第一篇：機械創新設計產品說明書分解

機械創新設計

姓名：

劉剛

班級：

機械11005班

序號：

老師：

彭三河

時間： 2012年12月21日

目錄

前言.............................................................................1

設計思想........................................................................................2

產品設計圖片展示..................................................................3-7

總裝配體.......................................................................................8

產品材料選擇及維護保養.......................................................9

創新點..........................................................................................10

心得體會.....................................................................................11

問題遺留............................................................................12

前言

液壓傳動有許多突出的優點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農業機械、汽車等；鋼鐵工業用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發電廠渦輪機調速裝置、核發電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、升降旋轉舞臺等；軍事工業用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。

但在目前汽車及一些重型設備所使用的液壓控制系統大都不具備自鎖功能,當這些重型設備負載較大時,其液壓撐桿承受較大載荷,此時一旦發生引擎突然熄火或出現故障,液壓撐桿中的液壓油將迅速回到油泵中.此刻若有人在這些設備下,將發生不可挽回的災難,在現實生活中就曾多次發生此類事故.以上就是創新想法的來源.鑒于此,為了保護廣大機械操作人員的生命安全,增加液壓控制系統的安全系數,液壓自鎖裝置項目的研發很有必要.劉剛

2012年12月21日

設計思想

第一道自鎖

初步想在油泵和液壓桿之間安裝一個安全閥,其作用有如下幾點: ① 穩定液壓油的流速,使液壓桿在工作時穩定上升,從而使液壓桿上的載荷均勻增加.② 防止引擎突然熄火時,液壓油突然回落到油泵中,從而實現第一道自鎖.③ 彈簧的剛度系數根據油泵的功率合理設計,彈簧的驅動力由液壓油的油壓提供.第二道自鎖

在活動液壓撐桿上安裝一道卡簧自鎖,其特點如下: ① 卡簧自鎖的彈簧由主液壓桿內的壓強來控制,當液壓桿在驅動上升時,桿內壓強較大,此時卡簧受壓迫而不彈出.當引擎突然出現故障而導致桿內油壓驟降時,卡簧彈出,驅動止桿銷釘,從而卡住液壓撐桿,阻止撐桿下降.② 卡簧自鎖與開關之間連有控制器,當開關打開回油時,卡簧不自動彈出.當開關關閉時,卡簧就由桿內的油壓來控制.從而實現了卡簧的雙向控制.③ 液壓桿之間連接時采用密封性能好的密封墊圈,防止液壓油泄露,從而影響液壓系統的工作性能.零件設計圖片展示

液壓主桿三維模型及工程圖

安全閥三維模型及工程圖

液壓撐桿

彈簧

油箱

開關

球體

安全閥

卡簧自鎖

總裝配體 產品材料選擇及維護保養

為保證該液壓自鎖裝置正常工作,其材料的選用需嚴格按照設計液壓裝置的設計標準來選材.其中液壓撐桿的力學性能應相當優良,其抗彎抗拉強度應較大,同時其表面的粗糙度也應有嚴格要求,保證其在運動過程中不漏油.卡簧自鎖中的銷釘也應具有較高的抗彎強度,設計時應根據其能承受的最大載荷來設計.該自鎖裝置中,多處用到密封墊圈,為使其具有優良的密封性能,密封墊圈應具有較好的密封性.在使用的過程中應經常保養液壓裝置,工作前檢查液壓油位是否正常.空載時,看液壓系統是否能正常工作,一旦發現問題應及時處理,切不可在液壓系統非正常情況下滿負荷工作.在發現液壓系統出現漏油問題時,及時找專業人員檢修,以免其發生更大的故障.該產品用于不同的工作環境時應適當調整其設計思想,如液壓撐桿的直徑、長度，彈簧的剛度系數等。對于不同型號的油泵，安全閥內的彈簧應設計與其較好匹配。

針對目前市場上液壓系統維修困難、故障率高的問題，該自鎖液壓系統在設計過程中應采用靈活設計。液壓撐桿、安全閥、卡簧自鎖裝置應采用易于拆卸和安裝的設計思路。為保證其故障率較低，各種重要部件應采用壽命較長、性能優良的產品。

創新點

① 油泵與液壓液壓桿之間獨特的安全閥設置，較好的保證了油泵抽油的穩定性。同時使液壓撐桿在工作時穩定上升和下降，避免了目前市場上液壓裝置易產生較大震動的現象。更重要的是其避免了當引擎突然熄火時液壓撐桿突然下降的現象，從而較好的保證了機械操作人員的生命安全，增加了液壓系統的安全系數。

