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工程创新设计课
设计方案
组长：裴培组员：李瑞兴
作品名称：自动洗杯机 小组名称：焰火队
指导老师：朱华柄
2014210439 机汽-机设 *** 2014210403 机汽-机设 *** 葛晓倩 2014210493 机汽-机设 *** 杨阿敏 2014210430 机汽-机设 *** 周婉
2014210438 机汽-机设 *** 蔡昱珍 2014210445 机汽-机设 ***
目录
总论...................................................................................................3 设计任务书.......................................................................................4 方案改进...........................................................................................8 性价比分析.....................................................................................10 不足及未来改进计划......................................................................10 感想.................................................................................................11 参考文献及资料.............................................................................14
总论
创新目的：
为了加强我们大学生创新精神、创新能力、实践能力的培养，为了促进我们学生基础知识与综合能力的培养、推动理论与实际的有机结合，我们焰火队参加了由我校工培中心开设的工程创新训练公共选修课。我们学习如何把课堂的知识应用于实践，如何在实践中创新，在创新中锻炼自己，如何培养自己的团队协作能力。
设计特点：
1.应用图论进行初期概念设计 2.Inventor的完全应用
3.一个完全齿轮与一个不完全齿轮实现间歇式运动 4.曲柄连杆机构实现带动杯子的上下移动
心得小结：
从最初的想法到最后方案的生成，我们经历了近两个月的时间。这期间，我们遇到了很多困难也得到了老师的很多帮助指导，遭遇了挫折也受到了很多启发，得到很多灵感。设计方案，不断修改和完善我们设计方案的过程，也是我们学习、总结再学习的循环过程。同时，我们也深深体会到了团队合作与协调沟通能力的重要性。我们也真正 明白了机械创新设计的内涵。经验的积累固然可以从书本中学到，但事非躬亲就很难在自己的脑海中留下深刻的印象。在这次事件中，我们也认识到了自己眼高手底的不良态度。
设计任务书
设计题目：设计一台自动洗杯机装置
设计原理：利用齿轮间歇机构和曲柄连杆机构来自动控制杯子的停降，并利用旋转轴机构全方位清洗杯子。
一、目的：
本创新设计运用所学的《制图》、《公差与配合》、《力学》、《机械原理》《间歇机构设计》等知识进行一次较全面的设计能力的训练，其基本目的是：
1.锻炼解决工程实际问题的能力。
2.熟悉和掌握一般机械传动装置、机械零件的设计方法及设计步骤。
3.基本技能的训练，例如：脑力风暴（Brainstorming）会议、计算、CAD
绘图、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）及制作的能力。
二、要求:
要求小组成员在设计及制作的过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创 造能力，对每个问题都应进行分析、比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝抄袭。在创新过程中小组成员必须做到：
1.服从组长工作分配，如有不满可以阐明原因说服组长重新分配或开小组
会议举手表决。
2.及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和
创造性。
3.认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。
4.按预定计划循序完成任务。
三、设计内容：
1.夹持系统及底座的设计：
1)夹持方式的选择及设计；
2)皮带轮的设计；
3）轴承的设计；
4）轴的设计；
5）外壳及水管的设计；
2.杯子降停升的设计：
1）齿轮间歇机构的设计（完全齿轮1和不完全齿轮2）；
2）曲柄连杆机构的设计;
3.绘制零件的工程图和装配图
1）绘制运动原理图（用 AutoCAD 绘制）；
2）自动洗杯机的装配图及零件图（用 Pro/E 或 Solidworks 进行 3D 建模然后倒
