机械创新设计-机械计数药瓶瓶盖案例-参考模板.doc

机械计数药瓶瓶盖案例设计者： 指导教师：电话： 0 引言目前国内外对于药瓶瓶盖的包装有许多，如：显窃启、防儿童误食。但是专门针对老年人健忘这一特点而设计的瓶盖却没有。机械计数药瓶瓶盖就是针对这一空缺而设计的。它是利用机械原理，通过数字的显示来帮助老年人记忆和辨识吃药的次数，以防一天吃药次数的增加或缺失。在机械创新实践基地，学生们在指导教师的指导下，设计并制作出了机械计数药瓶瓶盖。1 课题来源学生刘莹在每每看到奶奶吃药总是要姑姑提醒的时候，总在想能不能使用一种可以计数的瓶盖，这样每次奶奶吃药的时候就不必再为吃没吃而烦恼了。正好江苏省大学生机械创新设计大赛开赛，就以此为课题成立了一个参赛组。学生有刘莹、狄跃平和左涛，指导教师周一届。2 课题准备(产品调查、设计查新)在设计之前，学生们针对老年人做了一定范围的关于他们吃药情况的调查。在调查中我们发现相当大比例的老年人经常有对自己某一次该服的药是否已经服用过记不清楚，或刚刚服过药就已经忘记等这些情况。为此，有的老年人不得不把药瓶里的药倒出来重新数一遍再确定自己有没有吃药。而有的老年人则直接再吃一遍。这样的结果对于以吃药来保健的老年人来说是得不偿失的。通过调查研究，确定了课题有进行的价值。国内外现在有解决这一问题的药品包装：即将每天所服药量分成等份，分别装在可拉开的药盒抽屉里。如：一天三次服药，则将药分成三份，分别装入抽屉的三个小盒子里。根据调查得知现阶段国内外关于机械计数药瓶瓶盖设计尚属空白，再根据学生们的专业背景确定了设计方案：即用机械传动的方式，通过瓶盖数字的显示，来帮助老年人记忆和辨识吃药的次数。（查询结果来自：CNKI中国期刊网、维普中文期刊网、万方数据资源和EI Compendex）3 设计过程确定了采用机械传动的总体方案后，具体的传动还没有确定，指导老师让每个小组成员起码拿出一个方案，之后大家一起讨论确定采用齿轮传动方案，然后进行具体的结构设计和计算。3.1 传动装置确定关于机械计数药瓶瓶盖的设计最主要的是传动装置的选择。关键就是要在每次开启或关闭瓶盖的时候瓶盖自动跳动一个数字。通过数字的显示来完成对吃药次数的提示。譬如：一天吃三次。则第一次开或关则显示数字1，第二次则显示数字2，第三次则显示数字3。一天结束后，第二天使用仍重复昨天的动作。如此反复。即要实现周期性的动作。思索了两个星期，大家想出了许多的方案：（1）通过棘轮机构来完成。考虑到棘轮机构运动可靠，从动棘轮的转角容易实现有级的调节。同时在低速、轻载下容易实现间歇运动1；（2）利用像发卡的装置通过材料的塑性变形来完成每次对数字的推动；（3）通过两层瓶盖来实现。下面一层瓶盖与瓶身固定，在其上面平均分配3个数字和三个倒药孔，通过上面一层瓶盖的旋动来完成对数字的显示，同时完成倒药的功能。（4）通过齿轮的传动来完成。考虑到齿轮能够实现比较精确的传动比2，同时传动可靠而且简单。而且齿轮也有很好的通用性。又考虑到方案（1）要实现功能，所做的动作太多、太复杂了。还要通过其他的弹簧机构才能实现；方案（2）虽然简单，但如何实现循环的运动却无法解决；方案（3）无法较好的解决药品的密封问题，同时倒药孔可能太小而不能完成倒药的功能。最终，我们选择了方案（4）。3.2 齿轮传动 设计齿轮传动我们主要考虑的问题有：1、选择多少传动比来完成每天吃药三次或两次或其他次数的数字显示；2、齿轮的齿数和模数要选择多少来确定适当的齿轮直径，同时这涉及到显示的数字的大小。若数字过小，不便老年人查看；3、齿轮要如何在瓶盖上固定。最初，我们选择的传动比为5：12。由于12是2、3、4的倍数，这样既可以实现每天吃三次的要求，同时也可以实现每天两次和四次的要求。由于一般药瓶的直径不超过50mm。我们选择齿轮的模数为0.5mm，小齿轮齿数定为20个，大齿轮的齿数为48个。通过上述设计就可以实现每30度显示数字一次。数字的显示是在大齿轮上完成的。具体的工作原理以下图来说明（以5：12为例）： 图1 大齿轮显示数字原理而齿轮的固定设计我们采用了轴孔配合的方式。我们设计了瓶盖座，通过螺纹连接使得它和瓶身相连。这样可以很好解决药品的密封问题。而在其上我们使用了薄垫片，通过薄垫片来实现齿轮与瓶的连接：小齿轮的轴穿过瓶盖座、薄垫片和小齿轮。为了实现小齿轮和轴不动，我们在轴上钻螺纹孔，通过螺钉来固定；大齿轮的轴穿过薄垫片和大齿轮。通过轴肩的轴向固定来实现齿轮的转动。我们试做了一套这一传动比的瓶盖，发现显示的数字并不如想象中那么容易让老年人查看。为此，我们重新选择了齿轮的传动比和齿数，现列于下表：表1.齿轮传动参数传动比模数 小齿轮 大齿轮 功能 1 1：3 0.5 16 48每天三次 21：4 0.5 14 56每天两次或四次3.3 防回转装置 瓶盖的每次开启或关闭来实现数字的显示。但是如果瓶盖在开启的时候不经意的转回则可能造成数字显示的错误，而致使老年人少食或多食，这样就失去了设计的初衷。为此，我们在瓶盖座上设计了倒三角装置。通过它的塑性变形来完成功能。即每次开启瓶盖的时候挤压它使它发生变形，这样瓶盖转过，完成显示数字的功能。而三角装置则恢复原状，瓶盖无法自行回转。4完成制造设计是在Proe平台上进行的，三维图设计（图2）完成后学生们再绘制二维工程图，并由学生去联系工厂进行制造，而后进行装配完成（图3）。之后潘嘹同学又加入了课题组，由他完成了防回转的部分。图2三维设计图图2实物照片 5 创新特色第一，机械计数瓶盖增加了药瓶瓶盖的功能。可以提醒老年定时服药。第二，机械计数瓶盖的设计是利用简单的机械原理，即齿轮传动的原理，通过特定的传动比来实现计数的功能。目前国内外对于药瓶瓶盖的包装有许多，如：显窃启、防儿童误食。但是专门针对老年人健忘这一特点而设计的瓶盖却没有。而这一设计正好弥补了这一空白。6 应用前景在老龄化越发明显的今天，我们对于老年人的关爱应该体现在各个方面。越是微小之处越是能够看出我们的用心。机械计数药瓶瓶盖正是这一爱心