大學(xué)生科技創(chuàng)新普及競賽參考題目指南(機械設(shè)計類)

1、“啟航杯”大學(xué)生科技創(chuàng)新普及競賽參考題目指南（機械設(shè)計類）1、機械設(shè)計類因考慮其實際情況，與電子、自控類有所區(qū)別，最終參賽作品可為實物或是設(shè)計說明書，作品可為機械作品，也可為機械結(jié)構(gòu)。2、題目指南的設(shè)計說明書為節(jié)選自歷屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計競賽、?！拔逅谋钡雀傎愔袃?yōu)秀的機械創(chuàng)新類作品說明書，供參賽選手參考。3、參賽選手要結(jié)合機械設(shè)計的原則，進行創(chuàng)新設(shè)計，作品要有生產(chǎn)生活的應(yīng)用前途。難度等級：A 簡單題目編號：001窗戶啟閉機構(gòu)這種方便擦洗的窗戶啟閉機構(gòu)使窗戶能夠開啟到與閉合時互成90的位置，操縱窗戶啟閉的主動構(gòu)件是一個能相對轉(zhuǎn)動的構(gòu)件，除此之外機構(gòu)還包括一個導(dǎo)引機構(gòu)，在本設(shè)計中我們采用的是

2、搖桿滑塊導(dǎo)引機構(gòu)和主動件為轉(zhuǎn)動的連桿機構(gòu)來完成啟閉兩個動作。目的意義摘要： 日常生活中，啟閉機構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，例如可應(yīng)用在窗戶、爐門、箱蓋等場合，普通窗戶的啟閉機構(gòu)在使用中的最大問題是擦洗窗問題，特別是對于樓房，還有危險，為了解決這個問題，我們設(shè)計了這種方便擦洗的窗戶啟閉機構(gòu)。 1. 機構(gòu)功能分解： 設(shè)計對象的總功能是窗戶啟閉。完成窗戶啟閉功能的分功能是：窗戶的導(dǎo)引功能；窗戶啟閉的操縱功能，此外還要對窗戶有良好的承重功能及操縱啟閉時有簡單、省力的功能。 2. 方案設(shè)計及其選擇比較：（1）從解決死點位置的角度首先對鉸鏈四桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)進行了比較。 圖 1 鉸鏈四桿機構(gòu) 圖 2 搖桿滑塊機

3、構(gòu)如圖1所示機構(gòu)為鉸鏈四桿機構(gòu)，連桿3為窗戶，連架桿2為主動操縱機構(gòu)，其缺點是： = 1 * GB3 若以構(gòu)件4為主動構(gòu)件，則必經(jīng)過一死點位置才能使窗戶全開，這時，需附加一轉(zhuǎn)距才能使窗戶度過死點； = 2 * GB3 若以構(gòu)件2為主動，則轉(zhuǎn)過的角度很大。 如圖2所示搖桿滑塊機構(gòu)，因為滑塊沿窗戶移動，窗的重力可由作為導(dǎo)軌的窗框承受，其缺點是連架桿2或4均不能在窗處于全開或全閉位置時作為主動件，因為在各該位置時機構(gòu)處于死點位置。（2）從解決導(dǎo)引機構(gòu)的角度對曲柄滑塊機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)進行了比較經(jīng)過做圖和計算可得，曲柄滑塊機構(gòu)不能滿足設(shè)計的預(yù)期要求。比較的結(jié)果：搖桿滑塊機構(gòu)能較好的符合導(dǎo)引機構(gòu)、承載的

4、要求，但需要引入操縱機構(gòu)，即將主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動傳入到導(dǎo)引機構(gòu)中，既要結(jié)決死點問題，又要解決操縱省力的問題。綜上所述，我們最終確定如圖3所示的搖桿滑塊機構(gòu)。圖3 串接式連桿機構(gòu)組合該機構(gòu)的優(yōu)點如下：窗戶關(guān)閉位置是操縱機構(gòu)的遠行程的極限位置也是其死點位置，而引導(dǎo)機構(gòu)并沒有達到極限位置，這樣有利于窗戶關(guān)閉的緊密性。因為窗戶與連桿3成一定角度固連，所以當(dāng)窗戶開啟到90位置時不是引導(dǎo)機構(gòu)的死點位置。由操縱機構(gòu)將主動件的轉(zhuǎn)動傳入引導(dǎo)機構(gòu)度過死點位置。90的位置不是窗戶開啟的最終位置。窗戶在引導(dǎo)機構(gòu)度過死點位置后還可以再轉(zhuǎn)動一定的角度，也就是說窗戶從閉合到開啟的最終位置能夠轉(zhuǎn)過鈍角，這樣就使得人能夠在室內(nèi)擦洗

