的QFDC（质量功能配置），建立用户要求与设计要求之间的关系；邹惠君教授提出了机械产品方案创新设计的CAD方法和实现模型等。

机械方案创新设计是机械创新设计的关键，它的核心内容是构思机器工艺动作过程、进行机构系统方案组成以及机构系统方案的综合评价选优。它的设计理论、方法以及设计智能化，包含了机构类型创新和选用机构尺度综合、机构系统设计理论。我们必须大力开展研究。方案设计应该是机械创新设计和概念设计的核心内容。方案设计中关键的理论和方法是系统科学和系统设计方法。深人研究机械系统设计原理可以大大加快机械方案的创新技术，将会大大推动现代机器的创造和发明，促进机械工业快速发展。

低碳经济的特征是以减少温室气体排放为目标,构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系,包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。低碳能源系统是指通过发展清洁能源,包括风能、太阳能、核能、地热能和生物质能等替代煤、石油等化石能源以减少二氧化碳排放。低碳技术包括清洁煤技术(IGCC)和二氧化碳捕捉及储存技术(CCS)等等。低碳产业体系包括火电减排、新能源汽车、节能建筑、工业节能与减排、循环经济、资源回收、环保设备、节能材料等等。二氧化碳有三个重要的来源,其中,最主要的来源是火电排放,占二氧化碳排放总量的41%;增长最快的则是汽车尾气排放,占比25%,特别是在我国汽车销量开始超越美国的情况下,这个问题越来越严重;建筑排放占比27%,随着房屋数量的增加而稳定的增加。

叠式防雨架的防雨布用料比雨衣要少的多，使用寿命比雨衣高，强度好。安装在单车上，在下雨天气里，安全性远远大于雨衣和雨伞，还可以给骑车者更多的活动空间和更广的视角。携带方便，在非雨天可以把雨架折叠起来放在单车后尾架上。折叠式防雨架的设计是以尽可能减少白色污染，安全环保方便为目的的机械创新设计。

叠式防雨架的支架采用铝合金材料，强度适中，耐腐蚀性强，抗氧化性也很强，作为防雨架的支架可以提高雨架的耐用性。

关键词：低碳、二氧化碳、折叠式、防雨架

第一章绪论

引言

单车现在已经算是老百姓的常用交通工具了，更加是学生的必需品之一。单车有它自身的方便作用，也是一种环保低碳、可以锻炼身体的交通工具。但是在下雨天气的时候踩单车会比较危险，在学生调查之中雨天踩单车打雨伞的要比穿雨衣的多，因为很多学生都觉得穿雨衣很不方便，同时视角也变得很窄。但危险程度也相对增加了。所以单车折叠式防雨架的设计目的是为了骑车者的安全、方便，减少对防雨布的使用，绿色环保。

项目内容

本次设计主要是根据单车的长度、宽度、人均高度来设计防雨架的支架。对防雨架的材料选择，应达到耐用的效果，尽可能地提高雨架的寿命。折叠式防雨架的设计思想主要源于生活，单车是每一户人家的交通必需品，在雨天踩单车也是很不方便和很不安全的。雨衣的耐用性不高，它的材料也不是环保的材料。所以在每一辆单车上改装了单车折叠式防雨架可以减少雨衣的使用，达到低碳环保的效果。防雨架的设计最大特点就是可以在非雨天气的时候可以折叠起来，达到便捷的效果。并且在防雨布上选择了相当环保型的布料。支架采用了不锈钢或铝合金的耐用性金属材料。并且可以把雨架自行拆卸，可以在二人单车三人单车的

长度自行安装和DIY。

第二章单车折叠式防雨架的设计

单车折叠式防雨架的初步设计

根据单车的外形尺寸为1700*500*1300(mm)，来确定单车防雨架的大致外形，初步设计如下：

初步确定雨架的上层展开后分为4个部分，每个部分的尺寸为500mm*600mm,所以展开后的尺寸为2000mm*600mm。这个面积足够可以在下雨天气遮盖住两个人。防雨架的高度初定为雨架顶部在单车手把处的高度尺寸为1000mm。这个高度可以使用于98%人群中。

图1 单车折叠式防雨架初步设计图

单车防雨架的零件设计

防雨架支架设计

图2 单车雨架支架设计三视图

根据单车雨架支架的设计三视图，用Pro/E软件对其进行建模，效果图如下：转轴设计

转轴的尺寸：长为600mm，直径为8mm（5支）

边框设计

边框1和边框5的设计图：

边框2、3、4、6、7、8的设计图：

边框与支架装配后的Pro/E模型：

单车防雨架的边框设计中，除了型号4和8外都设有限制转动（0~180度），这个设计是为了防雨架在完全打开的时候达到一种相互限制转动的作用，让防雨架保持一条直线的状态。

防雨架的支撑底座设计

支撑底座是防雨架与单车把手之间配合连接的。所以分为上底座和下底座。

1、上底座设计三视图：

用Pro/E软件建模：2、下底座设计三视图

用Pro/E 软件建

模：

设计

长度设计为840mm ，直径为14mm （两根）。

受力分析：

绘制主结构的剪力图和弯矩图，分析的最终结构剪力图和弯矩图如图所示

主结构的剪力图和弯矩图

梁弯曲时的许用挠度为[y]，只要选用的材料最大的挠度不要超过其许用挠度，即可，得主结构梁的最大的挠度

m ax y =Z

Z W I (式中 Z I ——截面的惯性矩，4mm ， Z W ——抗弯截面模量，3mm ) 又因为所采用的材料是空心铝合金管材，所以分别存在管材截面惯性矩)1(6444

απ-=d I Z ，和抗弯截面模型 )1(3243

απ-=d W Z ，即根据弯曲时的刚度条

件m ax y =Z

Z W I ，只要选用的材料最大的挠度小于材料弯曲时的许用挠度为[y]即可，通过实验和分析，本课题设计的轮椅所采用的硬铝合金完全满足条件，刚度足够，故主体结构材料采用铝合金是满足要求的。

2.2.6螺栓与螺母的设计

螺栓的选择：选用d=8mm l=24mm 六角螺栓（A 级GB/T 5782—2000），数量8个；

螺母的选择：选用d=8mm 的六角螺母（A 级GB/T6170—2000），数量28个； 选用d=12mm 的六角螺母（A 级GB/T6170—2000），数量2个。

2.2.7弹性绳的选用

弹性绳使用在防雨架末端是为了把雨架展开后拉平。