安全閥

② 液壓撐桿與主液壓桿之間的卡簧自鎖,組成了該液壓系統的第二道自鎖.在安全閥及開關失去密封功效時,該自鎖裝置啟動.其較好的預防了引擎突發故障時給機械操作人員帶來的傷害.卡簧自鎖

心得體會

通過這次創新設計，我學到了solidworks以前沒有接觸過的一些功能,比如動畫制作與運動仿真.更多的是學會了去發現問題—解決問題的基本方法.同時在這次創新設計過程中,我查找了許多關于液壓系統的資料,對目前的液壓系統有了一個大致的認識.最令我有收獲的就是在這次創新設計中提高了自己的自學能力,我覺得這是該門課程最大的亮點,也是我們在大學中應該充分領悟和體會的.在具體設計和建模的過程中,我充分認識到了自己的理論學習與實際運用的差距，對今后的學習和發展有了大致的認識。在繪制零件圖和運動仿真時，有一些結構比較復雜,當時有點想放棄的感覺,覺得太困難了。但后來轉念一想,人生不就是要去面對種種困難和挑戰么.正如那句話”有時困難是一種錯覺,我們往往認為的困難,或許是上天為我們收藏的糖果”所說的那樣,作為當代大學生的我們不應畏懼困難.在具體的設計過程中,覺得自己的學習空間還很大，因此，我不能再浪費時間了，要不斷的努力、不斷的進取，不斷充實自己、完善自己，為今后、為將來而努力奮斗！

這次的創新設計極大的激發了我對本專業熱情，當初選擇這個專業就是為了能和機械打交道，然而將近四年的學習，我漸漸發現發現設計一個新的機械并不是那么簡單，只要嘗試總會有突破。這次的課題對于我的啟發就是運用已有的知識，用自己的方式去解決。前幾年的學習生活雖然枯寂無味，但它為我奠定了知識基礎，才使得我們有能力、有知識依據去解決現實生活中遇到的問題。

畢竟現在知識和能力都還有限,因此在本次設計中還存在許多不足之處，希望彭老師在今后的學習生活中批評指正，謝謝！

問題遺留

① 怎樣實現卡簧自鎖的雙向控制？

② 怎樣通過液壓桿內的油壓來控制卡簧的自動彈出與回縮？

③ 為實現安全閥的易拆卸、易安裝、易維修的特點，安全閥的外觀應怎樣設計較好？

④ 為突破傳統液壓系統故障率高的缺陷，該液壓系統在具體的設計中應怎樣選擇合適的材料？

⑤ 為體現設計的優越性，在滿足使用功能情況下，應怎樣設計使其較好的滿足各種機械操作場合的需求和良好的用戶體驗性？

第二篇：機械創新論文：機械產品創新設計研究

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機械創新論文：

機械產品創新設計研究

【摘要】 我國制造業的工業增加值已經進入世界前四位,成了制造大國,但遠遠不是制造強國,與發達國家的差距還很大,主要表現在產品的性能和品質上,更為關鍵的是缺乏自主知識產權,缺乏自主創新產品。要求加快機械產品的現代設計理論與方法學研究,走可持續發展的道路。

【關鍵詞】 機械;創新;制造業

一、機械產品創新設計的原則

(一)經濟效益最好原則

設計的機械零件既要功能滿足客戶要求,又要成本低廉。考慮經濟最佳性必須從設計和制造兩個方面上入手。設計上保證合理的原理方案,選用正確的材料;制造上考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。

(二)生態效益最好原則

不論是在產品制造過程中,還是在產品使用過程中,都要求產品對周圍環境“零污染”。這就要求在設計過程中盡量選擇低污染的材料及零部件,避免選用有毒、有害和有輻射性的材料。

(三)安全可靠原則

安全可靠是機械產品品質的保證,必須確定零件在強度、剛度、耐磨性、穩定性及熱平衡性上滿足設計要求。對于重型機械,一般要求有自鎖裝置和保險裝置,以確保操作員人身安全。

