全国大学生机械创新大赛

全国大学生机械创新大赛增强创新意识，勇攀科学高峰增强创新意识，勇攀科学高峰AdministratorAdministrator问题的提出………………...............................................................................................1.1产品设计背景………………………1.2产品主要创新点………………..1.3推广应用价值………………….第一章问题的提出1.1产品设计背景材快捷方便的固定在支架内部，更显大方简洁。2.1.4多功能支架板1）电动控制，升降自如，显示器后仰角可调整至30°以达到最佳的视角效果；2）使用灵活，稳定性好，抗震性能好、并具有防夹手功能；3）可安装绝大多数品牌的液晶显示器；4）自动开合装饰板，超薄设计，外形美观大方，角度自动调节；2.1.5多功能粉笔套图2 .1.1自动粉笔的原理和自动铅笔的原理一样，就是用把粉笔放到机械笔管里，像自动铅笔一样需要多少就按出多少。同时把这个机械笔管的手握部分做成符合人体工程学。这样的设计节约点资源，便于老师的使用。2.1.5多功能散热器采用金属底座可以更好地将笔记本内热量吸收并扩散出去，并且金属底座坚固耐用，使用寿命长。在散热底座上面安装一个大散热风扇来提高散热性能。这种风冷散热方式包括吸风和吹风两种。两种送风形式的差别在于气流形式的不同，吹风时产生的是紊流，属于主动散热，风压大但容易受到阻力损失，例如我们日常夏天用的电风扇；吸风时产生的是层流，属于被动散热，风压小但气流稳定，例如机箱风扇。理论上说，开放环境中，紊流的换热效率比层流大，但是笔记本底部和散热底座实际组成了一个封闭空间，所以一般吸风散热方式更符合风流设计规范。第四章运动分析4.1主要部件介绍4.1.1LED照射灯发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光原理：它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。图.2伸缩杆它是采用金属带材或塑料片材卷制而成的可伸缩空心圆柱体杆，其特征是金属带材或塑料片材预先定型为具有记忆功能的小于杆体外径的弹力卷曲层，从而具有自紧功能，使卷曲层始终具有对伸缩杆施加压力的弹性势能。4.1.3底座它是用于放置教学设备的，比如电脑，教科书等教学器材。4.1.4盒盖它是用于方便携带与折叠。4.1.5连接机构它是用于连接伸缩杆和底座的配合，使得使用起来方便快捷。4.2支撑机构分析4.2.1支承机构原理支承机构是由四个伸缩杆组成，目前调平系统的支撑有三点支撑、四点支撑、六点支撑等几种方案。三点支撑调平相对容易，缺点是抗倾覆能力差，必须增大支撑跨距以提高抗倾覆能力；四点、六点调平支撑可靠，抗倾覆能力强，但存在静不定问题，容易产生“虚腿”，静不定次数越高，系统越复杂。从设备的可靠性和成本考虑，采用了四点支承原理，这样就可以减少应用时出现的问题。4.2.2支承机构受力分析支承机构是通过四点支承原理的应用实现的，在底座受到压力时，向下的压力分别分担给四个伸缩杆，通过分担作用使得伸缩杆受到的压力相同，这样使得机构达到稳定。图底座分析4.3.1底座的设计对于底座的设计，我们充分考虑到电脑的散热文件，以及经济的考虑，我们在设计是采用了比较轻且强度较高的材料来运用在这上面，同时在平面上挖去了四个圆，这样既有经济性，又排除了电脑散热问题，同时也减少了底座的重量，增加了结构的稳定性。图.2底座受力分析对于底座的受力分析，底座除了受到压力外还受到伸缩杆的支承力，这样受到的两个力成静力作用于底座。为了防止伸缩杆和底座的连接处受力集中，我们采用了连接机构，使得伸缩杆与底座的连接处的受力平均且不会因受力集中而损坏。