第一篇：低身位电动摩托车造型设计研究论文
1低身位电动摩托车的人机工程学分析
1.1人机工程学的分析
根据国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》数据，我们可以分析低身位电动摩托车的人机尺寸：
（1）根据人体手臂的均值就可以设计出适合驾驶员驾乘过程中，身体与车把手之间的适合手臂运动的距离。
（2）人力推电动摩托车前进时，一般都是从手功能高到肘高的尺度范围内进行活动的，我们在设计车把手的时候，要根据手功能高这个均值，设计出适合人在推电动车时，车把手距离地面之间的垂直距离高度。
（3）设计车座椅时要根据坐姿肩高的数据设计出靠背的高度。
（4）设计车座椅时要根据人的大腿和小腿长度来设计出座椅距地面的高度和长度。
（5）根据人的肩宽比例图，能设计出适合车两个把手之间的最佳距离。
1.2确定低身位电动摩托车人机尺寸
（1）研究中国六个区域人体尺寸的均值和标准差中国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故按人体测量尺寸资料将全国分为六个区域，各区域的名称人体尺寸的均值和标准差如下：（如图-1所示）各个城市身高体重的平均数据都不同，根据这些数据，我们既要设计出符合大众又可以符合偏离均值比较多的某城市。针对这一现象有一个设计思路，电动摩托车可以像人的衣服一样，分款式和大小两个型号，大号适合百分位比较高的群体，小号则适合百分位比较低的群体，这样的设计更加符合人机工程学当中“以人为本”的设计标准。
（2）人体参数计算方法根据人体参数计算方法，人体体积和表面积虽然因为人的体形和胖瘦的不同而不同，但作为社会人群来考虑，可以以体重、身高为基本依据，用经验公式进行计算，根据这些人的体积来设计出适合低身位电动车的空间大小。
（3）确定低身位座椅高度根据我国男性平均身高定，并经过测量得出男装摩托车座包到地面的高度为700mm，当人坐在车上时两腿微微分开其下阴到地面也就是座包到地面的高度700mm。由于我们所设计的属于低身位的车型，那么座椅及其人的身位都将要比其他普通电动摩托车的数据要低，所以座椅距离地面高度大概在400mm至500mm之间，这样才能既符合人机尺寸，又能突出低身位的设计理念。
（4）整个车身比例根据调查显示，电动摩托车的外形尺寸一般是：长是1840mm，宽是460mm,高是1100mm左右，我们要根据这个尺寸来设计低身位的电动摩托车的外形尺寸，这款电动摩托车的外形是大小两个型号来设计，根据我国成年人人体尺寸的数据把电动车设计成两个大小的型号,①长是1750mm，宽是400mm，高是900mm②长是1900mm，宽是500mm，高是1150mm
2低身位电动摩托车的功能需求和造型设计分析
在功能上，加入了以下设计：①座椅可拉伸调节结构，适合大多数人驾乘。座椅的调节机构有前后、高度、角度等调节，前后调节采用滑轨机构。②把手两端下方增设置物箱，方便搁置车钥匙或者贵重物品。由于此款电动摩托车是一种不同于传统摩托车的全新驾乘姿态，该车架乘身位较低，前部有较大的设计空间，可将置物箱放在前部把手下方的。③车尾增加一个体积较大的置物箱，较好地利用座椅后面的容量。④前后轮的距离与车身的比例完美，整体功能分区造型的形式和尺寸应该适应人的习惯和需要，从而增加整体造型的流线型和曲线美。⑤良好的减震特性，增强了低身位的舒适感和安全感。如图-3的电动摩托车在设计上符合人机工程学的概念，良好地利用了车尾面积，增加了大面积的后置置物柜；在前挡风的造型上，突破了以往的设计理念，增强了低身位电动摩托车减震特性，唯一的缺点就是在设计外形上应增强流线型特点，给人以更加舒适的曲线美感。
3低身位电动车摩托的设计方法
从产品设计的本质来说，追求人性化的设计理念，设计符合技术和审美要求的低身位流线型概念，应遵从以下设计方法：
（1）在造型上，将原先复杂的结构简洁化，尽量避免锐利僵硬的细节，采用流畅的线条，低身位的结构。
（2）在颜色上，应该具有城市气息的时尚感和与众不同的个性特点，适合年轻人热情奔放的活力，色彩基本趋于暖色调为主。
（3）使用人群：设计出的两款不同尺寸的低身位电动摩托车，一款适合娇小的女性或者身材矮小的群体，一款适合身材庞大的群体，使其更加贴合人性化设计和人机需求。
（4）风格定位：低身位的简约风格，设计中以低身位流线型为主要设计元素，内置空间设计和外形设计都要遵循“形式追随功能”的设计理念。
4低身位电动摩托车的造型设计准则
4.1安全准则
（1）安全措施：现如今安全成为人们在驾驶交通工具时最重视的问题，人们在驾乘汽车出事故时，因系安全带保住了驾驶者的生命高达70%，因此低身位电动车设计安装了安全带，在驾乘中人们应提高佩戴安全带的意识，加强在行进中的自我防范的安全措施。如图-4为C1-E2009年电动概念摩托车，此款电动摩托车在设计上加入了安全带措施，增强了驾驶者在驾乘中的安全保障。
（2）安全颜色：据统计，在雾天、雨天或每天清晨、傍晚时分，黄色汽车和浅绿色驾乘车时最容易被人发现，发现的距离比发现一般深色汽车要远3倍左右。浅淡且颜色鲜艳不仅使低身位电动摩托车的外形轮廓看上去增大了，使驾乘者有较好的可视性，而且使反向开来的驾驶员精神振奋，精力集中，有利于行车安全。因此，低身位电动摩托车在设计上采用明亮醒目的颜色。
（3）功能安全：很多人都认为四轮的车身是最稳定的，事实上这不是绝对的。初中的时候我们学到，三角形的结构是最稳定的，但三个轮子的车身也是存在安全问题，在转弯的时候摇摆动作更大，因此我们在要遵循三角最稳定原理的基础上，总结适合低身位电动摩托车车轮的位置。
4.2造型准则
（1）电动摩托车的上下造型面的轻重关系，反映出它的稳定性。稳定性有基本条件，重心越低，越靠近地面，其稳定性就越高。在造型设计上多用正方形和梯形，颜色上多采用渐变的色彩，给人以轻巧灵动的美感。
（2）由于此款车身位较低，尺寸较小巧，要将尾部与中部结合起来。车尾向后延伸，后排座位可叠起来以便放置较多或较长的物品。因为这种车型的尾部造型较呆板，所以在置物箱的设计上要新颖大胆。
（3）根据流线型的设计，车前端应尽量低矮，尾部需要加厚加高且斜度趋于平缓，腰线前低后高，形成所谓的“半斜背式”形状。
4.3结构准则
（1）低身位电动摩托车的车身前、中、后结构三段比例设计中，整体车身的高与宽的比例应为1:3左右。在处理局部结构时，往往利用对比去衬托主要的成分为主，从而达到造型主调所需要的效果。
（2）设计中三角形的设计结构最为稳定，在车架结构设计中，以三角结构拼接为主，利用多个三脚结构理念堆积出一个最稳定的车身结构。
（3）低车位电动摩托车的设计中驾乘者的整体身位降低，这要求我们在设计车外形结构时要掌控好适合低身位的各个角度，加强驾乘者驾驶的舒适度。据测定，膝部伸展角度在130°至150°之间脚的蹬力最大且最为舒适，实际设计中是我们要根据这个数据进行结构研究与改造。
4.4人机准则
（1）在设计中要以改善驾驶员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个电动摩托车的总体造型和结构达到最优。对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体表面积等参数，根据特征残数的均值来设计出最适合驾驶员乘坐的低身位电动摩托车。
（2）对于低身位车座椅的设计，采用桶形设计，对人体进行全方位有效的支撑，可以调节来以适应不同人群。座椅采用近似弧面设计，当人坐下时对全身进行有效支撑，尤其是大腿及身体两侧，头枕设计确保颈椎自然，防止长时间驾驶带来颈部不适。电动摩托车的低身位设计可以减少静态疲劳，有利于身体健康和工作质量和劳动效率的提高。此款低身位电动摩托车在装饰效果上才用了多颜色的设计，在造型上以流线型为主，座椅重心较低并采用人机的弧面设计，设计新颖大胆。但其在颜色设计上多采用黑白灰等颜色，其颜色选择不够鲜艳醒目，不能增强驾驶者、反向开来的驾驶员和行人的视觉效果力和注意力；在座椅设计上未采用靠背式造型，未在设计上增加安全带的装置，大大提高了驾驶员在驾乘中的危险系数。
5结论
根据以上的人体参数数据和人机尺寸，通过分别整理设计和对比普通电动摩托车和低身位电动摩托车的区别和联系，根据国家标准的人体尺寸，研究并确定了适合低身位电动摩托车的尺寸。在突出表现低身位形态的基础上，将低身位电动车的功能布局和造型进行合理的设计和划分，增强电动车的审美外观。对一系列设计方法和例子进行探讨研究、为这一类电动摩托车的造型设计提出一系列的相关设计准则，为今后在设计低身位电动摩托车中，提出了理论和数据基础。
第二篇：产品造型设计课程多元化教学模式研究论文
1.教学环节多元化