二、機械產品創新設計方法研究

(一)創新技術主題的確定與分類

搜集的專利可以分為發明專利、實用新型專利和外觀設計專利。發明和實用新型專利的說明書提供了發明或實用新型的技術特征,清楚、簡要地表述請求專利保護的范圍。外觀設計專利提供了該外觀設計的圖片或照片,必要時會作一定的簡要說明。在專利局專利分類方法的基礎上,結合一般產品的特點,提出了一般產品創新技術主題的確定與分類方法。創新技術主題的確定應當以權利要求書為主,并適當結合說明書(包括說明書附圖)。以權利要求書為主確定技術主題,應當完整地掌握權利要求中所記載的技術內容,如以獨立權利要求來確定技術主題時,則應當將其前序部分記載的技術特征和特征部分記載的技術特征結合起來確定。下面以鉆夾頭為例,確定創新技術主題的方法有:

(1)對于發明專利和實用新型專利,一般情況下以獨立權利要求中的前序部分記載的技術特征為主,將特征部分記載的技術特征看作是對前序部分的限定。例:一種新型鎖緊式鉆夾頭,其特征在于:空心鉆體的前端開有一截面為三角形的環形溝槽,所述前套的前端與該溝槽卡接。創新技術主題:以前套與絲母套之間的溝槽卡接為特征的鎖緊式鉆夾頭。

(2)對于發明專利和實用新型專利的特殊情況,即獨立權利要求中前序部分所描述的對象在分類表中沒有確切位置的,以特征部分記載的技術特征為主,將前序部分記載的技術特征看作是對特征部分的限定。例:一種鉆夾頭,包括有一前套、一后套、一空心鉆體和一絲母,在所述空心鉆體中部臺階面與所述絲母后端面之間安裝有一組滾珠,其特征在于:所述絲母為一整體結構件。創新技術主題:鉆夾頭的絲母為一整體結構件。

(二)基于專利的產品創新設計過程

創新的途徑很多但它們都需要大量的已有知識和經驗的支持。實踐證明,除了基本的科學技術知識外,專利信息已經成為實現創新的最有效的知識來源之一。作為前人創新成果的結晶,相對其他知識,專利更富有創新性,技術含量高,可用性強因此,基于專利實現創新,就像

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站在前人的肩膀上實現創新,使創新開始就處于一個較高的基礎上,大大提高創新效率和創新質量。通過將創新設計系統與制造行業PDM的集成,提出了基于專利和PDM的創新設計方法,其創新設計過程(如圖1所示)。

產品配置是產品創新設計中的一項重點工作,根據制造企業的實際需求,采用三個層次的機械產品配置設計方法,分別是:基于零部件數據庫的交互設計、基于歷史的產品嫁接設計、基于規則的產品配置設計。

經過對相關制造企業的深入調查和分析,提出了基于專利技術和PDM的產品創新設計方法。該方法支持一般產品的開發創新和快速變型設計,提高零部件和生產過程標準化。通過將基于專利的產品創新設計方法和生產管理技術引入企業,必將增強企業的產品創新能力、有助于企業快速響應客戶需求、提升管理水平,提高企業在市場中的綜合競爭能力。

參考文獻

[1]高常青.機械產品快速創新設計及其關鍵技術的研究[D].山東大學.2008

[2]郭國選.突破機械產品創新設計的思維障礙[J].礦山機械.2008(18)

第三篇：機械創新設計大賽—消防救生帶設計說明書

救援救生帶產品設計說明書

設計者：潘源健

韋守寧

姚群偉

王兵劍

指導老師：張棟梁

杜春平

目錄

一.研制的背景及意義.......................................................................................................................3

二.設計思路........................................................................................................................................3

三.理論設計計算.................................................................................................................................4

四.創新點及應用.................................................................................................................................7

五.結束語.............................................................................................................................................7

六.參考文獻.........................................................................................................................................8

一．研制的背景及意義

在每一次救援行動中，我們有可能看到一些受難者沒有得到及時的救援，因窒息而失去了寶貴的生命。同時，我們也有看到救援人員因攜帶的氧氣不足，縮短了連續救援時間，甚至在救援的行動中因缺氧而出現頭暈、嘔吐，嚴重時可能會失去救援者的生命。哮喘、支氣管炎患者、冠心病、肺心病、腦血栓、心功能不全（心力衰弱）、心肌梗塞、井下作業、高寒值勤、旅游、煤氣等氣體中毒、窒息、高空作業、高原作業、吸氧保健等病理性缺氧、環境性缺氧、生理性缺氧都需要及時的進行吸入氧氣，保證生命各項機理的正常運行。

氧氣是人類生理活動所必需的物質，現在所使用的救援供氧裝置，氧氣的存儲量存在一些不足，攜帶不便。對在一定時間內的持續救援有一定程度上的局限。所以人們要有一種能夠長時間供氧并攜帶方便的裝置。基于這個需要和理念我們設計了一個產品——供氧救生帶。這對于中國的救援行動具有一定的實際意義。