图盒盖分析4.4.1盒盖的材料特性此制品要求的材料为聚酰胺，牌号为ABS。ABS：是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的合成塑料丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的接枝共聚合产物，取它们英文名的第一个字母命名。它是一种强度高、韧性好、综合性能优良的树脂，用途广泛，常用作工程塑料。工业上多以聚丁二烯胶乳或苯乙烯含量低的丁苯橡胶为主链，与丙烯腈、苯乙烯两种单体的混合物接枝共聚合制得。实际上它往往是含丁二烯的接枝聚合物与丙烯腈－苯乙烯共聚物SAN(或称AS)的混合物。近年来也有先用苯乙烯、丙烯腈两种单体共聚，然后再与接枝共聚的ABS树脂以不同比例混合，以制得适应不同用途的各种ABS树脂。20世纪50年代中期已开始在美国工业化生产。工业生产方法可分两大类：一类是将聚丁二烯或丁苯橡胶与SAN树脂在辊筒上进行机械共混，或将两种胶乳共混，再共聚；另一类是在聚丁二烯或苯乙烯含量低的丁苯胶乳中加入苯乙烯和丙烯腈单体进行乳液接枝共聚，或再与SAN树脂以不同比例混合使用。结构、性质和应用在ABS树脂中，橡胶颗粒呈分散相，分散于SAN树脂连续相中。当受冲击时，交联的橡胶颗粒承受并吸收这种能量，使应力分散，从而阻止裂口发展，以此提高抗撕性能。接枝共聚合的目的在于改进橡胶粒表面与树脂相的兼容性和粘合力。这与游离SAN树脂的多少和接枝在橡胶主链上的SAN树脂组成有关。这两种树脂中丙烯腈含量之差不宜太大，否则兼容性不好，会导致橡胶与树脂界面的龟裂。ABS树脂可用注塑、挤出、真空、吹塑及辊压等成型法加工为塑料，还可用机械、粘合、涂层、真空蒸着等法进行二次加工。由于其综合性能优良，用途比较广泛，主要用作工程材料，也可用于家庭生活用具。由于其耐油和耐酸、碱、盐及化学试剂等性能良好，并具有可电镀性，镀上金属层后有光泽好、比重轻、价格低等优点，可用来代替某些金属。还可合成自熄型和耐热型等许多品种，以适应各种用途。ABS成型性能优良，硬度、耐磨性和润滑性很突出，并且有很好的耐冲击性，其吸水性小，成型前可不进行干燥，收缩小，制品尺寸稳定，比热容小，可很快加热塑化，塑化量较大，故成型速度快，生产周期短，可进行高速注射；流动性好，可采用注射、挤出、真空等各种成型方法。但注射成型时应防止溢料，应控制成型温度，压力和时间等工艺条件，以减少内应力。故设计成型零件时要注意配合间隙的选择，并且设计冷却水道以控制温度变化情况。4.4.2盒盖受力分析盒盖只是受到底座的合页对它的作用力，这样可以通过合页的作用使得盒盖的张开角度是一定的。图4.3.1盒盖主要受到的是合页对它的作用力，作用力的大小取决于盒盖的张开角度的大小，张开角度越大，受到的作用力就会越大。4.4.3合页的分析合页是家具铜饰件。俗称铰链。常组成两折式，是连接家具两个部分并能使之活动的金属件。合页：一种用于连接或转动的装置使门，盖或其它摆动部件可借以转动，通常由销钉连接的一对金属叶片组成。左右拆分合页安装合页有讲究，要注意的6大要点有：（1）安装前，应核对合页与门窗框、扇是否匹配。（2）检查合页槽与合页高、宽、厚是否匹配。（3）应检查合页与其连接的螺钉、紧固件是否配套。（4）铰链的连接方式应与框、扇的材质相匹配，如钢框木门所用的合页，与钢框连接的一侧为焊接，与木门扇连接的一侧则为木螺钉固定。（5）在合页的两片页板不对称的情况下，应辨别哪一页板应与扇相连，哪一项页板应与门窗框相连，与轴三段相连的一侧应与框固定，与轴两段相连的一侧应与框固定。（6）安装时，应保证同一扇上的合页的轴在同一铅垂线上，以免门窗扇弹翘。图4.4.1第五章工艺设计5.1外观设计盒盖工艺设计主要是其外观及材料的选取，因为一个产品的外观设计很大程度上决定了一个产品的性能与质量。