机械创新作业(21)

第一篇：机械创新作业(21)

《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）专业班级流体（卓越）111姓名号题目反求设计及其应用起止日期2014-05-10~2014-05-31任课教师王育荣

反求设计及其应用

作者：王刚

（南京工程学院机械工程学院，南京211167）

摘要：发明创造是人类文明进步的原动力，在人类社会的发展与进步过程中发挥了极其重要的作用，设计是人类改造自然的一种基本活动。也是一种复杂的创造性思维过程。反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、结构、尺寸、材料、关键技术等指标，在根据现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计、改进或者创新设计的过程。

关键词：机械创新设计 反求设计 反求法 反求工程

1引言

我国是一个发展中国家，科学技术相对落后。投入大量资金去研究发达国家已推向市场的产品或技术是完全没有必要的。这不仅浪费资金，也拖延发展经济的时间。由于设计到发展经济的科学技术领域非常广泛，我国也缺少巨额资金去进行大范围的基础理论研究和应用科学研究。因此，引进发达国家先进的科学技术或先进的产品，然后进行反求设计，仿造或设计出更新的产品，是发展中国家发展国民经济的最佳道路。特别是在知识经济的时代，反求工程在科技发展中的地位更为重要。

2反求设计

反求设计(也称逆向设计)是设计人员以先进设备的软件(图样、程序、技术文件)、影像(图片、照片等)和实物作为研究对象，应用现代设计理论方法、人机工程学等有关专业知识，进行系统的分析和研究，进而开发出同类的先进产品的过程。

2.1反求设计的思路 反求设计分为两个阶段：反求分析阶段与再设计阶段。反求分析阶段：包括宏观分析和详细分析，通过对原有产品的剖析、寻找原产品的技术缺陷、吸取其技术精华、关键技术，为改进或创新设计提出方向。再设计阶段：是一个创新设计阶段，包括变异设计和开发设计。在对原产品进行反求分析的基础上，开发出符合市场需求的新产品的过程，称为“再设计”。变异设计就是在现有的产品基础上对参数、机构、结构、材料等改进设计，或进行产品的系列化设计。开发设计就是在分析原有的产品基础上，抓住功能的本质，从原理方案开始进行创新设计。反求设计的过程如图1所示。

图表 1 反求设计过程

2.2 对反求对象的分析

在进行反求设计前，首先要对反求设计的对象进行分析。产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案。因此，在对反求对象作分析时应注意下面几个方面：

1．系统整体性 系统中的各个分系统，都具有其特定的功能和目标，只有各系统协调一致，才能达到系统的整体目标。如果只研究改善某些局部问题，而忽略其他分系统的影响，将可能影响整个系统的整体效益。

2．针对性 系统分析应有针对性，寻求解决特定问题的最优方案。

3．定量性 解决问题，不应单凭主观臆断、经验和直觉。在许多复杂情况下，必须以相对可靠的数字资料为分析依据，保证结果的客观性。

2.3 对反求对象材料的分析

对反求对象材料的分析包括了材料成分的分析、材料组织结构的分析和材料的性能检测几大部分。机械零件材料及热处理方法的选择将直接影响零件的强度、刚度、寿命、可靠性等性能指标。因此在一些产品中材料及热处理方式的选择显得非常重要，并可能成为该产品的关键技术。一般采用表面观测、化学分析、金相检验等方式确定材料的化学成分、组织结构和表面处理情况，并通过物理试验测定材料的各种物理性能和主要的力学性能，确定材料牌号及热处理方式。有时需通过材料分析进行材料代用，代用的原则是首先满足力学、物理性能，其次满足化学成分的要求，并参照其他同类产品，确定代用材料的牌号及技术条件在对反求对象进行材料分析时，要充分考虑到材料表面的改性处理技术。

2.4 对反求对象的工艺和装配的分析

反求设计和反求工艺是相互联系的，缺一不可。在缺乏制造原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术技巧的情况下，对反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法。

1．采用反判法编制工艺规程。以零件的技术要求如尺寸精度、形位公差、表面质量等为依据，查明设计基准，分析关键工艺，优选加工工艺方案，并依次由后向前递推加工工序，编制工艺规程。

