1、 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程作業(yè)題 目： 一種普通圓拖把擠水器院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化班 級： 機(jī)械119小 組： 第十四組（機(jī)械119四組）姓 名： 曹磊、劉楊、劉宗榮、劉鈺 劉昭誠、楊立新、李書闖 李傳龍 指導(dǎo)教師： 沈孝芹 小組成員分工明細(xì)分工內(nèi)容姓名學(xué)號備注說明書整部格式編制；原理方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主體內(nèi)容；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：機(jī)構(gòu)的選型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計(jì)；全部繪圖工作曹磊組長原理方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：功能設(shè)計(jì)法的簡介 總共能分析 系統(tǒng)求解楊立新 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的運(yùn)用與討論， 機(jī)構(gòu)方案評價(jià)；劉鈺摘要部分；前言部分：現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，創(chuàng)新技法的運(yùn)用與討論劉昭誠結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：概述，設(shè)計(jì)結(jié)果介紹 劉楊結(jié)論部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)圖片裁剪制作劉宗榮前言部分：設(shè)計(jì)的意義；原理方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：功能元求解李書闖圖片資料搜集；附錄制作 參考文獻(xiàn)李傳龍目 錄1前 言11.1 現(xiàn)有產(chǎn)品的分析11.2 創(chuàng)新技法的運(yùn)用與討論21.3 設(shè)計(jì)的意義42 原理方案設(shè)計(jì)52.1 功能設(shè)計(jì)法的簡介52.2 總共能分析52.3 工作原理分析與分功能描述62.4 功能元求解92.5 系統(tǒng)求解102.6 優(yōu)化系統(tǒng)解113 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)153.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的運(yùn)用與討論153.2 機(jī)構(gòu)的選型163.3 機(jī)構(gòu)方案評價(jià)234 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)264.1 概述264.2 結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計(jì)264.3 設(shè)計(jì)結(jié)果介紹30

3、5 結(jié)論33參考文獻(xiàn)34附錄35摘 要日常生活中，我們打掃衛(wèi)生用到的拖把是再普通不過的工具了。其形狀款式也僅僅是長寬形或者圓形。但隨著家居環(huán)境的不斷提升，其材質(zhì)卻在不斷地改進(jìn)。由簡單的木質(zhì)桿發(fā)展出了不銹鋼等金屬桿，功能上也由僅能拖地用延伸出了可伸縮可扭轉(zhuǎn)可通水脫水的結(jié)構(gòu)。但是這些新型的樣式大多是為了適應(yīng)家居環(huán)境的簡潔輕巧的設(shè)計(jì)，在一些公共場所這些類型的拖把并不實(shí)用。尤其是在像集體宿舍這樣一些地面寬人流多的場合，還依然離不開那些普通的木質(zhì)拖把。但是問題也隨之而來，這些普通拖把在使用后擠水工作非常不便，為此我們特定地對身邊的這種普通圓拖把進(jìn)行擠水器的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：擠水裝置；原理方案；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1前

4、 言1.1現(xiàn)有產(chǎn)品的分析日常生活中，我們打掃衛(wèi)生用到的拖把是再普通不過的工具了。其形狀款式也僅僅是長寬形或者圓形。但隨著家居環(huán)境的不斷提升，其材質(zhì)卻在不斷地改進(jìn)。由簡單的木質(zhì)桿發(fā)展出了不銹鋼等金屬桿，功能上也由僅能拖地用延伸出了可伸縮可扭轉(zhuǎn)可通水脫水的結(jié)構(gòu)（如圖1.1(a、b、c、d)）。但是這些新型的樣式大多是為了適應(yīng)家居環(huán)境而設(shè)計(jì)的，主要體現(xiàn)在簡潔輕便小巧多功能等方面，另外設(shè)計(jì)制造的成本也因其選材的變化有了極大提高，由單純四五塊錢的普通拖把升級為上百元的家用組合套裝。所以很顯而易見在一些公共場所這些類型的拖把并不是很實(shí)用。尤其是在像學(xué)生集體宿舍樓這樣的一些地面寬人流多的生活居住場合保潔工作

5、相對麻煩，目前依然是離不開那些普通木質(zhì)圓形或長寬形拖把（如圖1.2(a、b)）。 (a) (b) (a) (d)圖1.1 各種類型的拖把 (a) (b)圖1.2 常見普通拖把1.2創(chuàng)新技法的運(yùn)用與討論通過對現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，可以了解到設(shè)計(jì)的相關(guān)背景。運(yùn)用創(chuàng)新技法的形式可以對設(shè)計(jì)進(jìn)行大體輪廓的勾勒。設(shè)計(jì)目的方向收攏在拖把的更好使用方面。市場的地位為：集體宿舍樓、中小餐館、教室、便利店等。結(jié)合實(shí)際情況不難發(fā)現(xiàn)這些普通拖把用起來靈便，但不足之處就是洗拖把后擠水難，用手?jǐn)Q，不衛(wèi)生，也擰不干；用腳踩，提起來還是濕淋淋，只好掛在一邊自行涼干。有時(shí)為了不耽誤事，有的不得不準(zhǔn)備幾個(gè)拖把輪換，拖把長期使用后由于得

6、不到有效的脫水，以致污漬滿身，人們不得不用比地板還臟的拖把來拖地，清潔效果差，難如人意。我們組檢索了很多相關(guān)資料，拖把的擠水問題，已經(jīng)有過許多成形的設(shè)計(jì)，為什么沒有在市場上形成氣候呢？我覺得他們有幾個(gè)問題沒有解決好：一是設(shè)計(jì)不夠科學(xué)、合理，適應(yīng)性不好，拖把有前述所示圓的、長寬的，還有大有?。欢切枰檬肿鲃?dòng)力，而且要一個(gè)比較大的力，在實(shí)際操作中對大多保潔人員來說不是很方便；三是使用過程中，對拖把有橫向或縱向的作用力，這樣會讓拖把早早散架，大大縮短了拖把的使用壽命。針對上述關(guān)鍵點(diǎn)，我們組進(jìn)行了討論得出以下結(jié)論：普通拖把有面積大適合在較臟亂的環(huán)境里使用，成本低等優(yōu)勢。但是問題也隨之而來，運(yùn)用缺點(diǎn)列

