牙刷人机工程学课程设计模板

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式折叠结构中卷式折叠形态往往是从厚度很小的面形态通过卷的动作最后成为圆柱体，如图 41 所示 图 41 卷式折叠变化规律 折式折叠结构 分为一折两折和多折，其本质是基本的 一折式 折叠的 串联。 根据组成构件的形态的不同，折叠后的形态也相应不同，如图 42 所示是 串联的 三折式折叠变化规律。 图 42 充气式折叠结构排除气体后往往可根据需要进行折叠，没有固定的规律，所以在这里不作分析。 内蒙古科技大学课程设计 7 扇形折叠结构形态变化规律 扇形折叠结构的特点 式 利用形态相似的构件通过一定的连接（轴）达到构件 （股）的折 叠 ，各个股单元可以实现绕固定的端点旋转， 根据打开的程度可以形成不同扇形直至圆形，实现有线到面的 变化。 如图 43 所示。 图 43 扇形折叠变化规律 风箱形折叠结构形态变化规律 风箱形折叠分为旋转式和平行式，旋转式折叠 根据构件的形态的不同 ， 收起后形态也有所不同， 但 收起后形态 往往 是单个单元的形态，打开后能够形成一定的空间结构。 如图 44 所示。 平行式折叠 组成构件往往形态相似， 由许多圆形或方形单元并列组成，打开后成为空间结构。 通过一侧的挤压也可以形成一定角度的旋转。 如图 45所示。 图 44 旋转 式 变化规律 内蒙古科技大学课程设计 8 图 45 平行式变化规律 可展网架折叠结构形态变化规律 由杆系构成的可展折叠结构的基本组成为剪式单元 , 它由杆 件 组成 , 每个杆有三 个 节 点 , 两个端节点与相邻单元铰接 , 中部节点采用枢轴连接 , 可自由转动。 通过对基本剪式单元的不同组合 , 可形成各种基本结构 , 进而构成整体结构。 整体结构的形状完全由剪式单元的几何参数决定 , 即杆件长度枢轴连接点位置。 如同其它几种折叠结构一样，可展网架结构也可以看作是由很多基本的折单元排列组合而成。 这里我们主要分析几种有规律的变化结构。 (1)各杆长度相同 , 枢轴连接点位置在各杆中心点 , 展开后形状如图 46 中 A 所示； (2)各杆长度相同 , 枢轴连接点位置不在杆件中心 , 展开后有曲率存在 , 如图46 中 B 所示； (3)各杆长度不同 , 枢轴连接点位置位于杆件中点 ,如图 46中 C是有两种长度时展开后的状态。 (4)各杆长度 不固定 、枢轴连接点位 于中心点 , 展开后形状如图 46 中 D 所示。 内蒙古科技大学课程设计 9 图 46 变化规律 剪式单元中的剪杆不一定为直杆 , 在空间状态下也可为广义下的曲杆单元 ，如图47 所示。 图 47 曲柄剪式单元 内蒙古科技大学课程设计 10 第 五 章 折叠结构的 适用条件 分析 折叠 产品的主辅功能界定 产品的功能可以理解为产品的功效，产品功能定义就是对产品的需求信息或效能， 用科学准确简洁明确的语言进行抽象的描述。 按功能的重要程度，功能可分为基本功能（主要功能）和辅助功能。 主要功能是产品的主体功能，也是产品存在的基本条件，是消费者购买产品的基本原因。 如手表的主要功能是 显示 时间；电灯的基本功能是 发光照明等等。 辅助功能是对主要功能起支持、保证和完善作用，辅助功能与主要功能并存，它可以使产品的主要功能更加完善，属于锦上添花的功能，如果没有它，产品并不会失去基本的使用价值 【 1】 ，所以，产品具有的折叠功能只能算作是该产品的辅助功能，但往往是消费者做出决定的关键因素。 产品优化的方法中很重要方法的就是辅助功能的设计，所以折叠功能的好坏将直接影响该产品的整体印象。 折叠 产品 的优越性分析 首先 ， 折叠产品能够节省和最有效利用空间， 折叠产品对工厂、商店的仓库、旅馆、饭店、体育馆及住房空间最有效利用具有特殊意义。 例如常见的钢折椅 ,展开时尺寸为 83 cm 50 cm 40 cm ,而折后仅占前者体积的 1/ 7. 3。 第二， 携带方便 ， 一些产品由于特殊要求需设计得小巧轻便 、 携带方便 ,折叠产品是满足这一要求的好形式。 现代设计理念往往追求轻薄短小，除了材料和工艺外，折叠是最好的手段。 50 cm 半径的旅行伞可将伞骨对折收拢直径仅 4. 5 cm ,长 30 cm 左右 ,可放入袋中。 折扇、折叠自行车、折叠衣架及很多旅游用具都具有这个特点。 第三， 安全 性提升， 一些利器 (刀、针、剪刀等 ) 经过折叠处理后不但缩小了所占空间 ,而 且隐藏了锋利部分 ,保证了携带的安全。 