（1）量身定制的项目教学项目化教学一般采用虚拟项目或真实项目。对于产品造型设计课程而言，产品考虑的现实因素非常多，虚拟项目无法让学生获得足够的锻炼。产品造型设计课程采用的项目化教学模式应将真实项目引入课堂，包括企业项目和竞赛项目。教师将真实项目引入课堂要建立项目与教学的融通机制，让项目与教学有机结合。教师要为课程量身定制项目教学。在教学过程中，有很多项目不一定适合该课程，项目的选取影响课程的教学效果。首先，项目要和专业培养方向紧密相关。如专业定位是生活用品设计，在产品造型设计课程中引入电子产品设计项目，虽然生活用品与电子产品同是产品设计的内容，但学生作为设计初学者，其在生活用品设计特别是形态设计方面，将会受到一定限制。其次，项目的难易度要适中，项目的难易度与学生的执行度相关。项目过于简单，学生在完成项目的过程中只能运用小部分的知识和技能。学生要在项目练习中运用课程的造型方法，才能更深刻地记忆和理解。如果项目难度过大，学生徘徊在项目周边，就很难投入项目。教师在产品造型设计课程中如何选择项目、组合项目或分解项目，影响学生对课程内容的掌握和应用。
（2）角色扮演教学英语中有句格言：“只是告诉我，我会忘记；要是演示给我，我就会记住；如果还让我参与其中，我就会明白。”在产品造型设计教学中也是如此，学生通过参与设计，能更好地理解教学内容。以产品造型设计课程中形态设计内容的练习为例，该练习的主题是设计一组调味瓶，学生以组为单位完成设计任务。接下来的教学设计是让他们进行角色扮演，展示作品的学生扮演推销员，其他学生扮演顾客，并通过销售量进行评比。扮演推销员的学生必须深入了解其设计作品的优点、美感的解读或使用方式的创新，将其介绍给所有顾客。扮演顾客的学生以消费者的身份对产品提出疑问与要求。在角色扮演的过程中，学生会了解到自己作品的不足以及优秀的设计所要达到的要求，这样的理解比单纯完成练习更加深刻而有效。
（3）团队合作与PK团队是为了一个共同目标而努力，并彼此信守承诺的群体。在产品造型设计课程中，设置团队合作与PK教学环节，能调动每个学生积极投入设计任务。以设计一套茶具为例，学生分组讨论设计任务，接着分工开展设计。团队会形成一种无形的力量约束每位成员，让团队迅速进入工作状态。在团队分工中，每位学生根据自己的特长承担任务。团队中很容易产生对胜利的渴望，设置PK环节能更好地调动学生的热情。在产品造型设计课程中，团队合作和PK环节能提高学生的互动性、活跃课堂气氛，取得了较好的教学成效。
（4）引入综艺的元素综艺或游戏让人感到愉悦，在产品造型设计课程中加入这些元素，学生能更愉悦地进入学习状态。如设置几个能达到同样练习目的的设计任务，让学生分组以抽签的形式选择设计任务。这远比指定单一的任务有趣，学生也会认为手中的任务具有独特性而更用心地完成。再如设置竞速环节，哪个组最快找到某个任务的解决方法就可以优先选择设计项目。综艺或游戏的元素有很多，将其和课程有机结合起来，能够使课程对学生更有吸引力。
2.建设完善的课程评价体系
（1）评价方式多变性教学评价方式不应停留在教师评价层面，应该有多样性的教学评价，如小组内互评、小组间互评、学生间互评等，教师要根据不同的教学任务设置不同的教学评价。以小组接到一个设计任务为例，每位组员围绕设计任务画出设计方案，以小组内互评的方式选出小组最佳设计方案。该最佳设计方案再与其他组的最佳方案评比，以小组间互评的形式评选出最佳设计方案。这样有层次的评价方式能让学生从小范围到大范围对自己的设计进行反思。适当的评价方式更有利于学生对知识技能的深刻掌握。
（2）作品展示与解说产品造型设计课程对课程作业的考核与评价应包括作品的展示与解说方面。展示与解说是对作品的重新理解与表达，这个过程有利于学生整理设计思绪并巩固设计知识，同时也锻炼了他们的表达能力与展示能力。
3.建设网络课程
网络课程的建设突破了以往产品造型设计课程课堂教学中存在的实践与空间的限制，弥补了课堂教学过程中的不足，实现了产品造型设计教育资源共享的目标。
（1）网络课程资源建设产品造型设计课程网络课程资源建设包括课程基本内容、交流论坛、课程资源、学生作品欣赏、新闻等模块。课程基本内容是课程章节内容的呈现，学生可以课前预习或课后反思查看，随时查看理论知识点和案例。交流论坛为教师与学生提供设计交流，师生在此讨论国内外优秀的设计或设计观点。学生作品是历届学生在该课程的优秀作品的展示，当前学习的班级可以对这些作品进行参考学习。作业模块具有布置作业及提交作业的功能，教师在该模块查看每个学生的作业，及时进行教学评价。新闻模块发布上课班级的课程情况以及一些竞赛情况。
（2）网络课程的教学环节产品造型设计网络课程要与课堂相结合，学生在课堂上可以随时查看教师讲过的案例及往届学生的优秀作品，并学习、借鉴到自己的设计中。当前班级的优秀作品和课堂情况能在新闻版面中看到，学生能够自我约束并积极投入设计任务，自觉让设计以更好的方式呈现。网络课程引进课堂提高了教学的成效。
（3）网络课程后续学习模式学生通过一个周期的产品造型设计课程学习并掌握了相应的知识与技巧，也通过项目实践提高了设计能力。课程结束后，继续通过网络课程进一步获得提高和巩固。网络课程网站成为学生职业生涯中一个长期伴随的辅助性工具网站。
结语
旨在探求更加立体化、多元化、有利于开拓学生对产品造型设计创新思维的教学模式，在教学过程中采用不同的教学模式扬长避短，相互补充，以达到最佳的教学效果，进而提高学生的实践能力和产品设计综合素养，推动产品设计教育的发展。
第三篇：工业产品造型设计课程论文
工业产品造型设计课程论文
工业产品造型设计课程论文
——人机工程，无处不在
引言：工业产品造型设计体现在我们生活的方方面面，人性化的造型设计尤为突出，我们接触到的产品造型设计大多数遵循以人为本的原则，而这也是设计者必须遵循的原则。随着社会的进步，人们对生活品质的追求更高，这就要求产品造型与人机工程的结合更加紧密。
社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。
所谓人性化产品就是包含人机工程的的产品只要是“人”所使用的产品都应在人机工程上加以考虑产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。我们可以将它们描述为以心理为圆心生理为半径用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式最大限度地挖掘人的潜能综合平衡地使用人的肌能保护人体健康从而提高生产率。仅从工业设计这一范畴来看大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话专业用品在人机工程上则会有更多的考虑它比较偏重于生理学的层面而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题需要更多的符合美学及潮流的设计也就是应以产品人性化的需求为主。
人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”是与“人”合为一体的产品设计“人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。在我国即将加入WTO所面临的冲击下，中国的制造业无不是严阵以待，企图在竞争中保持优势。管理大师麦克·波特(MICHAEL PORTER)曾说过企业具备竞争优势的两个方式一是扩大生产规模走向规模经济才能占有成本上的优势另一个便是创造企业或产品的附加值制造消费者趋之若鹜的心理。在现今产品和质量逐步提高且消费者对商品品质要求越来越高的情况下各产品制造商们无不力求突破希望能出奇制胜打动消费者的心。拿当今世界上提出的“健康”人机工程学的新要求为例即是用某些考虑人机因
工业产品造型设计课程论文
素的辅助性产品，如电动腰靠、紫外线阻隔(UV、CUT)等来提高产品人性化的层次，籍此创造其他品牌无法模仿的优势而赢得消费者青睐的。
人机工程学的显著特点是在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上不单纯着眼于个别要素的优良与否而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人——机——环境”系统。这个系统中人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。
由于学科来源的多样性和应用的广泛性人机工程学中采用的各种研究方法种类很多有些是从人体测量学、工程心理学等学科中沿用下来的有些是从其他有关学科借鉴过来的更多的是从应用的目标出发创造出来的。
