機(jī)械創(chuàng)新大賽作品仿生睡蓮設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)+武漢工業(yè)學(xué)院

2012年湖北省高校大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽湖北分區(qū)預(yù)賽仿生睡蓮設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽作品報(bào)名表參賽作品名稱(chēng)仿生睡蓮所在學(xué)校武漢工業(yè)學(xué)院郵政編碼430023聯(lián)系人柯添津聯(lián)系人通訊地址武漢市常青花園中環(huán)西路特一號(hào)武漢工業(yè)學(xué)院電話Email參賽者姓名性別班級(jí)所學(xué)專(zhuān)業(yè)1柯添津男機(jī)制093班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2曾希男機(jī)制093班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化3王雙女機(jī)制092班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化4彭舜堯男電氣自動(dòng)化093班電氣自動(dòng)化5楊利華男機(jī)制092班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名性別職稱(chēng)專(zhuān)業(yè)1李詩(shī)龍男教授食品機(jī)械2滕紅華女副教授機(jī)械設(shè)計(jì)作品內(nèi)容簡(jiǎn)介〔400字以?xún)?nèi)〕現(xiàn)代家庭中人們?cè)絹?lái)越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調(diào)查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒(méi)有動(dòng)態(tài)效果。因此，設(shè)計(jì)一種仿生花不僅無(wú)需照顧到達(dá)裝飾美觀的效果，還能到達(dá)與人互動(dòng)、娛樂(lè)家庭的目的。仿生睡蓮主要有機(jī)械動(dòng)作和電路控制兩大局部：機(jī)械局部主要完成花托的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)和螺旋滑塊控制花瓣的開(kāi)合；電力局部提供動(dòng)力，并完成信號(hào)的收集、處理與反應(yīng)。在白天，睡蓮處于閉合狀態(tài)，當(dāng)人走近時(shí)睡蓮花瓣會(huì)自動(dòng)開(kāi)放，當(dāng)人離開(kāi)一定距離時(shí)花瓣又會(huì)自己慢慢閉合；在晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當(dāng)人對(duì)睡蓮拍掌、呼喚時(shí)睡蓮才會(huì)綻放，并播放音樂(lè)，與人互動(dòng)。仿生花的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的表現(xiàn)力，為今后娛樂(lè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新的方向。目錄一、作品背景與市場(chǎng)現(xiàn)狀………3二、作品主要功能………………4三、方案的構(gòu)思與實(shí)現(xiàn)…………5四、模型及主要零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)……………9五、設(shè)計(jì)制作中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方法……11六、作品模型的示意圖…………14七、創(chuàng)新特色及應(yīng)用前景………15八、結(jié)束語(yǔ)及參考文獻(xiàn)…………16附錄……………16摘要：仿生睡蓮是一種不僅無(wú)需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時(shí)，還能到達(dá)與人互動(dòng)、娛樂(lè)家庭的機(jī)械裝飾花。仿生睡蓮主要由機(jī)械動(dòng)作和電路控制兩大局部構(gòu)成。機(jī)械局部主要完成花托的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)和螺旋滑塊控制花瓣的開(kāi)合；電力局部提供動(dòng)力，并完成信號(hào)的收集、處理與對(duì)睡蓮動(dòng)作的控制。本仿生睡蓮與現(xiàn)有的裝飾花相比，具有滿(mǎn)足裝飾功能的同時(shí)又能與人互動(dòng)、娛樂(lè)家庭。仿生植物作為新型娛樂(lè)產(chǎn)品對(duì)美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。關(guān)鍵詞：仿生；裝飾；互動(dòng)；娛樂(lè)一、創(chuàng)意背景與市場(chǎng)現(xiàn)狀現(xiàn)代家庭中人們?cè)絹?lái)越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調(diào)查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒(méi)有動(dòng)態(tài)效果。因此，設(shè)計(jì)仿生睡蓮不僅無(wú)需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時(shí)，還能到達(dá)與人互動(dòng)、娛樂(lè)家庭的目的。仿生睡蓮在裝飾美化家庭環(huán)境的同時(shí)還能“與人共舞”，并獻(xiàn)上一曲美妙音樂(lè)，讓家庭每個(gè)成員享受一種大自然的樂(lè)趣，舒心悅目。仿生植物為家庭互動(dòng)裝飾提供新的方向，這對(duì)促進(jìn)設(shè)計(jì)仿生娛樂(lè)植物產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展以及美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。二、作品主要功能1、睡蓮的主要功能1〕感應(yīng)光線、聲音及人的距離完成睡蓮動(dòng)作的控制2〕完成花瓣的開(kāi)合以及睡蓮的旋轉(zhuǎn)3〕控制音樂(lè)的播放，彩燈的閃爍4〕開(kāi)啟超聲波霧化器完成對(duì)空氣的清新2、睡蓮動(dòng)作的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：白天，睡蓮處于閉合省電狀態(tài)，當(dāng)人走近時(shí)睡蓮花瓣會(huì)自動(dòng)開(kāi)放，旋轉(zhuǎn)并且播放音樂(lè)，當(dāng)人離開(kāi)一定距離時(shí)花瓣又會(huì)慢慢閉合；晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當(dāng)人對(duì)睡蓮拍掌、呼喚睡蓮才會(huì)綻放，并播放音樂(lè)，與人互動(dòng)。圖1.流程圖三、方案的構(gòu)思與實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.此裝置主要由四桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)蓮花的動(dòng)作，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。