雨傘的結(jié)構(gòu)設計與仿真分析

1、 雨傘的結(jié)構(gòu)設計與仿真分析 設計說明書目 錄一 緒論1.1 雨傘的發(fā)展史1.2 課題研究背景 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1.3 現(xiàn)行雨傘分析1.4 新型雨傘的提出二 對相關(guān)資料的研究與分析2.1對普通充氣傘的分析2.2對空氣雨傘的分析2.3供氣機構(gòu)的參考資料三 充氣式多功能雨傘的設計方案 3.1創(chuàng)新點 3.2 雨傘的使用功能介紹- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 3.3 雨傘的布局設計 3.4 雨傘的設計機構(gòu)- - - - - - - - - - - - - - - - - -

2、- - - - - - - -7 3.5 雨傘主要參數(shù)計算分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6雨傘的氣密性分析與解決辦法四 選材的分析抉擇與可行性的分析4.1傘桿材料的選擇4.2傘面材料的選擇4.3電動機的選擇4.4單向閥的選擇五 設計價值與意義- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10六 總結(jié)七 參考文獻 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10八 謝辭九 附錄 雨傘的結(jié)構(gòu)設計與仿真分析說明書 第一 緒論：1.1雨傘的發(fā)展史

3、早在春秋末年，我國古代著名木工師傅魯班常在野外作業(yè)，如果當時遇到下雨天，就會被經(jīng)常的淋濕，很影響在雨天的生活和工作。在古籍上的記載是：“云氏劈竹為條，蒙以獸皮，收攏如棍，張開如蓋”，最初的雨傘，就在此刻誕生了，發(fā)展到在公元前十一世紀時，就有了用帛制成的傘，在以往的“雨傘”有所改進，這時的雨傘初步成型，隨著人類社會文明的進步，智慧結(jié)晶的發(fā)展，在東漢時期，蔡倫發(fā)明紙以后，在人們的生活中，就出現(xiàn)了在紙面上涂熟桐油的油紙，這時的雨傘已經(jīng)正式開始它的發(fā)展史，樣式和款式，已經(jīng)開始成型。唐代時期，油紙傘開始廣泛在民間使用。這一時期，由于恰巧專門用于書畫宣紙的出現(xiàn)，出現(xiàn)了專門用宣紙做傘面、書畫家在傘面寫字繪畫

4、的的書畫油紙傘。也是同時在這一時期，油紙傘開始傳播至日本、臺灣、南洋等地區(qū)。而到了宋代時期，人們開始廣泛使用“綠油傘”，傘面的顏色主要以綠色為主。最明顯的是，在著名的清明上河圖中，在熱鬧的集市中人們用的基本都是這種“綠油傘”。 到了元代時期，由于棉布的發(fā)明和使用，出現(xiàn)了在棉布上上油的油布傘，有這么一個說法，（意大利人）馬可波羅回國時，帶去了中國當時的油布傘，歐洲人經(jīng)過新的改進，進而發(fā)展成了具有現(xiàn)代意義的折疊傘。到了元代之后的朝代，油紙傘、油布傘這兩種傘，開始一直成為我國民間主要的雨具工具。雨傘發(fā)展至清朝末年，雨傘基本都是保存僅僅改變傘面材料（油紙 油布）或者是傘桿的材質(zhì)，來增強雨傘的質(zhì)量，來延

5、長它的使用壽命。1.2課題研究背景 雨傘，作為人們?nèi)粘Ｉ钪?，最常用的工具之一，由古至今，人們對它的改變和?chuàng)造，僅僅是對材料的更換，而外形的設計和功能的添加，基本都保持它原有的特征。雨傘可以幫助人們在風雨中遮風避雨，為人們提供保護。它存在于多個朝代，擁有不可替代的歷史地位，也是人類智慧的結(jié)晶，然而他的外形和功能，在時間的變遷中基本沒有發(fā)生很大的改變，功能的單一，也成為它的美中不足。在這個物欲橫流的時代，一個日常生活中常用的物品，很顯然僅僅材質(zhì)的改變，不能滿足人們對工具的要求，在科技的迅速發(fā)展和人們物質(zhì)要求的提高，改善這一日常工具的存在于人們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)勢在必行。 雨傘真的只能僅僅用來遮蔽風雨

6、嗎？社會在進步，科技在發(fā)展，很顯然人們對物質(zhì)生活的需求，不僅僅是可以滿足基本的需要，對物質(zhì)生活的高要求，已經(jīng)是社會的普遍現(xiàn)狀。雨傘僅僅可以遮蔽風雨已經(jīng)即將被時代淘汰，它可以不可以體積的可大可小，可不可以代替電話，可以不可以自帶wifi，可不可以提供一個電源等等，這些要求被一次次的拋出，科技的追求以及對多功能的要求，已經(jīng)成為下一個要解決的問題，創(chuàng)造制作一把多功能雨傘，在這個時代下，已經(jīng)成為大眾的追求，盡管它的發(fā)明和制作需要付出很多努力。1.3 現(xiàn)行雨傘分析 多功能雨傘的發(fā)明和制作過程中，我們查閱了大量相關(guān)的資料，首先針對目前市場上主流的一些雨傘進行分析和研究，同時再查閱了大量的各種創(chuàng)新傘進行分析