在新的世纪里我们以新的方式来感知世界人们越来越多的在追求一种新的生存环境和生存空间毫无疑义未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵它将超越我们过去所局限的人与物的关系的认识向时间、空间、生理感官和心理方向发展同时通过现代高科技技术如虚拟现实、互联网络等多种数字化的形式而扩延。IDEO设计公司的数字化收音机正是基于这一观念上的最新数字广播概念设计通过对使用者状况的设计构想研究收音机的可能外观和操作方式。无论在造型上还是在界面设计上，都使人机交互关系达到物我两忘的状态。该收音机上的显示屏幕以图形界面来说明音频节目的内容。设计范围包括个人化家用收音机、个人可携式收音机和演艺工作者的专业收音机。中国未来的产品设计必须以创意与革新为首要条件唯有真正好用且务实的商品才能在市场上脱颖而出让消费者感到贴心且实惠的产品方是企业制胜的绝佳利器。符合人机工程人性化的设计是最实在同时也是最前沿的潮流与趋势是一种人文精神的体现是人与产品完美和谐的结合。使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心。
第四篇：机箱的造型设计概述论文
机箱的造型设计概述
作 者：黄增鑫
班级：机设112班学校：写河南科技大学 城市：洛阳邮编：471000
摘要：随着电子科技的日趋成熟和电子产品价格的不断降低，计算机的应用越来越普及，一款机箱的外观、性能和功能往往决定了其销量。通过运用三大构成的原理和机箱材料的选用和工艺对机箱的造型进行了系统的介绍，机箱造型设计始终是围绕着形态，立体和色彩的构成来进行的。
关键词：机箱，造型，构成1机箱造型设计的特点
机箱作为电脑配件中的一部分，它起的主要作用是不仅仅为电源、主板、各种扩展板卡、驱动器、等存储设备提供足够的安放空间，机箱坚实的外壳还保护着板卡、电源及存储设备，能抗挤压、防冲击、防尘、散热等，并且它还能发挥防电磁干扰、辐射的功能，起屏蔽电磁辐射的作用。另外，根据内部配件发热量的不同，机箱还能起到辅助散热的作用。
作为工业造型设计的一种，机箱的外形设计首先得满足大多数消费者的需求，而且其大小严格受到所安装的标准化的电脑主板和各种扩展卡决定，这就给造型带来了一定的困难。因为其作为电脑保护的角色，所以在进行机箱造型设计时，必须兼顾满足不同用户的需求。好看的外观、扎实的用料做工、良好的散热性能、丰富的可扩展性、良好的防尘效果以及足够的安全性等是进行机箱造型设计的要求。
1.1外观用料
外观和用料是一个机箱最基本的特性，外观直接决定一款机箱能否被用户接受的第一个条件，因此目前的外观也逐渐偏向多元化发展。用料主要看机箱所用的材质，机箱边角是否经过卷边处理，材质的好坏也直接影响到抗电磁辐射的性能以及抗外力破环的安全性等。
1.2可扩展性
未来电脑的发展永远难以揣摩，能够准备的越齐全当然越能够满足未来的需要，我们主要考察提供了多少个3.5寸硬盘和2.5寸SSD的位臵，是否要添加水冷系统，需要用到的显卡的尺寸，PCI挡板的数量分布以及设计，这就需要根据需求设计出机箱的尺寸和各种仓位以容纳未来要添加的设备。
1.3安全性
如果你的电脑将保存重要的文件和网络上更昂贵的物品，因此要考虑安全性问题。服务器机箱应该能够上锁，以防止非法拆卸。选择具有满足您所在环境要求认证的机箱，典型的认证有3C、FCC、UL和CE。另外，视周围环境的不同，有时候也对机箱抗外力破坏、抗潮湿和抗腐蚀能力有一定的要求。
1.4防尘效果
由于计算机在工作时产生的静电容易吸附粉尘，对于大部分用户来说，防尘性恐怕是考虑的最少的了，但是如果你打算让机箱保持长时间的清洁，那你就要看看机箱的防尘性如何了。如果防尘效果不佳可能会引起计算机散热不良甚至自己会关机。我们主要考察散热孔的防尘性能和扩展插槽PCI挡板的防尘能力。
2机箱的大致分类
首先机箱从外形上分为立式和卧式两种；从结构上分为AT、ATX、Micro ATX、NLX、mini等类型，现在市场上基上都是以ATX为主；从散热上分为38℃机箱和非38℃机箱，但现在绝大多数都是38℃机箱；从功能上分为服务器机箱和普通机箱，服务器机箱的材质、散热、抗碰击等性能均优于普通机箱，一般家庭和企业用户普通的机箱就够用了。对于发烧友玩家，他们更乐于对机箱进行改造甚至自己制造机箱，这类机箱成为mod机箱。
3机箱的形态
除了普通用户使用的普通标准化的机箱之外，玩家们还创意地仿照各种自然形态，来对机箱进行形态上的创造，这样创造出来的机箱就具有了自然形态的轮廓，往往使用户对其产生亲近感。
普通机箱给人一种中规中矩的感觉，四四方方的外形使人感到严肃和庄重，适合办公人群使用；仿生机箱的自然外形给人以亲近自然的的感受。比如蜘蛛造型的机箱的支撑采用四个铰接的钢材连接，仿佛就能活动一样，给人以活泼可爱顽皮的动感。甲壳虫形态的机箱有动有静，外壁可收起可展开，收起时圆润光滑的外壳显得机箱厚实稳重，展开时又作振翅欲飞状，多种姿态酷似令人怜爱宠物，给人以亲近之感，而不是一台单纯的机器；尤其是作为发烧玩家制作的mod机箱，其造型就像艺术品一样可以反映出玩家的动手能力、爱好、期望、心情等。比如科幻造型的机箱反映出玩家对高新科技的喜爱之情，魔幻题材的机箱反映出玩家的浪漫主义情怀，而卡通造型的机箱反映出玩家对天真善良的美好事物的向往，航空发动机造型的机箱反映出玩家对我国航天事业的关注和对我国发动机一直未能取得突破进展的惋惜之情，某个人物形象抽象出来的机箱造型反映出玩家对这类人物的崇拜之情。
4机箱造型中的平面要素
机箱是标准化的工业产品，可拥有光整的平面，设计者在外壁上可以尽情地进行机箱的平面造型设计。简约的设计画面风格更凸显时尚大方，给人的印象深刻，让用户更加容易记住；积极舞动的富有动感的设计更容易激发玩家试用的热情。
5机箱的立体造型
机箱表面平面图形的突起就使平面图形具有立体感，突起得越高立体感就越强。立体感有了长宽高的三维关系，从而就有了体量。具有一定体量的实体，就会具有沉重、稳定、有力的特点和强烈的分量感，但空间感不强。比如前面板凹凸结合，棱角分明的设计，极力凸显出未来科技感。机箱的线材构成使机箱显得结构轻盈、自重轻、层次分明；机箱的框架结构凸显出机箱的结构牢靠、拆装方便、节省材料，富有动感；机箱的垒积结构可以显现出机箱部件的主次和重要程度，层次分明；机箱的线积面结构可以以线代面，既节约材料有可以附加艺术的风格，看起来赏心悦目；在机箱上添加一些其他元素可以给机箱附加上所添加元素的气息，显得不那么“机器化”，不但改变了机箱的空间布局，而且还拉近了其与用户之间的距离。6 机箱造型中的色彩运用
色彩给人的感受是强烈的，不同的色彩及组合给人带来不同的感
受，红色热烈、蓝色宁静、紫色神秘、白色单纯、黑色凝重、灰色质朴、表达出不同的情绪成为不同的象征。比如葡萄酒红色的深沉、幽雅，给人以健康、梦幻、幸福、羞涩的感觉，富有浪漫情调；机箱上下的黑白颜色，加强了视觉的对比，使其看起来更清晰，配合丝滑的外形设计，更显典雅时尚；黑色往往给人感觉的是沉静、神秘、严肃、庄重、含蓄，另外，也易让人产生悲哀、恐怖、不祥、沉默、消亡、罪恶等消极印象，所以黑色的游戏机箱更显暗黑、悲伤，神秘、探索的格调。机箱的材料使用
一般情况下，机箱选用的钢板有三种：SECC电镀锌钢板、SGCC热镀锌钢板以及SPCC冷扎板，还有全铝机箱。根据不完全统计，目前机箱市场超过80%的机箱产品都会选用SECC和SGCC，这两种类型，因为其具有一定防腐蚀性能。而更具体的应用，成本的考虑，厂商会选用不同的类型的镀锌钢板。
SECC电镀锌钢板的成形性好涂装性更好；而SGCC热镀锌钢板的耐腐蚀性相对最好，并且SGCC热镀锌钢板的成本要便宜30%以上。全铝机箱使用的材质，并不是纯铝，而是含有一定比例的镁铝合金。其优点是，重量轻、延展性好、导热能力强；而确定也比较明显，成本较高，强度高。
绝大多数的机箱面板都采用工程塑料材质，利用塑料这种可塑性极强的材质，可以打造出，千变万化的机箱面板。常用的机箱面板塑料有两种：ABS和HIPS。其中ABS塑料，具有良好的防火性能，成半
透明或不透明，呈微黄色，使用温度+40℃至-80℃，坚韧、质硬、刚性好，易于与金属结合，便于喷涂，电镀，化学稳定性好，吸湿性小。而HIPS塑料，实际上是PS塑料的衍生品。由于PS塑料的抗冲压强度太差，太脆，因此在塑料中加入了一些添加剂，而生成的HIPS塑料冲压强度提高了2至3倍，但是也仅仅是相对提高而已。HIPS的综合性能，依旧很差，不过由于成本较低，在一些中低端的机箱产品中，我们都能看到这样塑料材质的面板。HTPC机箱