二、設計思路

救生帶整體結構圖

<1>、腰帶內圈最大半徑：200mm，適用于腰圍小于1.26米（約3尺3）的人群。<2>、腰帶主要尺寸：最大外徑500mm，寬50mm，高150mm 3

<3>、結構：有外層到內層分為三層：第一層為軟質皮革層，厚度為2mm，中間層為處理過后的高壓碳纖維，厚度為2mm，最內層為高強度軟質塑料，厚度為1mm，腰帶內側長度為1260mm，外側

救生帶中間層 救生帶最最內層

長度為1540mm，充完氣體后總重1.5kg 總體具有一定的生理曲線，聯接處采用螺栓連接，保證聯接密閉要求。<4>、其他的輔助結構

救生帶最外層

（1）、腰帶尾部有一氣閥，用于補充高壓救援氣體。

氣閥（2）、腰帶頭部的腰扣為一折疊簡易呼吸器。（3）、呼吸器的加濕型吸氧管與球形氣壓閥聯接，不使用的時候以U字形折疊與呼吸扣共同密封。

簡易呼吸器 加濕型吸氧管（4）、出氣口與球形氣壓閥聯接，閥門可控制氣流的大小。

球形氣壓閥 4

三、理論設計計算

1、以專業的力學分析軟件Analysis分析本裝置結果如下： 1>等效應力分析在十個大氣壓和八個大氣壓圖形如下：

10個大氣壓等效應力圖形

8個大氣壓等效應力圖形

由此得出10個大氣壓和8個大氣壓的等效應力分別為3625MPa和3385MPa。2>徑向應力分析：

10個大氣壓徑向應力圖形

8個大氣壓徑向應力圖形 由此得出10個大氣壓和8個大氣壓的徑向應力分別為3004MPa和2403MPa 5

3>SY_環圓周方向應力分析：

10大氣壓SY_環圓周方向應力

8個大氣壓SY_環圓周方向應力

由此得出10個大氣壓和8個大氣壓的SY_環圓周方向應力分別為3785MPa和3828MPa 4>軸向應力分析：

10個大氣壓軸向應力

8個大氣壓軸向應力

由此得出10個大氣壓和8個大氣壓的軸向應力分別為1503MPa和1203MPa 由以上結果分析，并綜合各方面考慮，此裝置的大氣壓為8個大氣壓。

通過計算此裝置氣室的容積為0.44568m3，由機械設計資料查得空氣的壓 6

縮比為8，所以能夠充入的氣體容積為0.44568x8約等于3.57m3，人每次呼吸的氣體量是10ml/公斤體重,也就是說如果你是50公斤,那么你每次呼氣或吸氣的量是500ml.，一個正常人一分鐘呼吸次數約為24~40次，通過計算，（3.57X1000X1000）/（60X40X500）等于2.975小時，能夠維持一個成年人大約3個小時

四、創新點及應用

該產品體積小、質量輕、氧氣足、純度高、構造簡單、制作方便、用料便宜、使用時操作簡單、便于攜帶，便于快速急救，存儲、運輸都很方便！

適用情況：主要用于家庭、救生搶險（礦難、火災等）、哮喘、支氣管炎患者、冠心病、肺心病、腦血栓、心功能不全（心力衰弱）、心肌梗塞、井下作業、高寒值勤、旅游、煤氣等氣體中毒、窒息、高空作業、高原作業、吸氧保健等病理性缺氧、環境性缺氧、生理性缺氧及其它相關行業或領域。

其創新點在于：解決了傳統的氧氣袋重量大，體積大，攜帶不方便等缺點。不使用時可套在腰間，可隨身攜帶外出，其輸氧環境無任何限制的優點！

使用時通過球形氣壓閥控制氧氣流量的大小，氣室自動供氧！

該裝置能向外排氣供氧，也能向氣室內充入氧氣或發生劑，循環使用。由于使用時操作極其簡單，為搶救贏取了極其寶貴的時間。

其體積小，構造簡單，造價低，可以普及使用，如這次四川大地震中的傷員，礦難救援、井下挖煤等作業的人員，戰場上作戰的士兵都可以使用，在受傷或連續熬夜犯困時可以用于救治或提神！