7、舉法可以發(fā)現(xiàn)，日常我們在使用這些普通拖把的過程中很難對其進(jìn)行方便的脫水工作，單純的手?jǐn)Q又極不方便衛(wèi)生，所以與此相關(guān)方面亟待改進(jìn)。另外又由于制造上的低成本和自身木質(zhì)的簡單結(jié)構(gòu)，這些普通拖把自身相應(yīng)的改進(jìn)必然發(fā)生在其制作材料的一些前文敘述的改進(jìn)上。目前的技術(shù)與認(rèn)識在拖把自身之上并沒有太大的創(chuàng)新空間了。普通拖把會長期損壞更換，涮洗水桶等容器可以長期使用，運(yùn)用轉(zhuǎn)向創(chuàng)新的觀點(diǎn)，將設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了涮洗拖把用的水桶上。設(shè)想可否在供拖把涮洗用的水桶上加裝或改進(jìn)一些裝置，實(shí)現(xiàn)更為專業(yè)的配套使用。換而言之設(shè)計(jì)目的也最終確定成為設(shè)計(jì)出一種涮洗容器實(shí)現(xiàn)普通拖把方便衛(wèi)生地脫水濾干以及相關(guān)工作。通過查閱資料，可以發(fā)現(xiàn)目前

8、如圖1.3的設(shè)計(jì)就是類似的概念，其是運(yùn)用了離心力的原理得到的設(shè)計(jì)結(jié)果。本設(shè)計(jì)亦受其啟發(fā)并，確定去特定地圍繞普通圓拖把進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 圖1.3 腳踏式離心甩干拖把但是又考慮到最初設(shè)定普通拖把的結(jié)構(gòu)是不可改變的，所以離心原理不易在其上應(yīng)用，需要尋找另外的脫水原理。本設(shè)計(jì)以聯(lián)想類比的觀點(diǎn)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)更為普通常見的擠壓原理更適合設(shè)計(jì)初衷（如圖1.4）。于是通過一系列的原理方案的分析，本組確定設(shè)計(jì)的最終方向?yàn)橐环N可為普通圓拖把進(jìn)行滾壓擠水的容器，詳細(xì)分析在后文原理方案設(shè)計(jì)內(nèi)會做說明。 圖1.4 1862年世博會參展手搖洗衣機(jī)1.3設(shè)計(jì)的意義經(jīng)過討論得到的設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到了與現(xiàn)實(shí)問題相契合目的。本設(shè)計(jì)的直接意義

9、便是可以解決了部分普通木質(zhì)拖把的脫水濾干難進(jìn)行的問題。但深究其中，可以發(fā)現(xiàn)本次的設(shè)計(jì)還有著更為寬領(lǐng)域的意義。不管是在學(xué)習(xí)知識與運(yùn)用知識上，這是一種實(shí)踐的經(jīng)歷也是對生活實(shí)踐的再實(shí)踐，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析討論、研究決定的幾個(gè)環(huán)節(jié)，將自身之前所學(xué)的及相關(guān)未知的知識系統(tǒng)地編織在一起，是對設(shè)計(jì)者的一次能力提身。生活里有很多可以獲得靈感的地方，它們也總是有所聯(lián)系的，本次設(shè)計(jì)的命名為“一種普通圓拖把擠水器”，但其功能并不局限于此，它同時(shí)可用于涮洗，也能用于相對較窄的長寬拖把，甚至是一些織品衣物等。2原理方案設(shè)計(jì)2.1功能設(shè)計(jì)法的簡介方案設(shè)計(jì)階段針對產(chǎn)品的主要功能提出原理性的構(gòu)思，搜索解決問題的物理效應(yīng)和工作原

10、理，并利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖、液路圖、電路圖等表達(dá)構(gòu)思內(nèi)容。原理方案設(shè)計(jì)對于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝、成本、性能和使用維護(hù)等都有很大的影響。其是“發(fā)散收斂”的過程。此過程中，往往是通過功能設(shè)計(jì)法來入手的。功能設(shè)計(jì)法的目的在于，按照能量流、物質(zhì)流、信息流將產(chǎn)品開發(fā)的內(nèi)容分解，從而在設(shè)計(jì)的初始階段明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)所要求的功能。本組創(chuàng)新設(shè)計(jì)既是按照功能設(shè)計(jì)法的一般步驟進(jìn)行了原理方案設(shè)計(jì)。分為總功能分析、工作原理分析與功能描述、功能元求解、系統(tǒng)求解、優(yōu)化系統(tǒng)解。2.2總功能分析總功能分析遵循一些基本原則：a.能量守恒原則，即任何流入系統(tǒng)的能量等于系統(tǒng)輸出和存儲的能量。b.物質(zhì)守恒原則，即任何流入系統(tǒng)的質(zhì)量等于系統(tǒng)流出和

11、儲存的質(zhì)量。c.列出所有與系統(tǒng)相互作用的對象或系統(tǒng)界面。d.用動(dòng)詞來表達(dá)總功能中的能量流、物質(zhì)流和信息流?？偣δ芊治龀Ｓ梅椒楹谙浞?，本設(shè)計(jì)的黑箱法描述如圖2.1所示。圖2.1 黑箱法示意圖總功能分析的黑箱法對本組設(shè)計(jì)的整體概述即是將使用過后的拖把加上水和控制力作用驅(qū)使運(yùn)動(dòng)，在黑箱里實(shí)現(xiàn)拖把的涮洗，同時(shí)更側(cè)重實(shí)現(xiàn)拖把的脫水濾干。黑箱內(nèi)具體的內(nèi)容將會在功能設(shè)計(jì)法接下來的步驟中構(gòu)思出來。2.3工作原理分析與分功能描述首先涮洗功能在人力操縱下即可進(jìn)行并無特異之處，但可以考慮在光滑的容器內(nèi)壁設(shè)計(jì)一下改變涮洗時(shí)水流形式的結(jié)構(gòu)。一般在涮洗圓拖把時(shí)，水流都是規(guī)律的旋動(dòng)，形成于墩布同速度的渦流，這不利于沖洗掉