HTPC英文全称Home Theater Personal Computer，即家庭影院电脑的意思。是以计算机担当信号源和控制的家庭影院，也就是一部预装了各种多媒体解码播放软件，可用来对应播放各种影音媒体，并具有各种接口，可与多种显示设备如电视机、投影机、等离子显示器、音频解码器、音频放大器等音频数字设备连接使用的个人电脑。不过由于家庭一般比较注重家居风格，所以HTPC电脑机箱一般都采用外观时尚便于家庭装饰的卧式机箱，另外由于电脑主要满足高清电影需求，所以一般电脑配臵要求不要，比较注重节能。参考文献:
[1]机箱造型与色彩 闵元来 任典午 编著 湖北人民出版社，1981-09
[2]产品造型设计——从形态的慨念设计 赵得成 编著海洋出版社，2010-2-1
第五篇：电动大巴车电池抓取装置设计 毕业设计论文
2012届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
前 言
所谓抓取装置也就是机械手。机械手是模仿着人的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
本次设计主要完成电池快换真空吸附手整体设计与PLC控制系统设计。本次设计是在杨世强老师的指导下完成的。因为此次设计涉及到真空原理的问题，是我此前从来没有接触过的新领域，因此首先用了一个月的时间进行这些方面的理解与学习，熟悉了真空发生器的特点及原理，并收集了许多相关资料。在四月初开始了机构总体方案的探索性设计，在四月下旬正式开始机构设计。在杨老师的指导下，结合所学机械方面的知识，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了此次专用机构。
通过这次毕业设计，我在机械CAD、机械原理、机械设计、机械制造工艺、电气控制PLC等方面的知识都受到全面的综合训练，在机电气的结合方面更使我受益匪浅。由于第一次接触类似的大型课题，又有本领域外的真空知识，加之本人知识有限，经验不足，虽有杨老师的帮助，设计中依然存在许多不足之处，错误之处，有待于进一步的完善，恳请各位老师给予批评指正。
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第1章 电动大巴车的发展概述
1.1 形势与需求
从国际发展趋势看，随着技术的不断创新与突破，面对金融危机、油价振荡和日益严峻的节能减排压力，2008年以来，以美国、日本、欧盟为代表的国家和地区相继发布实施了新的电动汽车发展战略，进一步明确了产业发展方向，明显加大了政策扶持力度。
从技术层面看，混合动力汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期，率先实现产业化，正成为汽车市场销售新的增长点。纯电动汽车电池技术进步加速，整车产品更加接近消费者需求；世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐；插电式混合动力作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点；以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展。燃料电池及燃料电池汽车技术近年来取得突破性进展，国际上各大汽车集团持续投入开展燃料电池汽车研发，燃料电池汽车整车成本显著下降，性能指标已接近商业化水平。
经多年探索实践，国际汽车产业界达成了电动汽车产业化战略共识：在技术路线上，近期（2010-2015），在依靠传统内燃机汽车技术改进和推进车辆小型化实现降低排放的同时，为满足更为严格的节能减排法规目标要求，应尽快推进混合动力技术的应用，并发展小型纯电动汽车和插电式混合动力电动车；中期（2015-2020），在混合动力技术得到广泛应用的基础上，增加汽车动力系统电气化程度，加大小型纯电动汽车和插电式混合动力汽车推广力度；在2020年之后，纯电驱动技术将逐步占据主导地位，通过发展纯电动汽车和燃料电池汽车，实现大幅度降低排放。在车型应用方面，纯电动、混合动力和燃料电池三种类型的电动汽车技术各自具有最优
第 3 页 ***:电动大巴车电池抓取装置设计 的适用车型。对短途出行需求，可采用小型纯电动汽车；对长途出行需求，主要采用混合动力汽车、插电式混合动力汽车或者燃料电池汽车。
我国高度重视电动汽车技术的发展。经过两个五年计划的科技攻关以及奥运会、世博会、“十城千辆”等示范工程的实施，我国电动汽车从无到有，在关键零部件、整车集成技术以及技术标准、测试技术、示范运行等方面都取得重大进展，初步建立了电动汽车技术体系，已申请专利3000余项，颁布电动汽车国家和行业标准56项，建成30多个新能源汽车技术创新平台。
1.2电动大巴运行的作用和意义
2011年10月，武汉市民惊喜的发现：大街小巷随处可见的燃油公交车变少了，取而代之的是一批崭新的“无辫子”电动公交车，外观设计简洁大方，运行平稳舒适，不仅低碳环保，而且安静无污染，受到了驾驶员和广大市民的欢迎。据笔者调查，不只是武汉，全国各大城市都在大力推行电动公交车，各种电动汽车、公交车充电站的投放使用，为未来新能源汽车的畅行铺平了道路。
据悉，能源短缺、二氧化碳排放过量、环境持续污染并恶化，这是全球可持续发展面临的三大难题，也是我国经济发展的掣肘。其中，传统燃油汽车的大量使用是造成这些问题的重要诱因之一。在这种大环境下，要实现经济又好又快发展，践行美好清新生活，新能源汽车尤其是电动汽车的开发势在必行。
但据业内人士介绍，由于国家还没有出台统一的电动汽车充电标准，虽然很多城市都配备了专业的充电站，但是电池规格、接口不统一，电池性能衰减较快，实际续航能力低于预期等问题，都将严重影响电动汽车的市场拓展。
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第2章 总体方案设计
2.1 机械手基本形式的确定
工业机器人按臂部的运动形式分为四种。
直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。考虑到本次课题中只需在两个坐标方向上移动，这里我选用第一种的直角坐标型。工件为薄板类非金属零件，采用吸附式机械手。
2.2 驱动方式的确定
按驱动方式的动力源，机械手可分为： A.液压式 B.气动式 C.电动式
液压式：其驱动系统是由液动机、伺服阀、油泵、油箱等组成。通常它具有很大的抓举能力，其特点是结构紧凑，动作平稳，冲击，耐震动，防爆好，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。
气动式：其驱动系统是由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是电源方便，动作迅速，结构简单，造价较低，维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。
电动式：电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机。由于电机速度高，通常必须采用减速机构。
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根据本课题的技术要求，我选择驱动方式为气动式的动力源。
2.3 机械手传动方案的分析
传动方式按工作原理可以分为机械传动、流体传动和电力传动，其中机械传动又分为摩擦传动和齿合传动；流体传动分为液力传动和气力传动；电力传动分为直流电力传动和交流电力传动。
2.3.1 机械传动
靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速,大都能适应轴间距较大的传动场合,过载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。
靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。2.3.2 流体传动
液压传动是在机械传动的基础上诞生的一种新型的传动方式，它以液体为工作介质，通过动力元件（液压泵）将原动机的机械能转换为液体的压力能，然后通过管道控制元件，借助执行元件（液压缸或液压马达）将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。其特点以体积小，传动平稳，性能可靠，能轻松实现很多机械传动不能完成的动作，是现代工业自动化控制系统的最佳选择。尤其在锻压行业有着不可替代的作用。缺点是普遍存在泄露，但只要设计合理，加上高质量的密封装置，这些问题就都会迎刃而解。
气压传动的优点：