2．改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求。在保证引进技术的设计要求和功能的前提条件下，局部地改进某些实现较为困难的工艺方案。

3．用曲线对应法反求工艺参数。先将需分析的产品的性能指标或工艺参数建立第一参照系，以实际条件建立第二参照系，根据已知点或某些特殊点把工艺参数及其有关的量与性能的关系拟合出一条曲线，并按曲线的规律适当拓宽，从曲线中找出相对于第一参照系性能指标的工艺参数，即是需求的工艺参数。

4．材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平。由于材料以及工艺对加工方法的选择起决定性作用，所以，在无法保证使用原产品的制造材料时，或在使用原产品的制造材料后，工艺水平不能满足要求的情况下，可以使用国产化材料，以适应当前的工艺水平。对反求对象进行装配分析，应主要考虑：用什么装配工艺来保证产品的性能要求，能否将原产品的若干个零件组合成一个部件，如何提高装配速度等。

2.5 对反求对象精度的分析

精度是衡量反求对象性能的重要指标之一，也直接影响产品的成本。零件尺寸易于获得，但尺寸精度却难以确定，这也是反求设计中的难点之一。合理分析设计零件精度及其分配关系，对提高产品的装配精度、机械性能，降低产品成本至关重要。对反求对象精度的分析包括了对反求对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。在确定形体尺寸时，根据反求对象软件、影像或实物的不同，所选用的反求方法也有所不同。若是实物反求，则可通过常用的测量设备对产品直接进行测量，以确定形体尺寸；若是软件反求和影像反求，则可采用参照物对比法，利用透视成像的原理和作图技术并结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算来确定形体尺寸。

2.6 对反求对象外观造型的分析

产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形造型、色彩设计等进行分析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。在市场经济条件下，产品的外观造型在商品竞争中起着重要的作用。在对产品外观造型分析时，应从产品的美学原则、用户的需求心理及商品价值等角度来分析。比如，美学原理包括合理的尺度、比例，造型上的对称与均衡、稳定与轻巧、统一与变化、节奏与韵律等。此外，色彩也能美化产品并引起感情效果。对有关产品色调的选择与配色、色彩的对比与调和等方面作相应分析，有利于了解它的设计风格。

2.7 对反求对象系列化与模块化的分析

分析反求对象时，要考虑到所引进的产品是否已经系列化，是否为系列型谱中的一个，在系列型谱中是否具有代表性，产品的模块化程度如何等具体问题，使得在设计制造时少走弯路，提高产品质量，降低成本，生产出多品种、多规格、通用化较强的产品，从而提高产品的市场竞争力。

2.8对反求对象其他方面的分析 对产品的管理、使用、维护、包装技术等的分析也很重要。管理的好坏直接影响产品效能的发挥。比如，分析了解重要零部件及易损零部件就有助于产品的维修、改进和创新设计。

3现代设计的发展趋势展望

反求法的研究已经日益引人注目，在数据处理、几何特征识别、商用专业软件和坐标丈量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。但是在实际应用当中，整个过程仍需要大量的人机交互工作，操纵者的经验和素质直接影响着产品的质量，下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面：

1．数据丈量方面：发展反求工程的专用丈量设备，能够高速、高精度的实现产品几何外形的三维数字化，并能进行自动丈量和规划路径；

2．数据的顶处理方面：针对不同种类的丈量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法；

3．曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；

4．集成技术：发展包括丈量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的反向

工程技术。结语

反求技术与NC加工技术相结合称之为反求工程。目前常用的方法是实物反求设计法即针对现有工件(样品或模型)利用3D数字化测量仪器准确、快速地量取轮廓坐标值，并加以建构曲面，对曲面进行编辑、修改后，传到CAD~CAM系统，再由CAM所产生刀具的NC加工路径送至CNC加工制作所需模具，或者送到快速成型机(Rapid Prototyping)将样品模型制作出来。反求工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁的途径之一。

参考文献

[1]张春林.《机械创新设计》.北京:机械工业出版社，2010

[2]张美麟.《机械创新设计》.北京:机械工业出版社，2005.[3]吕仲文.《机械创新设计》.北京:机械工业出版社，2005.[4]罗绍新.《机械创新设计》.北京:机械工业出版社，2005.[5]童秉枢.《现代CAD技术》.北京:清华大学出版社，2000.[6]邹慧君.《机械系统概念设计》.北京:机械工业出版社，2003.[7]陈屹、谢华.《现代设计方法及其应用》.北京:国防工业出版社，2004.