7、比較，例如韓國設計師Je Sung Park和Woo Jung Kwon設計了一款概念類似的“天幕”的雨傘，日本一位大學生設計的可以用傘面查看照片的雨傘，以及我們中國南京大學的設計制作的“空氣雨傘”等等，通過對這些資料的分析，每一把新型的雨傘，都有它的優(yōu)勢和弊端，能不能取長補短，有所創(chuàng)新，成為我們設計制作的一大難度，這些資料給予我們許多新的啟示和靈感，對我們制作設計自己的多功能雨傘有著很大的幫助。1.4 新型雨傘的提出 鑒于目前雨傘的種種弊端，我們重點對雨傘的兩個方面結(jié)構(gòu)和功能進行改進，主要對以下進行改善： 1.改變它的外形，盡可能的實現(xiàn)傘面不在裸漏在外邊，通過結(jié)構(gòu)的改變，可以實現(xiàn)，傘面內(nèi)置化

8、，這樣做的目前不僅可以保護傘面受損，而且提高了雨傘的使用壽命， 2.轉(zhuǎn)變?yōu)槌錃馐骄唧w而言就是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改善，首先選用好的材質(zhì)，去除布料來作為傘面，取而代之的是一個可以充氣的空氣氣囊，使得整個傘的重量更加輕。 3.重塑結(jié)構(gòu)，增加它的現(xiàn)代化功能。結(jié)構(gòu)的重新設計，是增加功能的需要。添加雨傘的科技元素，讓它具有更多的功能，同時獨特的傘面，也需要特殊的供氣結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)?？萍紝θ祟惖纳畹母淖?，已經(jīng)變得舉足輕重，創(chuàng)新是新世紀對人們提出的要求，拘束于傳統(tǒng)，顯然已經(jīng)成為落后，雨傘原有的外形，過于龐大，不方便人們攜帶，鑒于此種弊端，我們對此進行創(chuàng)新，在保持基本需要不變的情況下，對它的體積進行縮減。傳統(tǒng)的支

9、架式，不僅增加了雨傘的重量，而且容易損壞，改變?yōu)槌錃馐降姆椒?，不僅僅改變了它的重量，同時也降低了它的損壞。為增加它的功能，對雨傘結(jié)構(gòu)的改變是我們要對此做的第三大改變，再根據(jù)現(xiàn)代化人們的日常需要，增加一些人們常用的功能，來滿足人們基本外出需求。通過這些創(chuàng)新和改變，增加雨傘的外觀魅力，也讓這一常用工具增加上科技的色彩，新型多功能雨傘的設計與制造，從一定意義上，可以推進人們對這一日常出行工具的認知，不僅僅是可以更好的方便人們，也讓每一個現(xiàn)代人們感受到科技之光。新型多功能雨傘的設計與制作，不僅僅是在一定程度上推進雨傘的改革和創(chuàng)新，它可以在人們?nèi)粘Ｉ钪袔碇T多的方便，它的設計會更加注重科技元素的添加，

10、注重它的多功能性，在結(jié)構(gòu)的設計上，會以傳統(tǒng)的雨傘模式為依據(jù)，但是為了實現(xiàn)它的功能性，內(nèi)部構(gòu)造會完全不一致，更重要的是，它將不是任何布料來作為傘面，而是用一個特殊設計的氣囊來作為一個傘面，來實現(xiàn)雨傘的最基本的功能，這一點也是很具有時代創(chuàng)新意義。 新型多功能雨傘的發(fā)明和使用，不僅僅是它可以方便人們的生活，讓我對平時的所學到的知識得以運用，更讓我體驗到學以致用的樂趣，它富有的科技之光，也會被更多的消費者所喜歡，具有一定的市場價值。第二 對相關(guān)資料的查閱與分析 為了推出新型獨特的充氣式多功能雨傘，我們翻閱了大量的中英文資料，也去了相關(guān)的雨傘店進行實際的交流，在經(jīng)過仔細的研究分析，初步確定我們充氣式雨傘

11、的功能，再根據(jù)這把雨傘應該具有的功能，然后設計了一些基本的機構(gòu)，為了讓更多人喜愛，我們決定改變雨傘的外觀形狀，通過對大量的圖片資料，初步設計雨傘的外觀，這個外觀必須可以被廣大的消費群體所接受，再根據(jù)實際的可操作性，進行必要的可行性分析，對這把雨傘設計一個加工的方案，在根據(jù)在加工中遇到的一些問題，對功能的可實現(xiàn)性進行取舍或者再設計，再加工設計。具體摘要查閱資料如下：傘面的設計，搜集各類關(guān)于雨傘的圖片，再對挑選一些好的照片，整理如下： 2.1 充氣式雨傘 雨傘分析： 這種雨傘的工作原理是，通過外界的供氣機，將空氣注入傘體內(nèi)，整個傘面為氣囊，傘桿位透明塑料材質(zhì)，整體的材料，以塑料為主，傘面的支撐力，

12、完全靠空氣給傘面的支持力。優(yōu)點，在一定的程度上，（1）推進了雨傘的改革和創(chuàng)新，外觀的美觀，會受到人們的喜愛，（2）一種充氣式傘面的提出，帶給雨傘一種新的理念。缺點：（1）不具有自帶的供氣裝置，使得這種雨傘不具有實用性，操作和使用不便捷。（2）傘面的整個為氣囊，勢必增加了充氣的時間，打開傘所用的時間長，不便捷。（3）傘面整個用氣囊，對做工要求比較高，氣密性要求更是成為加工精度的一個難點。 通過這個雨傘的資料，我們在設計方案上，取其精華，去其糟粕，保持它的傘面充氣，這個優(yōu)點是我設計的一個基本理念，并在對傘面的進行自己的獨特設計，改為氣柱，不再是整個傘面都為充氣囊，這樣做的目的是，只需要為氣柱充氣即