5、窗戶的朝外部分。解決了樓房普通窗戶的清洗問題，減小了風(fēng)險。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單輕巧，操縱省力便于安裝和投入使用。難度等級：B中等題目編號：002鉸鏈多桿劃槳機構(gòu) 作品設(shè)計制作的目的是提出一種鉸鏈多桿劃槳機構(gòu)的設(shè)計方案，為船體航行研究提供基礎(chǔ)?；舅悸肥抢眠B桿曲線特性，利用兩個對稱的運動鏈，可以畫出具有一段近似直線的連桿曲線，進而執(zhí)行下水、推行、出水等劃槳動作。圖1 鉸鏈多桿劃槳機構(gòu)該機構(gòu)是由主動曲柄驅(qū)動的兩個對稱的運動鏈組成；鉸鏈四桿機構(gòu)連桿上一點可畫具有一段近似直線的連桿曲線；另一個連桿同樣畫具有一段近似直線的連桿曲線。這樣就可以畫出劃槳的動作。本作品的科學(xué)性、先進性在于該機構(gòu)充分利用了連桿機構(gòu)

6、能實現(xiàn)復(fù)雜軌跡的特點，簡單機構(gòu)實現(xiàn)了復(fù)雜的劃槳動作，從而實現(xiàn)下水、推行、出水。該機構(gòu)原理簡單，構(gòu)思新穎，機構(gòu)在行進中機體重心平穩(wěn)，可以實現(xiàn)其穩(wěn)定性要求。從對國內(nèi)外研究情況可以看出，目前無論是科研院所還是生產(chǎn)廠商都十分重視創(chuàng)新機構(gòu)的開發(fā)。但目前研究的內(nèi)容，大都側(cè)重于控制系統(tǒng)的研究，不太適合初學(xué)者，由其是在大學(xué)低年級中開展此類研究非常困難，因此我們主要從最簡單的機構(gòu)應(yīng)用入手，激發(fā)學(xué)生進行科技創(chuàng)新的興趣，為培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才提供堅實基礎(chǔ)。難度等級：C偏難題目編號：003管道行進器目的和基本思路由于某些管道口徑太小以至于人們難以進入，本作品的制作目的正是基于此而來的。創(chuàng)新點：通過4x2形式排布的八個滾輪

7、與管道內(nèi)部相接觸而產(chǎn)生摩擦力，并由電動機帶動其滾動整個裝置行進，并且通過齒輪的不同嚙合情況而使它們的速度不相同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向功能。并有一個交互功能，能實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)彎功能。科學(xué)性先進性：本作品采用了完全機械式的機構(gòu)設(shè)計，使其能在管道里面前進，并且當(dāng)管道出現(xiàn)彎道時，本作品通過一種接觸試式裝置能識別出轉(zhuǎn)彎的方向和大小，從而能實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)彎功能。從而實現(xiàn)了其他產(chǎn)品要通過較復(fù)雜、不易維修的電氣設(shè)備才能達到的功能，并且本作品設(shè)計了一套彈性裝置，使本作品并不是僅僅適應(yīng)單一口徑的管道，從而大大的提高了它的實用性和改善了它的經(jīng)濟性能。具有較好的市場適應(yīng)性。技術(shù)特點和優(yōu)勢：本作品能實現(xiàn)管道內(nèi)布線以及為管道內(nèi)部的測量、探傷

8、、檢測、修補提供一個載體，在理論上來說，它可以適應(yīng)各種口徑和不同深度的管道。由于本作品是純機械式的，所以其操作、保養(yǎng)、維護十分簡單，并可以在較為惡劣的環(huán)境下工作。市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：其應(yīng)用范圍十分廣泛，并且它造價十分低廉。實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)以后有十分強的競爭力，具有廣闊的市場前景。當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，管道運輸作為一種高效、安全、可靠的手段應(yīng)用日益廣泛，目前，我國有各種氣管道、石油管道、下水道、自來水管道等很多管道。城市中的地下排水系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、自來水系統(tǒng)等都應(yīng)用了各種管道；另外，在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、石油、化學(xué)、核工業(yè)等領(lǐng)域也大量使用了管道。經(jīng)過長期使用，

9、由于年久失修，每年都要出現(xiàn)大量故障，它們會出現(xiàn)裂紋、腐蝕、堵塞等故障，為了防患于未然，必須對這些管道進行定期檢測和維修。但是它們有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口徑很小，人無法進入。挖出管道進行檢測、維修既不經(jīng)濟又不現(xiàn)實，由此可見，管道機器人有著廣闊的市場?，F(xiàn)在有很多的大學(xué)和研究所都在開展管道機器人的研究。如由浙江大學(xué)研制的無損傷醫(yī)用微型機器人具有三大特點：一是此種微型機器人能以懸浮方式進入人體內(nèi)腔（如腸道、食道等），這樣可避免對人體內(nèi)腔有機組織造成損傷，從而可大大減輕或消除患者的不適與痛苦；二是此種微型機器人的運行速度快，而且速度控制方便，這樣可縮短手術(shù)時間；三是此種微型機器人的結(jié)構(gòu)簡單，加