第二篇：机械创新作业(32)

《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）专业班级流体（卓越）111姓名号题目如何提高机械性能设计起止日期2014-5-18~2014-5-25任课教师王育荣

提高机械性能设计

作者：周富伟

（南京工程学院机械工程学院，南京211167）

摘要：机械性能是金属材料的常用指标的一个集合。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命，金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据，外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。因此，如何提高机械性能的设计有着巨大的意义，尤其是对我们机械一块，一个小小的改动能够影响整个行业变化。

关键词：机械性能设计、提高、金属材料、机械零件

1、引言

改革开放三十年以来，中国制造业有了显著的发展，无论制造业总量还是制造业技术水平都有很大的提高。机械制造行业在近年来不断的发展和创新，作为国家非常重要的一门行业，中国相对于其他国家技术要落后了接近三十年，这就使得中国机械发展是当务之急，如果不能提高和改善技术，就会导致中国机械行业的落后，从而无力与他国竞争，这是非常危险的。作为国家与社会集体的一份子，我们也许不能直接改变世界走向，但是我们可以从小方面去累积，点点滴滴最终必将汇成大江河。

2、中国机械制造业存在的主要问题

面对21世纪世界经济一体化的挑战，机械制造业存在的主要问题有以下几个方面：

1、合资问题。

由于世界经济一体化，我国引进大量国外的产品和技术，的确是机械制造业有了不小的发展，但是国外野心勃勃的企业不仅仅想要占领中国的市场，更加想要垄断中国机械行业的技术。比如2005年3月，全球最大的机械设备制造商——美国卡特彼勒公司以低得“令人意外”的价格收购了山东重工的40％的股份，此后工程机械业中传出，强硬的卡特比勒已制定了庞大的收购计划，目的是“蚕食中国工程机械”。

国外公司这种做法无疑使得中国机械行业发展更加困难，但是我们也不能退缩，只有直面这些挑战和危险，在困境成长起来，这样的公司才是真正强大的公司。

2、技术问题。

中国的机械行业技术问题也是中国目前遇到的比较大的问题，外国公司谁也不会把真正的最先进的技术透露给竞争对手。中国机械行业虽然有自己的品牌，但是机械主要部件还是来自国外，这是一种潜在的威胁。近几年来，中国每年用于固定资产的上万亿元设备投资中，60％以上是引进的。作为窗口的国家高新技术产业开发区，也有57％的技术源自国外。在冶金机械中，最近几年我国板、带材生产线上了三、四十条，型材线就更多了，总投入大得惊人，但是这些设备和系统几乎全部来自德国、日本及意大利。例如河北一家大型钢铁(邯郸)厂，冷轧设备来自德国西马克公司，镀锌设备来自意大利达涅利公司。据机械工业联合会的统计，目前工业发达国家新产品贡献率为52％，我国仅为5．9％。在“核心技术方面”具有独立自主知识产权的产品较少，克隆产品较多。这样的结果除了自主创新能力削弱之外，还容易遭到侵权

指控。即使出现了自行研制的技术，也很容易被指责为“剽窃”。

整个工业制造设备的骨干都是外国产品，这暴露了我国工业化的虚弱性。机械制造业是一个国家的脊椎和脊柱，中国今后如果不把腰杆锻炼硬了，挺直了，那么整个经济和国防都是虚弱的。只有中国自己的产业有自己的技术，而不是有求于人，中国机械行业也必将焕然一新。

3、国家扶持的支点偏离

业内人士普遍认为，技术黑洞的形成与国家的重视程度、投入密切相关。国家在过失的二十多年来忽视了发展机械行业，在政策、资金等方面都出现了偏差。产权激励制度是创新和研发产品的重要保障。国有企业对创新人才的产权激励基本上没有实行。一方面创新成果的知识产权没有得到有效的保护，另一方面，创新者的贡献没有得到产权确认。企业研发的技术和产品，要么被国家无偿拿走，要么被其他的企业无偿抄袭。