13、可完成傘面的打開，縮短了充氣所用的時間，提高傘面的工作效率。2.2 空氣雨傘 雨傘分析：空氣雨傘的工作原理，就是利用電動機帶動風扇，噴發(fā)出強大的氣流，通過這些氣流提供的氣力，將雨滴吹開，在傘的上方形成一個氣流層，最終達到，保護行人，在雨中不被淋濕。這種雨傘的優(yōu)點是，（1）它獨特的構(gòu)思和方案，所加工制作出來的產(chǎn)品，一定會被消費者所喜愛。（2）它所融入的高科技含量，也成為這把雨傘最大的一個賣點。（3）空氣雨傘，獨特的外觀設計，也推進了雨傘的改革創(chuàng)新。缺點：（1）雨傘的電動機所需要大量的供電，但這樣會使得這把使用時間的短暫，成為它的致命短板。（2）通過供風機構(gòu)，改變雨滴的方向，雖然保護了自己，但可能

14、傷及路人，這也使得雨傘的推廣帶來很多困難。（3）它的制作難度和成本都比較高，不適宜于大宗人群。 通過對這把雨傘的分析，這把傘強大的供風機構(gòu)，成為我們要設計的一個啟蒙點，但供風機構(gòu)太過于負責，造假的成本高，需要我們自己再次設計，然后通過數(shù)據(jù)的分析，設計出適合我們自己的供風機構(gòu)，來完成我們自己的充氣式多功能雨傘。2.3，供風機構(gòu)的參考資料首先翻閱了，一些理論資料，對供風機構(gòu)有了初步的了解，然后初步確定供風機構(gòu)的設計理念，簡單 高效 適用，在引用現(xiàn)在已經(jīng)成熟的機構(gòu)，通過再查閱相關(guān)資料，最終在選定日常生活用品，吹風機作為供風機構(gòu)，具體圖片如下： (電吹風機的內(nèi)部構(gòu)造圖) 利用吹風機的鼓風原理來實現(xiàn)我們

15、想要的吹風結(jié)構(gòu)。電吹風機中所使用的高速轉(zhuǎn)動馬達，在5v的電壓下，可以每分鐘達到50000轉(zhuǎn)，這種高轉(zhuǎn)速的電機，在配合直接80mm的風扇，經(jīng)過計算，可以讓8根氣柱，在短時間內(nèi)充滿空氣。第三 充氣式多功能雨傘的設計方案 3.1雨傘的功能設計（1） 可充氣功能 為了實現(xiàn)雨傘的可充氣性，傘面不在是單一的各種布料，改為橡膠作為材料，這樣做的目的是為了充氣的方便性，保持雨傘一個足夠的支撐力，同時也實現(xiàn)了充氣式的傘面。（2）自動化 改以往的手動式開傘為電動式打開，引用電吹風機的工作原理，來為雨傘進行充氣，當傘面充滿空氣時，傘面自動打開，來方便人們的使用。（3）特殊的供電裝置，由于材料和空間的局限，將雨傘的供

16、電裝置，設計在傘桿部位，需要自行重新設計，這樣不僅可以能夠給電動機供電，同時也可以作為一個充電設備，為其他設備供電。即實現(xiàn)了充電寶功能。（4）具有保護行人的作用。傘面進行加工處理，增加熒光粉材料，目的是為了在夜間保護行人。提供行人在夜間的一個安全性。3.2 雨傘的布局設計充氣式多功能雨傘，分為三個部分，來進行設計，第一部分傘面：傘面取用橡膠為最終的材料，在傘與充氣機構(gòu)相連接的部位采用硬質(zhì)塑膠管，保持一個好的連接性與密封性。第二部分核心機構(gòu)（充氣機構(gòu)）充氣機構(gòu)的殼體外部材料，采用鋁合金，內(nèi)部供風機構(gòu)，主要是由高速馬達與風扇的組合，通過單向氣閥，供氣給傘面的氣柱。第三部分傘桿部分傘桿部分，為供電機

17、構(gòu)，不僅提供給馬達所需要的電量，而且也可以作為一個充電寶，為外部供電。3.3 雨傘的設計機構(gòu)(1)傘面結(jié)構(gòu)設計圖：（設計優(yōu)點：把傘面制作成氣柱，來充當傘的骨架，代替現(xiàn)代所使用的鋼鐵骨架這樣設計的目的，1，可以大大減小充氣雨傘打開的時間。僅僅需要供氣給氣柱就可以將雨傘打開。經(jīng)過計算，僅僅需要8秒左右的時間，就可以將雨傘打開，完全可以在人們的日常生活中使用。2，使用氣柱的設計方案，增強氣柱材料的承壓力，使氣流更加集中，增加氣體對傘面的膨脹力，可以在一定的程度上，增加傘面的承重力。3，增加了雨傘的使用壽命，氣柱的再加工，不僅僅是提高雨傘的工作效率，也可以提高傘面的質(zhì)量。）（2）傘核心供氣設備（優(yōu)點：