10、工制造方便。目前，此種微型機器人樣機已接近實用化程度。上海交通大學(xué)研制出一種呈正方形體，由12個蠕動元件組成的管內(nèi)蠕動機器人，外形尺寸為353535mm3，體重19.5克（包括控制電路），步行速度為15 mm/分，共有12個自由度，由SMA（形狀記憶合金）與偏置彈簧組成一個驅(qū)動源，共12個驅(qū)動源。能實現(xiàn)管內(nèi)上、下，左、右，前、后的全方位運動，能通過直管、曲率半徑較大的彎管，以及L型、T型管。 但是這類產(chǎn)品的設(shè)計十分困難。當(dāng)前大部分產(chǎn)品設(shè)計的都比較復(fù)雜，如各種工業(yè)機器人，應(yīng)用了各種各樣的電氣設(shè)備，如探測器、感應(yīng)器、紅外遙控裝置等等。這樣，便使得設(shè)計出來的產(chǎn)品難以維修，并且由于其工作環(huán)境的特殊性，

11、當(dāng)出現(xiàn)問題時，零件不易更換。對工作環(huán)境的要求較高。所以有的產(chǎn)品為了適應(yīng)這種情況，對作品作出了較大的改進，從而導(dǎo)致了產(chǎn)品的造價很高。不利于推廣。還有的產(chǎn)品雖然沒有使用較為復(fù)雜的設(shè)備，有較低廉的造價，但是沒有較滿意的功能，在其中的大部分作品都沒有對管道的形狀的判斷功能，所以，這些產(chǎn)品只能在直管道內(nèi)工作。沒有較好的實用性能。本作品具有能自動識別管道的方向并能轉(zhuǎn)向，主要是通過齒輪之間的不同嚙合情況從而產(chǎn)生不同的速度比來實現(xiàn)的。同時還具有一定的伸縮性來滿足一定范圍的管道口徑，使作品更具有經(jīng)濟性能。對零件的說明（圖一圖二）序號說明1齒輪m=0.4,z=40，兩個2傳動皮帶，兩個3齒輪m=0.4,z=30，

12、兩個4矩形框（可以改變形狀）5齒輪m=0.4，z=306齒輪m=0.4，z=15，四個7齒輪m=0.4，z=25，兩個 表一工作原理：本作品的工作部分可以根據(jù)管道形狀的不同可以分成狀態(tài)：當(dāng)管道不出現(xiàn)拐彎時，對應(yīng)的兩個1號輪轉(zhuǎn)速相同。如圖一所示。 圖一當(dāng)管道出現(xiàn)拐彎時，對應(yīng)的兩個1號輪轉(zhuǎn)速就不相同。如圖二所示。圖二在圖一所示狀態(tài)時，齒輪1和齒輪3嚙合，齒輪3再和齒輪1嚙合，由于兩個齒輪3的m，z是相同的，兩個齒輪1的m，z也是相同的。所以在這種狀態(tài)下，兩個齒輪1的速度也就相同。從而由它們帶動的兩個滾輪的速度就相同，這樣管道行進器就不會發(fā)生轉(zhuǎn)彎。在圖二所示狀態(tài)時，是通過矩形框的改變得來的。齒輪5和

13、一個齒輪3以及一個齒輪7嚙合，齒輪3和齒輪7上各有一個齒輪6與它們固連，它們之間通過皮帶輪相連，這樣就使它們的轉(zhuǎn)速相同，另一個齒輪3和齒輪7就和兩個齒輪1相嚙合，但是由于上下兩部分的齒輪之間的嚙合情況不一樣，所以兩個齒輪1的轉(zhuǎn)速就不相同。這樣就使管道行進器發(fā)生轉(zhuǎn)彎。下面我們基于這種狀態(tài)來討論兩個齒輪1的轉(zhuǎn)速。假設(shè)分別用來表示齒輪1、齒輪3、齒輪5、齒輪7的轉(zhuǎn)速。我們先看上半部分：齒輪5和齒輪3嚙合有 （1-1）所以有 （1-2）齒輪7通過皮帶輪2和齒輪3傳動有 （1-3）所以 （1-4）由上面四式我們可解的 （1-5）再看下半部分：齒輪5和齒輪7嚙合有 （1-6）齒輪7通過皮帶輪2和齒輪3傳動

