机械创新作业--(1)

1《机械创新设计》结课论文课程名称《机械创新设计》院（系、部、中心）机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级流体（卓越）111姓名范晓锋学号201110608题目分析机械式停水自闭水龙头的创新之处起止日期2014-4-20~2013-5-28任课教师王育荣2分析机械式停水自闭水龙头的创新之处作者：范晓锋（南京工程学院机械工程学院，南京211167）摘要：在日常生活中，常常会因为突然停水而又忘记关闭水龙头而造成自来水浪费的现象。而水资源在我国是一种十分宝贵的资源。当今社会是一个提倡节俭的社会。基于这种现象，机械式停水自闭水龙头的创意诞生了，能解决因停水后忘记关水龙头而导致来水后自来水白白流失的问题，进而节约水资源。关键词：水龙头；机械式；机构设计1引言水资源现已成为人类不可缺少的重要物质，是一切生物赖以生存的保证。但是随社会的飞速发展，工业化的进程不断加快，经济人口不断地增长，水资源的需求消耗也随之不断提高，生活中各种对水的不合理开发与利用造成的水浪费越来越剧烈。因此水资源的供应与需求之间的矛盾日益加剧，这已成为每一个国家每一个社会的难题。我们要节约每一滴水资源,从身边的小事做起用水后记得关水龙头。在实际生活中我们常常在停水后却忘记了关水龙头而离去，当第二次来水时由于水龙头仍处在开水的状态造成大量资源浪费甚至出现“水漫金山”的壮观现象，对生活也产生了不必要的麻烦，这些都是我们不愿意看到的。如何设计一个结构简单、成本低廉的水龙头是这个创意的出发点。水龙头是日常生活中必备的装置之一，种类繁多，按开启方式来分，可分为旋转式、扳手式、抬启式和感应式等;按阀芯来分，可分为橡胶芯、陶瓷阀芯和不锈钢阀芯等,今后发展方向是智能化。但是，在停水后能实现自闭功能的很少，比较先进的有感应水龙头，通过电控制可以实现停水自闭，但这是通过电来控制，第一不安全，第二耗费能源。在市场中我们通过调查虽然有电子控制系统的自闭水龙头却无纯机械机构龙头，且它的成本价格贵、维修困难这使得普通家庭、学校等公共场所往往普及存在着众多的弊端。尽管现在出现了一种机械式自动节水水龙头，但是，它的停水自闭控制装置和水龙头是分开的两个装置，在一定程度上使机构变得复杂，在材料上也是一种浪费；其次从用户方面来说水龙头方便好用对水龙头十分重要。为此，机械式停水自闭水龙头根据节水的内涵和节水方法，构思了一种新型的停水自闭水龙头，控制装置和水龙头融为一体；并且改变了传统球形阀的设计，用圆柱状活塞代替，并用水压密封，用弹簧拉杆自锁逻辑判断实现纯机械式停水自闭。2研究概况根据人们生活中的水资源浪费的现象的原因分析，需要通过创新的水龙头杜绝该浪费现象且改变生活中忘记关水龙头的现象帮助人们养成良好的生活习惯作风，于是提出了以下的设计目标：1、实现停水的一瞬间迅速堵塞通水管道并且等下次来水时有自锁的功能并需要手动才能够开启水龙头。2、主要自锁部分结构简单运动要平稳无误，加工成本低，不变原有龙头的内部结构。3、制作美观，使用寿命长。综合考虑上述的目的要求，需要一步一步的分析问题，打破传统思维观念的束缚，通过在普通的龙头上添加装置进行改装而实现最终的目的要求。另外运动时不需要提供额外的动力源造成设计困难。在设计过程中也要进行充分考虑。32.1希望点列举法列举法又称穷举法，是一种辅助的创新技法。它并不提供发明思路与创新技巧，但它可以帮助人们明确创新的方向与目标。列举法将问题一一列出，将事物的细节全面展开，使人们容易找到问题的症结所在，从各个细节入手探索创新途径。列举法一般分为三步进行，第一步是确定列举对象，一般选择比较熟悉和常见的，进行改进与创新可获得明显的效益；第二步分析所选对象的各类特点，如缺点、希望点等，并一一列举出来；第三步则从列举的问题出发，运用自己所熟悉的各种创新技法进行具体的改进，解决所列出的问题。