18、可以把之前的手動式改為電動式改為電動式。2，供氣設備的集中，在保持氣密性完好的情況下，可以大大提高供氣效率。3，在氣缸內(nèi)，增加聚風環(huán)，保持氣流的運動方向，目的也是為減少充氣雨傘打開的時間）（3） 氣缸密封蓋 氣缸設計的優(yōu)點：1，氣缸的頂部設計為圓臺型，這樣不僅可以方便整個氣缸的一個密封，2，同時可以便于頂部的擰緊使用，便于整個氣缸的一個固定。3在氣缸的外端鉆出8個孔，這8個氣孔，不僅僅可以讓8根氣柱在短時間內(nèi)充滿空氣，同時這個氣缸有著一定的厚度，我們只可以在氣缸的8個孔上上打出螺紋，同時在雨傘的橡膠管的末端裝配打有螺紋的硬質(zhì)橡膠管，這樣可以保證它們有一個很好的配合，同時也可以保證一個很好的的氣

19、密性。（4） 氣缸 多功能雨傘的氣缸設計：1，多功能雨傘的氣缸都是采用螺紋鏈接，首先這種螺紋連接可以保持氣缸一個很好的密封性，讓氣缸擁有一定的厚度方便，也讓氣缸的氣密性更加強。2，我們將所有的安裝零件部位設計到氣缸的底面的目的也是為了讓整個氣缸的氣密性更加的好，保證雨傘的8跟氣柱，可以在很短的時間內(nèi)，充滿空氣，便于人們的使用。整體裝配設計圖3.5 雨傘的主要參數(shù)計算3.6雨傘的氣密性分析與解決辦法 雨傘的氣密性分析在實際應用中，氣密性指的是在常溫下，給確定被檢測的測密封件加一定的壓力介質(zhì)的情況下，允許介質(zhì)泄露的極限量。氣密性的檢測可根據(jù)檢測的手段分為不同的兩大類：第一是通過觀察目測的氣泡量，既

20、在向工作腔內(nèi)充一定氣壓的氣體時，將其侵入水中或者肥皂泡，根據(jù)目測肥皂泡或者水中的氣泡來判斷工作是否有漏氣，進而判斷泄露的程度。目前，這種方法在冰箱 空調(diào)的密封管道以及箱體檢測漏洞時仍然是普遍采用的，但這種方法測試的效果低，效率底下，受主管因素影響很大，同時采用這種方法測試以后的零件，還必須對工件進行干燥處理以及防銹處理。這樣才能保證工件原有的氣密性。另一類是通過傳感器的信號輸出來進行判斷的，即向工件腔內(nèi)充一定壓力的氣體，然后再通過壓力傳感器的信號輸出來判斷工件是否有漏氣現(xiàn)象，并計算出這個漏氣的率，即單位時間內(nèi)壓力傳感器輸出的變化值，這種方法測試的效率較高，不受主觀因素的影響，而且測試后不需要工

21、件進行其他處理，對工件也是一種保護。 充氣式多功能雨傘，顧名思義，利用氣體的壓力將雨傘打開，所以對雨傘的整個裝置的氣密性要求很高，首先是傘面，傘面采用的軟質(zhì)橡膠，用橡膠的管道，都通過按照上述的方法一進行檢測，首先將橡膠管全部侵入預先處理過的清澈清水中，在將雨傘氣管的一端鏈接鼓風機，另一端用夾子密封緊固，打開鼓風機，均勻的向橡膠管內(nèi)送氣，然后觀察在清水中的橡膠管是否有氣泡均勻的吹出，如果發(fā)現(xiàn)有氣泡均勻的吹出，證明此條橡膠管的氣密性比較差。經(jīng)過實驗證明，橡膠管的材質(zhì)以及氣密性符合我們使用的要求，可以使用。（2）氣缸的氣密性，首先氣缸的氣密性，與其材質(zhì)有關(guān)，本充氣式多功能雨傘，所采用的材質(zhì)為鋁合金，

22、焊接部分成為氣密性的一個隱患，然后我們在根據(jù)第二種方法進行氣密性檢測，將工作氣缸內(nèi)充滿一定壓力的空氣，然后再通過壓力傳感器所輸出的信號，來判斷氣缸是否漏氣，在根據(jù)這個氣缸的漏氣程度，來判斷這個這個氣缸的漏汽濾，就是在單位的時間內(nèi)壓力傳感器的輸出變化值。（3） 氣缸內(nèi)的單向閥，氣密性是否完好。首先檢測氣缸內(nèi)的單向閥，單向閥，按照的部位是氣缸的底面。將氣缸的單向閥安裝以后，按照方法二進行處理，首先給予氣缸內(nèi)部一個充氣壓，然后再通過我們觀察壓力傳感器輸出的變化值，我們進而判斷這個再安裝了單向閥以后，本氣缸的氣密性。并再次根據(jù)這個壓力傳感器計算出變化值與變化率。再分析完單向閥的氣密性以后。（4） 氣缸

23、與傘桿擰緊部位的螺紋鏈接，我們重點分析當傘桿與氣缸通過螺紋連接以后，氣密性的好壞，首先這個涉及加工精度的要求比較高，采用高精度的加工工藝，是一個氣密性的一個保證。我們首先會才采用一些高精度的加工機床，對這個螺紋進行多次加工。然后將傘桿通過螺紋進行固定，預先尋找一個大的實驗裝置，將組裝好的雨傘放置其中，再次將這個工作氣缸放置其中，雨傘的另一端連接工作裝置，將氣缸中充滿一定量的空氣，然后再觀看壓力傳感器所輸出的信號，來判斷這個氣缸在加裝傘桿以后，雨傘的氣密性，在根據(jù)壓力傳感器的數(shù)值變化，來計算出這個漏氣率，判斷漏氣程度。（5） 氣缸與傘面鏈接之間的氣密性分析，我會采用第一種方法來分析組裝以后的氣密