14、有 （1-7）齒輪3和齒輪1嚙合，有 （1-8）由（1-6）（1-8）式我們可解的 （1-9）所以我們可知道上下兩個齒輪1的速度之比為1.44。就導(dǎo)致由齒輪1帶動的兩個滾輪之間的速度之比也是為1.44。下面我們再討論在不同的管道口徑、轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎角度時的功能。如圖三所示 圖三設(shè)r為管道內(nèi)彎道的半徑，R為管道外彎道的半徑，為轉(zhuǎn)彎的角度。 設(shè)一個滾輪的速度為s，則另一個滾輪的速度為1.44s。內(nèi)道的距離 （1-10）外道的距離 （1-11）則它們的差 （1-12）則我們可以求得轉(zhuǎn)彎的時間 （1-13）由（1-13）我們可知。時間t與R-r、成正比、與s成反比。下面我們再來討論為了適應(yīng)不同口徑的管

15、道所設(shè)計的彈性機制是如何實現(xiàn)的。原理圖如圖四所示圖四如圖四所示，9和11是和機架固連在一起的，10是滾輪的支架，是一個活動體。就是通過調(diào)節(jié)10的位置來調(diào)節(jié)滾輪的位置的，來達到適應(yīng)不同管道口徑的。三者之間是兩個彈簧。我們由彈性力學(xué)可知10由于位置的偏移量而受力的大小F之間的關(guān)系。如圖五所示圖五當(dāng)s變大時，則10受到拉力，使它回到原位，使?jié)L輪所在的支架不至于脫落。當(dāng)s變小時，則10受到推力，使?jié)L輪與管道內(nèi)壁產(chǎn)生運動必需的摩擦力來提供運行前進的動力。作品的控制功能。如圖六所示，圖示的圓是我們的滾輪，他與管道的內(nèi)壁相接觸，由彈簧提供一定的摩擦力，它在管道內(nèi)壁上滾動來帶動整個裝置前進。圖中所示的8號零件

16、是裝置的控制感應(yīng)桿。它的上部分的水平位置和滾輪的頂端有一個很小的位差。使裝置在直管內(nèi)行進時不和管道內(nèi)壁相接觸。但是當(dāng)裝置在彎管內(nèi)行進時，它與管道內(nèi)壁相接觸，從而產(chǎn)生一個位移，然后通過一個換向裝置來改變圖一所示的矩形框，使齒輪的嚙合關(guān)系發(fā)生變化，這樣，兩個對應(yīng)的滾輪的速度就不一樣，使裝置轉(zhuǎn)彎。 圖六 通過下面的圖七，我們可以看出在不同的狀態(tài)時，矩形框的幾何中心在不同的位置。所以就設(shè)計了如圖八所示的裝置。使它能有兩個狀態(tài)位。但是由于矩形框的不穩(wěn)定以及有兩個狀態(tài)位。所以就用彈簧來固定，使矩形框處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)要發(fā)生變化時，由控制桿產(chǎn)生一定的力使它發(fā)生變化來實現(xiàn)狀態(tài)的改變。圖七圖八 在我所提供的

17、模型中，由于整個裝置太復(fù)雜，以及一些軸的精度不夠高，以致于裝配的不好。不能實現(xiàn)真正的運動。僅僅是提供一個靜態(tài)的模型用于說明。難度等級：C偏難題目編號：004無線遙控爬竿噴漆機器人一、基本功能：1、沿直桿變速攀爬功能 2、圓周噴漆或洗刷功能二、系統(tǒng)組成1、動力與傳動系統(tǒng)：多級齒輪減速電機鏈傳動2、行走系統(tǒng)： 利用摩擦輪升降機構(gòu)使機器人沿直桿攀爬3、執(zhí)行機構(gòu)：利用周向往復(fù)轉(zhuǎn)動機構(gòu)實現(xiàn)噴漆動作4、支撐機構(gòu)：六邊形主體框架 ；三支架均布連接（連接圓環(huán)導(dǎo)軌與主體框架）；噴頭支撐機構(gòu)5、控制系統(tǒng)：控制芯片采用ATmega16單片機，配合無線遙控裝置（RC），分別實現(xiàn)；電機的正、反轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)電機的定時換向三、

18、機構(gòu)設(shè)計1、運動機構(gòu) 升降機構(gòu)：電機帶動主軸，進而帶動摩擦輪，使得機器人連續(xù)爬升 周向往復(fù)轉(zhuǎn)動機構(gòu)：兩個小電機帶動噴頭支撐機構(gòu)往復(fù)轉(zhuǎn)動2、傳動機構(gòu)計算鏈條的強度，選用適當(dāng)?shù)逆渹鲃?、夾緊機構(gòu)根據(jù)總重量和鐵與膠皮的摩擦系數(shù)選取足夠強度的拉伸彈簧4、開合機構(gòu)；機器人利用鉸鏈機構(gòu)實現(xiàn)開合四、創(chuàng)新點1、利用巧妙的組合，在一定的空間內(nèi)實現(xiàn)預(yù)定的功能2、連續(xù)可變速攀爬，使得噴漆均勻3、開合式安裝4、可更換具體執(zhí)行元件，實現(xiàn)高空多功能作業(yè)6、 采用單片機控制及無線遙控裝置 這種機器人模仿尺蠖的動作向上爬行，爬行機構(gòu)由簡單的曲柄滑塊機構(gòu)和上下兩個自鎖套（錐套）組合而 成。電動機與曲柄固接，驅(qū)動裝置運動，上下兩