五、結束語

由于時間有限，經驗不足，我們還未能把實物做出來，希望大家諒解，賽后，我們將竭盡所能，克服困難，把實物做出來，為中國的救援行動做出我們的貢獻，謝謝！

六、參考文獻

1.劉孝民

機械設計基礎

廣州：華南理工出版社

2.盛裴軒、毛節泰、李建國、張靄琛、桑建國、潘乃先編著，《大氣物理學》，北京大學出版社，2003年５月第一版，北京

3.《液壓與氣壓傳動》 劉延俊主編 機械工業出版社 4.《機械設計手冊 氣壓傳動》單行本 成大先 化學工業出版社 5.《液壓與氣壓設計手冊》 張利平主編 機械工業出版社

第四篇：機械創新設計大賽全國一等獎說明書

第四屆全國大學生機械創新設計大賽決賽參賽作品

多功能救災背包設計說明書

設計者：楊凱，徐超，張恩，吳剛亮，楊飛

指導教師：朱育權，萬宏強 西安工業大學機電學院

2010年10月

第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

多功能救災背包

設計者：楊凱，徐超，張恩，吳剛亮，楊飛

指導教師：朱育權，萬宏強

（西安工業大學 機電工程學院，西安710032）

摘要：以便捷、實用、高效的解決救災過程中的運輸、醫療救治、住宿、飲食問題的設備為研究對象。提出了一種可分離的四折疊框架結構，再巧妙地配以折疊帆布和帳篷，便制成了一種可運輸物資又可變為擔架、帳篷的背包。實驗結果表明，該設備工作穩定，性能可靠，功能實現效果良好。關鍵詞：背包；擔架；帳篷；多功能；救援避難

作品內容簡介

本作品跟據本屆機械創新設計大賽的主旨要求而設計，屬于“救援、避難類機械”。此背包主體為金屬框架結構，寬50cm，厚30cm，高70cm，凈重8kg。背包狀態可用來運送物資。卸下物品后開啟側連接機構，展開背包變為擔架，擔架長200cm，寬50cm。翻轉擔架并開啟開合裝置，揭開粘扣，向兩側拉開擔架，拉出帳篷與擔架布面結合，再由折疊桿撐起即變為帳篷，底面邊長2m×1.8m，高145cm，可容納三人居住。

此背包設計容量90L，內裝供三人三天使用的食物，飲用水及藥品。再放入輕薄的防潮墊和三個睡袋以結合帳篷使用。這樣每個背包就可解決三個人災后三天內的基本生存問題，還可用擔架將受傷嚴重的人抬出至附近的基站救治。

聯系人：萬宏強

聯系電話：*** EMAIL：413162931@qq.com 研制背景及意義

在像玉樹地震、舟曲泥石流等這類自然災害發生時，由于道路損毀、大型救援設備數量不足，都會造成很多民眾被困重災區。短期內面臨沒有食物、飲用水、藥品以及住所等問題。沒有大型設備的幫助，到達災區外圍的士兵往往沒有高效的救援方法，而是以人力一次又一次的向災區運送單一物資，很難滿足災民短期生存的多種需求。對于這類自然災害救援過程中存在的問題我們應當考慮如下幾點：

1）運送的物資應當具有集成性，以便于之前的統一生產、調配與運輸；

2）送入災區的設備應當盡可能多的解決災民所面臨的各種基本困難，如溫飽、住宿以及醫療救治問題；

3）送入災區的設備除了消耗品外可以反復再利用。

此多功能救災背包旨在解決災難剛過，大型救援設備到來前的幾天內災民面臨的各種基 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

本困難。它平時可大批量庫存，當災難發生，有民眾被困且短時間無法解救時，可將食物和飲用水、醫藥用品、三個睡袋及防潮墊分別打包，把他們全部裝進背包。此背包由救援部隊士兵徒步背入災區（特殊情況可加裝降落傘采用空投方式），卸下物品后可將背包變形為三人帳篷，每個背包內的物品則是供給這三人使用的。這樣每個背包就可解決三個人災后兩三天內的基本生存問題。如果有需要，還可將背包變形為擔架將受傷嚴重的人抬出至附近的基站救治。設計方案

2.1總體設計構想

為了實現背包的容納功能與擔架的承載功能，背包與擔架共用同一金屬框架。背包要求金屬框架可折疊，擔架要求金屬框架水平時只能單向折疊。為了使帳篷便于和各種地面固定，擔架采用了兩端可開合的結構，可將帳篷折疊桿固定在分開的擔架框架的四個角上，這樣借助擔架框架的重量，即使不用地釘帳篷也不會被風吹走。2.2金屬框架方案比較