出工程图，标注尺寸及相关说明）；
注：零件的工程图包括：(1)尺寸的标注；(2)公差；(3)精度；(4)技术要求
装配图包括：（1）尺寸标注（2）技术特性（3）零件编号(4)编写零
件明细表、标题栏。
4.编写设计说明书（要求用 word 编制 Adobe Acrobat 排版打印）
（1）目录；
（2）设计题目：原始数据及工作条件，传动装置简图；
（3）设计计算：要有详细的设计步骤及演算过程；
（4）对设计后的评价；
（5）参考文献资料。
四、参考文献：
（1）所用到的相关书籍及网络信息资源
（2）《机械设计》
（3）《机械设计手册软件版 R2.0》
（4）《电工手册》
（5）《间歇机构设计》
五、创新进程
1、准备阶段（15天）
（1）设计前详细研究和分析设计任务书，明确设计内容和设计要 求。根据
原始数据和工作条件，确定一个较全面合理的设计方案。
（2）复习有关课程，参考有关资料，对所设计项目进行方案比较选出最优
方案。
2、设计计算阶段（15~20 天）
（1）夹持方式的选择及设计；
（2）皮带轮的选择及运动参数的计算；
（3）杯子升停降的设计及时间的计算；
（4）电动机的选择及运动参数的计算；
（5）齿轮传动的设计；
（6）轴的设计（低速轴）；
（7）轴承的选择及验算；
（8）键的选择计算及强度校核（低速轴）；
（9）水管硬度和直径的选择；
3、绘图阶段（20 天）
（1）运动原理图；
（2）洗杯机的装配图及零件图；
六、注意事项：
1、设计时发现问题，首先应自己考虑，查找资料，提出自己的看法和意见，与组员讨论或寻求指导老师的意见，不应直接向指导教师寻求答案。
2、贯彻“三边”的设计方法，即边计算、边绘图、边修改的方法。
3、保证设计的理论与实践相结合。
方案改进
当我们小组确定创意时，便经过讨论思考给定了自动洗杯机的大致轮廓和基本的原理，但是随着问题的深入，我们发现由于小组成员理论与实际结合能力的薄弱，我们的机器很可能难以加工。于是，我们在原始创意的基础上进行了一系列的改进。
1、杯子固定机构的改进：最初的设计是将固定机构安装于整个机器的最上方，直接对杯子进行抓取，使杯子上下移动，但当进一步讨论时我们发现这种结构稳定性极差，同时暂用空间较多，更重要的一点是动力系统提供机械能时会有很多不便。在几次讨论中，我们最终决定以将固定机构移至侧面的方法来解决这一系列问题。
2、动力系统的改进：用动力系统直接对杯子固定机构提供机械能，使其抓取杯子上下移动的同时，伴随转动，以达到全方位清理杯子的目的，但用间歇机构难以达到目的。我们经过上网查询资料发现最好的解决办法就是使上下运动与转动分开来，使杯子上下移动的同时，毛刷转动，用相对运动的方法使杯子的每一个角落都洁净如新。
3、供水系统的改进：原始方案中，毛刷固定于管子的外侧，水可以从毛刷的内部喷出，更充分的接触杯子，但当我们将转动移到毛刷上时，如果供水系统继续采用原方案就会出现管子转动与密封性相冲突等问题。在请教老师与激烈讨论后，我们找到了一个令所有人满意的方法，就是将水管套于毛刷圆柱的内部，毛刷转而水管静，最终解决了供水系统的问题。在讨论不断深入，学习不断进行的过程中，我们总会发现一些新的问题，在解决这些困难时，我们不仅使机器更加优化，同时也提高了自己在思考问题，全面分析等方面的能力。
性价比分析
由于所学知识有限，创新时间较短，我们对材料类型，材料经济性，以及产品市场，产品价值等了解甚少。因此，我们仅从创新性方面分析。
我们的自动洗杯机设计主要针对于家庭，它实现了全自动化，具有价格较为低廉，操作极其方便等优点。同时解决了杯子多种多样、奇形怪状，清洗时无从下手的问题。转动的毛刷保证同时刷洗干净杯口、杯底、杯子内外壁，比手洗更加方便快速，操作简单，使用安全。
不足及未来改进计划
不足：
1.开始设计时对控制方面原理不够了解。一开始设计的是上面的杯子控制着不动，下面的毛刷旋转着上下移动来清理杯子。但是这样的机构明显稳定性不够高。最后采用上面的上下移动，下面的毛刷只旋转的方式进行。提高了系统的稳定性。2.对Inventor的应用不够熟练。在如今的工业领域，Inventor的应用越来越广泛。该软件融合了三维建模环境与功能设计工具，可以实现零件创建与模型装配，也能够实现设计中的特定功能。没有深入了解Inventor,也是导致我们做了很多无用功的原因之一。
未来改进计划：
如果时间允许，我们会对方案对方案做进一步的改进，使之更加完美。并且 就上面的不足，我们会在以后的设计中多加注意和改进尝试，从而不断完善自身的设计能力。
感想
裴培：身为组长，我感到自己的任务艰巨。要有足够的耐心和认真负责的态度。团结组员，分配好任务，共同完成我们“自动洗杯机”的设计和制图。通过查阅资料和询问老师，我也学到了很多。在设计中，我们需要让机械带动杯子到指定位置再停止十秒钟，需要周期的运动和停歇。这个装置是我们设计中的一个难题，可是通过我们的努力和探讨，最终确定了“间歇机构”。即用一个没有布满圆周的齿轮做主动轮，则没有齿的一段圆弧就不会带动从动轮转动，而实现间歇运动。工程训练的课程开阔了我们的视野，也丰富了我们的知识。