19、個自鎖套是實現(xiàn)爬桿的關(guān)鍵機構(gòu)。當(dāng)自鎖套由向下運動趨勢時，錐套、鋼球、圓桿之間會形成可靠的自鎖，使裝置不能下滑，而上行時自鎖解除，爬桿機器人的 HYPERLINK /jxsjkc/UNIT03/J-3-9/J-3-8.HTM l # 爬行過程如動畫所示，初始狀態(tài)上下自鎖套位于最遠極限位置，同時鎖緊，當(dāng)曲柄逆時針方向轉(zhuǎn)動時，上自鎖套鎖緊，下自鎖套松開，被曲柄連桿機構(gòu)帶動上爬，當(dāng)曲柄越過最高點，上自鎖套松開，下自鎖套鎖緊，被曲柄連桿機構(gòu)帶動上爬，。如此周而復(fù)始，實現(xiàn)自動爬桿。用這些簡單的機構(gòu)、結(jié)構(gòu)使機器人爬桿，體現(xiàn)了獨創(chuàng)性。難度等級：B中等題目編號：005多功能清潔車目的和基本思路：此車主要用于對如

20、廣場類的平整地面的無污染清潔，實現(xiàn)掃，擦，垃圾回收多項功能?？茖W(xué)性先進性：現(xiàn)有的同類產(chǎn)品只是各個獨立功能的載體，而多功能清潔車實現(xiàn)一車多用，把一般的清潔類功能集于一身，更方便，經(jīng)濟。且多功能清潔車使用電機做驅(qū)動，對環(huán)境的污染很小，避免了同類產(chǎn)品既清潔又污染的弊病。技術(shù)特點和優(yōu)勢：只要司機控制好方向，其余工作將全部自動化。該車適用于相對平整的地面的清潔，實現(xiàn)清掃，撒水，擦洗，垃圾回收全部的清理工作。相對于市場現(xiàn)有的同類產(chǎn)品而言，該車具有對更多功能的集成性，實現(xiàn)對地面的全面清理，更方便快捷，經(jīng)濟。市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：就人們?nèi)找娓邼q的環(huán)保意識而言，多功能清潔車以其方便，快捷，無污染等優(yōu)點，一定會

21、受到歡迎，一定會有很大的市場。當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述：此申報作品叫做“多功能清潔車”，屬于機械類科技發(fā)明制作。下面概述一下此類產(chǎn)品的研究情況：1.就同類產(chǎn)品而言，有一個共同的弊端：污染。此車使用電機做驅(qū)動，避免了同類產(chǎn)品在清潔的同時又給環(huán)境帶來污染的矛盾。2.在數(shù)不勝數(shù)的清潔設(shè)備中，幾乎都是只能實現(xiàn)單一的動作，這樣對同一勞動量的工作就需要有更多的機械參與，既不經(jīng)濟又不方便，還會帶來更多的污染，多功能清潔車是多個動作的集成體，可以實現(xiàn)清掃，擦洗，垃圾回收的流水線工作。在概念上處于此類產(chǎn)品的領(lǐng)先地位。3.適應(yīng)當(dāng)今城市環(huán)保的需求，電機驅(qū)動可以把人們討厭的噪聲，降到最低線，給人們的生活及休閑營

22、造更好的條件。參賽作品打印處：“多功能清潔車”，屬于機械類科技發(fā)明制作。此車使用電機做驅(qū)動，避免了同類產(chǎn)品在清潔的同時又給環(huán)境帶來污染的矛盾。多功能清潔車的工作步驟如下：1.清掃。利用曲柄滑塊機構(gòu)，產(chǎn)生一個沿直線方向的往復(fù)運動。在車體的前部置一搓子，通過連桿鉸接在車的前輪上，構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)，產(chǎn)生往復(fù)運動，這個動作可以把所遇垃圾搓向前方，實現(xiàn)粗略的清潔。2.撒水。這個動作既可以降塵又可以方便下面的工作-擦洗。3.擦洗。通過一對直齒齒輪與平行軸齒輪的嚙合把轉(zhuǎn)動傳到垂直于地面的方向，轉(zhuǎn)化為擦洗盤的轉(zhuǎn)動，并對地面進行擦洗，在沒有大塊垃圾存在的濕潤地面上實現(xiàn)對一些污漬，諸如，酒漬.口香糖等等。4.垃圾

