机械创新大赛作品仿生睡莲设计说明书+武汉工业学院

2012年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第五届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛仿生睡莲设计说明书第五届全国大学生机械创新设计大赛作品报名表参赛作品名称仿生睡莲所在学校武汉工业学院邮政编码430023联系人柯添津联系人通讯地址武汉市常青花园中环西路特一号武汉工业学院电话Email参赛者姓名性别班级所学专业1柯添津男机制093班机械设计制造及其自动化2曾希男机制093班机械设计制造及其自动化3王双女机制092班机械设计制造及其自动化4彭舜尧男电气自动化093班电气自动化5杨利华男机制092班机械设计制造及其自动化指导教师姓名性别职称专业1李诗龙男教授食品机械2滕红华女副教授机械设计作品内容简介〔400字以内〕现代家庭中人们越来越注重家庭环境的美化和装饰，据调查很多人选择了盆景或者工艺假花，但是这些花需要人精心照顾或者没有动态效果。因此，设计一种仿生花不仅无需照顾到达装饰美观的效果，还能到达与人互动、娱乐家庭的目的。仿生睡莲主要有机械动作和电路控制两大局部：机械局部主要完成花托的旋转运动并带动连杆机构和螺旋滑块控制花瓣的开合；电力局部提供动力，并完成信号的收集、处理与反应。在白天，睡莲处于闭合状态，当人走近时睡莲花瓣会自动开放，当人离开一定距离时花瓣又会自己慢慢闭合；在晚上，睡莲闭合并伴随着绚丽灯光闪。人走近睡莲后，睡莲含羞待放，当人对睡莲拍掌、呼唤时睡莲才会绽放，并播放音乐，与人互动。仿生花的设计具有较强的表现力，为今后娱乐产品的设计提供了新的方向。目录一、作品背景与市场现状………3二、作品主要功能………………4三、方案的构思与实现…………5四、模型及主要零部件的设计参数……………9五、设计制作中关键技术问题的解决方法……11六、作品模型的示意图…………14七、创新特色及应用前景………15八、结束语及参考文献…………16附录……………16摘要：仿生睡莲是一种不仅无需浇水施肥，在装饰美观、清新家庭环境的同时，还能到达与人互动、娱乐家庭的机械装饰花。仿生睡莲主要由机械动作和电路控制两大局部构成。机械局部主要完成花托的旋转运动并带动连杆机构和螺旋滑块控制花瓣的开合；电力局部提供动力，并完成信号的收集、处理与对睡莲动作的控制。本仿生睡莲与现有的装饰花相比，具有满足装饰功能的同时又能与人互动、娱乐家庭。仿生植物作为新型娱乐产品对美化生活环境具有着重要的研究意义。关键词：仿生；装饰；互动；娱乐一、创意背景与市场现状现代家庭中人们越来越注重家庭环境的美化和装饰，据调查很多人选择了盆景或者工艺假花，但是这些花需要人精心照顾或者没有动态效果。因此，设计仿生睡莲不仅无需浇水施肥，在装饰美观、清新家庭环境的同时，还能到达与人互动、娱乐家庭的目的。仿生睡莲在装饰美化家庭环境的同时还能“与人共舞”，并献上一曲美妙音乐，让家庭每个成员享受一种大自然的乐趣，舒心悦目。仿生植物为家庭互动装饰提供新的方向，这对促进设计仿生娱乐植物产业的开展以及美化生活环境具有着重要的研究意义。二、作品主要功能1、睡莲的主要功能1〕感应光线、声音及人的距离完成睡莲动作的控制2〕完成花瓣的开合以及睡莲的旋转3〕控制音乐的播放，彩灯的闪烁4〕开启超声波雾化器完成对空气的清新2、睡莲动作的具体实现过程：白天，睡莲处于闭合省电状态，当人走近时睡莲花瓣会自动开放，旋转并且播放音乐，当人离开一定距离时花瓣又会慢慢闭合；晚上，睡莲闭合并伴随着绚丽灯光闪。人走近睡莲后，睡莲含羞待放，当人对睡莲拍掌、呼唤睡莲才会绽放，并播放音乐，与人互动。图1.流程图三、方案的构思与实现结构示意图图2.此装置主要由四杆机构、曲柄滑块机构实现莲花的动作，传动平稳可靠。