為了使人背負舒適，背包應上不過頸、下不過臀，故背包高度取60~70cm。再根據成年人的負重能力及美觀角度考慮，背包厚度取30cm。背包的寬度即擔架的寬度，故綜合較大的背包寬度尺寸、較小的擔架寬度尺寸，定為50cm。根據市場主流擔架尺寸，擔架的長度取200~210cm。由此產生以下兩種方案：

方案一（圖1）采用了三對限位鉸鏈來實現擔架的折疊，采用了一對30cm的伸縮機構來降低擔架變為背包時的高度。此結構擔架長度較長，為210厘米，便于躺人。背包高度較低，易于背運。但結構較復雜，不以制造和使用。

方案二（圖2）采用了三對限位鉸鏈來實現擔架的折疊，這樣背包狀態的高度有所增加變為70cm，擔架的長度也有所減小，變為200cm，基本不影響背包和擔架的使用。結構大大簡化，制造容易，使用方便。

綜合考慮，采用方案二。

圖1 方案一

圖2 方案二 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

2.3背包側連接機構方案比較

擔架折疊為背包后需要一裝置將前后框架連接，如圖3紅圈處，由此我們設計了側連接機構。

圖3 前后框架連接位置

方案一（圖4）中，左右框架采用扁鋼折成的矩形框加裝可轉動的U型彈簧銷連接，借助框架管上帶卡槽的套管，矩形框便可繞框架徑向轉動。這樣變為帳篷時轉動矩形框與地面平行，帳篷便可穩定置于地面。此方案結構較為簡單，制造容易，但實驗發現背包傾斜時U型彈簧銷會脫出，結構不夠可靠。

方案二（圖5）與方案一類似，但上下都加裝了U型彈簧銷，中間采用拉簧連接。此方案制造稍費時間，但結構可靠。

綜合考慮，采用方案二。

圖4 方案一

圖5 方案二 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

2.4背包與擔架布體方案比較

背包與擔架共用同一布體，由于擔架變形為帳篷時需要拉伸擔架，這樣就產生了兩種布體的設計，可拆卸式和折疊式。

方案一（圖6）布體采用可拆卸式，周圍伸出的布塊帶有粘扣。背包與擔架狀態布體用粘扣與框架連接，變形帳篷時需卸下布體。其優點在于布體結構簡單，輕便。缺點是用粘扣連接承載強度低，由于要拆卸，一體化程度差，不方便攜帶。

方案二（圖7）布體采用折疊式，周圍伸出的布塊繞過框架管與自身相逢合。背包與擔架布體為折疊狀態，變形帳篷時展開布體，與帳篷底面相連。其優點在于將所有布整合為一體連接在框架上，易于操作，便于攜帶，并且為帳篷加厚了底面，使其更加舒適。缺點是結構較為復雜。

綜合考慮，采用方案二。

圖6 方案一

左圖紅圈中布體折疊方法示意圖

圖7 方案二 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書 理論設計計算

3.1總體尺寸設計

此作品最大特點在于背包、擔架、帳篷三種狀態之間的轉換，因此只有設計好各狀態的結構尺寸才能合理、協調的實現其功能。

（1）背包外形尺寸：

為了使人背負舒適，背包應上不過頸、下不過臀，故背包高度取70cm。再根據成年人的負重能力及美觀角度考慮，背包厚度取30cm。背包的寬度即擔架的寬度，故綜合較大的背包寬度尺寸、較小的擔架寬度尺寸，定為50cm。

（2）擔架外形尺寸：

根據市場主流擔架尺寸，擔架的長度取200cm，兩端各留出10cm的距離供人手抓握，因而擔架實際承載布面長度為180cm。

（3）帳篷外形尺寸：

根據市場主流三人帳篷尺寸，帳篷底面邊長取2m×1.8m，高145cm。（4）結構協調尺寸：

為了滿足三種狀態之間的轉換，各部分的尺寸取值如圖８所示。

圖8 金屬框架結構尺寸示意圖

3.2強度與剛度校核

此作品對背包與帳篷的強度設計沒有特別要求，必然滿足使用條件。擔架設計載重120kg，我們參考了市場上性能類似擔架的選材，并結合此作品的結構及設計要求對承重管件進行了校核（圖9）。第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