24、性，并用記錄時間，首先將雨傘的氣缸與雨傘傘面的氣柱鏈接，然后將這套裝置，放置在實驗池中，然后將氣缸鏈接鼓風機，保持鼓風機與氣缸之間的氣密性完好，然后打開鼓風機，給予傘面的氣柱內(nèi)一定的氣壓，觀察實驗池內(nèi)氣泡的氣泡量，同時記錄是否有漏氣現(xiàn)象。來簡單的檢測組裝以后的氣密性，同時用秒表記錄下耗時多久將傘面的氣柱充滿。雨傘的氣密性解決方法提高充氣式多功能雨傘的氣密性對于雨傘至關(guān)重要，經(jīng)過一些資料的查閱，我們決定在以下幾個方面，對充氣式多功能雨傘進行改進：（1）首先是對橡膠管的氣密性，具體改善方法如下，由于填料與橡膠間界面對材料氣密性影響很大，對填料進行改性，減小其和橡膠界面間的空隙可顯著改進氣密性。方法

25、是將填料浸于一定濃度的改性用橡膠溶液中、回流攪拌后蒸餾干燥，再將它與橡膠硫化配方混勻后，在壓機上加壓硫化而成。填料為空心微球、蛭石、云母粉、石墨粉、炭黑、二硫化鉬粉及輕質(zhì)碳酸鈣，用作改性的橡膠為丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、反式-聚異戊二烯及杜仲膠。（2）氣缸的氣密性。材料選擇鋁合金管，然后通過高精度的加工機床進行加工，通過銑，鉆等一些工藝，來保證工件的一個完整性，不破壞工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）氣缸與單向閥之間的鏈接，因為考慮氣密性要好，所以在選用單向閥時，特意選擇了一種安裝予航空航天器材中所使用的單向閥，這種單向閥占用的空間少，容易與氣缸之間進行配合，而且可以保證一個良好的氣密性。（4）傘桿與氣缸之

26、間的鏈接。這里我們會才有一些好的加工機床，要求精度高，對螺紋進行加工，在加工完以后，在用密封環(huán)進行再次密封，這樣完全可以保證雨傘的氣密性很好。（5）氣缸與傘面之間的鏈接，首先依然是加工，采用高精度的加工機床進行加工，同時在傘面的氣柱末端，我們采用硬質(zhì)的橡膠管，并用專用的機床對這個橡膠管進行螺紋加工，當加工完成以后，再次使用密封環(huán)，來提高氣密性。第四 選材的分析抉擇與可行性的分析根據(jù)充氣式多功能雨傘的結(jié)構(gòu)及制造、運用情況，在選擇材料時應該遵循以下原則：(1) 從輕量化方面考慮,要求強度、焊接性、擠壓加工性、維護保養(yǎng)性好；(2) 從壽命方面考慮,要求耐蝕性、表面處理性高；(3) 從制造效率方面考慮

27、,要求焊接性、擠壓加工性、成型加工性高。 （4）因為設計制造的產(chǎn)品為雨傘，低廉而不失質(zhì)量的造價也是一個很重要的原因。4.1傘桿材料的選擇（鋁合金材料特性）（1）鋁合金材料質(zhì)輕且柔軟。鋁的密度為2171 g/ cm3 ,約為鋼密度(7187 g/ cm3) 的三分之一;同時楊氏模量也約為鋼的三分之一。（2）鋁合金材料強度好。純鋁的抗拉強度約為80 MN/ m2，是低碳鋼的五分之一。但是經(jīng)過熱處理強化及合金化強化,其強度會大幅增加。如鋁合金車體常用的材質(zhì)6005A T6，它的最低抗拉強度為360 MN/ m2 ,能達到低碳鋼相應的強度值。（3）鋁合金材料耐蝕性能好。鋁合金的特性之一是接觸空氣時表面

28、會形成一層致密的氧化膜，同事這層膜能防止腐蝕，,所以耐蝕性能好。若再對其實施“氧化鋁膜處理法，就可以全面防止腐蝕。（4）鋁合金材料加工性能好。鐵道車輛用型材擠壓性能好，二次機加工、彎曲加工也較容易。（5）鋁合金材料 易于再生。鋁的熔點低(660 ) ，再生也簡單。在經(jīng)過廢棄處理時也無公害，有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。（不銹鋼的材料特性）不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（具有耐蝕性的效果）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性同時也是相對的。鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增

29、加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性就會突然發(fā)生突變，即從易生銹不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕的一個轉(zhuǎn)變。（塑料的材料特性）（1） 大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學性穩(wěn)定,不會銹蝕;（2）塑料的耐沖擊性也比較好; (3)塑料也具有較好的透明性和耐磨耗性; (4)塑料的絕緣性好，導熱性低;(5) 一般塑料的成型性、著色性好，同時加工成本低;(6)大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒; (7)塑料的尺寸穩(wěn)定性差，容易變形; (8) 多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆;(9)容易老化; (10)某些塑料易溶于溶劑。 經(jīng)過我們對著三類的材料鋁合金 不銹鋼 塑料的這三類材料，不銹鋼具有很好的耐腐蝕性，但不利于