由2个电机分别控制花瓣开合及花的旋转，实现顺序动作。这种设计经济、方便且能实现预期功能。〔1〕、花瓣开合动作的实现花瓣的开合主要由曲柄滑块机构以及四杆机构和摇杆机构来实现。电机二带动曲柄转动，使得顶杆上下往复运动，顶杆带动其上面的套筒，进而使得四杆机构、摇杆机构运动，实现花瓣的开与合。图3.曲柄驱动顶杆向下运动图4.顶杆带动套筒及四杆机构〔2〕、莲花旋转的实现由电机一，通过齿轮减速后带动花托旋转，花托通过方形孔带动套筒旋转，套筒由于套在顶杆上，因此顶杆不旋转。花托和套筒同时带动连杆实现莲花的旋转。图5该装置防止了带动开合机构旋转的问题，简化了加工，传动可靠，与开合机构互不干扰，可以长时间持续转动。套筒与花托同时旋转，解决四杆机构以及摇杆机构中受力过大的问题。图6花托、套筒及顶杆模型示意图模型及主要零部件的设计参数模型主体尺寸：270x220x400〔mm〕；电机主要参数:体积:46x25x25mm；表1.电机参数表型号JGA25-370电压V转速rpm/min电流A扭矩Kgxcm功率W减速比重量g3120.11.3125098齿轮参数初步拟定直齿圆柱齿轮啮合，大、小齿轮材料均选用聚四氟乙烯表2.齿轮尺寸参数表名称齿数z模数m/mm压力角a/°分度圆直径Dm/mm齿宽B/mm大齿轮381.5205715小齿轮191.52028.510轴承参数表3.轴承参数表轴承代号根本尺寸/mm安装尺寸/mm根本额定动载荷Cr/kNdDBdaminDamax压力点a36.87208AC408018426517.0五、设计制作中关键技术问题的解决方法1、花瓣的制作由于花瓣是片状、并有一定弧度的曲面，在现有的加工条件下制作较为困难，考虑到矿泉水瓶在靠近瓶口的一局部瓶身有较为理想的弧度，于是利用相应局部剪出弧形花瓣，并在花瓣上套上与睡莲花瓣相近颜色的丝袜，以此到达近似于真是花瓣的效果。控制花瓣开合的连杆的制作控制花瓣开合的连杆尺寸较小，在现有的加工条件下加工较为困难，考虑到雨伞骨架径向尺寸较小，并且质量较轻，适合本方案要求，因此只需用较少的工序就能将雨伞骨架制作本钱方案要求的连杆。花托与花蕊的同步动作因控制花瓣开合的连杆是而二力杆，花在旋转时花蕊、套筒、连杆、花瓣必须具有一致的角速度才能保证连杆的受力要求，未解决此问题，本方案将套筒下部加工一定形状如方形，与花托内部相应部位形成间隙配合，保证花瓣开合式套筒的上下运动不受影响，而在花托旋转时讷讷关于套筒同步旋转，使连杆只受轴向力，防止卡死。六、作品三维模型的示意图创新特色及应用前景创新特色仿生莲花不受天气、营养等影响，具有长期的欣赏价值，作为家庭娱乐装饰产品；能够“感受”光线和声音，与人互动；花瓣旋转展开时伴随音乐，创造优雅环境；仿生花采用机电一体化设计，市场上仿生机械植物类产品罕见。应用前景目前盆景花都需要精心照顾，仿生莲花不仅不需要浇水，在装饰美化家庭环境的同时还能“与人共舞”，并献上一曲美妙音乐，让家庭每个成员享受一种大自然的乐趣，舒心悦目。现代产品的设计与研究主打实用性，而仿生花的研究另辟蹊径，以仿生自然界植物来吸引人们的注意，为市场上娱乐产品增添新的血液，为家庭互动装饰提供新的方向。今后的研发中，仿生花还可以与空气清新器或者驱蚊器相结合，让“仿生”花真正到达植物的空气清新效果。八、结束语此次机械创新设计，不仅将我们所学的理论知识得到了应用，到达了理论与实践相结合的目的，而且锻炼了我们的创新思维、动手能力以及团队协作能力。通过此次实践，我们进一步了解到一些客观事物的根本规律，提高了发现问题、分析问题、解决问题的科学素养，产生了探索未知事物的原动力，相信此次实践必将对以后的学习生活产生一定的积极作用。参考文献1、《机械设计》濮良贵、纪名刚主编高等教育出版社2006年2、《大学生机械设计竞赛指导》赵明岩主编浙江大学出版