擔架桿

120kg

圖9 擔架承重模擬示意圖

3.2.1擔架桿強度校核

擔架框架上，限位鉸鏈和伸縮管的選材強度遠大于擔架的管材，就承重而言，擔架框架可簡化為兩根1976mm的長直管，擔架承載布面受力可視為受均布載荷。

擔架桿的受力可以簡化為如下簡支梁模型，其中L?1760mm。

已知：擔架桿的材料為鋁合金6070，屈服強度?s?276Mpa，彈性模量E?70Gpa，取安全系數s?1.2，擔架桿的外徑為?28mm，內徑為?24mm，設計承受最大重量為120kg，受力如圖10所示。

圖10 擔架桿受力圖

（１）計算最大工作載荷 擔架承受最大的載荷

G?mg?120?10N?1200N

單根擔架桿承受的最大載荷 G1200F??N?600N

22均布載荷 F600NNq??m?340.91m

L1.76（２）計算支座反力 由載荷的對稱性可知：

F600FRA?FRB??N?300Ｎ 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

（３）計算剪力F和彎矩M（（sx）sx）剪力Fs(x)?FRA?qx

1彎矩Ms(x)?FRAx?qx2

2（４）畫出剪力圖和彎矩圖如圖11所示。

圖11 擔架桿剪力、彎矩圖

（５）計算最大彎曲正應力 對Z軸的慣性矩

d4?28424Iz?[1?()]?[1?()4]?1.39?104mm4

64D6428?D4抗彎界面系數

Iz1.39?104W??mm3?992.86mm3

ymax14最大彎曲正應力 M132?max?max?pa?132.94Mpa

W992.86?10?9（６）校核擔架桿的強度 許用彎曲應力

?????s?276Mpa?230Mpa

s1.2顯然?max?[?]，滿足強度要求。

3.2.2擔架桿的剛度計算

由以上簡化模型可知，在擔架承受最大載荷狀態下的最大變形量（撓度）為：

5qL45?340.91?1.76?max??????0.044m??4.4cm 3?2384EIz384?70?10?1.39?10由此，擔架的最大彎曲變形為4.4cm，并且出現在擔架桿的中心位置，完全滿足使用要求。第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

3.3部分工程圖

圖12 開和裝置外套

圖14 卡環

圖13 開和裝置內套

圖15 擋圈

第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書 工作原理及性能

4.1工作原理

下面對背包變為擔架，再變為帳篷的過程予以說明。

（1）如圖16為背包狀態。黑色的帶子為固定帶，背包狀態時可約束包體，擔架狀態可固定傷員。

（2）揭開背包蓋，打開側連接機構(圖17)，揭開背包兩側的粘扣，展開背包，變為擔架（圖18）。這時側連接機構為擔架的四個支座，如圖19所示。

圖16 背包

圖17 側連接機構

圖18 擔架

圖19 擔架支座 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

（3）翻轉擔架，將側連接機構扭轉90°與地面平行，用于帳篷和地面的固定。（4）取出折疊干，翻起帳篷包（圖20），打開兩端的螺紋開合裝置（圖21），將擔架分為兩部分，揭開粘扣，向兩側拉開擔架，如圖22所示。

圖20 帳篷包

圖21 開合裝置

圖22 拉開擔架 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

（5）鋪開帳篷，與擔架地面用拉鏈拉合。接好兩根折疊桿，插入四個角框架上的圓孔中，如圖23所示。

圖23 帳篷折疊桿安裝圖

（6）拉起帳篷布體，與折疊桿綁定，及變為帳篷，如圖24所示。

圖24 帳篷

4.2性能

（1）背包寬50cm，高70cm，厚30cm，自重約8kg，設計容量90L。（2）擔架長200cm，承載布面長180cm，寬50cm，設計承重120kg。（3）帳篷底面邊長為2m×1.8m，高145cm，可容納三人居住。第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書 實物照片

背包、擔架和帳篷實物圖分別見圖25-27。

圖25 背包 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書

圖26 擔架

圖27 帳篷 第四屆全國大學生機械創新設計大賽作品設計說明書 創新點及應用

6.1創新點

1）將與救援、避難有關的三件設備巧妙的結合了起來，獨立解決了救災過程中的一系列問題。

2）四折疊可分離框架結構、側連接機構、開合裝置的創新設計。

3）采用時間分離原理的設計及布置，實現了側連接機構、帆布、固定帶在不同狀態下的不同功能。6.2應用

此多功能救災背包可大批量庫存。地震、洪水、山崩、泥石流等自然災害發生時，可集成放入臥具、食品、藥品，供救援人員使用。可以解決災后中小規模的物資運輸、被困災民的醫療救治、傷員的轉移，以及被困災民的住宿這一系列問題。