外观设计是指形状、图案、色彩或其结合的设计。其中，形状是指三维产品的造型，如电视机、小汽车的外形。图案一般是指两维的平面设计，如床单、地毯的图案等。色彩可以是构成图案的成分，也可以是构成形状的部分。这样，外观设计可以是立体的造型，可以是平面的图案，可以辅以适当的色彩，还可以是三者的有机结合。外观设计是指形状、图案、色彩或其结合的设计，又隐含着外观设计必须富有美感。事实上，运用形状、图案、色彩对产品的外表进行装饰或设计，必然会为产品带来一定的美感。当然，对于外观设计中美感的要求不能定得太高。在美国1930年的一个案例中，申请人就一件混凝土搅拌器的外观设计提出专利申请，专利局以缺乏装饰性美感为由，驳回了申请。法院则推翻了专利局的决定，指出“对于外观设计专利中美感和装饰性的要求，不能定义为在美术品或艺术品中所见的美和装饰性。”法院认为，外观设计专利法的目的是鼓励人们尽可能消除许多机器或机械装置上不雅观和令人厌恶的特征。多功能电脑桌的盒底我们采用4个直径为8厘米的圆洞组成，比起盒边我们采用下沉1cm的设计，功能有以下三点：1便于放置电脑；2为电脑风扇留出隔间，有利于散热；3节约材料，减低成本。我们在其他部分就用网格构架的模式，优点与以上的三点类似。5.2工艺要求是在分析工艺规则的特点和作用对象的基础上,给出了一种新的工艺规划,利用制品属性关联将产品设计参数与工艺资源性能参数关联起来的执行过程。比如我们在加工支撑架时就应该用直径为2.5cm的圆柱形铝合金或其他硬性材料制作，加工时要注意剔毛刺，圆滑倒角等等。图5.2.1配合的加工要注意我们在加工机械副（转动副）的过程中不采用过盈配合，而要留出一点间隙便于滑动，但同时也要注意会不会出现应力集中从而造成机械疲劳再厉害就导致材料断裂。第六章收获与体会本次项目我们走的是发明创新的道路，设计了一种方便实用的辅助教具机械——多功能电脑桌。在结构方面做到了突破和创新，顺应了现代机械的潮流。参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是对自己一个自我提升的过程，在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要：（1）团队合作和协调沟通能力。任何一种机械产品的开发，凭一人之力是很难完成的，此时团队的力量将变得十分重要。如果一个团队成员合作能力强，大家能够互相协调并有效地沟通，拧成一股绳，产生的力量会无比强大。如果大家努力的方向不一致，大家互不接受对方的意见，工作将难以开展，或者效率很低。之所以强调这一点，是因为在设计过程中大家出现几次意见分离，产生了抵触情绪。当自己在精心做完一项工作时，却得到其他组员的批评指责时，其实他只是凭自我感觉说话，而我当时十分恼火，直接扔下工作不管。其实我觉得一个团队中大家必须相互理解，每个人的做法都有自己的理由，我们一开始不能凭感觉否决他人，而是应该理解别人的思想后再给出中肯的意见。所以我从中学会去了解小组中每个成员的做事方式，去进行有效地交流沟通，不要简单地批评他人的构思，而是学会倾听，然后积极讨论，为一个共同的目标努力。（2）一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有强烈的目标很难取得比赛的成功。（3）各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。（4）从这次机械创新设计大赛中我也知道了自己眼高手低的不良态度，其实这也是大学生普遍存在的问题。因为在学校了我们只能通过课本去了解知识，很多机械知识获取只是通过做习题来掌握。