12、墩布上的污物，所以上述考慮在容器內(nèi)壁上加裝一些阻隔類的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)水流形式的改變，實(shí)現(xiàn)水流相對的紊亂，增大沖洗效果。具體可以加裝一些簡單的肋筋，更可以加裝一些像洗衣機(jī)里設(shè)計(jì)的凸起結(jié)構(gòu)（如圖2.2）。但這些是要考慮成本與使用環(huán)境是否允許是否有必要的。圖2.2洗衣機(jī)內(nèi)的凸起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)還是在于怎樣實(shí)現(xiàn)拖把的脫水濾干，即水與拖把分離的功能。其他功能只是輔助或者有所聯(lián)系的相關(guān)功能。根據(jù)本組設(shè)計(jì)的思路，拖把脫水濾干功能的實(shí)現(xiàn)可以很多方案。前述已知本組設(shè)計(jì)就是受到根據(jù)離心原理設(shè)計(jì)的甩干式拖把啟發(fā)而立的項(xiàng)。但原理方案中還是有很多其他更簡單更綜合實(shí)際的構(gòu)思。分析脫水濾干過程的動(dòng)作形式，可以同樣運(yùn)用前述離心脫

13、水的原理方案，但不難想象，其動(dòng)作也可以與擠牙膏的動(dòng)作類似，這是一種兩面擠壓的原理，如圖2.3所示產(chǎn)品；也可以像平時(shí)擰毛巾一樣，采用自身擰擠的原理，如圖2.4所示產(chǎn)品。根據(jù)不同形式又會有不同的實(shí)現(xiàn)途徑來滿足相應(yīng)的原理要求，這時(shí)就需要考慮普通圓拖把的結(jié)構(gòu)與特性來選擇。 圖2.3 腳踏擠壓擠水器 圖2.4 手?jǐn)Q拖把其中離心原理的設(shè)計(jì)，需要有一個(gè)多孔的篩桶和能快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，因此結(jié)構(gòu)上會相對較復(fù)雜。旋轉(zhuǎn)軸方向可以是豎直、傾斜或者水平，這樣設(shè)計(jì)的用于固定支撐的結(jié)構(gòu)也要因此發(fā)生變化。高速、體型不宜過大的條件使其動(dòng)力結(jié)構(gòu)需要緊湊高效，所以必然考慮采用齒輪齒條的結(jié)構(gòu)。如果采用擠壓原理的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)可能會相對簡

14、單一些，力的輸入形式更為直接一些，但可能需要提高一些桿臂的剛度，保證足夠的壓力傳遞到拖把墩布上。另外擠壓也不單單只有兩個(gè)平面咬合這一種形式。也可以是兩個(gè)曲面擠壓，這樣接觸面積變小，壓強(qiáng)變大，理論上效果會更好，但是摩擦可能會怎大。綜合兩者也可以參考滾壓機(jī)床輥?zhàn)拥膭?dòng)作形式（如圖2.5），采用雙輥輪滾壓作用既增大壓力又可以減少摩擦。已有的產(chǎn)品采用了簡單的腳踩式搖臂來實(shí)現(xiàn)一個(gè)輪子的擺動(dòng)，達(dá)到雙輪的靠近與壓緊（如圖2.6）。同樣實(shí)現(xiàn)雙輪的相對運(yùn)動(dòng)也是有很多形式的，采用如同手鉗鉗口結(jié)構(gòu)（圖2.7）的杠桿原理不但能夠?qū)崿F(xiàn)要求還可以省力。采用擰擠原理的設(shè)計(jì)，圖2.4所示原理呈現(xiàn)在拖把上。如果呈現(xiàn)在涮洗容器上，

15、則需要一些類似大型機(jī)械加持抓緊的裝置（如圖2.8）來固定住墩布，才可以實(shí)現(xiàn)擰擠操作?？上朐谂ぞ氐淖饔孟码m然能很好的擰干墩布，但是這需要的扭轉(zhuǎn)力過大，夾緊裝置的設(shè)計(jì)會變復(fù)雜，整體固定也可能會需要額外的固定手段。對于擰擠式設(shè)計(jì)需要考慮穩(wěn)定與固定的問題。在使用其他設(shè)計(jì)原理的產(chǎn)品時(shí)，也會要求做到整體穩(wěn)定，不會在各種控制力的作用下出現(xiàn)不應(yīng)該的移動(dòng)、晃動(dòng)。 圖2.5 雙輥輪滾壓示意 圖2.6 腳踩式搖臂擠水拖把圖2.7 鉗口結(jié)構(gòu)圖2.8 抓爪結(jié)構(gòu)此外整個(gè)產(chǎn)品的擺放形式會有所區(qū)別，可分為底面觸地和滾輪觸地（如圖2.9(a、b)）。同樣是考慮不同使用環(huán)境而定的。而本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)背景是學(xué)校學(xué)生宿樓等類似環(huán)境，考慮

16、到樓道與樓層的空間限制，滾輪觸地的擺放形式雖然移動(dòng)省力方便但并不一定合適。同時(shí)滾輪設(shè)計(jì)可能不穩(wěn)定，會產(chǎn)生前述不穩(wěn)定的滑動(dòng)。但另一方面采用底面觸地的形式會加重保潔人員的體力支出?？傊@些還需要在之后組合時(shí)的權(quán)衡。 (a)底面接觸 (b)滾輪接觸圖2.9 兩種類型的擺放形式在進(jìn)行脫水操作時(shí)，前述提到的固定控制是很重要的，即保持構(gòu)件工作狀態(tài)不發(fā)生變化，能夠持續(xù)處于脫水濾干工作的而不產(chǎn)生卡頓，偏離的狀態(tài)。雖然已經(jīng)考慮到了滾輪觸地這一形式在此方面的不足，但是也要考慮底面接觸的形式其自身重量是否可以滿足保持不發(fā)生偏動(dòng)的慣性，如果無法滿足要求，不管什么原理方案都需要另外的固定手段。最普通可行的方式有腳踩固定

