《创新实例》PPT课件

第9章创新实例与分析,一、创新思路的分析,轮椅爬楼梯最基本的要求就是将轮椅升高到高一级的台阶上,为了实现这一要求，不同学校采用了不同方案。,第二届全国大学生机械创新设计大赛确定的大赛主题是“健康与爱心”，内容包括：“助残机械、康复机械、健身机械、运动训练机械等四类机械产品的创新设计与制作”。在助残机械中可爬楼梯的轮椅成为不少学校的参赛作品选题。,华中科技大学的参赛作品“星轮行星论转换式可爬楼轮椅车”,作品采用的是星轮行星轮转换式方案，驱动后置。其基本原理为：平地行走时，后三角轮两轮着地（图9-2），驱动行星齿轮系的中心齿轮便可以前进；爬楼时，利用一个离合器锁紧机构将行星齿轮系锁住，驱动中心齿轮便会使三角轮整体翻转逐级爬上楼梯，,浙江大学的参赛作品“半自动爬楼梯轮椅”,在设计上突破了传统的爬楼梯轮椅都是全自动的模式，采用了他人辅助上楼的方式，很好的解决了轮椅爬楼过程中重心调整的最大难题，极大地降低了爬楼梯轮椅的制作难度和制作成本。,福州大学的作品“电动爬楼梯轮椅”,将爬楼梯动作分解为水平和竖直升降两个运动，通过单片机控制两台可逆电动机驱动相应机构，完成轮椅两部分的相对移动，实现整台机器上下楼梯的功能。,以上三项作品实际上是三个创新思路第一个作品的思路是在同一结构上通过简单转换得到两种驱动模式，分别适应爬楼和平地行走；第二个作品的思路是采用了他人辅助上楼的方式，解决了轮椅爬楼过程中重心调整的最大难题，降低了制作难度和制作成本，而且水平运动靠人力，升起运动靠电动机驱动；第三个作品的思路是将爬楼梯动作分解为水平和竖直升降两个运动，通过单片机控制两台可逆电动机驱动相应机构，完成轮椅两部分的相对移动，实现整台机器上下楼梯的功能。,二、创新实例,1.多功能齿动平口钳,该项作品北京化工大学在第一届全国大学生机械创新设计大赛中获得一等奖的作品。,图910V形钳口的受力分析,图911创新方案草图,图912双齿轮齿条结构,剪切工作块剥线工作块压线工作块订书器工作块,尖嘴钳工作块绞杠扳手工作块橡胶材料工作块圆弧形工作块,图913多功能模块,2.机械式停水自闭水龙头,该项作品是大连理工大学在第一届全国大学生机械创新设计大赛中获得一等奖作品。,本作品首先采用的创新方法是希望点列举法，希望设计一个水龙头，能起到停水后自动关闭，再来水也不会出水的作用。因为现实生活中常常会出现这样的现象，人们在用水时，如果突然停水时，往往会忘记关闭水龙头，而离去。若再来水，则会“水漫金山”，造成浪费。如何设计一个机构巧妙，成本低廉，体积不大的装置是本作品的主要目标。,图914自闭水龙头结构于原理,（a）(b)图915水压变化导致柱塞运动图916自闭结构示意图,第二届全国大学生机械创新大赛中大连理工大学的获奖作品,3.防倾翻轮椅,图917支撑机构实物图,图918正常时序,图919锁定时序,图920复位时序,作品采用串联组合方法，将滑块摆杆机构与平行四边行机构的串接，实现支撑杆的收放，采用异类组合方法，将楔紧装置与滑块组合在一起，实现滑块运动的反向锁定，保持支撑杆的展开状态。,4.省力变速双向驱动残疾人车用驱动装置,第二届全国大学生机械创新大赛中北京科技大学的获奖作品省力变速双向驱动残疾人车用驱动装置,实现特有的功能：双向驱动均向前行车，可以缓解手臂运动疲劳；向前、后不同方向驱动时，传动比不同，即反向驱动可实现变速功能，从而提高行车效率、减轻旅途疲劳；能够自动防止后退，保证上坡时的人身安全。并且，使用单向离合器(单向轴承)代替传统的棘轮机构，减小摩擦，延长机构使用寿命。此驱动装置能更方便残疾人的出行，并且提高了行车安全性，可最大限度地服务于残疾人。,作品采用了异类串联组合法，将单向轴承串联于行星轮系的行星轮的支承中，实现内齿圈相对太阳轮的单向相对转动，同时还采用了异类并联组合法，将楔块装置与行星轮系（工作时为定轴轮系）并接，实现双向驱动均向前行车，向前、后不同方向驱动时，传动比不同，即反向驱动可实现变速功能，从而提高行车效率。,5.