除救災外還可用于幾個人的戶外徒步旅行。

此背包重量輕、制造容易、使用方便，單件制造成本為480元，批量化生產成本還可降低，有良好的市場前景。

參考文獻

[1] 濮良貴，紀名剛.機械設計.北京：高等教育出版社.2006 [2] 張占新．材料力學．西安：西北工業大學出版社．2005 [3] 于永泗，齊民．機械工程材料．大連：大連理工大學出版社．2007 [4] 機械設計手冊編委會．機械設計手冊．北京：機械工業出版社．2005 [5] 大連理工大學工程圖學教研室．機械制圖（第六版）．北京：高等教育出版社．2007

第五篇：機械創新設計

學習機械創新設計后的感想與收獲

機信087 王橙巖 08080803110239

機械創新設計技術是一門培養學生創新意識、提高學生綜合素質、啟發創新思維、注重工程能力培養、介紹機械創新設計方法與機電產品制作實踐的課程。而機械創新設計正是以培養學生主動實踐、工藝實踐及創新能力的一門課程。

通過老師的講解與播放多媒體典型機電產品設計案例的分析與指導，使我進一步了解了創新設計、產品制作的過程與方法。緊接著老師讓我們分組親自動手設計一件物品，在實踐中我培養和鍛煉創新能力，加深了知識的理解與動手能力。機械創新，精髓便在創新二字，雖然身在大三，閱歷尚淺，然則閱歷過多 則多會犯經驗主講之錯誤，很多人也由于知識過多而導致思想嚴重保守，從而失去了創新能力，因此從這一方面看，閱歷少既是我們的劣勢，同時也是優勢，劣勢在于我們所接觸知識不多，從而導致思想與實際情況相脫離甚至相違背，而優勢則在于思想不受限制，許多突發廳想便在瞬間產生，其擺脫傳統，得到創新。很多人談到設計首先想到的是“我的能力不足，我的學歷不夠”首先就進行了自我否定，認為設計是一件很難的事，是一件常人很難企及的事。其實設計并不是燈塔上的明珠，難以企及，只要我們注意生活、觀察生活中的不足，就一定能設計出我們想要的產品。

以前聽電視上講了一個未讀完初中的保安，覺得現現代馬桶不好用，尤其是那種自動抽紙的馬桶。所以想方設法對其進行了改進，最后經過一年的努力終于發明了一種機械式馬桶。很多大公司紛紛找上

門要購買其專利，有的甚至高達兩百萬。值的我們深思的是，這些公司人才濟濟，而且都是名校的高材生??

一個未念完初中的人，讓一群高材生都汗顏。他沒有什么特別之處，但他有那種敢想敢做的精神，并為之不懈努力。他沒有認為自己該有什么文憑，所以設計發明也是大眾的事，人人都是發明家，人人都是設計師。

另外我們研究學問的同時我們也要更多的注重人際交往的能力，交往是更好的合作的前提，只有更好的交往才能更好的合作，才能做出最棒的產品，我們可以想象一個不會交往的人，縱使他在有才華，也是很難做出一件十分完美的產品的，因為一個人的力量，一個人能想到的問題，一個人的創意畢竟有限，只有依靠大家的力量，通力合作才能做出更偉大的成就，我們可以想象在現在這樣一個科技發展迅速的世界里，時間就是金錢，時間就是效率，只有抓住時間通力合作，才能縮短時間，才能縮短上市時間，才能抓住商機，創造更大的價值，所以交往并非是演說家的專利，更是技術家的專利，交往是每個人應該掌握的一門技能，它不但服務于我們的社會生活，還可以服務于我們的工作學習，所以交際是一門學問，每個人都要學習的。

我們平日所學習的，多為課本上的理論知識，然而無數事實證明理論與實際是有區別的，理論上成立的東西實際上可能很難完成，除此之外，我們在實踐中亦可以學習不少課本上從未出現的東西，通過學習這些，我們的動手能力與實踐能力在很大的程度上會有所加強，從而使自己的綜合素質能夠上一個臺階，這些對我們進入社會都會有

十足的好處，畢竟，現代社會追求的是擁有綜合素質的人才，只有在大學里通過積極參與各項活動，才能充分地鍛煉自己，才能使自己的能力得到鍛煉，才能使自己成為社會需要，用人企業需要的人才，這樣才不辜負自己在大學的幾年學習。