17、、手按固定等。2.4功能元求解通過對分功能的大體描述可以獲得較詳盡的功能元構(gòu)架（圖2.10）。 圖2.10 功能元求解分析2.5系統(tǒng)求解探求各種功能元解并列出形態(tài)學(xué)矩陣綜合表，如表2-1所示。表2-1 擠水器原理方案形態(tài)學(xué)矩陣綜合表功能元解功能元123A手動(dòng)（涮洗方式）往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)垂直按動(dòng)B水流改變肋筋凸起結(jié)構(gòu)凸起轉(zhuǎn)盤C脫水濾干（方式）擠壓脫水?dāng)Q擠脫水離心脫水D擠壓脫水鉸接咬合壓板單擺動(dòng)曲面塊單擺動(dòng)雙輥輪E擰擠脫水多支抓爪加持鉗剪切扣F離心脫水搖桿曲柄齒輪齒條手搖G擺放底面觸地滾輪觸地H固定控制腳踩手按機(jī)械固定由此可組成擠壓式、擰擠式和離心式各486種方案供選擇。例如：組合A3-B2-C3

18、-F1-G1-H2既是為圖1.3所示的離心式拖把擠水器。 組合A1-B2-C1-D1-G1-H1既是為圖2.3所示的擠壓式拖把擠水器。2.6優(yōu)化系統(tǒng)解經(jīng)過功能分析法的我們求得了多個(gè)系統(tǒng)解，但這些原理方案并不一定滿足最初的設(shè)計(jì)背景和產(chǎn)品分析結(jié)論。需要對這些系統(tǒng)解進(jìn)行評價(jià)。首先我們通過對比等手段將那些實(shí)際情況不符的設(shè)計(jì)以及市面上已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行了刪除。初步按照前述分析選定組合A1-B1-C1-D3-G1-H1的原理方案。然后設(shè)立評價(jià)目標(biāo)對需要進(jìn)一步評價(jià)的系統(tǒng)解進(jìn)行定量的評價(jià)，見表2-2。表2-2 擠水器初定原理方案評價(jià)目標(biāo)性能參數(shù)脫水度運(yùn)行參數(shù)維修性，壽命經(jīng)濟(jì)性價(jià)格社會性外觀運(yùn)用強(qiáng)制判定法制定評價(jià)目

19、標(biāo)加權(quán)系數(shù)，首先對目標(biāo)項(xiàng)評分設(shè)為：1、2、3、4四個(gè)分?jǐn)?shù)。當(dāng)兩評價(jià)目標(biāo)項(xiàng)進(jìn)行比較時(shí)，兩者同等重要各給2分，某項(xiàng)比另一項(xiàng)重要分別給3分和1分，某項(xiàng)比另一項(xiàng)重要得多則分別給4分和0分。最后通過計(jì)算求出各加權(quán)系數(shù)gi，見表2-3。 （2.1a）式中，ki各評價(jià)目標(biāo)的總分； n評價(jià)目標(biāo)數(shù)。表2-3擠水器初定原理方案的加權(quán)系數(shù)判別表比較目標(biāo)評價(jià)目標(biāo) 價(jià)格脫水度維修性壽命外觀ki加權(quán)系數(shù)價(jià)格x3444150.375脫水度1x334110.275維修性01x2360.15壽命012x360.15外觀0011x20.05目標(biāo)樹是分析表達(dá)評價(jià)目標(biāo)的另一種有效的手段，為便于定性或定量評價(jià)，我們對初定原理方案進(jìn)行分

20、解圖示，將評價(jià)目標(biāo)具體化為目標(biāo)元，繪制出目標(biāo)樹，如圖2.11所示。圖2.11 評價(jià)目標(biāo)樹通過目標(biāo)樹，我們能夠清晰地了解到初定原理方案評定目標(biāo)的情況。由于缺乏一手的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，只能對本組初定的原理方案運(yùn)用評分法進(jìn)行對最終的定量評定。評分標(biāo)準(zhǔn)采用10分制。理想狀態(tài)為10分，不能用為0分，分?jǐn)?shù)可參考表2-4。表2-4評分標(biāo)準(zhǔn)（10分制）012345678910不能用差較差勉強(qiáng)可用可用中良較好好優(yōu)理想按照分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定出原理方案評價(jià)分值表，見表2-5。表2-5評價(jià)分值表評價(jià)分值特性參數(shù)脫水度壽命維修性價(jià)格外觀0大量滴水兩個(gè)月全為特殊零件200元9分1四個(gè)月2六個(gè)月3輕微滴水八個(gè)月150元4十個(gè)月較多特殊

21、零件5緩慢滴水一年復(fù)雜零件100元6兩年7輕壓滴水四年較多簡單零件100元8六年9潮濕可擰出水八年簡單件、標(biāo)準(zhǔn)件50元10潮濕擰不出水十年本組選定的原理方案在各性能方面分析得到的分值大致為脫水度8分，壽命7分，維修性7分，價(jià)格8分。按加權(quán)計(jì)分法求方案總分，由式可求得N = g1P1+g2P2+g3P3+g4P4+g5P5= = 雖然受到條件限制無法跟現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行比較，但是初選計(jì)算得到的總分?jǐn)?shù)已達(dá)到7分以上，所以本組討論認(rèn)為初選原理方案評定為可行、較好的原理方案。該原理方案構(gòu)思的拖把擠水器，設(shè)計(jì)相對獨(dú)特，使用方便，此外由于涮洗后脫水的方便，可以起到減少換水次數(shù)的效果，具有節(jié)水功能。原理方案具體的

22、工作原理體現(xiàn)如下：（1）拖把擠水器是通過安裝在水桶等涮洗容器兩側(cè)的滾輪來實(shí)現(xiàn)脫水濾干的。杠桿式擺臂通過腳踩施力帶動(dòng)一滾輪沿一定圓周移動(dòng)，與安裝在水桶上端的另一滾輪呈一定半徑夾角夾緊拖把墩布，用手緩慢向上抽出拖把帶水的墩布，從而帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)減小摩擦，拖把上移，從上至下對拖把擠水。（2）腳踏連接兩擺臂后端的橫桿，由于滾輪曲面對拖把墩布團(tuán)的作用面積小，夾緊力大，能對拖把有較好的擠水效果，擠干程度視腳踏踏板力氣大小可按需控制。其最大特點(diǎn)是以腳為動(dòng)力便可輕松完成拖把的擠水。（3）在擠水操作時(shí)，擠水器自身可以借由盛裝的水和腳的壓力來保持整體的穩(wěn)定，使其不發(fā)生晃動(dòng)等。（4）在涮洗拖把時(shí)，桶壁內(nèi)設(shè)計(jì)選擇了加裝