3、机械性能

常说的机械性能主要有：弹性、塑性、刚度、时效敏感性、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等。

弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。

塑性：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的能力。

刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。

强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

硬度：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。

冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。

疲劳强度：当金属材料在无数次重复活交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。

断裂韧性：用来反映材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标

4、机械性能设计方法

要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。

5、材料工艺

金属材料加工工艺一般分为冷加工和热加工。

冷加工包括车、钳、刨、铣、磨等等； 热加工又分为铸造和锻压：锻压里边又可分为锻造和冲压，锻造有自由锻（含镦粗、拔长、挤压、冲孔、扩孔、顶镦等）、模锻，冲压有冲裁、弯曲、拉深、胀形、扩口、缩口、翻边等。

除去上述加工工艺，为了提高的机械性能，一般采用热处理方式。如淬火可以提高材料的硬度、调质

（淬火加高温回火）可以提高材料的稳定性和韧性，改善材料的强度加工性能、表面镀铬，可以提高材料的表面硬度和耐磨性，抗腐蚀性、表面离子氮化，也可以提高表面硬度从而提高耐磨性、退伙可以使材料的硬度降低，减少脆性增加韧性、回火可以细化组织，提高材料的稳定性、对材料表面进行喷砂或喷丸处理，可以提高材料表面张力，提高表面硬度，还可以提高抗腐蚀的能力。等等等等，还有很多方法可以提高或改善材料的机械性能。

6、机械性能设计

由于金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。

因此我们可以从两个方面来进行设计：对于工艺性能，主要在生产过程中会运用到，冷加工过程中，如有精度的要求，一般要优先考虑，这样制作出来的产品才能满足材料器件的要求，各种工艺要明确作用，调整好方法，设计出详细步骤在进行作业；热加工过程和热处理过程是最能影响金属材料性能的步骤，首先明确产品的作用，从作用出发考虑加工方法，如产品是锤子，则要求坚固耐用，则可采用淬火和表面镀铬等方法。对于使用性能：则需要考虑消费者的使用实际状况，如采用低成本，打磨圆角等等。

7、总结和展望

如果我们在今后的机械设计领域，能够抛弃旧的思维过时的旧方法，很好地运用类比、发散和逆向等创新思维，加上计算机辅助、多学科结合等现代创新方法，针对金属材料拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等问题进行改进和创新，我相信机械行业领域将会迎来新的美好明天。

参考文献

１．张春林．机械创新设计，第2 版．北京：机械工业出版社，2007．

２．隋明阳．机械设计基础[M]．北京：机械工业出版社，2002．

３．肖耀军．创新思维．北京：新华出版社，2007．

第三篇：机械创新设计作业

机械创新设计作业要求

1.运用《机械创新设计方法》课程所学的创新思维、创新技法，以及机械系统方案设计、机构设计、结构设计等方面的创新知识，针对某一你所熟悉的产品、设备或零件，提出你在上述某一方面的具体的创新与改进措施。

2.设计课题在主题框架内可自行确定，课题可以是机构设计，结构设计，外观设计，创新设计等。

3.每个课题可一人一题，也可两人或三人一题，但需要有较明确的分工。补充：

（1）拟定设计任务书（设计原由，设计内容，设计对象说明）；

（2）功能原理与工作原理分析；

（3）机构方案评价；

（4）三种方案的机构（结构）构型（要求绘制机构运动简图或示意图；）；

（5）确定最佳方案并阐述所选方案功能及工作原理；

（6）结构设计（另附图纸）(包括所承担工作所起的作用； 3D建模的零件名称，数量，将相应的图剪贴在实验报告中；完成工作所遇到的问题及解决方法)；

（7）本项设计的创新点；

（8）本项设计的应用和发展前景；

（9）完成此次《机械创新设计方法》结课报告的收获和体会。

第四篇：机械创新设计作业2

一种可调节尺码大小的轮滑鞋

专利的基本信息

申请号：200620154134.X 申请日：2006.12.01 名称：可调整肥度的溜冰鞋鞋头 公开(公告)号：CN200973409 公开(公告)日： 2007.11.14 主分类号：A43B5/16(2006.01)I 分类号：A43B5/16(2006.01)I 申请(专利权)人：江 勇

