机械创新设计课程设计作品说明书

1、15目录一、创意构思与前景分析 2二、设计步骤 3三、零件设计与图形展示 四、设计小结 五、参考资料 一、 创意构思与前景分析休闲与时尚的结合正是现代人追求的一种生活状态。鞋，作为一种生活必需品，有着巨大的市场。然而我们还常常抱怨、不满，因为现在的鞋还有很多不尽人意的地方，当你还在为冬天脚冷而恐惧时；当你还在为孩子的炫灯鞋的巨大电池消耗而烦恼时；当你还在夜间行走没有光源而抱怨时一种带发电装置的多功能鞋被期待发明着我们的设计是一款多功能鞋的发电装置。通过在鞋内设置简单的机构系统和能量转换系统，就可以让我们的脚不再寒冷，让我们炫灯有用不完的电，夜间出行将不再可怕如果我们的装置被应用到实际中，那么鞋

2、将不再是功能单一生活必需品，而真正成为休闲与时尚相结合的一种产物。我们的设计构思是：将脚走路时下蹬的运动转化为旋转运动，再利用旋转磁铁切割线圈生电的原理，提供电能给耗能装置和储电装置用。设计中要解决的难题：1.由于整个装置需安装在鞋内，所以要求其尺寸必须紧凑。2.由于下蹬的行程有限，所以我们需要增速机构让旋转磁极尽可能多转，来产生较多的电量。3.要保证旋转磁极单向旋转。二、设计步骤1、功能分析（1）.要实现的功能鞋子的保暖、跑马灯及照明（2）.功能实现的原理发明简单的发电装置供电给发热装置、照明装置以及储电装置使用发电装置原理：线圈切割磁力线从而发电分析：现有运动为脚部蹬地进行的直线或弧线往复

3、运动，所需要的运动为线圈切割磁力线时的旋转运动。2、功能求解（1）运动形式的转换：直线（弧线）运动 旋转运动 齿轮齿条、绕线轮机构、外棘轮机构。（其简图如下） 齿轮齿条外棘轮机构绕线轮机构摇杆的摆动转化为绕线轮的旋转 （2）增速机构；由于整个机构空间有限，为满足机构的的正常工作，需要足够的电量，此时需要增速机构。齿轮增速、行星轮系增速、带轮增速、链轮增速 （3）、单向旋转功能：棘轮机构3. 实现功能的方案 (1)由踏板齿条作为主动件的方案： 1、踏板齿条 2、小齿轮（1） 3、大齿轮 4、小齿轮（2） 5、棘爪 6、内棘轮 7扭簧 小齿轮(1)和大齿轮是同轴运动，小齿轮（2）和棘爪是同轴运动运

4、动路线： 踏板齿条向下运动，与之啮合的小齿轮（1）逆时针转动，同时大齿轮逆时针转动，大齿轮带动小齿轮（2）顺时针转动，同时棘爪随之顺时针转动，棘爪带动棘轮顺时针转动。（2）由绕线轮系统作为主动件的方案：1、踏板 2、定滑轮 3、绕线轮及绕线 4、大齿轮 5、小齿轮 6、棘爪 7、内棘轮 绕线轮和大齿轮是同轴运动 、小齿轮（2）和棘爪是同轴运动运动路线： 踏板向下运动，带动绕线轮逆时针转动，同时大齿轮逆时针转动，大齿轮带动小齿轮（2）顺时针转动，同时棘爪随之顺时针转动，棘爪带动棘轮顺时针转动。（3）外棘轮为主动件的方案1：踏板摇杆 2：外棘轮 3：大齿轮3 4：小齿轮4 5:大齿轮5 6:小齿轮

5、67:旋转磁极 8:棘爪 9:止动棘爪 10: 弹簧 11:板簧 12:止动棘爪基座工作原理如下：当人踩踏板摇杆时，由棘爪带动棘轮旋转一定角度（此时止动棘爪保证不回转），与棘轮2固结在一起的大齿轮3也旋转一定角度，大齿轮3与小齿轮4啮合带动小齿轮4转动，与小齿轮4固结在一起大齿轮5也旋转起来，带动与之啮合的小齿轮6旋转，从而带动与小齿轮6固结在一起旋转磁极7旋转进行发电供其他装置使用；当人脚松开时扭簧带动踏板摇杆返回，此时由于止动棘爪的作用，后面的传动链均不运动。4、方案的优化定型：（1）我们可利用的空间很小，因此要求我们的机构紧凑;（2）我们进给方向的的位移量很受限制，而棘爪只能让棘轮转动一