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(1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。
(2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。
(3)与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。
(4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。
(5）成本低，过载能自动保护。气压传动的缺点：
(1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。
(2）因工作压力低（一般为0.31.0MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN。
(3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。
(4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。2.3.3 电力传动
电气传动系统由电动机，控制装置以及被拖动的生产机械所组成。其主要特点是功率范围极大，单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦；调速范围极宽，转速从每分钟几转到每分钟几十万转，在无变速机构的情况下调速范围可达1：10000；适用范围极广，可适用于任何工作环境与各种各样的负载。
2.4 总体方案的确定
方案一：
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工作原理简介：该方案采用两个气缸的运动来完成整套的上下料过程，竖直方向上的气缸负责物料的抓取、上升和下降，水平方向上的气缸负责物料的水平5m的运动行程。
优点：方案简单明了，传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁。
缺点：水平方向上的气缸行程达5m，气缸太长，加工困难，生产代价高
方案二：
工作原理简介：在竖直方向上的气缸，其工作任务与方案一一致，也是负责物料的抓取、提升和下降，但该方案在水平方向上采用了丝杠运动原理来完成水平行程，丝杆右端是一套减速装置，从动力源发动机的转动，第 8 页 2012届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
通过带传动进行一级减速，再经过齿轮进行二、三级减速，同时丝杠和竖直方向上的气缸又是再一级的减速，这样通过四级减速，可以让物料在水平行程上以较缓慢的速度移动。
优点：此方案合理的运用了丝杠的传动原理以及带传动和齿轮传动的减速，其中带传动中心距变化范围大，可用于较远距离的传动，传动平稳，噪音小，能缓冲吸振，有过载保护作用，结构简单，成本低，安装要求不高。齿轮传动外廓尺寸小，效率高，传动比恒定，圆周速度及功率范围广。
缺点：系统较为复杂，且齿轮长期暴露在外部，寿命会降低，对于带传动来说，有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短（通常为3500h～5000h），由于带的摩擦起电不宜用于易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大。而且齿轮传动制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，有噪音。
对于以上两种方案的分析，并结合导师的指点，本课题的设计选用第二种方案，即机械手的上升下降通过气动控制的气压缸来实现，水平左右移动通过链轮来实现。
2.5 机械手工作过程分析
根据设计要求，机械手每次自动抓取一次，并自动释放到固定位置，完成物料输送。为了能顺利完成这次物料输送，我把该机械手的运动过程分析如下：
喂料机械手开始工作时,首先打开真空泵：
(1)吸盘支架带动两排吸盘快速下降,可调光电开关检测到零件后,慢速下降,吸盘触及零件,同时吸盘支架触碰限位开关;(2)两位三通电磁阀开始动作,使吸盘接入真空,时间约1～2s ,当真空开关检测到真空值为60～80 kPa(吸盘样本参数)时,确认电池已被吸牢;(3)快速提升,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个
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限位开关,到位停止;(4)水平移动,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位停止;(5)快速下降,触碰第一个限位开关,吸盘转为慢速运动,触碰第二个限位开关,到位停止;(6)电磁换向阀换向,放大气,吸盘从物料上脱开；(7)吸盘支架带动吸盘快速上升,慢速到位;(8)水平移动，返程，停止。至此,一次自动电池更换动作完成。
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第3章 真空发生器的设计
3.1真空发生器的工作原理
真空发生器由工作喷嘴，负压室，接收室组成。压缩空气通过收缩的喷嘴后，从喷嘴内喷射出来的一束流动的流体称为射流。射流能卷吸周围的静止流体和它一起向前流动，称为射流的卷吸作用，负压室限制了射流与外界的接触，但从喷嘴射出的主射流还是要卷吸一部分周围的流体向前运动，于是在射流的周围形成一个低压区。若在喷嘴两端的压差达到一定值时，气流则为超声波流动，于是在负压室内可获得一定的负压。对于真空发生器，若在负压室内通道接真空吸盘，当吸盘与平面工件接触，只要将吸盘腔室内的气体抽吸完并达到一定真空度，就可将平版吸持住。真空发生器可用于产生负压，也可用作喷射器。
3.2真空发生器的分类及选择
真空发生器按其结构组合形式分为普通真空发生器，带喷射开关的真空发生器与组合真空发生器三种。真空发生器按外形分，有盒式和管式。盒式在排气口带有消音器，管式不带消音器。按性能分，有标准型和大流量型两种。标准型的最大真空度可达到88kPa，但最大吸入比大流量型小。大流量型的最大真空度为48 kPa，但最大吸入量比标准型大，可用于吸吊有透气性的瓦楞硬纸之类的物体。
普通真空发生器的供气口接正压气源，排气口接消声器，真空口接真空吸盘压缩气从真空发生器的供气口流向排气口时，在真空口产生真空。当供气口无压缩空气输入时，抽吸过程停止。
带喷射开关的真空发生器，一般真空吸盘持工件后，要放掉工件就必须使吸盘内的真空消除。若在真空发生器引射通道流入一股正压气流，就
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能使吸盘内压力从负压迅速变为正压，使工件脱离。带喷射开关的真空发生器就能完成这一功能。
组合真空发生器有几种形式。主要分为：按连续耗气和断续耗气两种。真空发生器常与电磁阀，压力开关和单向阀等真空元件构成组件。采用一体化设计，便于安装使用。
本次设计从经济性，寿命性，维修性，技术性等多方面考虑，决定使用普通真空发生器从经济性考虑它制造成本低，生产普遍，采购容易，从寿命考虑它使用时间长，能在恶劣条件下使用，从维修方面考虑普通真空发生器结构简单，便于维修，在技术上普通真空发生器的技术成熟，应用广泛，简化设计难度。所以选用普通真空发生器。
3.3真空发生器的应用
真空系统作为实现自动化的一种手段，在电子，半导体元件组装，汽车组装，自动搬运机械，轻工机械，医疗机械，印刷机械，塑料制品机械，锻造机械，机器人等许多方面得到广泛的应用。如真空包装机械中，包装纸的吸附，送标，贴标，包装袋的启动；电视机的显象管，电子枪的加工，运输，装配及电视机的组装；印刷机械中的双张，折面的检测，印刷纸张的运输；玻璃的搬运和装运；机器人抓起重物，搬运和装配；真空成型，真空卡盘等。总之，对任何具体较光滑表面的物体，特别对于非金属且不适合夹紧的物体，如簿的柔软的纸张，塑料膜，铝簿，易碎的玻璃及其制品，集成电路等微型精密零件，都可以使用真空吸附，完成各种作业。
3.4真空发生器的主要性能
3.4.1排气特性
真空发生器的排气特性表示最大真空度，空气消耗量和最大吸入流量三者分别与供给压力之间的关系。最大真空度是指真空口被完全封闭时，第 12 页 2012届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