地址：523940广东省东莞市厚街镇工业区新屋园路11号 发明(设计)人： 江 勇

专利代理机构：厦门市新华专利商标代理有限公司 代理人：彭长久

专利的摘要

本实用新型涉及一种可调整肥度的溜冰鞋鞋头，包括一鞋头本体，沿该鞋头本体后侧端纵向开设有一用以扩张鞋头本体的剖开槽。本实用新型是由鞋头本体后侧端纵向开设有一用以扩张鞋头本体的剖开槽之结构配合鞋跟滑动实现双边调整鞋头肥度之功效，其可依脚形的变化随意操作，更好地方便消费者使用。

本专利的解决问题的原理

目前，可伸缩式的轮滑鞋是市面上常见的轮滑鞋形式，这种轮滑鞋的款式多种多样，不仅能够达到传统定码鞋的视觉效果和穿着效果，还可以实现一双轮滑鞋同时拥有四个码段的功能，即一双滑轮鞋可随不同尺码的足大小而变换鞋体长度，其适合四种不同尺码的足穿着，既可以适合成长中的孩子在不同年龄段穿着，也可以适合一家人中尺码不同尺码的人穿着，应用范围广，经济适用。由于可伸缩式轮滑鞋具有上述优点，使其受到消费者的广泛青睐。

然而，可伸缩式轮滑鞋的缺陷在于：由于不同年龄段消费者的足部不仅长度不同，而且宽度也不相同，而现有可伸缩式滑轮鞋只能改变鞋体的长度却无法使鞋体的宽度随长度的变化增宽或者变窄，消费者在穿着这种轮滑鞋时，会出现足部受到鞋体的压迫或者鞋体过宽的现象，使得舒适感较差。

本专利所设计的内容就是来解决这个另人苦恼的问题。

如图1所示，溜冰鞋包括鞋跟30、鞋头10及鞋跟30与鞋头10的鞋长调节结构、鞋宽调节机构及控制机构，所述鞋宽调节机构包括沿所述鞋头本体1后侧端纵向开设有一用于扩张鞋头本体1的剖开槽2，前置槽

21、锥形槽22及开口槽

23、以及鞋跟底板上凸设有导轴

31、固定金属片50，导轴31嵌设于鞋头10锥型槽22中，并用固定金属片50将鞋头10与鞋跟30连接起来；鞋长调节结构为鞋跟30前部的底面上设置纵向排列的一列定位通孔和安装在鞋头10上的定位块，每相邻的定位通孔之间 由纵向的槽沟将两者连通，所述定位块即为控制机构40，它的一端嵌设于鞋头本体1上的前置槽2l中，另一端嵌设于鞋跟底板上。当需要调整溜冰鞋的尺码时，操纵控制机构，拉动鞋头使之位于鞋跟上合适的定位通孔中以改变鞋头与鞋跟的连接位置，即通过鞋长调节结构来调整鞋体的长度，同时鞋宽调节机构中的鞋头4本体上的锥型槽以鞋跟上的导轴为支柱向前发生位移，或者推动鞋头使之反向移动，由固定金属片作用于锥形槽而使开口槽的两边会均匀地张开或者收拢，从而实现溜冰鞋长宽的调节。

结合TRIZ理论进行必要说明

TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。首先，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；其次，各种技术难题和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；第三，技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能。

由TRIZ理论的核心思想我们可以得知可调鞋宽、尺码、长度的轮滑鞋的诞生是遵循着客观的规律发展演变的，具有客观的进化规律和模式。这些发明都是朝着更舒适，更方便，更通用化等一些方向发展的。