23、的回收。在進行一段時間的清潔之后，在車身的前部聚集了一定量的垃圾，需要清理。這時可以通過手動的調(diào)節(jié)到回收時間，這時，垃圾回收鏟就會下降收回地面的垃圾并倒在前身的垃圾箱。如下圖：難度等級：A簡單題目編號：006防爆瓶塞目前，關(guān)于暖水瓶內(nèi)膽爆裂造成消費者受傷的投訴此起彼伏，為此，通過觀察家里的暖水瓶，改進瓶塞的結(jié)構(gòu)后設(shè)計的瓶塞簡單實用。該瓶塞在頂部中間鉆一沉孔，直到瓶塞體中部位置以下，然后在沉孔末端開一半徑稍小的通道，再在沉孔末端放一半徑略小于沉孔的小球，在瓶塞體外部均勻鉆3個橫向通氣孔，內(nèi)部和沉孔相通。該瓶塞利用水瓶的氣壓和小球的重量關(guān)系，完成排氣過程，減小內(nèi)部壓強，從而防止瓶膽過壓爆裂。并且瓶

24、塞可利用小球的活動防止水平倒吸。該實用新型瓶塞利用自身內(nèi)部的通道以及質(zhì)量合適的小球，根據(jù)熱學(xué)以及力學(xué)的原理，由小球的重量適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)水瓶內(nèi)外的氣體壓強，達到普通瓶塞沒有的減壓防爆的效果，有效降低水瓶膽爆裂造成的人身傷害，并且可以利用小球的活動防止倒吸瓶塞。該種設(shè)計使用簡單方便，稍用透氣好的紗布包裝，減少內(nèi)部污染，適合不同年齡的人群，制作工藝簡單，使用材料來源廣泛，便于涉取，成本低廉，易于被生產(chǎn)方和使用者所接受。一、瓶塞結(jié)構(gòu)概述本實用新型涉及的一種瓶塞，具體涉及一種防爆瓶塞，用于防止保溫瓶膽因內(nèi)外壓力差，而產(chǎn)生爆炸，保證人身安全。該瓶塞體M上端中間開有一半徑為R的沉孔至瓶塞體中間位置，并且沉孔底部

25、形狀近似圓弧，半徑為R，在瓶塞體上自沉孔的底部中間至瓶塞體的底部開有一半徑稍小的為r的通孔，面積為S，在沉孔底部置放一小球，小球半徑略小于R，小球質(zhì)量為m(m小于M)，在瓶塞體頂部以下的位置處均勻地開3個橫向通氣口，每個通道半徑為r(r小于R),直至與沉孔相通，該防爆瓶塞結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有防爆功能，并且要用透氣良好的紗布包裝就可以在正常使用期間很好地隔斷外部物質(zhì)進入到內(nèi)部，保證飲水安全。二、瓶塞結(jié)構(gòu)分析沉孔，半徑R沉孔底部，內(nèi)置放一球，半徑略小于R，R大于r沉孔R橫向通孔，半徑r,內(nèi)通聯(lián)于沉孔沉孔端用小木塞堵住，小木塞塊半徑為R橫向通孔，半徑r三、工作原理當(dāng)瓶內(nèi)的氣壓P達到一定限值時，根

26、據(jù)熱力學(xué)原理，瓶塞底部受到一個P，而瓶塞底部的小孔面積S因為這個P，作用到瓶塞體內(nèi)部的小球于通道的接觸面積，近似處理為S，此時，由于小球的重力mg和作用于球面的壓力PS，根據(jù)力學(xué)平衡條件，當(dāng)P在還沒達到瓶膽所能承受的最大壓強P1時,該PS恰好大于mg，此刻小球被氣體頂起來，沖出來的氣體瞬時從通道處噴向外界，從而減少多余的內(nèi)部氣壓，當(dāng)內(nèi)部氣壓一減小，小球又掉下來堵著通道口，回復(fù)正常，一旦內(nèi)部氣壓因為劇烈震動導(dǎo)致再次升高，此排氣過程將有效重復(fù)進行，直到內(nèi)部氣壓不足夠再次頂起小球m。該瓶塞還可以有效防止在水瓶內(nèi)部溫度降低時，氣壓減小，倒吸瓶塞，此時，只需要輕微搖動瓶體，當(dāng)小球活動起來，就可以使內(nèi)外聯(lián)

27、通，輕輕地就可以拔出瓶塞，安全方便。難度等級：B中等題目編號：007立體停車場 我們主要是依據(jù)現(xiàn)在社會對土地的重視程度,以及“寸土寸金”的現(xiàn)狀.如果能提高土地的利用率,那就是對財富的一種節(jié)約,也是對財富的一種積累.這種類似的研究在國內(nèi)外都有人在從事.國外的停車場大多采用長方體的外表結(jié)構(gòu)，這樣不僅需要上下移動而且需要進行橫向移動，這種設(shè)計不僅增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本，也降低了其穩(wěn)定性。我的這個項目主要創(chuàng)新點就在于采用近似圓形的正八面體結(jié)構(gòu)，升降臺在傳統(tǒng)電梯的基礎(chǔ)上可繞自身旋轉(zhuǎn)。即實現(xiàn)了自動操作有節(jié)約了土地資源，可以說是一項比較有發(fā)展前途的項目。作品的使用很簡便，因為此裝置已實現(xiàn)自動化控制，無需很