机械式停水自闭水龙头采用的创新方法是希望点列举法。希望点列举：列举、发现或揭示希望有待创造的方向或目标。希望是一种动力，有了希望才会行动起来，使希望与现实更加接近。根据列举法，第一步确定列举对象为水龙头；第二步分析水龙头的希望点是希望在停水后水龙头能够自闭，防止水资源的浪费；第三步从如何让水龙头自闭出发，运用发散思维，想象思维和社会发展需要对水龙头进行改进。2.2相似联想思维设计与创新时首先需要思考与分析的是变化因素，即在突然停水时，是什么发生了变化。首先想到的是水管内水压的变化；其次考虑水压变化与水管自闭的关系。这是可以采用相似联想思维或相似类比方法进行考虑。相似联想：由一事物或现象刺激，想起与其相似的事物或现象。主要体现在时间、空间、功能、形态、结构、性质、等方面相似。相似中很可能隐含着事物之间难以察觉的联系。例如，通过相似联想，医生由建筑上的爆破联想到人体器官内结石的爆破，而发明了医学上的微爆破技术。内燃机是加热流体产生压力导致活塞的运动而进行工作的，同样，水压的变化也可以导致活塞运动。内燃机和机械式自闭水龙头在功能，结构等方面有着相似之处，都是通过压力变化使活塞产生运动。在正常有水的情况下，入水口处有正常的水压，水龙头里面的柱塞被水压顶起；在停水的时候，因为水压下降而柱塞下降。由于柱塞下降导致与水龙头把手连接的弹性推杆推向了柱塞上端，保证了自闭。图1.机械式停水自闭水龙头结构原理42.3机构变异机构的变异是指在以某个现有机构为原始机构的基础上，进行某些结构的改变或变换，从而演化形成一种功能不同或性能改进的新机构。变异与演化的方法可归纳为运动副的变异与演化、构件的变异与演化、机构的扩展、机构的扩展、机构的倒置、机构的等效、机构的移植。通过变异与演化获得的新机构被称为变异机构。应用变异机构是为了改善、扩展原始机构的性能，开发新的功能，也为机构的组合提供更多的基本机构。在思考与分析自闭活塞复原时，最简便可行的方法是转动水龙头的把手。运用机构变异的创新技法，对机构进行扩展和构件变异，在手把上设计了内置的端面凸轮。来水后，水压上升，只有转动手把，才能拉回弹性推杆，使柱塞在水压的作用下上升。再转动手把就可以正常使用了。图2.停水前柱塞被水压顶起图3.停水后柱塞落下53创新特色机械式自闭水龙头综合运用了《机械创新设计》一书中，包括创新思维与技法、机构的创新设计、机械结构设计与创新等多个章节的知识，创造性地对现有的水龙头进行了改进，使一个普通的水龙头在性能上有了质的飞跃，能更好的应对生活中的停水问题。图4.自闭结构示意图4应用前景机械式自闭水龙头通过简单机构实现纯机械自锁，利用水压实现逻辑顺序判断达到自锁目的，解决了停水忘关水龙头的问题，特制的柱塞和弹簧拉杆保证了水龙头本身的密封性，具有很高的可行性和实用性。机械式自闭水龙头结构简单，制造方便，成本低廉，外形美观，适合在家庭及公共场所使用，相信在不久的将来，机械式自闭水龙头会被推广普及。5结尾机械式自闭水龙头的创新设计的创新意识不仅来源于生活的启示，它更来源于自身的实践；只有不断的实践才能把我们的意识灵感转化为产品。这一过程中往往需要坚定地毅力与决心，克服重重困难才能最终取得胜利。6参考文献[1]张春林.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2007[2]张美麟.机械创新设计[M].北京:化工工业出版社，2010.[3]吕仲文.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社，2005.[4]罗绍新.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社，2005.[5]王贤民.机械设计[M].北京:北京大学出版社，2012.[6]朱理.机械原理[M].北京:高等教育出版社，2010.