我觉得这种可调节鞋宽、鞋长的轮滑鞋符合TRIZ理论的三个原理。

1、分割的原理 a、把一个物体分成相互独立的部分 b、把物体分成容易组装和拆卸的部分 c、提高物体的可分性

2、改变局部

a、从均匀的物体结构、外部环境或作用改变为不均匀的 b、让物体不同的部分承担不同的功能 c、把物体的每个部分处于各自动作的最佳位置

3、多用性

使物体具有复合功能以替代其他物体的功能

在这个发明专利中，轮滑鞋需实现调节轮滑鞋的宽度和长度两大功能，这两大功能的实现就需要用到TRIZ以上的三大发明原理。首先，鞋跟、鞋头、鞋长调节结构、鞋宽调节机构及控制机构等部件共同组成了可调节长度和宽度的轮滑鞋，因此用到了分割的原理。其次，轮滑鞋可变长度和宽度是通过不同的部分承担的，例如，轮滑鞋的鞋长调节结构是用来改变轮滑鞋的长度的，轮滑鞋的鞋宽调节机构是用来调节轮滑鞋的宽度的，因此用到了改变局部的原理。再者，轮滑鞋的鞋长和鞋宽可以调节后，意味着轮滑鞋的功能有增强了，一个家庭可能只需要一双轮滑鞋就可以全家一起滑，也是一项很经济的发明，因此用到了多用性原理。

对上述发明专利的简单评析

上述结构具有的优点：

可通过鞋长调节结构来调整鞋体的长度，从而调节鞋的尺码，使一双鞋可以适合不同尺寸的脚。上述结构具有以下缺点：

(1)该种鞋宽调节机构中的固定金属片面积大，导致摩擦面大，调节时较为费力；

(2)调节机构中的金属件容易造成非金属件的磨损，容易造成调节机构较快失灵；

(3)调节机构和控制机构在鞋头上表面上有较多的凹凸结构，影响脚底板的舒适度；

(4)操作控制机构麻烦不便，因为控制机构设置在鞋跟底部的中间部位，其操作面位于鞋底，调节鞋码时只能脱下鞋子进行操作，不能直接穿着鞋子直接调整到合适的尺码上；

(5)对控制机构操作费力不便，因为在鞋底部位的控制机构因鞋底安装有鞋轮机构造成其操作空间比较狭小，且控制机构与鞋跟上定位通孔的结合往往会被脚板踩踏得很结实，必须用力按压才能使两者脱离以便做鞋码的调节，以致造成调节上既操作困难，又操作费力。