6、定角度，因此我们需要更高的传动比，实现增速运动，从而实现旋转电极的多圈数旋转，尽可能多的发电；（3）我们需要有单向的运动;（4）另外由于安装再鞋里面，所以机构越简单越好。综合以上3点考虑，对于方案1，因为弧形齿条的设计制造都比较复杂，轨迹运动不好把握；对于方案2，因为绕线轮系统在鞋里面的制造安装实现比较复杂；因此，我们最终选用方案3，因为它能更好满足我们的要求。首先，我们采用的外棘轮机构，很好的实现了单向运动；其次我们采用了两极齿轮增速机构，为我们提供大的传动比（i=5*5=25）；最后，因为是两极增速，所以齿轮的直径可以缩小，这样很好的减小的体积。 所以我们最终选用方案3：以外棘轮为主动件方

7、案1：踏板摇杆 2：外棘轮 3：大齿轮3 4：小齿轮4 5:大齿轮5 6:小齿轮67:旋转磁极 8:棘爪 9:止动棘爪 10: 弹簧 11:板簧 12:止动棘爪基座三、零件设计如下脚踏摇杆箱体基本尺寸：50mm*50mm*50mm棘轮模数m=2.5 齿数z=10棘爪小齿轮模数m=0.5mm齿数z=12齿宽b=3mm大齿轮模数m=0.5mm齿数z=60齿宽b=2mm止动棘爪组件旋转磁极及线圈组件外形尺寸：ø25*12短轴：ø3*25(mm)长轴：ø3*50(mm)五、装配图轴侧外观左视外观俯视外观组装图（鞋内）四、设计小结这次机械创新课程设计分为两周进行，分别是在第

8、八周和第十一周完成，我们觉得这样的安排很合理，因为中间还有两周的时间让我们去思考并完善我们的想法。这样我们也有足够的时间去探讨研究。但是这期间我们又面临着找工作的困扰，不过还好，我们组的部分成员在开始就找到了工作，这样就能全心全意的完成课程设计，也为我们组赢得了更多的时间去更好的投入学习。这次是机械创新课程设计，所谓创新之处就是可以做老师制定的题目，也可以自己选题，灵活性非常大。我们组首先探讨和研究了老师给定的题目，再根据我们组成员的想法，从创新点出发，再加上我们组成员有强烈的团队精神、良好的纪律性、较强的工作能努力、随机处理问题的自主能力、强烈的责任感和互助互爱的人性美。我们最终确定了一个题

9、目，这个题目是经过我们组的一致同意后确定下来的。题目确定下来之后，我们就开始了整体的构思和任务的分析，之后就是分工合作，其中有很大的灵活性，可以做自己熟悉的和自己擅长的。我们组约定秉着求是务实的态度做任务的每一个部分，不为结果追逐，只为过程而努力，带着不抛弃不放弃的精神坚决一起完成任务。在这次的课程设计中我们学到了很多，最重要的就是我们团队精神得到了进一步的升华，再就是培养了我们无私和奉献的精神。团队合作精神我们深有感触，团队合作精神是我们能够完成本次机械创新课程设计的基础。首先表现在准备工作上。在准备实验的时侯，我们有明确的分工，张玉洁同学负责找资料即寻找具有合适工程背景的机构并起草报告大纲

10、，范焱锋同学则根据现有的条件设计原始机构的参数并构思替代机构，胡戈同学负责零件的设计。准备工作做的很顺利，由于从决策设计到仿真，有一步出错下面的事情就不好办了。也正是由于我们每个人认真负责的完成每一步工作，才使的准备工作比较顺利。当然这个过程中我们也有一些争论，但是正是这些争论让我们集思广益讨论出一个比较满意的机构。其次就是我们遇到问题和解决问题的能力，尤其是当遇到一些难于实现的构件按连接和干涉问题，大家一起发动，攻克难题。最后，在撰写说明书的时侯，我们不是只让一个人去写，由于在课程设计中每个人的任务各有侧重，因此我们把实验报告分为几大块，分配给每个人，这样发挥了每个人的特长。创新能力的提高本

11、次课程设计中，最大的收获之一便是通过机构的设计和实现提高了创新能力。我们认为创新是需要理论支持的，通过机械原理这门课的学习，我们系统的了解了各种机构的组成和特点功能及其有关工程背景，因此我们首先从工程背景出发，设计了原始机构，在后来的替代机构的设计过程中，我们通过分析原始机构和工程背景，想出了几大类替代机构。我们认为其实现方式从本质上基本分为两大类，直接和间接。有了理论支持，我们便从这两个方面和几种机构中挑选替代机构，最终我们挑选的是外棘轮机构，齿轮增速机构。在整个过程中，从理论分析，筛选机构，参数设计到模型简历和实体的设计，无一不体现我们的创新能力。与此同时我们也对课本知识进行了复习，可谓一举两得。在报告的最后，感谢我们的学校组建了我们这样的班级，为我们提供了一个很好的学习与实践结合的平台，再就是要感谢我们的指导老师邓老师和刘老师，最