23、肋筋，既加強(qiáng)了盛裝水桶的強(qiáng)度，又可以在往復(fù)旋轉(zhuǎn)拖把時(shí)來回激蕩水流和墩布，加大沖洗效果。以上是選定方案組合往復(fù)旋轉(zhuǎn)（A1）肋筋（B1）擠壓脫水（C1）單擺動(dòng)雙輥輪（D3）底面觸地（G1）腳踩（H1）具體的描述。3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的運(yùn)用與討論通過復(fù)雜周密的分析已得到了設(shè)計(jì)的原理方案，這在理論功能上對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行了詳盡的描述，但對于怎樣反映到現(xiàn)實(shí)之中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，這就需要對相應(yīng)原理配套相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以求在現(xiàn)實(shí)之中對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行詳盡的描述。這就需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。一個(gè)好的機(jī)械原理方案能否實(shí)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。而機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最富有創(chuàng)造性、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)。常用的機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

24、方法有兩大類，即機(jī)構(gòu)的選型和機(jī)構(gòu)的構(gòu)型。但機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)具有多樣性和復(fù)雜性，滿足同一原理方案的要求可采用或創(chuàng)造不同的機(jī)構(gòu)類型。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)?；蜻\(yùn)動(dòng)軌跡要求外，應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則。機(jī)構(gòu)盡可能簡化原則，即完成同樣運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)優(yōu)先選用構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)較少的機(jī)構(gòu)，這樣可以簡化機(jī)器的構(gòu)造，從而減小質(zhì)量、降低成本；同時(shí)也可減少由于零件的制造誤差而形成的運(yùn)動(dòng)鏈的累積誤差，提高零件加工工藝性，增強(qiáng)機(jī)構(gòu)工作可靠性。運(yùn)動(dòng)鏈簡短還有利于提高機(jī)構(gòu)的剛度，減少產(chǎn)生振動(dòng)的環(huán)節(jié)。另一方面，機(jī)構(gòu)盡可能簡化也表現(xiàn)在適當(dāng)選擇運(yùn)動(dòng)副上。在基本機(jī)構(gòu)中，高副機(jī)構(gòu)只有3個(gè)構(gòu)件和3個(gè)運(yùn)動(dòng)副，低副機(jī)構(gòu)則至少有

25、4個(gè)構(gòu)件和4個(gè)運(yùn)動(dòng)副。因此，從減少構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)及簡化設(shè)計(jì)等方面考慮，應(yīng)優(yōu)先采用高副機(jī)構(gòu)。但是實(shí)際生產(chǎn)中，低副機(jī)構(gòu)元素加工方便、容易保證配合精度以及有效高的承載能力，所以到底選擇何種機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求，盡可能做到“揚(yáng)長避短”。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮低副機(jī)構(gòu)，而且盡量少采用移動(dòng)副。盡量縮小機(jī)構(gòu)尺寸原則，機(jī)械的尺寸和質(zhì)量隨所選用的機(jī)構(gòu)類型不同而有很大差別。例如，眾所周知在相同的傳動(dòng)比情況下，周轉(zhuǎn)輪系減速器的尺寸和質(zhì)量比普通定軸輪系減速器要小的多。使機(jī)構(gòu)具有較好的動(dòng)力學(xué)特性原則，機(jī)構(gòu)在機(jī)械系統(tǒng)中不僅起到傳遞運(yùn)動(dòng)的作用，而且還要起到傳遞和承受力或力矩的作用，因此要選擇有較好的動(dòng)力學(xué)特性的機(jī)構(gòu)。因

26、此就要求相應(yīng)機(jī)構(gòu)要采用傳動(dòng)角較大的機(jī)構(gòu)，采用增力機(jī)構(gòu)和對稱布置的機(jī)構(gòu)。通過以上分析可知，本組的設(shè)計(jì)和選定原理方案的實(shí)現(xiàn)都相對較簡單明了，沒有涉及多少傳動(dòng)傳力的復(fù)雜情況，更沒有聯(lián)系機(jī)電系統(tǒng)的的必要。所以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不會考慮電動(dòng)機(jī)、運(yùn)動(dòng)鏈、運(yùn)動(dòng)副等復(fù)雜的情況，更沒有必要去刻意加上這些看似能實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的機(jī)構(gòu)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的是為了實(shí)用，由此本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)通過機(jī)構(gòu)選型便可以得到滿意結(jié)果，而且會相對快速簡單，沒有必要進(jìn)行學(xué)識要求更高的機(jī)構(gòu)構(gòu)型來尋找結(jié)果。3.2機(jī)構(gòu)的選型所謂機(jī)構(gòu)的選型是指利用發(fā)散思維的方法，將前人創(chuàng)造發(fā)明的各種機(jī)構(gòu)按照運(yùn)動(dòng)特性或可實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分類，然后根據(jù)原理方案確定的執(zhí)行構(gòu)件所需要的運(yùn)動(dòng)特性

27、或?qū)⒁獙?shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行搜索、選擇、比較和評價(jià)，選出合適的機(jī)構(gòu)形式。一般機(jī)構(gòu)選型可分為按運(yùn)動(dòng)形式要求選擇機(jī)構(gòu)和按機(jī)構(gòu)特定功能進(jìn)行選型。本組設(shè)計(jì)的擠水器經(jīng)分析，確定按照可動(dòng)滾輪的運(yùn)動(dòng)形式要求選擇機(jī)構(gòu)?？蓜?dòng)滾輪的運(yùn)動(dòng)形式是一個(gè)搖桿的往復(fù)擺動(dòng)。所以查閱資料可知能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)有如下幾種：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（如圖3.1），例如破碎機(jī)；滑塊搖桿機(jī)構(gòu)，例如車門啟閉機(jī)構(gòu)；圖3.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（如圖3.2），例如牛頭刨床；圖3.2 擺動(dòng)導(dǎo)桿曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，例如裝卸機(jī)構(gòu)；擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（如圖3.3），例如印刷機(jī)構(gòu)；圖3.3 擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪齒條機(jī)構(gòu)（如圖3.4），例如機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)；圖3.4 齒輪齒條機(jī)