自由轮椅,第二届全国大学生机械创新大赛中北京化工大学的获奖作品,采用了独特的上坡单向止退装置解决了这个问题。此装置利用棘轮机构运动的单向性来实现轮椅上坡时只进不退的功能。为了达到上坡时止退、平地上前进后退自如的效果，作品利用不倒翁原理，设计了一种自动棘爪离合器。,在这一作品采用功能移植的方法，将不倒翁的原理移植到上坡时棘轮防倒作用的控制上，采用同类功能并联组合方法，研制了双棘轮机构，增加了上坡止退的可靠性和减小了回滑距离。,6.饮料瓶捡拾器,第二届全国大学生机械创新大赛中北京化工大学的获奖作品,图925饮料瓶捡拾器结构图,该作品主要采用了机构组合创新法，是由一个曲柄滑块机构（增力握把）和另外一个曲柄滑块机构（夹持驱动）进行串联组合，同时在连杆和曲柄的铰链处并联了一个平行四边形机构，以增加曲柄滑块机构的横向稳定性。采用联想法和移植法，将变速自行车的变速控制机构用到作品的开口度控制滑块的控制中。采用串联组合法将夹持驱动曲柄滑块机构中的固定铰链串接一个移动副，以改变铰链的位置，最终达到改变夹持器开口度的目的。,7.地震应急床,第二届全国大学生机械创新大赛中兰州交通大学的参赛作品,但是当地震发生时，地震的监测设备在第一时间监测到地震信息并发射无线电信号，安装在床头的接收器收到信号后，在不到2s的时间内，通过电路控制使它的电磁铁得电瞬间失去磁性，因重力的作用而实现床板下落、侧架合拢等一系列的机械运动，带有弧度的两个侧架在人体的上方形成一个拱形的保护层。,图926地震应急床,该作品主要采用了功能组合创新法，将一个普通床的功能和可以形成拱形保护架的保护功能组合到一起，同时采用了反向作用的原理，即在利用电磁铁得电瞬间失去磁性的作用，使床板因重力的作用而实现下落。而带有弧度的两个侧架在床板下落后自动在人体的上方形成一个拱形的保护层则应用了自服务的创新原理。,8新型大力钳,全国大学生机械创新大赛中吉林大学的参赛作品设,图927普通大力钳,图928新型大力钳1定钳头；2，3，4铆钉；5拉簧；6小手柄；7撑杆；8铆钉；9松动杆；10铆钉；11大手柄；12凸块；13齿条；14铆钉；15齿块；16，17，18铆钉；19活钳头；20工作块,本作品首先采用的创新方法是缺点列举法，列举了普通大力钳子存在的在夹不同尺寸工件时，都要进行旋转螺栓的进和出以调节钳口大小的操作问题。针对该问题该作品主要采用了发明原理中的动态化原理，该原理的主要内容包含有自动可调，使物体在各阶段动作、性能都最佳，或将静止的物体变为可动、可自适应。,综上所述可以看出，创新需要一定的基础知识，需要熟悉各种创造性思维方式与创新技法，需要付出辛勤的劳动，机械创新还需要掌握一定的机械基础知识。创新并不是神秘的高不可攀的事情，当然也不是能轻松、随意可以做好的事情。从以上的实例还可以看出，大多数创新设计都是建筑在已有产品的基础上，对已有产品进行改进，完全凭空想象出来的产品为数少之又少。创新的程序虽然说不是固定的，但一般创新过程大概为：列举已有产品的缺点，提出希望点，确定待创新的功能目标，并将其分类，再寻求对应的原理解，进而进行结构优化，最后创新设计并制作出新一代产品。,自行车,一、自行车的产生,1816至1818法国：“趣马”1830年苏格兰的铁匠麦克米伦：后轮上安装了曲柄，曲柄与两个脚踏板（摇杆）之间用两个连杆连接。反复的蹬踏脚踏板，可以驱动车子前进。这是利用了杠杆原理，脚踏摇杆为主动构件，通过连杆传动给曲柄，使后轮转动。,二、自行车的演变与发展驱动功能发展，以提高车速；开发出控制功能，如方向的控制、刹车的控制。1865法国人拉利门特为了提高行车的速度，将曲柄移至于前轮，用前轮驱动。并且将前轮装在可转动的车架上，后轮上有杠杆制动。于是为了提高车速，就不断加大前轮直径。同时减小后轮的直径。导致使用极不方便，也不安全，终究被淘汰。,1879年英格兰人劳森：重新考虑采用后轮驱动，并采用了链传动形式，加大传动比，避免了使用大直径车轮来提高车速，成为现代自行车的雏形。1888年：引入充气轮胎，同时在结构上也