30、加工，并在雨天的工作環(huán)境中，并不是很強的腐蝕性環(huán)境。塑料，雖然價格便宜，化學性能穩(wěn)定，不會腐蝕，成色好，但是塑料的尺寸穩(wěn)定性差，同時過于容易變形，這樣會造成雨傘的使用壽命過于短，雨傘的質(zhì)量會下降很多。在對鋁合金的材料分析中，我們可以看到的是，首先鋁合金具有耐加工的特性，其次鋁合金的強度也很好，事宜在風雨中使用，不容易產(chǎn)生變形，同時鋁合金具有很好的耐腐蝕性，完全符合我們需要材料特性的各個標準。在經(jīng)過綜合比較以后，我們決定采用鋁合金材料，來作為我們的傘桿材料。4.2傘面材料的選擇1.橡膠材料的特性（1）橡膠具有高彈性：彈性模量低伸長變形大，有可恢復的變形，并能在很寬的溫度范圍內(nèi)保持很好的彈性。（2

31、）橡膠的粘彈性，橡膠材料在產(chǎn)生變形和恢復變形時受溫度和時間的影響，表現(xiàn)有明顯的應力松弛現(xiàn)象，在震動或者交變應力作用下，產(chǎn)生滯后損失。（3）橡膠的電絕緣性：橡膠和塑料一樣是電絕緣材料（4）橡膠有老化現(xiàn)象：在惡劣的環(huán)境下，會產(chǎn)生老化現(xiàn)象，是性能變壞，壽命下降（5）橡膠必須進行硫化后才能使用，熱塑性彈性體除外（6）橡膠必須加入配合劑（7）橡膠具有很好的氣密性，與此同時橡膠的比重小，硬度低，柔軟性好，2.延展性布料（化學纖維的特性）布料的主要成分為是天然纖維或者是化學纖維，或者是混合纖維?；瘜W纖維織物是近代發(fā)展起來的新型衣料，種類比較多。這里主要是指由化學纖維加工成的純紡、混紡或交織物，也就是說由純化

32、纖織成的織物，不包括與天然纖維間的混紡、交織物，化纖織物的特性主要是由織成它的化學纖維本身的特性決定。布料的分類主要有3種，成本從低到高依次為：滌綸，PG布，尼龍，（1）絳綸布的特點是：顏色較艷麗，但是把雨傘面料放在手上搓揉后，折痕明顯，不容易還原（2）PG布又叫碰擊布，高密碰擊布是一種新型布料。PG具有以下特點：顏色呈啞光，暗色。布料手感像棉布一樣，阻光性較好，PG布成本比較高，但防紫外線功能、質(zhì)量的穩(wěn)定程度、色彩的檔次都比較理想，是比較好的雨傘布，一般PG布只用在高檔的雨傘中，造假比較高。（3）尼龍布也是雨傘面料中高檔的一個品種，這種雨布色澤艷麗，摸在手上的感覺有如絲綢，用手來回搓動，阻力

33、很小。但這種布有一個弱點，受空氣濕度影響較大，傘布收縮較嚴重，有時甚至會影響到傘面的正常開合。所以在我們常用的雨傘面料中，不是特別多。3 硅橡膠硅膠是一種高活性吸附材料，屬非晶態(tài)物質(zhì)，其化學分子式為 mSiO2nH2O。不溶于水和任何溶劑，同時無毒無味，化學性質(zhì)也比較穩(wěn)定，除強堿、氫氟酸外不與任何物質(zhì)發(fā)生反應。硅膠的化學組份和物理結(jié)構(gòu)，決定了它具有許多其他同類材料難以取代的特點：（1） 吸附性能高、熱穩(wěn)定性好、（2） 化學性質(zhì)穩(wěn)定、有較高的機械強度等。各種型號的硅膠因其制造方法不同而形成不同的微孔結(jié)構(gòu)。硅膠根據(jù)其孔徑的大小分為：大孔硅膠、粗孔硅膠、B 型硅膠、與細孔硅膠。由于孔隙結(jié)構(gòu)的不同，因

34、此它們的吸附性也能各有特點。粗孔硅膠在相對濕度高的情況下有較高的吸附量，細孔硅膠則在相對濕度較低的情況下吸附量高于粗孔硅膠，而 B 型硅膠由于孔結(jié)構(gòu)介于粗、細孔硅膠之間，其吸附量也介于粗、細孔之間。大孔硅膠一般用作催化劑載體、消光劑、牙膏磨料等。因此應根據(jù)不同的用途選擇不同的品種。硅膠吸附水份后，可以用曝曬、燒焙、風干等方法再生。經(jīng)過對這三種材料的選擇以及特性分析以后，我們概括為：在各色各樣的布料中，1.首先是滌綸，這種材料是目前雨傘中傘面使用最多的傘面材料，這種材料雖然有很好的顏色與造假的低廉，但使用幾次以后，傘面就會出現(xiàn)褶皺，并且使用時間久了在容易風化。2.在PG材料，顯而易見，雖然在各個

35、方面都擁有這一定的不錯性能，但是在高額的造價不適合人群的推廣。3.尼龍布一個擁有著不錯手感的材料，同時也擁有著鮮艷的色澤，很容易被消費者所接受，但致命的弱點是受空氣濕度影響較大，傘布收縮較嚴重，有時甚至會影響到傘面的正常開合。這一特性，讓它不再成為我們選擇尼龍，作為我們傘面材料的一個重要原因。在對硅膠的特性硅橡膠具有優(yōu)異的耐熱性、耐寒性、以及介電性、耐臭氧和耐大氣老化等性能，硅橡膠突出的性能是使用溫度廣泛，甚至能在-60(或更低的溫度)至+250(或更高的溫度)下長期使用。但是硅橡膠的抗張強度和抗撕裂強度等機械性能較差，一旦我們開始向充滿空氣的雨傘的氣柱中注入空氣，由于硅橡膠的延展性差，同時硅