真空口内的真空度。空气消耗量是通过供给喷管的流量（标准状态下），最大吸入流量是指真空口向大气开时，从真空口吸入的流量（标准状态下）。空气消耗量是由工作喷嘴直径决定的。喷嘴直径范围一般为0.5-0.3mm。对同一喷嘴直径的真空发生器，其耗气量随着工作压力的增加而增加。真空度有最大值，当超过最大值，即使增加工作压力，真空度非但没有增加反而会下降。真空发生器产生的真空度最大可达88kPa。建议实际使用时真空度可选定在70kPa，工作压力在0.5MPa左右。3.4.2 流量特性
流量特性是指供给压力为0.45MPa条件下，真空口处于变化的不封闭状态下，吸入量与真空度之间的关系，为了获得较大的真空度或较大的吸入流量真空发生器的供给压力应处于0.25-0.6MPa范围内，最佳使用范围为0.4-0.45MPa。真空发生器的使用温度范围为5-60℃，不得给油工作。
3.5吸盘结构的设计与计算
考虑到抓取的对象为电动大巴车电池，其外形尺寸为：长500mm，宽200mm，厚200mm。因电池存放空间有限，为此，我选用吸盘来抓取该类零件。
真空吸盘的基本原理：
盘压到被吸物后，吸盘内的空气被真空发生器或者真空泵从吸盘上的管路中抽走，使吸盘内形成真空。而吸盘外的大气压力把吸盘死死的压在被吸物上使之几乎形成一个整体，可以共同运动。3.5.1 电池重量的计算
由电池尺寸数据：L=500mm S=200mm H=200mm 查阅密度表，并结合工程机械上常用的材料零件，取ρ=2.0 g/cm3（泡沫塑料的ρ是0.2g/cm3,工业橡胶ρ是1.8g/cm3，ρ在2.0以上的是玻璃类和火砖石头
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类，不予考虑），取g=9.8N/kg。则电池的重量：G=ρLSHg392N 3.5.2 吸盘型号的确定
吸盘的理论吸力F=D2p/4
根据吸盘安装位置和带动负载运动状态的不同，吸盘的实际吸力应考虑一个安全系数n，即实际吸力F’为F’=F/n。
当水平安装提升物体时，n4；在垂直安装提升物体时n8。吸盘所受的吸力F=G/4=392/4 =98N 又因为是水平提升，则取安全系数n4 实际所要受到的吸力F’4F=984=392N 真空发生器的真空度P=84KPa 则由吸盘的理论吸力F=D2p/4可以得到 392 /4 D2841000 即D77mm，也就说要求吸盘吸持工件被抽空的有效直径至少为77mm。
(a)(b)
图4-1 真空吸盘
3.6真空吸盘的材料
通常吸盘是由橡胶材料与金属骨架压制而成的。制造吸盘所使用的橡
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胶材料及其性能见上表。橡胶材料如长时间在高温下工作，则使用寿命变短。硅橡胶的使用温度范围较宽，但在潮热条件下工作则性能变差。吸盘的橡胶出现脆裂，是橡胶老化的表现。除过度使用的原因外，多由于受热和日光照射所致，故吸盘宜保管在冷阴的室内。
表3.1真空吸盘的材料
真空吸盘的材料 丁腈橡胶 聚氮酯橡胶 氟橡胶 可 可 优 良
-10-200
优
良
优
优
可
优
优
可
药品类 优 优 良 优 良 可 良 良
-30-120-30-80
优
优
优
可
差
差
优
良
可
良
优
良
良
可
良 吸盘的橡胶材料 弹性 扯断强度 硬度 压缩变形
使用温度
透气性
耐磨性
耐油性
耐酸性
耐碱性
耐溶剂型
耐臭氧
电气绝缘性 差
硬壳纸,胶合板，铁板及其他一般供件
搬运物体
3.7 吸盘连接结构的设计
ＪＺＨ系列管接头，是一种新型的组合式气动管接头。最大工作压力为１．０ＭＰａ。这种管接头是由各种不同的接头、接头体和一个终端管座组合而成。通过这三部分的组合，可以把同一个管接头组合成具有不同联接方式和不同公称通径的组合式管接头。组合式管接头能同时适用几种不同公称通径和不同材质的气管，具有通用性强，多功能、拆装方便等特点。
参照以上组合式气动管接头的结构特点，我设计出一下结构简单又能
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满足工作条件的等径三通接口的组合式气动管接头：
图3.4 等径三通接口的组合式气动管接头剖视图
图3.5 等径三通接口的组合式气动管接头基本尺寸
3.8 吸盘定位结构的设计
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图3.6 六角双头螺栓
3.8.1 伸缩缸的概述
上面的总体设计方案中已指出本课题机械手水平方向上的气压缸选择具有双行程的伸缩缸，接下来我先对这类伸缩缸进行一个简单的概述：（1）工程伸缩缸缸的基本型式
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同传统的缸一样,伸缩缸两种基本类型是单作用和双作用型.单作用伸缩缸在压力油的作用下伸出,依靠重力或外部机械作用力缩回。单作用缸应用在某种形式的作用力总是作用在缸上的场合。最基本的单作用伸缩应用就是倾卸式卡车和倾卸式拖车。压力油伸出伸缩缸以升起倾卸车的一端并卸除负载,当解除压力 时,倾卸车厢的重量将伸缩油缸中的油排出并缩回。双作用伸缩缸两个方向都由油压作为动力,它们可以使用在既给没有重力又没有外部机械作用力的应用场合。它们非常好地适用于无严格定位且要求稳固负载来回动作的应用场合。一个典型的 应用是垃圾压实车的推铲液压缸。水平安装的液压缸推动一块平板压缩负载，然后带着平板缩回,以便添加更多的物料。不能借助于重力,所以使用双作用缸。
（2）轴承和密封
每一伸缩级通过至少两只轴承依次支撑在较大的伸缩段上。一只位于外直径的底部或伸缩级的活塞端。另一只位于直径的顶部或下一个较大伸缩级的填塞级。这两个轴承之间的距离决定一级同下一级之间的重叠程度。一般而言,这个距离或重叠必须随总行 程的增加而增加,以抵抗由伸出级重量和负载引起的挠度。伸缩缸的密封设计有好几种。最普通的一种是使用多重叠合的 “ V ”形密封和/或带现场模铸的叠合唇整体式多唇密封件。这些密封件通过挡圈或卡环及压紧螺母保持在适当位置。每一级的内圆面同套在里面的直径小些的下一级外径相互密封。这些密封的型式和位置各个油缸制造厂不同。密封型式也取决于其特殊功 能。零泄漏,多唇柔性密封通常使用在主臂级和伸缩级密封部分的内径上。低泄漏硬性密封使用在双作用伸缩缸的活塞端.这些活塞密封允许油缸在压力下缩回.在某些单作用伸缩缸上使用另外止动环的设计,在活塞上使用柔性零泄漏密封,依次将更大的下一个伸 缩级的全部内径用作伸出力的有效面积。这些相同的密封将油容纳在油缸中。油缸的上部通常使用柔性密封,此时包括一个导向 支撑.该伸缩缸的上端和论使用 何种型式的密封,都要使用防尘 密封组合,以防止污染物进到油缸中。
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（3）伸缩缸的优势
同传统的活塞杆式缸比较,伸缩缸的最大优点在于其能从一个紧凑的初始部件提供特别长的行程。典型伸缩缸叠合后的长度在其伸出长度的20%和40%之间变化。所以,当安装空间受限制而应用场合又需要长行程时,伸缩缸是理所当然的解决方案。例如,自卸车为了完全倾卸,其车体需要倾斜 60度。
（4）伸缩缸的工作原理
双作用伸缩缸的正常伸出同单作用伸缩缸的方式一样。双作用伸缩缸的缩回通过将每个伸缩级的活塞面积外直径同下一个较大级 的内侧直径密闭,并在每一个伸缩级中沟通导油孔来实现。伸缩级体上的导油孔正好位于伸缩段的活塞上方。缩回油口通常位于最小伸缩级的顶端。油液经该油口进入最小伸缩级。导油孔允许油进入并作用在下一段内径和较小段内径之间的容腔中。该容腔产生力以移动或缩回较小的伸缩级进入较大的伸缩级。一且该级完全缩回,下一个较大一级的导油孔打开并允许油进入以缩回.该缩回过程持续直到所有的伸缩级全部缩回到主臂级内。每一段上的密封选择区域保证压力能够工作。将缩回油口设置在最小级的顶端是设计双作用伸缩缸最简单的方法,但是这种典型的油口布置需要布置软管,软管保护和软管卷盘以传递油至伸缩级。为避免压力油口在油缸全伸出时间隔太远。大多数双作用伸缩缸设计时将两个油口都布置在最小级或柱塞级上。油缸安装使最小段或柱塞级固定,较大较重的伸缩级在油缸伸出时移动。伸缩缸的结构象望远镜, DOM(拉出心轴)钢管的直径逐渐减小能够一级套一级地相互套起来。直径最大的一级 称做主臂或缸筒;直径较小的伸缩级称做伸缩臂。最小的一级也称做柱塞。伸缩级的数量通常最大为 6 级,理论上可以设计出更多级的缸,但其稳性将要折衷。伸缩缸通常从最大的一级到最小的一段伸出。这意味着最大的一 级将带着套在其内部的所有较小的级最先移动。且在完全伸出后,下一级才开始移动。该程序将一步一步地继续直到最小的一 级完全伸出。相反在缩回时,最小的一级将最先完全缩进以
