機械創(chuàng)新大賽作品仿生睡蓮設(shè)計說明書+武漢工業(yè)學(xué)院

2012年湖北省高校大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽暨第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽湖北分區(qū)預(yù)賽仿生睡蓮設(shè)計說明書第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品報名表參賽作品名稱仿生睡蓮所在學(xué)校武漢工業(yè)學(xué)院郵政編碼430023聯(lián)系人柯添津聯(lián)系人通訊地址武漢市常青花園中環(huán)西路特一號武漢工業(yè)學(xué)院電話Email參賽者姓名性別班級所學(xué)專業(yè)1柯添津男機制093班機械設(shè)計制造及其自動化2曾希男機制093班機械設(shè)計制造及其自動化3王雙女機制092班機械設(shè)計制造及其自動化4彭舜堯男電氣自動化093班電氣自動化5楊利華男機制092班機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師姓名性別職稱專業(yè)1李詩龍男教授食品機械2滕紅華女副教授機械設(shè)計作品內(nèi)容簡介〔400字以內(nèi)〕現(xiàn)代家庭中人們越來越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調(diào)查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒有動態(tài)效果。因此，設(shè)計一種仿生花不僅無需照顧到達裝飾美觀的效果，還能到達與人互動、娛樂家庭的目的。仿生睡蓮主要有機械動作和電路控制兩大局部：機械局部主要完成花托的旋轉(zhuǎn)運動并帶動連桿機構(gòu)和螺旋滑塊控制花瓣的開合；電力局部提供動力，并完成信號的收集、處理與反應(yīng)。在白天，睡蓮處于閉合狀態(tài)，當(dāng)人走近時睡蓮花瓣會自動開放，當(dāng)人離開一定距離時花瓣又會自己慢慢閉合；在晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當(dāng)人對睡蓮拍掌、呼喚時睡蓮才會綻放，并播放音樂，與人互動。仿生花的設(shè)計具有較強的表現(xiàn)力，為今后娛樂產(chǎn)品的設(shè)計提供了新的方向。目錄一、作品背景與市場現(xiàn)狀………3二、作品主要功能………………4三、方案的構(gòu)思與實現(xiàn)…………5四、模型及主要零部件的設(shè)計參數(shù)……………9五、設(shè)計制作中關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方法……11六、作品模型的示意圖…………14七、創(chuàng)新特色及應(yīng)用前景………15八、結(jié)束語及參考文獻…………16附錄……………16摘要：仿生睡蓮是一種不僅無需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時，還能到達與人互動、娛樂家庭的機械裝飾花。仿生睡蓮主要由機械動作和電路控制兩大局部構(gòu)成。機械局部主要完成花托的旋轉(zhuǎn)運動并帶動連桿機構(gòu)和螺旋滑塊控制花瓣的開合；電力局部提供動力，并完成信號的收集、處理與對睡蓮動作的控制。本仿生睡蓮與現(xiàn)有的裝飾花相比，具有滿足裝飾功能的同時又能與人互動、娛樂家庭。仿生植物作為新型娛樂產(chǎn)品對美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。關(guān)鍵詞：仿生；裝飾；互動；娛樂一、創(chuàng)意背景與市場現(xiàn)狀現(xiàn)代家庭中人們越來越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調(diào)查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒有動態(tài)效果。因此，設(shè)計仿生睡蓮不僅無需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時，還能到達與人互動、娛樂家庭的目的。仿生睡蓮在裝飾美化家庭環(huán)境的同時還能“與人共舞”，并獻上一曲美妙音樂，讓家庭每個成員享受一種大自然的樂趣，舒心悅目。仿生植物為家庭互動裝飾提供新的方向，這對促進設(shè)計仿生娛樂植物產(chǎn)業(yè)的開展以及美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。二、作品主要功能1、睡蓮的主要功能1〕感應(yīng)光線、聲音及人的距離完成睡蓮動作的控制2〕完成花瓣的開合以及睡蓮的旋轉(zhuǎn)3〕控制音樂的播放，彩燈的閃爍4〕開啟超聲波霧化器完成對空氣的清新2、睡蓮動作的具體實現(xiàn)過程：白天，睡蓮處于閉合省電狀態(tài)，當(dāng)人走近時睡蓮花瓣會自動開放，旋轉(zhuǎn)并且播放音樂，當(dāng)人離開一定距離時花瓣又會慢慢閉合；晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當(dāng)人對睡蓮拍掌、呼喚睡蓮才會綻放，并播放音樂，與人互動。圖1.流程圖三、方案的構(gòu)思與實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.