第四， 节省原材料 ， 一般折叠产品较小 ,可以广泛使用短小材料 ,节省原材料 ,也便于自己制作。 普通组合小刀一柄多用比一刀一柄要节省材料。 【 1】 产品的主辅功能及功能优化设计；闻邦椿 刘树英 李小彭；第 17 页 内蒙古科技大学课程设计 11 第五， 便于归类和使用 ， 机械工人用 的 标准卡扳 ,采用扇形结构可以按规格排列 ,不但不易散失 ,而且能提高工作效率。 折叠 结构 的适用条件分析 折叠产品是精妙的人造产品，它们有两种状态：折叠着的被动状态和展开着的积极状态。 它们可大可小、可阔可缩，一切都取决于功能的需要。 折叠无处不在，而一个真正的折叠物品必须是能被重复使用的。 有些折叠产品不是 单 纯为了方便携带、搬运等，如调节式座椅主要是通过靠背、座面、座高的折动来调节坐姿的角度，乃至躺、卧的状态，以满足各种不同的使用需要，这是以人在不同的使用状态中的不同需求作为出发点的，通常应用在汽车、火车、飞机等交通工具上，在人长时间的作业环境中，提供工作和休息两种使用状态。 这种折叠产品通过折叠结构的运用能够达到折叠的目的，但是折叠的目的不是为了节省空间，所以只能算作是准折叠产品，这里我们不做主要探讨。 折叠 结构从展开、施加预应力成形到荷载态是一个既包括弹性变形又包括刚体位移，既有线形又有非线性的复杂过程。 从 折 叠 结构的工作过程来分， 折叠 结构的分析、设计包括三部分 ： 保证结构能够顺利展开的几何设计 ；折叠 结构展开过程中对整个机构体系的运动路径的设计与控制 ； 保证体系能够按着预定的轨道运动，并将约束反力控制在合理的范围内处于工作状态的 折叠 结构在荷载作用下的受力分析。 折叠结构的运用不是任意的，在材料、形态等因素的约束下，根据具体的设计目的往往有一种到两种折叠结构能够实现产品的最优化设计，所以对于各种折叠结构适用性的总结归纳对于产品设计有很大的指导作用。 结构适用条件 首先卷折式折叠适用于那些形态由杆系或 面系的单元组成 的产品， 卷折式折叠结构又可分为卷和折，其中卷式折叠结构适用于那些外部结构采用可以卷曲的材料，内部结 构可以在预定方向上卷曲而不影响其发挥功能和零件效率的情况 ， 现在由于科技的进步，很多电子产品都能够进行折叠变换，如液晶屏的卷折，软键盘的卷折等等，内蒙古科技大学课程设计 12 但由于材料和工艺的限制，卷式折叠的应用范围相对狭小。 折 式折叠结构 又可分为 一折、 两折和多折，往往应用于杆系或面系单元的折叠，因为不受材料的约束且可选连接结构多样，所以适合大部分折叠 产品 ， 我们平时谈论的折叠往往就是指这类折叠，同时这种折叠也是应用最广泛的，然 而大 多数 折叠结构都不是简单的折单元，往往有两折或多折组成，最重要的是这些“折”都是由各种 连接结构或 机械原理 完成的，表面上看似简单的“一折”“两折” ， 事实上往往是由复杂的 其它 结构完成，所以折的背后其实是不同 的各种其它 结构。 折式折叠形态变化相对简单，折叠效果好，所以在设计中的要点并不是能否折，而是如何实现折，即如何通过连接或别的结构实现构件间的折叠。 图 51 中蛋形摩托车 可以被折叠成一个梭形， 这款车全身上下有多处折式折叠，多处 通过 铰接式连接结构 实现。 此外 ，它还充分融入了环保的元素，折叠后其外表就会完全被太阳能 电池覆盖，可以通过吸收太阳光来获得动力。 为了充分吸收太阳光，它还配有一款类似于太阳灶的底座，可以起到聚光的作用，从而吸收更多的太阳光。 当阳光不足时，还可以通过普通的交流电源进行充电。 图 51 蛋形摩托车 式折叠 结构适用条件 充气式折叠结构 的优点是形态变化大，折叠效果好，且能够有效减轻产品重量，随着充气工具的发展，使用起来越来越方便，然而缺点也很明显，即承受载荷小，且容易刮伤划痕，随着材料科学的进步，这些缺点将会逐渐减小，所以充气式折叠结构适用于 那些受力小且摩擦小的场合，如建筑物外部膜结构，浴场设备等等。 现在的雨伞虽然种类繁多，造型各异，但是基本 上都是采用了翻折的设计，通过内蒙古科技大学课程设计 13 薄薄的一层防水材料来起到挡雨的作用，而 图 52 所示的 产品却采用了充气的结构。 下雨时候，只要通过内置在伞把中的气筒将它充满气体即可。 而独特的云朵造型也非常吸引眼球，别人头顶都是乌云，唯独我这里白云朵朵。 图 52 充气伞 折叠 结构适用条件 扇形折叠结构形态变化相对简单，并且对于组成单元要求严格，所以其适用场合也有限，适用于那些拥有较多股单元，且 股单元形态规则，接触面相对紧密的产品。 如图 53 所示的瑞士军刀 图 53 瑞士军刀 内蒙古科技大学课程设计 14 折叠 结构适用条。