可以解决同一问题的另外一种方法

——简便轻松的轮滑鞋

它包括鞋面、与鞋面连接的绑腿、鞋底和鞋头，其中，鞋底的后部与绑腿连接，鞋底的中部和前部与鞋头之间具有鞋宽调节机构、鞋长调节结构及其尺码调节机构，其特征在于鞋宽调节机构包括两个导向柱和两个长条形的导向孔，导向孔并排分布在鞋底中部上表面的两侧，并沿鞋底纵向朝鞋底前部延伸，导向柱设于鞋头后部的底面上并位于鞋底上的导向孔中；在鞋头上位于导向柱之间开有两条撑开槽，撑开槽在鞋头的后端边缘构成断口结构，撑开槽从断口延伸至鞋头的前部，两个导向孔之间、两条撑开槽之间的间距沿各自的延伸方向逐渐增大，分别形成间距为前宽后窄的八字形排布，当鞋头上导向柱在鞋底上的导向孔中移动时，鞋头的宽度会因两条撑开槽被撑开而增大，或者被收拢而缩小。使用时，鞋头上的导向柱位于鞋底上的导向孔的后端时，鞋体为尺码最小的状态。当需要增加鞋体长度时，向鞋子的前方拉动鞋头，此时鞋头上的导向柱沿鞋底上的导向孔向前移动，导向柱因导向孔为八字形排布而使两个导向柱之间的间距逐渐增大，从而带动鞋头上的撑开槽向两侧均匀张开，因此可实现鞋体在长度增加的同时宽度也均匀增加的技术效果；反之，当需要减小鞋体长度时，向后推动鞋头，鞋头上的导向柱沿鞋底上的导向孔向后移动，导向柱因导向孔为向后收窄的八字形排布而使两个导向柱之间的间距逐渐减小，从而带动鞋头上的撑开槽均匀收拢，具有鞋体长度调节的同时调节鞋体合适的宽度，使得穿着者在穿着轮滑鞋时，足部倍感舒适。导向孔的长度即为鞋体长度的调节范围。在鞋头底面上的两个导向柱之间增设有定位柱，该定位柱还位于鞋头上的两个撑开槽之间；鞋底上的导向孔之间相应地设有定位孔，定位孔沿鞋底纵向朝鞋底前部延伸，鞋头上的定位柱位于鞋底上的定位孔中，定位孔的长度与导向孔的长度相适应。定位柱与定位孔相配合可提高鞋头与鞋底之间滑动的稳定性。导向柱与定位柱沿鞋头横向错开设置，相应地，导向孔与定位孔沿鞋底横向错开设置，这样的结构设置方便制作时模具的脱模。鞋长调节结构可以由位于鞋头底面的调节凸块和与之配合的位于鞋底上表面的调节凹槽构成。尺码调节机构包括位于鞋底中部上表面处的与鞋底纵轴线垂直的按钮安装槽和位于该安装槽内的外形与安装槽相适应的调节按钮及复位弹簧，按钮安装槽横向截断鞋底的上表面上的调节凹槽在鞋底的一侧边开口，调节按钮从该开口处向内插入按钮安装槽中，在调节按钮的插入端与按钮安装槽内端槽壁之间设有复位弹簧；调节按钮的上表面上具有一个与鞋底上的调节凹槽平行的凹槽，该凹槽靠近调节按钮插入端的槽壁上设有至少一个用于给鞋头上的调节凸块定位的卡槽。当按动调节按钮时，调节按钮上的凹槽与鞋底上的调节凹槽对齐形成完整的调节槽，使鞋头上的调节凸块能够在该调节槽中移动，即使得鞋头与鞋底能够沿纵向相对移动，当调到合适的鞋体长度时，松开调节按钮，在复位弹簧的作用下调节按钮复位，即向安装槽开口方向移动，使调节按钮凹槽上的卡槽卡在对应位置上的调节凸块上，从而使鞋长定位。鞋头上的调节凸块可以是一个凸块，相应地设计较宽的调节按钮，在调节按钮的凹槽壁上开有数个卡槽，调节凸块位于调节按钮上不同的卡槽中，鞋体的长度就不同。鞋头上的调节凸块也可以是沿鞋底纵向排列的数个凸块，不同位置的凸块由卡槽定位后可形成不同尺码的鞋体。鞋头的前部与鞋底的前部之间还设有活动连接结构，活动连接结构包括一长条形的通孔与竖向设于通孔中可沿通孔滑动的连接件，通孔设于鞋头的前部并沿鞋头纵向延伸，鞋底的前部开有一安装孔，连接件穿过安装孔与通孔使鞋头与鞋底活动连接，当连接件沿鞋头上的通孔移动时，鞋头与鞋底之间做相对移动。活动连接结构可使鞋头的前部与鞋底之间紧密地贴合，确保鞋长调节结构及其尺码调节机构能够正常工作。鞋头前部的上表面具有下凹的凹陷部，鞋头上的通孔设于凹陷部中；鞋底前部的上表面具有一与凹陷部的凸出底面相适应的安装槽，鞋底上的安装孔位于该安装槽中，连接件采用螺钉与华司螺母，华司螺母的顶部位于凹陷部中并支承在通孔的上孔缘上，螺钉与华司螺母之间为螺纹连接。鞋头上的导向柱与鞋底上的导向孔之间。鞋头上的定位柱与鞋底上的定位孔之间设有卡合结构。卡合结构包括卡勾和卡槽，卡勾分别设于鞋头上导向柱与定位柱的端头上，卡槽则分别设于鞋底上导向孔与定位孔的后端，卡勾与卡槽相配合使导向柱与定位柱卡合在导向孔与定位孔中。卡槽与卡勾相配合，可使导向柱与定位柱安装在导向孔与定位孔中，当导向柱与定位柱分别在导向孔与定位孔中移动时，卡勾卡合在导向孔与定位孔的孔缘上，从而防止导向柱和定位柱从导向孔、定位孔中脱离。撑开槽的前端头具有用于防止撑开槽端部撕裂的防裂孔。