28、多工作人員?？刂葡到y(tǒng)是采用PLC控制系統(tǒng),十分的智能化。作品應(yīng)用范圍很廣，在停車車位緊張的地區(qū)都可以應(yīng)用。能夠節(jié)省空間，減少交通壓力，讓停車更輕松。用戶需要用車時，只需提前通知停車場的工作人員，工作人員便可以提前將車放在方便的位置。作品的前景十分的被看好，因為他很節(jié)省空間。作品的前期投入稍高，使用中也需一定的維護費用，但只要車位的利用率高就還是十分的經(jīng)濟。一、立體車庫概述車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停車設(shè)備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設(shè)備，距今已有

29、十五年的歷程。 機械車庫與傳統(tǒng)車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。目前，立體車庫的形勢有多種，我們設(shè)計的作品具有以下特點：1) 占地少，一個泊位面積可停多輛車。2) 外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。3) 價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短。4) 可采用自動控制，操作簡單，運行安全可靠。

30、5）實現(xiàn)了無人化管理，可以有效防盜。二、立體車庫結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)： 1.車庫結(jié)構(gòu)： 我們設(shè)計的立體車庫采用了正八邊形的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際需要采用不同的層數(shù)，每層有8個泊車位。此結(jié)構(gòu)可以更加有效的節(jié)省土地面積，外型更具美感?？蚣苋缦聢D： 2.升降系統(tǒng)： 升降臺位于車庫的，采用現(xiàn)實生活中常規(guī)的電梯模式，但其不同點是可以繞中心自由旋轉(zhuǎn)，從而中心實現(xiàn)在不同的方位停車，為保證安全在電梯中安裝了自鎖裝置，同時使整體結(jié)構(gòu)牢固緊湊。3.取裝車機構(gòu)： 取裝車機構(gòu)可以整體移動，底部采用連桿機構(gòu)，由電機驅(qū)動。上面裝有可以活動的停車板，連桿機構(gòu)如圖：圖(1)開始放車圖（2）到達車位圖（3）放車完畢難度等級：B中等題目編號

31、：008全自動窗簾為了讓自動化技術(shù)走進千家萬戶、方便人們生活。創(chuàng)新點：功能全、價格低、且實用，實現(xiàn)了全自動控制。集定時與遙控于一身。作品采用單片機控制原理進行控制。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)今窗簾設(shè)計中，涉及現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的運用手段，與電器等高科技設(shè)計的快速發(fā)展很不相符，顯得十分落后。由此可見，一種“中價位”和具有“科技性能”的窗簾設(shè)計研究，已成為國際上窗簾生產(chǎn)廠家的設(shè)計部門中，一個重大的科研課題。我們設(shè)計的自動窗簾結(jié)構(gòu)簡單，造價低，且實用。該窗簾由定時裝置和遙控裝置控制，這樣，在設(shè)置好的時刻，窗簾會自動開啟和關(guān)閉，在你隨時想關(guān)或者開時，可用遙控控制。因此，該產(chǎn)品我相信在裝潢方面有一定的市場，會受廣大用戶的

32、歡迎。該產(chǎn)品主要功能是定時與遙控，這兩種功能均在遙控器上執(zhí)行，非常方便用戶。由于功能較全，而且有絕對的價格優(yōu)勢，如果大批量生產(chǎn)，相信很快會占有較大的市場份額，市場前景可觀。根據(jù)調(diào)查，目前市場上只有電動的卷簾，而且價格十分昂貴，一般的家庭是消費不起的，當(dāng)今窗簾設(shè)計中，涉及現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的運用手段，與電器等高科技設(shè)計的快速發(fā)展很不相符，顯得十分落后。由此可見，一種“中價位”和具有“科技性能”的窗簾設(shè)計研究，已成為國際上窗簾生產(chǎn)廠家的設(shè)計部門中，一個重大的科研課題。在此，我根據(jù)所搜集的有關(guān)資料，談?wù)劇叭詣涌蓳u控窗簾”的設(shè)計原理初探。社會在發(fā)展，科技在發(fā)展，窗簾的設(shè)計制作也更需要加入現(xiàn)代電子技術(shù)成分