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后, 下一级才开始移动,这将持续直到所有伸缩级回到主臂中。3.8.2 气压缸类型的确定
基于对以上液压型的伸缩缸的介绍，我把他推想到气压型的伸缩缸，工作原理和液压型的伸缩缸一样，紧紧是两伸缩缸所使用的动力源不一样而已，一个是液压，一个是气压，再根据课题所给的数据可知，该气压缸在水平方向上要完成至少15000mm远的行程，如果仅仅采用普通的气缸，那该气缸的内缸长度至少需要15000mm长，这样制造出来的气缸要耗费很大的人力和材料，吸盘的水平左右移动是往复式的，为此，这里选用了链轮传动。抓取的伸缩移动行程比较短，需要耗费的人力和材料也比较少，所以我采用气压传动。3.8.3 气缸的种类
气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸 4种。
（1）单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。
（2）双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。（3）膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。
（4）冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(10～20米／秒)运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于 280°。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。
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3.8.4气缸的结构
气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件组成。(1）缸筒
缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。
SMC CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。
(2）端盖
端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。
(3）活塞
活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。
(4）活塞杆
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活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。
(5）密封圈
回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。
气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑。也有小部分免润滑气缸。
3.8.5 气缸的工作原理
根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。3.8.6 运动缸径的计算
由气缸带动的负载，运动状态及工作压力，就可以进行气缸缸径的计算和选择。
（1）根据气缸带动的负载，计算气缸的轴向负载F，本设计是上下运动气缸，它的最大负载是40㎏，结构是气吊的结构。
图2-1汽缸带动负载图
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气缸的轴向负载力F=mg=40×9.8=392.5N(2)由气缸的平均速度来选定气缸的负载β，如表1。气缸的运动速度越高，负载应选小。
表2.1 气缸的运动状态和负载率
阻性负载（静负载）β≤0.8
本设计的气缸的行程是200mm，动作时间t=2s。根据速度公式V=s/t=200/2=100mm/s 根据速度V选择阻性负载β是0.5（3）由气缸的理论输出力计算公式。负载率β及工作压力p即能计算缸径，由计算的缸径再圆整到缸径。
本题的理论输出力F=F/β=392.5/0.5=785N 气缸的工作压力为：p=0.4MPa 气缸缸径D= 〈100mm/s ≤0.65
阻性负载 100-500mm/s 〈-0.5
>500mm/s 〈-0.35 4F.=50 p故本设计取气缸缸径D=50mm，活塞杆的直径为25mm。3.8.7 缓冲性能
气缸活塞运动到行程终端位置时，为避免活塞与缸盖产生机械碰撞而造成机件变形，损害及极强的噪声，气缸必须采用缓冲装置。通常缸径小于16㎜的气缸采用弹性缓冲垫，缸径大于16㎜的气缸采用气垫缓冲结构。
从缓冲柱塞封闭柱塞孔起，到活塞停止下来为止，活塞所走的行程称为缓冲行程。缓冲装置就是利用形成的气垫（即产生背压阻力）和节流阻尼来吸收活塞运动产生的能量，到达缓冲的目的。
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为了达到缓冲作用，缓冲腔室内空气绝热压缩所吸收的压缩能Ep必须大于活塞等运动部件所具有的动能Ed，即Ep≥Ed。
k1kpkEp=p1V121„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„p1k1(1-1)1Ed=mv2„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
2(1-2)式中，p1-----绝热压缩开始时的缓冲腔室内的绝对压力（Pa）p2-----绝热压缩结束时的缓冲腔室内的绝对压力（Pa）V1-----绝热压缩开始时的缓冲腔室的容积（m2）m-----活塞等运动部件的总重量（kg）v-----缓冲开始前活塞的运动速度（m/s）k-----空气绝热指数k=1.4.若Ep≥Ed则认为气缸缓冲装置能起到缓冲作用。反之，则不能满足缓冲要求，应采取一定措施，如在气缸外部安装液压缓冲器。
最后要特别指出，对于气缸之所以要讨论缓冲性能及其计算，是因为要防止气缸运动到行程末端时撞击缸盖，即气缸活塞具有运动速度。若活塞在末端处于静止状态时，无论加在哪的的压力都务必关心其会撞击杠盖（除强度问题外）。同时，气缸运动过程所有出现的摩擦力（能），重力（能）等的影响，都以反映在活塞的运动速度上，也就是说，气缸运动的速度决定于作用在活塞两侧的压力差Δp产生的气压作用力克服了摩擦力（总阻力）的大小。因此，气缸缓冲计算时，只要考虑气缸运动的动能，就必计算活塞上作用的气压能，重力能及摩擦能。3.8.8耗气量
耗气量是指气缸往复运动时所消耗的压缩气体量，耗气量大小与气缸的性能无关，但是选择空压机排量的重要依据。
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3.8.9最大耗气量
是指气缸活塞完成一次行程所须的耗气量，其计算式如下：
p0.11 Qmax=0.047D2S0.1t式中，Qmax-----最大耗气量(L/min)(ANR)D-----缸径(cm)S-----气缸行程(cm)t-----气缸一次往返行程所需时间(s)p-----工作压力(MPa)3.8.10伸缩运动气缸耗气量 缸径： D=5cm 气缸行程: S=20cm 工作压力: p=0.4MPa 气缸一次往返行程所需时间 t=4s
p0.11 最大耗气量: Qmax=0.047D2S0.1t0.40.112=29.375（L/min）（ANR）=0.0475200.143.9气缸使用注意事项
（1）一般气缸的正常工作条件；环境温度为-35-80°C，工作压力为0.4-0.6MPa。
（2）安装前，应用1.5倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。（3）装配时，所有密封元件的相对运动工作表面应涂以润滑脂。（4）安装的气源进口处必须设置气源调节装置；过滤器-减压阀-油雾器。（5）安装时注意活塞杆应尽量承受拉力载荷，承受推力载荷应尽可能使载荷作用在活塞杆轴线上，活塞杆不允许承受偏心或横向载荷。（6）载荷在行程中有变化时，应使用输出力足够的气缸，并附设缓冲装置。
（7）尽量不使用满行程。
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3.10水平直线导轨的设计