对上述方法的简单评析

(1)上述方法的鞋宽调节机构由鞋头上的撑开槽、导向柱及定位柱与鞋底上的导向孔、定位孔构成并相互配合使用，可实现鞋体在长度增加或者缩短的同时，宽度相应地均匀增加或者收窄的技术效果，使人体足部倍感舒适，而且这种结构在进行调节时，摩擦面小，调节简便轻松，各部件之间不易磨损，使得调节机构的使用寿命较长；(2)上述方法的鞋长调节结构设于鞋头的底面与鞋底的上表面之间，整个鞋头的上表面为平面，与现有技术中的调节机构和控制机构在鞋头上表面上有较多的凹凸结构相比，可增加足底的舒适度；(3)上述方法的尺码调节机构是在鞋体的侧边进行调节，穿着者可穿着鞋子通过按压鞋体侧边的按钮面板，直接将鞋子调整到合适的尺码上，而不必像现有技术一样需要穿着者脱下鞋子进行操作，因此增加了使用便利性；

(4)上述方法将尺码调节机构设置在鞋体的侧边，由于鞋体的侧边不受鞋轮机构安装空间的限制，进行调节操作时，操作空间足够大，方便实用，而且本尺码调节机构不会出现现有技术中控制机构与鞋跟上定位通孔的结合往往会被脚板踩踏得很结实的现象出现，因此操作简单方便；

(5)上述方法的结构简单，不仅可以适用于轮滑鞋，也可适用于其它用途并需要变型的鞋。

第五篇：机械创新设计大作业

机械创新设计大作业

一、设计题说明：

1、可以查阅参考资料借鉴已有的设计和思路，但需要加入自己的设计思考、改进、改造等；

2、设计题要求：

A、给出设计对象的功能描述，尽量清晰、明确、全面；

B、给出简单的设计方案和设计思路；

C、给出设计图或示意图；

D、总结设计的创新部分内容、创新方法或创新技法。

3、写出设计报告，设计报告要求有封面、页码、内容，封面包括题目名称、姓名、学号、班级等，内容要将以上设计过程通过文字和图的形式表达出来。

3、共6道题，设计任务是每人设计2个创新题目，其中一题必须从中选取，另外一题可以自己选定一个创新题目或者在下面再选一题作为创新题目。

二、设计题目

1、设计目前阶梯教室使用的多功能课桌，要求具有的功能是：

1）用于考试时能够防止前后左右相互偷看；

2）用于上课时能够舒适，便于放置书本、文具等。

2、设计新型横动竖刷式压刷的结构设计，要求具有的功能是：

按照常规刷牙方法横向来回运动，压刷在牙齿上的运动是上下竖刷，符合对牙齿最好的清理效果

3、医院陪护折叠床的设计，要求具有的功能是：

1）可以折叠，折叠后可以作为凳子使用或者放置病床底下；

2）摊开后可作为陪护人员晚上休息之用。

4、动车、公共汽车车身擦洗装置，要求具有的功能是：

1）目前动车、公共汽车的车身都是采用人工手擦清洗的方式进行清洁，效率低，高处擦洗不方便，设计一套装置使人站在地面可进行机械擦洗，提高效率，降低劳动条件；

2）擦洗时能够将水引到擦洗部位，可以控制水流的大小和关停。

5、斜井防跑车装置设计

1）设计背景：

在煤矿井下存在大量的倾斜巷道，在倾斜巷道上经常采用矿车运输煤炭，矿车的牵引是靠在巷道上部的绞车牵引，矿车在斜井的轨道上运动，经常发生由于钢丝绳断裂造成人员伤亡。矿车有1、2、3吨几种。

2）设计任务：

设计一种装置使得在机头牵引钢丝绳断裂的情况下实现矿车的制动的装置。

6、熔体纤维混合装置

1）设计背景：

热塑性聚合物基复合材料是当前的热点，其主要过程是将塑料熔融并将玻璃纤维等纤维加入使其混合均匀后，通过成型制成复合材料制品，但如何将熔融的塑料熔体和纤维混合是困难所在。

设计任务：

设计一种装置，在该装置中能够将熔融的塑料熔体和玻璃纤维混合使纤维在熔体中分布均匀。