28、構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)（如圖3.5）。圖3.5 雙搖桿機(jī)構(gòu)由于這些機(jī)構(gòu)是在機(jī)械之中經(jīng)常用到的，不難發(fā)現(xiàn)這些典型例子中有很多都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。雖然其中提到的車門啟閉機(jī)構(gòu)同樣是人力控制，但其存在滑塊移動(dòng)副，不適合本設(shè)計(jì)的選擇要求。換而言之，本設(shè)計(jì)相對于這些機(jī)械是屬于那種輕型的準(zhǔn)機(jī)械產(chǎn)品。所以需要對這些復(fù)雜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行刪除最初的原動(dòng)件。另一方面，由于僅是人力的驅(qū)動(dòng)，所以一定要做到相對省力的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，否則也是與設(shè)計(jì)初衷不相符的。在這些要求下，通過查找資料發(fā)現(xiàn)有人設(shè)計(jì)出了一種多桿結(jié)構(gòu)擠壓機(jī)構(gòu)（如圖3.6(a)所示）。其在人力的輸入形式上與本設(shè)計(jì)的原理方案非常近似，但運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，采用的工作原理并不相同，

29、所以其設(shè)計(jì)中人力輸入方面算是一種對本設(shè)計(jì)的啟發(fā)與確定，我們僅對此單方面予以了采納。(a) 機(jī)構(gòu)圖 (b) 實(shí)體圖圖3.6 多桿結(jié)構(gòu)擠壓機(jī)構(gòu)由實(shí)物圖（圖3.6(b)）能夠直觀的了解到此設(shè)計(jì)的觀念是獨(dú)立的擠水裝置，其相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不適合與其他構(gòu)件結(jié)合連接。而且采用了前述提到的鉸接咬合壓板的擠水原理與本組設(shè)計(jì)不同。另外腳踏板上存在移動(dòng)副，對與本組設(shè)計(jì)認(rèn)為這樣的情況會使磨損大，運(yùn)動(dòng)卡頓。但其輸入控制力的腳踏板結(jié)構(gòu)采用了一種兩力臂重合的變相杠桿的原理是我組設(shè)計(jì)可以采納之處。本著化繁求簡的思路來尋找答案，雙搖桿機(jī)構(gòu)引起了我們注意和重視。雙搖桿機(jī)構(gòu)同樣作為非電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的一種參考項(xiàng)，它的形式更為簡單，但運(yùn)動(dòng)

30、更為準(zhǔn)確穩(wěn)定。于是根據(jù)之前的總結(jié)我們得到了幾個(gè)作為具體分析對象的機(jī)構(gòu)形式，他們本質(zhì)上都是四桿機(jī)構(gòu)或雙搖桿機(jī)構(gòu)。一、 一種最基本的雙搖桿機(jī)構(gòu)形式，如圖3.7所示。 圖3.7 基本雙搖桿機(jī)構(gòu)該種機(jī)構(gòu)形式在本組設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)為：圖示箭頭代表腳踏輸入力，在這控制力的作用下，從動(dòng)搖桿會受連桿往下牽拉產(chǎn)生朝下的搖動(dòng)，與其固接的另一搖桿變回產(chǎn)生左右的搖動(dòng)，從而帶動(dòng)固定在其上的滾輪實(shí)現(xiàn)擠壓操作。二、一種主動(dòng)桿外翻式的雙搖桿結(jié)構(gòu)，如圖3.8所示。圖3.8 主動(dòng)桿外翻式雙搖桿機(jī)構(gòu)該種形式的機(jī)構(gòu)作用效果與基本型的基本上一樣的，之所以采用將主動(dòng)搖桿翻轉(zhuǎn)移至另一側(cè)，主要是考慮到將來實(shí)體造型時(shí)自上而下空間位置的相互影響。將

31、主動(dòng)搖桿外置可以大大減少實(shí)體中體現(xiàn)這一構(gòu)件的踏板向兩側(cè)外伸的寬度。三、一種從動(dòng)桿伸長式的雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖3.9所示。圖3.9 從動(dòng)桿伸長式雙搖桿機(jī)構(gòu)該種形式是繼續(xù)在上一種形式考慮實(shí)體造型空間位置的考量上得到的。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是將安裝滾輪的搖桿直接省去，將從動(dòng)搖桿伸出，使?jié)L輪直接安裝在其上。這樣主動(dòng)搖桿就不會在位于連桿下方，避開了阻擋。四、一種主動(dòng)桿伸長式的雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖3.10所示。圖3.10 主動(dòng)桿伸長式雙搖桿機(jī)構(gòu)該形式的表現(xiàn)好像是又回到了第二種形式，但其伸長主動(dòng)桿的效果亦是很好的解決連桿與主動(dòng)桿之間空間位置阻擋的問題，腳踏施力只要在伸長桿端進(jìn)行，參照圖3.6(b)的設(shè)計(jì)可以免去踏板兩側(cè)寬

32、度方向伸長的設(shè)計(jì)需要。對于四桿類機(jī)構(gòu)除了以上四種討論的設(shè)計(jì)，應(yīng)該還有一些通過機(jī)構(gòu)變異等方法而變得又簡單又有效的機(jī)構(gòu)，本組分析無法一一詳盡。研究過了機(jī)構(gòu)里已是相對簡單的四桿機(jī)構(gòu)之后，我們組有人提出來了可否繼續(xù)簡化的建議。眾所周知，機(jī)構(gòu)是用來傳遞運(yùn)動(dòng)或改變運(yùn)動(dòng)形式的基本組合體。機(jī)構(gòu)通過構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副數(shù)分為幾級桿組幾級機(jī)構(gòu)。前述討論的四桿機(jī)構(gòu)基本上全是兩構(gòu)件三低副的二級機(jī)構(gòu)。所以在進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡化，其級別可能會變?yōu)橐患墮C(jī)構(gòu)，即是單純的原動(dòng)件和機(jī)架。如果能滿足設(shè)計(jì)需求，一級機(jī)構(gòu)也正是所需要的最簡單的機(jī)構(gòu)。于是我們進(jìn)行了分析。分析過程中，我們明白原動(dòng)機(jī)既是工作件，所以擠水操作在一級機(jī)構(gòu)的形式下幾乎是用輸入工