由2個(gè)電機(jī)分別控制花瓣開(kāi)合及花的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作。這種設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、方便且能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。〔1〕、花瓣開(kāi)合動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)花瓣的開(kāi)合主要由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以及四桿機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)二帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，使得頂桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，頂桿帶動(dòng)其上面的套筒，進(jìn)而使得四桿機(jī)構(gòu)、搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)花瓣的開(kāi)與合。圖3.曲柄驅(qū)動(dòng)頂桿向下運(yùn)動(dòng)圖4.頂桿帶動(dòng)套筒及四桿機(jī)構(gòu)〔2〕、蓮花旋轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)由電機(jī)一，通過(guò)齒輪減速后帶動(dòng)花托旋轉(zhuǎn)，花托通過(guò)方形孔帶動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)，套筒由于套在頂桿上，因此頂桿不旋轉(zhuǎn)?；ㄍ泻吞淄餐瑫r(shí)帶動(dòng)連桿實(shí)現(xiàn)蓮花的旋轉(zhuǎn)。圖5該裝置防止了帶動(dòng)開(kāi)合機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，簡(jiǎn)化了加工，傳動(dòng)可靠，與開(kāi)合機(jī)構(gòu)互不干擾，可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。套筒與花托同時(shí)旋轉(zhuǎn)，解決四桿機(jī)構(gòu)以及搖桿機(jī)構(gòu)中受力過(guò)大的問(wèn)題。圖6花托、套筒及頂桿模型示意圖模型及主要零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)模型主體尺寸：270x220x400〔mm〕；電機(jī)主要參數(shù):體積:46x25x25mm；表1.電機(jī)參數(shù)表型號(hào)JGA25-370電壓V轉(zhuǎn)速rpm/min電流A扭矩Kgxcm功率W減速比重量g3120.11.3125098齒輪參數(shù)初步擬定直齒圓柱齒輪嚙合，大、小齒輪材料均選用聚四氟乙烯表2.齒輪尺寸參數(shù)表名稱(chēng)齒數(shù)z模數(shù)m/mm壓力角a/°分度圓直徑Dm/mm齒寬B/mm大齒輪381.5205715小齒輪191.52028.510軸承參數(shù)表3.軸承參數(shù)表軸承代號(hào)根本尺寸/mm安裝尺寸/mm根本額定動(dòng)載荷Cr/kNdDBdaminDamax壓力點(diǎn)a36.87208AC408018426517.0五、設(shè)計(jì)制作中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方法1、花瓣的制作由于花瓣是片狀、并有一定弧度的曲面，在現(xiàn)有的加工條件下制作較為困難，考慮到礦泉水瓶在靠近瓶口的一局部瓶身有較為理想的弧度，于是利用相應(yīng)局部剪出弧形花瓣，并在花瓣上套上與睡蓮花瓣相近顏色的絲襪，以此到達(dá)近似于真是花瓣的效果?？刂苹ò觊_(kāi)合的連桿的制作控制花瓣開(kāi)合的連桿尺寸較小，在現(xiàn)有的加工條件下加工較為困難，考慮到雨傘骨架徑向尺寸較小，并且質(zhì)量較輕，適合本方案要求，因此只需用較少的工序就能將雨傘骨架制作本錢(qián)方案要求的連桿。花托與花蕊的同步動(dòng)作因控制花瓣開(kāi)合的連桿是而二力桿，花在旋轉(zhuǎn)時(shí)花蕊、套筒、連桿、花瓣必須具有一致的角速度才能保證連桿的受力要求，未解決此問(wèn)題，本方案將套筒下部加工一定形狀如方形，與花托內(nèi)部相應(yīng)部位形成間隙配合，保證花瓣開(kāi)合式套筒的上下運(yùn)動(dòng)不受影響，而在花托旋轉(zhuǎn)時(shí)訥訥關(guān)于套筒同步旋轉(zhuǎn)，使連桿只受軸向力，防止卡死。六、作品三維模型的示意圖創(chuàng)新特色及應(yīng)用前景創(chuàng)新特色仿生蓮花不受天氣、營(yíng)養(yǎng)等影響，具有長(zhǎng)期的欣賞價(jià)值，作為家庭娛樂(lè)裝飾產(chǎn)品；能夠“感受”光線和聲音，與人互動(dòng)；花瓣旋轉(zhuǎn)展開(kāi)時(shí)伴隨音樂(lè)，創(chuàng)造優(yōu)雅環(huán)境；仿生花采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，市場(chǎng)上仿生機(jī)械植物類(lèi)產(chǎn)品罕見(jiàn)。應(yīng)用前景目前盆景花都需要精心照顧，仿生蓮花不僅不需要澆水，在裝飾美化家庭環(huán)境的同時(shí)還能“與人共舞”，并獻(xiàn)上一曲美妙音樂(lè)，讓家庭每個(gè)成員享受一種大自然的樂(lè)趣，舒心悅目。現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研究主打?qū)嵱眯?，而仿生花的研究另辟蹊徑，以仿生自然界植物?lái)吸引人們的注意，為市場(chǎng)上娛樂(lè)產(chǎn)品增添新的血液，為家庭互動(dòng)裝飾提供新的方向。今后的研發(fā)中，仿生花還可以與空氣清新器或者驅(qū)蚊器相結(jié)合，讓“仿生”花真正到達(dá)植物的空氣清新效果。八、結(jié)束語(yǔ)此次機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不僅將我們所學(xué)的理論知識(shí)得到了應(yīng)用，到達(dá)了理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的，而且鍛煉了我們的創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過(guò)此次實(shí)踐，我們進(jìn)一步了解到一些客觀事物的根本規(guī)律，提高了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)，產(chǎn)生了探索未知事物的原動(dòng)力，相信此次實(shí)踐必將對(duì)以后的學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生一定的積極作用。參考文獻(xiàn)1、《機(jī)械設(shè)計(jì)》濮良貴、紀(jì)名剛主編高等教育出版社2006年2、《大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽指導(dǎo)》趙明巖主編浙江大學(xué)出版