3.10.1 直线导轨的概述
直线导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。
直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。3.10.2 直线导轨种类的确定
在本课题设计中，我选用圆形导轨，接下来我简单的说一下圆形导轨的优点：
圆形导轨产品的一个显著优点就是其圆形板可在端部支撑轴，实现横跨相当于轴直径的12到24 倍的间隙的圆形直线轴承设计，从工厂自动化中的龙门吊系统到DNA 取样机中拣选和放置模块的各种应用均可采用这一设计。运动轴完全通过固定轴的两端进行组建。无论两点之间的机器表面处于何种情况，无论是否只有一个点，该装置的精密性都不会受到影响，仅仅取决于端部支撑装置的准确度。此外，如果要通过直线导轨对中一套丝杠传动系统，只需在一个板上打三个孔，即以两个圆形导轨和丝杠 轴承的支撑为基准，这是最容易做到的方法。通过这一设计，在装配过程中无需调节。
在某些应用中，平整度可能是需要考虑一个主要的因素。虽然组件和应用之间在细微处可能略有不同，并通常缺乏行业相关平整度数据，但滚珠衬套轴承往往可以非常平稳地运行，方形导轨和圆形导轨之间的差异通常用手即可感觉得到。滚珠和导轨之间凸表面的点式接触可将擦伤的可能
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性降到最低。滚珠衬套通常在微小间隙量或1％到2％额定动载荷的轻预载荷下运行，提高了平稳性。而由于较高的一致性和预载荷，方形导轨轴承可在某些“缺口”情况下使用。在大多数情况下，这是可行的，但如果需要用到仪表级轴承，圆形导轨可能更有优势。同样，由于其简单的圆形几何形状，圆形衬套上的密封件往往更为可靠，产生更小的拖曳。方形导轨擦拭器必须符合导轨中的滚珠轨道，以达到耐用型密封。
安装圆形导轨时最后需要考虑的是安装在轴上的非滚珠型聚合物衬套。可采用适用于铝或其它基底的高性能轴承级材料，以提供良好的载荷能力（相当于滚珠衬套载荷能力的20％）和一个在 0.05到0.25范围内的较低摩擦系数。衬套轴承可在具有能够损伤密封严实的滚珠衬套的微粒的恶劣环境中平稳运行，也可在受到冲击载荷损伤的滚珠轴承系统下正常工作。另一方面，滚珠循环噪声可能会成为滚珠衬套或方形导轨轴承中的一个问题，但对于上述衬套轴承却基本上不是问题。由于接触面分布在一个较大的区域中，无需配有滚珠衬套的硬化钢轴。可以采用不锈钢轴系，既适用于像半导体和医药行业所处的清洁环境，也适用于像食品加工行业所处的恶劣环境。
3.10.3 圆形导轨的支撑导轨单元
支撑导轨单元由支撑轨，直线轴及开口型直线轴承箱式单元组成，图3.10所示。
支撑轨：支撑轨可在全行程上为轴提供最大的刚性，确保支撑导轨单元的正常工作，图3.11所示。
箱体:可与开口型直线轴承配合，在高负载或长行程的场合，保证卓越的运动性能，图3.12所示。
以下为圆形导轨的支撑导轨单元的结构图和相关数据表：
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图3.11 支撑轨 图3.12 箱体
图3.13 支撑导轨单元 图3.14导轨外形长度表
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图3.15 支撑轨外形尺寸
图3.16 支撑导轨单元外形尺寸
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第四章 吸附手的稳定性分析
4.1 机械手上升、下降过程的稳定性分析
机械手的下降过程是由竖直方向上的气缸完成的，气缸的选用按照了国家的标准，而且所选的气缸足够提升起该密封垫零件，所以只要气缸正常，不会出现中途卡断现象。该气缸的活塞杆连接吸盘的定位支架，并通过螺母固定，而支架上又通过螺母连接方式使六角双头螺栓固定在支架上。通过等径三通接口的组合式气动管接头，一端与六角双头螺栓连接，另一端与吸盘螺纹连接，还有一端与真空发生器通过来的气管相连接，这样下来，该部分的机械结构是环环相扣，稳定性很高，安全性也相当高。而且该结构具有拆装性，拆装非常方便，万哪个零件出了问题，可以及时方便的拆卸并安装，减少经济损失。
4.2 机械手吸料过程的稳定性分析
由于吸盘是与真空发生器通过带螺纹的通气管连接起来的，所以真空发生器产生的真空度就是吸盘里的真空值，我选用了真空度可以达到84KPa的空发生器，所以有足够外力吸附起密封垫零件。真空吸盘是直接吸吊物体的元件，是真空系统中的执行元件。通常它由橡胶材料和金属骨架压制而成。吸盘有多种不同的形状，常用的有圆形平吸盘和波纹形吸盘。波纹型吸盘（风琴型吸盘）相对圆形吸盘有更强的适应性，允许工件表面有轻微的不平、弯曲或倾斜，同时在吸持工件进行移时有较好的缓冲性能。所以本设计中我选用了波纹形吸盘，以提高机械手的稳定性。
当然该机械手的真空系统中除了真空发生器和真空吸盘这两个主要的元件外，还有真空阀、真空压力开关、真空过滤器、真空安全开关等元件。这些真空元件都是按负压元件来确定的。
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4.3 机械手左移、右移的稳定性分析
同样，该过程的也是通过气缸的伸缩来完成，气缸的选用也足够让机械手完成水平方向上的左右往复移动，气缸通过左右两端两个耳座将其定位于水平方向上，其较小的那根活塞杆通过一简单的机械结构与导轨工作台相连接，又导轨在角钢上的安装，角钢由于受到所有负载发生变形的挠度相当小，几乎可以忽略不计，所以导轨在水平方向不会发生弯曲的现象，这样就保证了工作台能顺利的在导轨闪左右移动，使得该机械手输送的密封垫零件能很好的完成水平500mm的行程的输送。
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结束语
在本次毕业设计的过程中，我更加熟练的掌握了相关制图软件的应用。回顾本次设计，我对气压缸的设计,机械结构的设计有了深刻的理解。
其中，机械手应用于现代化制造业中也是大势所趋。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。目前，机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动、不知疲倦、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此机械手受到很多部门的重视，并越来越广泛的得到了应用。
此机械手的设计完成，能更好地针对电动大巴车电池的更换，而且本机械手大部分都是通过螺栓连接固定在一起的，这样机械手的拆卸更换和运输方面就变得尤为方便，该机械手能满足远距离的水平移动。整体气压的运用，空气的取之不竭，用过之后排入大气，不需要回收和处理，不污染环境，空气的污染性很小，管路中压力损失也很小，压缩空气的工作压力较低，气动元件的材质和制造精度要求降低，空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞等优势就很有效的利用到，而且机械手四个角机械减震垫铁的安装，更能适应有稍微凹凸不平的工作环境。
本次毕业设计缺少了去工厂实习这一环节，我们也就缺少了对现场机械手工作过程的认识和理解，设计机构给我们带来了一定的难度。
最后，将以上机构和组合机构合成一个完整的机构，从而使A上的工件移动到B上，完成整个过程。
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参考文献
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致 谢
本次毕业设计的顺利完成，离不开院系各级领导的的高度重视，以及学院各位老师的指导和帮助，在此，我衷心的向院系各级领导和全院老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
四年的学习生活转眼即逝，在外求学经历的坎坷使我慢慢成熟，对在过去的日子里曾给予过我鼓励、帮助的人们我满怀感激，时刻没有忘记。所经历的一切将让我倍加珍惜未来的生活。
本论文是在导师杨老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
由于本人实际经验和理论知识有限，本次设计中必然存在不少纰漏及错误之处，希望各位老师批评指正。
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