33、，使其跟上國際高科技產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代信息化發(fā)展，相信在很多家庭里窗簾還是用手拉開和關(guān)上吧！目前絕大部分家庭賓館辦公室的窗簾的開關(guān)都是用原始的手拉繩牽方式。而以繩索牽拉窗簾開關(guān)的電動窗簾機，則因繩索易磨損、易卡阻、運行不穩(wěn)定而缺乏市場。但問題還不止這個，用手動的話，時間久了，窗簾也就拉壞了，主要是因為拉力不適當(dāng)引起的，用手動掌握拉力的大小，著實不易。針對這些問題，我設(shè)計的自動窗簾對以上問題都可以避免，故我認為我的設(shè)計方案具有很高的市場前景。 以我們目前所學(xué)的知識，在實驗過程中遇到很多問題，比如我們對電學(xué)方面的知識很缺乏，高深的控制理論我們還不熟悉。我們在設(shè)計中運用了單片機控制理論，方便實用。根據(jù)調(diào)查，

34、目前市場上自動窗簾很少，而且還是自動卷式窗簾，那樣做成本很高，所以需要訂做。但是，我設(shè)計的自動窗簾結(jié)構(gòu)簡單，造價低，且實用。該窗簾由定時裝置和遙控裝置控制，這樣，在設(shè)置好的時刻，窗簾會自動開啟和關(guān)閉，在你隨時想關(guān)或者開時，可用遙控控制。因此，該產(chǎn)品我相信在裝潢方面有一定的市場，會受廣大用戶的歡迎。 一、窗簾實物結(jié)構(gòu)示意圖如下：該窗簾主要由控制電路、兩個滑輪、窗簾導(dǎo)軌（帶環(huán)）及傳動皮帶組成，其中，控制電路中包含有電動機作為驅(qū)動力，通過帶動皮帶使滑輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)窗簾的關(guān)閉運動；電動機的旋轉(zhuǎn)有控制電路控制，控制電路的定時和接受遙感信號控制電機，這樣窗簾定時開關(guān)和人工遙控控制窗簾兩種功能就實現(xiàn)了。二

35、、以上是對功能實現(xiàn)的大體描述，控制過程由以下控制原理圖實現(xiàn)，如下圖所示：本控制電路主要用單片機控制原理，單片機模塊由兩大部分構(gòu)成，即定時器顯示部分和信號接收部分，定時器顯示部分是針對窗簾的定時功能設(shè)計的，而信號接收部分用于接收遙控器發(fā)出的信號，通過調(diào)用子程序的執(zhí)行來對電機的控制，電機的停止則由對電機運動狀態(tài)監(jiān)控的傳感器將電機狀態(tài)信號反饋給單片機來實現(xiàn)的。三、經(jīng)過對該窗簾結(jié)構(gòu)及控制的不斷改進，接進商品技術(shù)日趨提高，再根據(jù)市場調(diào)研情況，全自動窗簾相信會有一定的市場，故該放案具有一定的可行性。設(shè)計材料結(jié)構(gòu)圖如下：1、滑輪結(jié)構(gòu)尺寸2、導(dǎo)軌截面圖：對于電機，型號直流電動機12V 226mA 32ZYC2

36、50就可，其他材料視情況而定本設(shè)計材料，注重了“成本估價”在中等以下家庭的經(jīng)濟承受價位，遠低于高檔窗簾的成本價位。本設(shè)計又全方位體現(xiàn)了現(xiàn)代全自動可電子搖控技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了當(dāng)今“窗簾裝飾”的各項性能優(yōu)勢。綜上所述，全自動窗簾的設(shè)計原理說明，它具有一定的可行性、實踐性和優(yōu)效性。難度等級：C偏難題目編號：009四足跳躍機構(gòu)技術(shù)特點和優(yōu)勢：該作品從整體上可以分為前后兩部分，前后兩部分間用滑竿和彈簧相連接（從而實現(xiàn)裝置的伸縮）。當(dāng)前腿往后彎曲時，此時兩后腿深長著地，裝置的重心往后移動，裝置的前半身往前深長，實現(xiàn)兩前腿騰空，裝置深長。當(dāng)兩后腿彎曲時，其過程與兩前腿彎曲時相同，實現(xiàn)的是裝置后半身往前縮短。適應(yīng)范圍：該裝置采用了伸縮傳動的跳躍式前進，整個裝置的重心隨著裝置在一個周期內(nèi)的運動發(fā)生流水式的移動。該裝置適宜于地表比較粗糙、路面較差。從研究的前景來看，跳躍式機器裝置對更智能的機器人研究課題有深遠的參考價值和利用價值。跳躍裝置的研究是嶄新的研究課題，其組成結(jié)構(gòu)和運動原理都是都處于初步的探索階段，從理論的研究角度和和實際開發(fā)的情況來看，該裝置的開發(fā)研究是完全可能的。該結(jié)構(gòu)從整體看來可以分為前后兩大部分，前后部分結(jié)構(gòu)上看來基本一致，裝置的動力機構(gòu)分布在裝置的后半部分。裝置的主要結(jié)構(gòu)如下：腿部