33、作力的腳直接去對拖把進(jìn)行“踩壓”擠水。這樣就和前述提到的市面上已存在的鉸接咬合平面擠壓的操作形式差不多了。所以我們必須對我們組設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在空間形式上進(jìn)行新的布置，在工作情況上進(jìn)行性能優(yōu)化。最終，在之前提出一滾輪固定轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，我們確定出了第五種簡單至極的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖3.11），其機(jī)構(gòu)形態(tài)與手鉗（圖2.7）或剪刀的一樣，同時(shí)原理也同樣是一種省力杠桿。圖3.11 一級杠桿機(jī)構(gòu) 雖然經(jīng)過復(fù)雜繁長的分析得到的結(jié)果非常簡單。但是還需要進(jìn)行機(jī)構(gòu)方案評價(jià)才能走到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)路線上。這與我們所學(xué)知識后的思維定勢有一定聯(lián)系的，對于這等簡單設(shè)計(jì)可能會顯得效率低下，但對于復(fù)雜設(shè)計(jì)，所有步驟是必經(jīng)的實(shí)用之路。3.3

34、機(jī)構(gòu)方案評價(jià)在經(jīng)過機(jī)構(gòu)選型之后下面開始對于機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行評價(jià)。首先要確定評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)體系，然后是典型機(jī)構(gòu)的性能、特點(diǎn)的評價(jià)。評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)體系，滿足同一運(yùn)動(dòng)形式或功能要求的機(jī)構(gòu)方案有很多，對這些方案應(yīng)從運(yùn)動(dòng)性能、工作性能及動(dòng)力性能方面進(jìn)行綜合評價(jià)，見表3-1。需要指出的是，各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)及其具體項(xiàng)目，是根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要性能要求和機(jī)械設(shè)計(jì)專家的意見設(shè)定的。對于不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，應(yīng)根據(jù)具體情況擬定不同的評價(jià)體系。表3-1機(jī)構(gòu)方案評價(jià)指標(biāo)及其具體項(xiàng)目評價(jià)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)性能A工作性能B動(dòng)力性能C經(jīng)濟(jì)性D結(jié)構(gòu)緊湊E具體項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)軌跡。效率高低承載能力；傳力特性。加工難易；維護(hù)方便性；能耗尺寸；質(zhì)量；

35、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性在確定了評價(jià)指標(biāo)之后開始對典型機(jī)構(gòu)性能、特點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)。本組設(shè)計(jì)亦是如此，所以要具體進(jìn)行分析，見表3-2。表3-2機(jī)構(gòu)方案評價(jià)指標(biāo)及其具體項(xiàng)目性能指標(biāo)具體項(xiàng)目評價(jià)四桿機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)一級機(jī)構(gòu)（杠桿）運(yùn)動(dòng)性能A運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)軌跡滿足達(dá)到需求位置要求滿足達(dá)到需求位置要求工作性能B效率高低一般較高動(dòng)力性能C承載能力；傳力特性較大一般較大較好經(jīng)濟(jì)性D加工難易；維護(hù)方便性；能耗較難較方便一般易極方便一般結(jié)構(gòu)緊湊E尺寸；質(zhì)量；結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較大較小復(fù)雜較小較小簡單通過機(jī)構(gòu)方案的評價(jià)初步了解了所留意的幾種機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺特點(diǎn)。然后本組將前述五種的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了缺點(diǎn)指出進(jìn)行刪選。第一種機(jī)構(gòu)形式最為普通，但確實(shí)沒有考

36、慮到將來空間位置擺放的問題。連桿可能會阻擋著主動(dòng)桿受力的路徑。為此要將主動(dòng)桿突出來一部分供腳踏。另外由于其加裝在特制水桶之上，需要兩邊受力均勻，否則僅僅一邊踩踏從動(dòng)桿會引起不穩(wěn)定。又由于兩邊同時(shí)踩踏對于使用者很難做到，所以這種機(jī)構(gòu)形式首先被最終否決。第二種機(jī)構(gòu)形式是考慮了第一種的不足而改進(jìn)的形式。將主動(dòng)桿外翻至另一邊可以避免與連桿發(fā)生阻擋。主動(dòng)桿也可設(shè)計(jì)為一塊踏板與水桶兩側(cè)同時(shí)連接的形式，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一只腳施力且保持受力均勻了。不過最致命的一點(diǎn)便是這種機(jī)構(gòu)形式所占的長度空間會因此變得很大，與結(jié)構(gòu)緊湊，方便移動(dòng)的使用價(jià)值相違背，最終也被否決了。第三種機(jī)構(gòu)形式也是在對之前一種形式的改進(jìn)，它省去了

37、獨(dú)立連接滾輪的桿件，于是結(jié)構(gòu)上達(dá)到了既滿足空間合理避讓又能很好的縮短長度的功能。這個(gè)方案在看似沒有問題之時(shí)，本組對其受力假設(shè)情況下進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)在從動(dòng)桿上連桿的位置施力存在費(fèi)力杠桿的結(jié)構(gòu)，這樣的情況對于設(shè)計(jì)很不利。于是在討論中該方案被否決了。第四種機(jī)構(gòu)形式又是一種圍繞上一種形式的改進(jìn)，既然將從動(dòng)桿伸長會引起費(fèi)力的問題，那就采用對立的觀點(diǎn)反過來將主動(dòng)桿伸長變形，得到的機(jī)構(gòu)形式對于空間避讓和省力問題上有非常好的解決效果。但是再從機(jī)構(gòu)簡單性上，包括其在內(nèi)的以上四種機(jī)構(gòu)組成上都仍然是非常復(fù)雜的。存在四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，相對磨損比較大，所以在討論中也被放棄使用。第五種機(jī)構(gòu)形式回歸到了最原始基本的狀態(tài)。當(dāng)腳