李瑞兴：对于一名大学生，特别是一名工科的大学生，实践和理论相结合显得尤其重要，从小学到大学，十几年的理论学习丰富了我们知识，开阔了我们的视野，但我们在将所学到的知识付诸实践这一重要环节就比较薄弱，而工程训练就直接提供了这个桥梁，给了我们一次实际掌握知识的机会。在前期的制作中，我一直和小组成员一起讨论“自动洗杯机”的构造，计算具体的数据，以及进行改进。后来还要运用Inventer绘图软件进行三维建模。在绘图的前期由于数据的模糊也遇到了很多困难，但是通过我们的共同努力和坚持，大家集思广益，终于完成了我们“自动洗杯机”的课程设计，我从中得到很大 的启发也获得了经验,相信对我将来的设计会有很大的帮助。
杨阿敏：这次是我进入大学后的首个设计课题,也是学习了一段时间机械设计知识后进行的设计尝试。作为一名工科学校的学生，我们除了应具备较强的基础理论知识和专业技术知识外，还应具备一定的机械制造的基本工艺知识，通过具体形象的工程设计课程，我们了解到了这些工艺的制造过程，也更好地掌握了这些工艺知识。我的任务主要是对我们的方案进行改进。我们小组的方案最初比较理想化，经过方案的验算及可行性的讨论，我们小组成员基本上认为方案设计已完美无缺，但在装配过程中才发现尺寸设计与零件装配之间的重要联系。这让我们深刻的体会到在机械制造中合理的尺寸和形位公差对于装配机器和实现预定功能的重要作用。使我认识到深刻地体会到作为一位合格的工程技术人员必须要具备过硬的专业理论知识和科学严谨的工作作风。经过这次洗杯机创作的磨砺，我更有意志，更有信心在将来做一名优秀的机械技术人员。
周婉：大二上学期，我怀着好奇而又想锻炼自己的心情和班里的同学一起选了“工程创新训练”的课程并组了队。起初对于我来说，一切都既神秘又充满幻想。慢慢得我投入了其中，直至我们的方案完成，回想一下，我们走过了多么漫长而又有意义的道路啊。
在拟定方案之初，我们就曾在一块讨论交流了思路，确定了我们的队名是“焰火队”，象征着青春和炽热。也交流了许多在生活中不方便的例子，最后决定要完成“自动洗杯机”的设计。拟定方案时，我们曾多次的聚在一起讨论、推导，发现不足马上改进。在整个过程 中，我的确付出了很多很多，但也收获了很多很多。在自己的实践过程中，我进一步熟练了对各种画图软件的操作，此外我还真正体会到合理分工在生产中的重要性。将课本知识应用到了实际，我们学到了课堂上所学不到的东西。在团队的合作交流中，我也深刻地感受到了团队的力量。
蔡昱珍：从一开始方案的初步拟定，到进一步完善方案，到建模出图，再到加工制作，直至最后的装配完成。这一路上：有过困难，也有克服困难后的喜悦；有过困惑，也有困惑后的收获。虽然我们付出了很多，也经历了很多，但最后我们成功了，我们得到了我们应得的收获：将课本知识应用到了实际。久在课堂中的我们感受到了动手能力重要性，理论联系实际，只凭着脑子的思考、捉摸是不能完成实际的工作的，只有在拥有科学知识体系的同时，熟练掌握实际能力，包括机械的操作和经验的不断积累，才能把知识灵活、有效的运用到实际工作中。用知识解决生活中的问题。
葛晓倩：我在整个设计中一直保持着谦虚谨慎的态度，积极的参与小组讨论，提出自己的想法，拓宽自己的思维。在这次学习中，我学会了如何和队友配合，思维方式也多变了，受益匪浅。所以这样的课是有必要的，对学生大有益处。我们的方案是“自动洗杯机”，即针对一些杯口小而又不易清洗的杯子提供自动洗的方便服务。想法来源于生活。在整个设计中，也锻炼了我的能力，端正了我的态度，让我感受到团队一起努力的重要。小组成员一起讨论，各抒己见，提出想法再改进。最后，感谢我们的老师给我们提供了这次机会，以及对我 们的帮助和指导，我们一定会继续努力。
参考文献及资料
文献资料：
《机械设计课程设计》（巩云鹏、田万禄主编）沈阳：东北大学出版社 《机械设计》（孙志礼，冷兴聚，魏严刚主编）沈阳：东北大学出版社 《机械设计基础课程设计》（高泽远，王金主编）沈阳：东北工学院出版社
《机械原理（第7版）》（东南大学机械学学科组郑文纬 吴克坚 著）高等教育出版社
《机械设计 Design of Machinery 机器和机构综合与分析》（Robert L。Norton 著）机械工业出版
《机械装置的创造性设计 Creative Design of Mechanical Devices》（顔鸿森著）机械工业出版
《Pro/ENGINEER 野火版 WILDFIRE 装配设计》（云杰媒体工作室著）北京大学出版社
《举一反三Pro/ENGINEER 中文版机械设计实战训练》（老虎工作室谭雪松 朱金波 岳贵友著）人民邮电出版社
《工程图设计 Pro/ENGINEER Wildfire 中文版实例详解》（何满才著）人民邮电出版
《Pro/ENGINEER 运动仿真和有限元分析》（祝凌云李斌 著）人民邮电出版 《Solidworks 实例解析——曲线、曲面、仿真、渲染》（江洪杨勇 乔兰东 著）机械工业出版社
《Solidworks 装配体建模》（美 Solidworks公司著）机械工业出版社 《Solidworks 建模实例解析》（江洪郦祥林黄政治 著）机械工业出版社 《Solidworks机械设计及实例解析》(胡仁喜郭军 许艳君著)机械工业出版社.《机械制图》(合肥工业大学工程图学教研室著)机械工业出版社 《机械原理（第7版）》（东南大学机械学学科组郑文纬 吴克坚 著）高等教育出版社
《几何公差与检测（第7版）》（甘永立主编）上海科学技术出版社
《机械设计手册(减(变)速器、电机与电器》（成大先 主编）化学工业出版社