此裝置主要由四桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)蓮花的動作，傳動平穩(wěn)可靠。由2個電機分別控制花瓣開合及花的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)順序動作。這種設(shè)計經(jīng)濟、方便且能實現(xiàn)預(yù)期功能?！?〕、花瓣開合動作的實現(xiàn)花瓣的開合主要由曲柄滑塊機構(gòu)以及四桿機構(gòu)和搖桿機構(gòu)來實現(xiàn)。電機二帶動曲柄轉(zhuǎn)動，使得頂桿上下往復(fù)運動，頂桿帶動其上面的套筒，進而使得四桿機構(gòu)、搖桿機構(gòu)運動，實現(xiàn)花瓣的開與合。圖3.曲柄驅(qū)動頂桿向下運動圖4.頂桿帶動套筒及四桿機構(gòu)〔2〕、蓮花旋轉(zhuǎn)的實現(xiàn)由電機一，通過齒輪減速后帶動花托旋轉(zhuǎn)，花托通過方形孔帶動套筒旋轉(zhuǎn)，套筒由于套在頂桿上，因此頂桿不旋轉(zhuǎn)?；ㄍ泻吞淄餐瑫r帶動連桿實現(xiàn)蓮花的旋轉(zhuǎn)。圖5該裝置防止了帶動開合機構(gòu)旋轉(zhuǎn)的問題，簡化了加工，傳動可靠，與開合機構(gòu)互不干擾，可以長時間持續(xù)轉(zhuǎn)動。套筒與花托同時旋轉(zhuǎn)，解決四桿機構(gòu)以及搖桿機構(gòu)中受力過大的問題。圖6花托、套筒及頂桿模型示意圖模型及主要零部件的設(shè)計參數(shù)模型主體尺寸：270x220x400〔mm〕；電機主要參數(shù):體積:46x25x25mm；表1.電機參數(shù)表型號JGA25-370電壓V轉(zhuǎn)速rpm/min電流A扭矩Kgxcm功率W減速比重量g3120.11.3125098齒輪參數(shù)初步擬定直齒圓柱齒輪嚙合，大、小齒輪材料均選用聚四氟乙烯表2.齒輪尺寸參數(shù)表名稱齒數(shù)z模數(shù)m/mm壓力角a/°分度圓直徑Dm/mm齒寬B/mm大齒輪381.5205715小齒輪191.52028.510軸承參數(shù)表3.軸承參數(shù)表軸承代號根本尺寸/mm安裝尺寸/mm根本額定動載荷Cr/kNdDBdaminDamax壓力點a36.87208AC408018426517.0五、設(shè)計制作中關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方法1、花瓣的制作由于花瓣是片狀、并有一定弧度的曲面，在現(xiàn)有的加工條件下制作較為困難，考慮到礦泉水瓶在靠近瓶口的一局部瓶身有較為理想的弧度，于是利用相應(yīng)局部剪出弧形花瓣，并在花瓣上套上與睡蓮花瓣相近顏色的絲襪，以此到達近似于真是花瓣的效果?？刂苹ò觊_合的連桿的制作控制花瓣開合的連桿尺寸較小，在現(xiàn)有的加工條件下加工較為困難，考慮到雨傘骨架徑向尺寸較小，并且質(zhì)量較輕，適合本方案要求，因此只需用較少的工序就能將雨傘骨架制作本錢方案要求的連桿。花托與花蕊的同步動作因控制花瓣開合的連桿是而二力桿，花在旋轉(zhuǎn)時花蕊、套筒、連桿、花瓣必須具有一致的角速度才能保證連桿的受力要求，未解決此問題，本方案將套筒下部加工一定形狀如方形，與花托內(nèi)部相應(yīng)部位形成間隙配合，保證花瓣開合式套筒的上下運動不受影響，而在花托旋轉(zhuǎn)時訥訥關(guān)于套筒同步旋轉(zhuǎn)，使連桿只受軸向力，防止卡死。六、作品三維模型的示意圖創(chuàng)新特色及應(yīng)用前景創(chuàng)新特色仿生蓮花不受天氣、營養(yǎng)等影響，具有長期的欣賞價值，作為家庭娛樂裝飾產(chǎn)品；能夠“感受”光線和聲音，與人互動；花瓣旋轉(zhuǎn)展開時伴隨音樂，創(chuàng)造優(yōu)雅環(huán)境；仿生花采用機電一體化設(shè)計，市場上仿生機械植物類產(chǎn)品罕見。應(yīng)用前景目前盆景花都需要精心照顧，仿生蓮花不僅不需要澆水，在裝飾美化家庭環(huán)境的同時還能“與人共舞”，并獻上一曲美妙音樂，讓家庭每個成員享受一種大自然的樂趣，舒心悅目?，F(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計與研究主打?qū)嵱眯裕律ǖ难芯苛肀脔鑿?，以仿生自然界植物來吸引人們的注意，為市場上娛樂產(chǎn)品增添新的血液，為家庭互動裝飾提供新的方向。今后的研發(fā)中，仿生花還可以與空氣清新器或者驅(qū)蚊器相結(jié)合，讓“仿生”花真正到達植物的空氣清新效果。八、結(jié)束語此次機械創(chuàng)新設(shè)計，不僅將我們所學(xué)的理論知識得到了應(yīng)用，到達了理論與實踐相結(jié)合的目的，而且鍛煉了我們的創(chuàng)新思維、動手能力以及團隊協(xié)作能力。通過此次實踐，我們進一步了解到一些客觀事物的根本規(guī)律，提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的科學(xué)素養(yǎng)，產(chǎn)生了探索未知事物的原動力，相信此次實踐必將對以后的學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生一定的積極作用。參考文獻1、《機械設(shè)計》濮良貴、紀(jì)名剛主編高等教育出版社2006年2、《大學(xué)生機械設(shè)計競賽指導(dǎo)》趙明巖主編浙江大學(xué)出版