殊不知机械学科是一门长期实践的学科，很所结构在纸上画起来十分简单，用鼠标随便点点画画就行了，殊不知很多学得东西无法运用到生活中去，造成知识与生活脱节，纸上建模简单，但真正投入到实际加工中，我们就会对自己的设计十分担心，因为实际加工影响因素多，自己考虑问题不全面，产生一系列问题。另外我感觉自己以前可能对机械结构观察不深入，接触的机械产品太少，具体到设计过程中时，大脑中浮现的机械结构太少，只能根据产品功能去查阅书籍。所以我认为对于机械专业学生，必须生活中留心观察各种机械结构，了解工作原理，存储在大脑中，这样设计产品才能得心应手。有了一定机械知识的存储，才会从中得到灵感，才能有好的创新点子。（5）每一次团队合作也是一个相互学习的过程，这个学习不仅仅是涉及项目知识的快速学习，而是学习他人优秀的品质。通过这次团队合作，自己可以认识很多优秀的人，通过他们，意识到自己的不足，每个人都有自己的优点，我们只有虚心请教他人，才能使自己快速成长。我很欣赏龚力学长，因为他做事非常有条理性，每天都会规划好自己要做的事情，做事目的明确，领导能力很强。还有郑金忠英语非常好，常常翻阅英文资料，查找的资料十分全面，我以后也要看看类似英文的材料，毕竟国外机械行业做得比我们好，自己不能局限于中文资料。参加这种比赛，也可以锻炼一个人的意志力，因为我们只能利用业余时间做这种比赛，所以玩的时间少，项目的完成进度经常会和学习考试发生冲突，自己必须在短的时间内，学习新的内容，从而提高了自己办事的效率。非常希望学校以后能够多多举行这种比赛，并给予一定的研究经费。大学里工科类学生必须注重实践，通过动手实践，可以加深我们对大学所学知识的综合运用，提高自己的动手能力和思维能力。从最初的设计到后期的产品制作，我们遇到了各种挫折和困难，经过很多次探讨、尝试，成功想出了办法并且解决了问题。刚开始用PRO/E建模时，队员们有些是初次接触这种软件，所以会有一点生疏，但是慢慢的就很熟练了，这是一次宝贵的经验。学习软件时，出工程图普遍遇到了麻烦，其中的尺寸标注就要精细的计算才行。而在后期的产品制作过程中，即使有精细的尺寸图，但还是会因为机构不合理而制作不出。但我们还是克服了种种困难将产品做了出来。这次比赛，我们都得到了锻炼，期间积累的经验和学到的东西都是不可估量的，是可以受益终生的宝贵财富。通过本次比赛不仅对所学机械原理、机械设计、机械制图等知识进行了复习巩固，同时也学到了很多新的东西，比如单片机的应用，收获很多。但我们认为学到的更多的是设计的过程，从选题到规划到得出结果，这期间不仅需要学习一些必备的知识，更重要的是对任务的规划和分配。有效的分工合作可以大大提高效率，同时也培养了自己的协调组织能力。对于一个团队来说，时间的分配显得尤为重要，否折不可能在规定的时间顺利地完成任务。真正实际的加工和模型的理论设计是完全不同的两个概念，从工程图的制作到联系工厂进行加工，每个步骤都必须非常严谨，一个尺寸的错误都可能直接导致零件加工不出来，或者加工出来的零件无法成功装配。这是产品加工不可缺少的一部分。我们也想象以后加工的过程中我们可能会遇到了很多困难麻烦，从图纸的质量到零件的装配，所以在设计期间修改和再加工已经成了家常便饭。加工装配的同时也在不断地调试，特别是加入了简单的电路，就要让电路可以成功实现照明功能，在过程中也做出来很多的修改。这段时间很辛苦，但是我们学到的东西真的很多，这不仅仅是在课堂上学不到的，如果不去尝试的话，永远都不会有这种体验。这实在是一段宝贵的经历，受用终生。第七章致谢本次比赛是在我们热能与动力工程专业五个人齐心协力下完成的，我们团结协力，坚持付出和支持队友，对此我们建立了无比坚定和谐的团队精神！本次比赛感谢我们这个团队。整个比赛期间，正是在我们的共同努力，不断奋斗，相互包容，团结奋进，克服各种难关，才能圆满完成任务，在此同时也得到了同学以及网友的帮助，衷心感谢帮我们一起分析机构的机械大类熊楚良同学，以及在PRO/E技术群上回答