38、對其進(jìn)行施力時(shí)，就如同第四種機(jī)構(gòu)形式里連桿在對從動(dòng)桿進(jìn)行下拉的作用。結(jié)構(gòu)簡單無比，同時(shí)在尺寸上特定的使腳踏桿的有效長度大于另一端的長度。達(dá)到省力的目的。最終通過討論評定。我們選擇了第五種這一簡單的一級機(jī)構(gòu)。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1概述機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在原理方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定滿足功能要求的結(jié)構(gòu)方案，其內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的類型和組成，結(jié)構(gòu)中所有零部件的形狀、尺寸、位置、數(shù)量、材料、熱處理方式和表面狀況等，所確定的結(jié)構(gòu)方案除應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)原理方案所規(guī)定的動(dòng)作要求，還應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、鋼度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。一般而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及問題最多、最具體、工作

39、量最大的工作階段。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要特性之一是設(shè)計(jì)問題的多解性，既滿足同一原理方案要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不是唯一的，通過機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得到一個(gè)可行的結(jié)構(gòu)方案一般并不難，而機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在眾多的可行結(jié)構(gòu)方案中尋找最優(yōu)方案?，F(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法能夠根據(jù)完整的數(shù)學(xué)模型從一個(gè)可行方案出發(fā)，在一個(gè)單峰區(qū)間內(nèi)尋求到局部最優(yōu)解，但是并不能遍歷全部的可行區(qū)域，找出所有的局部最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解。要得到最好的設(shè)計(jì)方案，就需要發(fā)揮創(chuàng)造性思維方法的作用。本組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常簡單，可視為準(zhǔn)機(jī)械結(jié)構(gòu)體。所以照搬順序地運(yùn)用數(shù)學(xué)模型的方法是一種舍近求遠(yuǎn)、刪簡就繁的方法。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中就已深受教訓(xùn)，所以此環(huán)節(jié)中我們?nèi)空J(rèn)為按照機(jī)

40、構(gòu)方案的變異設(shè)計(jì)法來對已有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念進(jìn)行變異引用，最終組合為我們的新設(shè)計(jì)。4.2結(jié)構(gòu)方案的變異設(shè)計(jì)所謂的變異設(shè)計(jì)就是從一個(gè)已知的、可行的結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，通過變換得到新的可行方案。限于知識廣度不是非常寬泛，加之結(jié)構(gòu)的簡單，所以變異設(shè)計(jì)得到最優(yōu)解數(shù)量不會有多少，但我們認(rèn)為只要是能夠?qū)崿F(xiàn)本組創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)就可以。首先通過查閱信息資料，我們從最基本的各功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的變異。盛裝水，實(shí)現(xiàn)涮洗拖把的桶形薄壁主箱體結(jié)構(gòu)。這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)部分使我們很容易想到最為簡單的圓形形式（如圖4.1所示），但在本組設(shè)計(jì)的拖把擠水器之中還要起到支撐固定滾輪的功能，所以要考慮定位安裝其他結(jié)構(gòu)。因此對于圓形結(jié)構(gòu)進(jìn)行變異

41、，對光滑薄壁進(jìn)行變異，實(shí)現(xiàn)為安裝其他結(jié)構(gòu)的打孔、增設(shè)凸臺等預(yù)制處理。最后得到一種帶有軸孔和凸臺的方形薄壁結(jié)構(gòu)（如圖4.2所示）。本組擬定拖把主箱體結(jié)構(gòu)主要零件為注塑件及沖壓件，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)容易主體塑件擬采用高強(qiáng)度工程塑料，達(dá)到美觀大方，堅(jiān)固耐用的效果。 圖4.1 普通水桶圖4.2 主箱體傳力，驅(qū)動(dòng)滾輪擺動(dòng)的一級機(jī)構(gòu)杠桿結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)在工作時(shí)需要很大的擠壓力，所以要預(yù)防運(yùn)動(dòng)方向上的變形，為提高剛度，對一般桿狀力臂進(jìn)行變異，得到扁平狀力臂（如圖4.3所示）。圖4.3 杠桿臂擠壓，直接接觸拖把墩布的滾輪結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)在沒有進(jìn)行細(xì)究時(shí)不會考慮到其質(zhì)量和形狀的對于整體的影響。一般大的滾壓機(jī)械（如圖4.

42、4所示）的兩滾輪都是為了實(shí)現(xiàn)大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。又因?yàn)榇笮蜋C(jī)械的滾輪一般不會發(fā)生移動(dòng)，所以主動(dòng)和從動(dòng)兩輪也多為等長且固定相互位置。但是由于本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，兩滾輪必須輕盈，且可擺動(dòng)的滾輪要長度小一些以便其可以貼近內(nèi)壁增大兩滾輪之間的張開度。所變異設(shè)計(jì)得到了輪輻形的滾輪（如圖4.5所示）。圖4.4 一般形式的滾壓機(jī)圖4.5 滾輪固定，連接各個(gè)結(jié)構(gòu)件的螺桿、螺柱結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中這些螺桿螺柱都是支撐轉(zhuǎn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)，長期使用會有一定的磨損，但考慮本設(shè)計(jì)的載荷很小沒有進(jìn)行校核的必要。但是滾輪的支撐需要較長的螺桿，為防止固定轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪松落，特此在螺桿非螺紋端加設(shè)四方柱體（如圖4.6），抑制螺桿隨滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致螺母松動(dòng)。另外，杠桿臂的支點(diǎn)部位采用較短雙頭螺柱（如圖4.7）。螺桿螺紋公稱直徑M6，螺柱為M10，皆選用45號的普通螺栓材料。(a) 固定滾輪螺桿端部(b) 固定滾輪螺桿整體圖4.6 固定滾輪螺桿 圖4.7 雙頭螺柱此外還另增設(shè)了踏板結(jié)構(gòu)以便更舒適方便的進(jìn)行腳踏操作和固定擺臂（見附錄圖一）。 4.3設(shè)計(jì)結(jié)果介紹對以上結(jié)構(gòu)以變異設(shè)計(jì)理念進(jìn)行改變設(shè)計(jì)之后便可以實(shí)現(xiàn)最終的三維實(shí)體呈現(xiàn)，