36、膠的抗拉強度不夠，很容易在充氣過程中爆裂，影響到雨傘的使用壽命，在常溫下其物理機械性能不及大多數(shù)合成橡膠，且除腈硅、氟硅橡膠外，一般的硅橡膠耐油、耐溶劑性能欠佳，故硅橡膠不宜用于用來做充氣式雨傘的傘面材料。再對橡膠的這種材料做分析，1，使用橡膠作為傘面的各項物理機械性能達到制品所要求的指標，2橡膠能滿足制造加工工藝的要求。3同時橡膠業(yè)符合成本的要求。4，在對于顏色方面，我們需要都橡膠進行一個上色，橡膠也方便加工，同時也達到了布料的效果。綜上所述，我們最終決定用橡膠作為我們傘面的材料，不僅可以方便我們機械加工，同時也可以滿足多功能充氣雨傘的氣密性要求，低廉的成本價格，也成為我們選擇橡膠做為傘面材

37、料的一個重要原因。4.3電動機的選擇 電動機的介紹一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內(nèi)部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應電動

38、勢，通過電流而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子的重量，傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出機械功率的主要部件。在電機的6大種類的分類中，我們最終選擇了，高速電機，來作為我們的在氣缸使用的電機。高速電機即高速馬達。通常是指轉(zhuǎn)速超過10000r/min的電機，是馬達的一種。高速馬達具有以下優(yōu)點1、是由于轉(zhuǎn)速高，所以電機功率密度高，而體積遠小于功率普通的電機，可以有效的節(jié)約材料。2、是可與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構(gòu)，傳動效率高，噪音小。3、是由于高速電機轉(zhuǎn)動慣量小，所以動態(tài)相應快。高速電機正成為電機領(lǐng)域的研究熱點。在高速電機中我們選擇了型號HT-3420 RS-570 RS-716三種類型的馬達HT-3420高速電機這

39、種電機的優(yōu)點是可以在低電壓下實現(xiàn)比較高的轉(zhuǎn)速，但是有著很高的發(fā)熱量。內(nèi)部沒有加裝排風扇，不利于電機的散熱，容易燒壞電機。RS-570電機一些參數(shù)定電壓：DC  9.6V  （直流） 空載轉(zhuǎn)速：22800分鐘空載電流：3.65A 啟動電流：連續(xù)5次均值約7.2A最大輸出功率：198W 產(chǎn)品質(zhì)量：250g 內(nèi)部加裝排風扇RS-716電機，這個電機在額定12v的電壓下，可以實現(xiàn)30000分鐘，可以符合我們選用電機的基本要求，同時裝有排風扇，唯一美中不足的是這種電機的造價比較高，會讓雨傘的成本提高。綜上所屬，我們決定用電機RS-570，來作為我們的一個氣缸的使用電機，并且這個電機的

40、尺寸符合我們設計氣缸的要求，同時它的散熱已經(jīng)使用壽命，以及電機的價格，具備選用電機的條件。4.4單向閥的選擇 單向閥指的是流體只能沿進氣口流動，出氣口介質(zhì)卻無法回流，又稱單向閥。單向閥是控制氣流只能一個方向流動而不能反向流動的方向控制閥。其工作原理與液壓單向閥一樣。單向閥應用于不允許氣流反向流動的場合，如空壓機向氣罐充氣 時，在空壓機與氣罐之間設置一單向閥，當空壓機停止工作時，可防止氣罐中的壓縮空氣回流 到空壓機。單向閥還常與節(jié)流閥、順序閥等組合成單向節(jié)流閥、單向順序閥使用。同時單向閥可以根據(jù)用途分為4大類，具體如下：1、彈簧式：液體由下而上，依靠壓力頂起彈簧控制的閥瓣，壓力消失后，彈簧力將閥

41、瓣壓下，封閉液體倒流。常用于通徑較小的止回閥。2、重力式：和彈簧式相似，依靠閥瓣的自身重力封閉，防止倒流。3、旋啟式：液體在閥體內(nèi)直通，依靠壓力頂開一側(cè)的旋轉(zhuǎn)閥瓣，壓力失去后，閥瓣依靠自重回位，反向的液體壓力封閉閥瓣。4.塑料隔膜式: 外殼和隔膜均為塑料.一般外殼為ABS,PE,PP,NYLON, PC.隔膜有硅樹脂,氟樹脂等.根據(jù)這4大類單向閥，我們決定采用重力單向閥，在從重力單向閥中選擇幾個型號， MAL16 20 QE-04MAL16 20 型號的單向閥，這個單向閥，的材質(zhì)為不銹鋼，氣體通過單向閥時候，必定產(chǎn)生熱量，同時這個單向閥的排氣口比較小，會增加充滿氣柱的時間。對于單向閥QE-04

42、首先這個單向閥具有比較大的排氣口，這樣很方便我們的排氣，同時這種單向閥主要用于這種迷你型氣缸的單向?qū)庾饔茫瑵M足我們的要求，同時它低廉的造價也成為我們一個重要的考慮原因。最終我們選擇QE-04作為使用的單向閥。 第五 設計價值與意義 充氣式多功能雨傘的設計，首先它在一定程度上推進了雨傘創(chuàng)新的發(fā)展，它獨特的采用橡膠制作首款充氣氣囊，這也是目前國內(nèi)所沒有的一個創(chuàng)新型設計，同時它結(jié)合一些新型的科技元素，注重一個變手動化為自動化的一個設計，在對雨傘的充氣式結(jié)構(gòu)設計中，在觀察了南京大學先進雨傘的噴氣雨傘的受到的啟發(fā)下，在根據(jù)人們生活的觀察，最后決心自己設計一個新型的充氣機構(gòu)，這不僅僅可以讓我們學習到的知

43、識學以致用，同時我們也感受到了設計的樂趣。在對電池結(jié)構(gòu)的設計中，我們將平時課堂中，學到的電工學以及在實習課程中的電工知識，將自行設計電源，將一些基本的電池拆裝，然后分析了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)電機的特性以及電量的需要，以及空間的限制，組裝了屬于我們自己專用電源，在雨傘的把手設計上，也充分考了人性化與青春兩個元素，注重的是適合青年人群的喜歡，在雨傘的把手上，可以隨意的添加自己的喜歡顏色，同時它是可以兩個人同時把手的設計，也是目前新時尚的一種創(chuàng)新的一種把持方式，適合年青的人群使用，便于推廣。 新型雨傘的設計加工制作，以方便 簡單 實用 高效為基本的設計理念，把重點放在對多功能充氣式雨傘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計，通過

44、對結(jié)構(gòu)的再次設計與改進，來實現(xiàn)一種新型的充氣式理念，并且再一定程度上，改變了它的重量，使它更輕。在功能方面，追求多樣化，盡可能的將生活中常用的功能添加進去，讓這把多功能雨傘不僅僅是可以為人們提供遮風避雨，而且可以方便人們在雨中使用一些常用的功能，我們更注重它的多功能性，在滿足人們?nèi)巳粘Ｊ褂玫耐瑫r， 根據(jù)人們出行的日常需要，我們增加了充電寶，打氣筒，手提包等功能來實現(xiàn)它的多樣化的設計。 充氣式多功能雨傘的設計制作，在一定程度上滿足了，人們對雨傘的需要，科技成分的增加， 也為這邊雨傘帶來很多神秘色彩，它的設計主要是為了青年人群的科技感追求，勢必會迎來青年群體的熱捧，雨傘的傘面會采用目前比較好的橡膠

45、材料，不僅在一定的程度上，是增加它的彈性以及保證充氣式雨傘一個好的充氣密封效果，同時也會使充氣式多功能雨傘便于清洗，橡膠比布料好清洗的多，在充氣式雨傘的結(jié)構(gòu)方面，原本我打算對先有的打氣筒進行改造，來降低它的制作成本，隨后在經(jīng)過大量資料翻閱，我們推翻了以前的手動開傘的設計理念，隨后在對一些消費者的調(diào)查以及一些雨傘賣家的詢問，我們決心做一把電動的雨傘，同時還不能增加這個雨傘過多的成本，便于推廣。 通過此次畢業(yè)設計，不僅僅可以幫助我們培養(yǎng)分析和解決機械設計制造和電子電路相關(guān)問題的能力，同時也使我們更近進一步掌握機制工藝規(guī)程制訂，機械結(jié)構(gòu)設計、電子電路設計的基本方法，同時也幫助我們鞏固和深化已學得的理

46、論知識，深一步培養(yǎng)我們熟悉和運用設計圖冊、圖表 計算能力等技術(shù)資料的能力，訓練我們具有識圖、制圖、運算及編制技術(shù)文件的基本技能以及運用三維造型軟件的能力，培養(yǎng)我們的獨立學習和工作能力，有益于我們在以后再以后的工作能夠完成一些工作，也幫助我們培養(yǎng)了一些發(fā)散性思維，可以解決一些生活或者工作中的實際問題，在學業(yè)有所發(fā)展的同時，幫助我更上一個臺階。 充氣式多功能雨傘的設計與制造，就目前的市場而言，在目前雨傘產(chǎn)品，雖然品牌眾多，但缺乏一定的創(chuàng)新型，成為目前市場的普遍現(xiàn)象。但新型的多功能充氣雨傘的創(chuàng)新設計首先會被一些消費者所喜愛，它注重添加的科技元素，面對的消費群體也會帶來一個很好的收益，同時在設計它的結(jié)

47、構(gòu)時以及在選擇材料時候，注重一些采用價格比較低廉的成本，會讓充氣式雨傘比較快速的推廣給你人們。充氣式多功能雨傘的價值不僅僅是一種商業(yè)價值，更多的是帶給雨傘行業(yè)一種新的理念，更多的讓科技走進生活的方方面面。六 總結(jié) 充氣式多功能雨傘的設計，這個設計方案是在第一代的方案上進行改進，重新進行設計，在第一代只是簡單的拼接，將我們?nèi)粘Ｉ钪械拇驓馔哺鶕?jù)我們的設計要求，進行改裝，然后在自行設計傘面，剛開始的傘面采用的是把整個傘面作為充氣氣囊來使用，這個雨傘時需要手動充氣打開。這個方案，雖然很容易實現(xiàn)，但是它的創(chuàng)新比較少，同時所實現(xiàn)的功能更是不多。再一次的深入，然后又通過一些實際的走訪，我們設計了第二套方案，新型的多功能充氣雨傘，首先我們是對雨傘的傘面進行改造，改為8跟氣柱來實行充氣的傘面，然后再根據(jù)，雨傘的功能，設計了新型多功能充氣雨傘的內(nèi)部構(gòu)造，最后在根據(jù)充氣結(jié)構(gòu)，設計了一個適合我們自行使用的內(nèi)部構(gòu)造，受實踐的限制，我們根據(jù)日常的生活生活用品的觀察，然后再結(jié)合理論數(shù)值