雨伞的结构设计与仿真分析

参考专业资料雨伞的结构设计与仿真分析设计说明书目 录一 绪论1.1 雨伞的发展史1.2 课题研究背景 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -参考专业资料1.3 现行雨伞分析1.4 新型雨伞的提出二 对相关资料的研究与分析2.1 对普通充气伞的分析2.2 对空气雨伞的分析2.3 供气机构的参考资料三 充气式多功能雨伞的设计方案3.1 创新点3.2 雨伞的使用功能介绍- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43.3 雨伞的布局设计3.4 雨伞的设计机构- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -73.5 雨伞主要参数计算分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6 雨伞的气密性分析与解决办法四 选材的分析抉择与可行性的分析4.1 伞杆材料的选择4.2 伞面材料的选择4.3 电动机的选择4.4 单向阀的选择五 设计价值与意义- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10六 总结七 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10八 谢辞参考专业资料九 附录雨伞的结构设计与仿真分析说明书第一 绪论：1.1 雨伞的发展史参考专业资料早在春秋末年，我国古代著名木工师傅鲁班常在野外作业，如果当时遇到下雨天，就会被经常的淋湿，很影响在雨天的生活和工作。在古籍上的记载是：“云氏劈竹为条，蒙以兽皮，收拢如棍，张开如盖”，最初的雨伞，就在此刻诞生了，发展到在公元前十一世纪时，就有了用帛制成的伞，在以往的“雨伞”有所改进，这时的雨伞初步成型，随着人类社会文明的进步，智慧结晶的发展，在东汉时期，蔡伦发明纸以后，在人们的生活中，就出现了在纸面上涂熟桐油的油纸，这时的雨伞已经正式开始它的发展史，样式和款式，已经开始成型。唐代时期，油纸伞开始广泛在民间使用。这一时期，由于恰巧专门用于书画宣纸的出现，出现了专门用宣纸做伞面、书画家在伞面写字绘画的的书画油纸伞。也是同时在这一时期，油纸伞开始传播至日本、台湾、南洋等地区。而到了宋代时期，人们开始广泛使用“绿油伞”，伞面的颜色主要以绿色为主。最明显的是，在著名的清明上河图中，在热闹的集市中人们用的基本都是这种“绿油伞”。到了元代时期，由于棉布的发明和使用，出现了在棉布上上油的油布伞，有这么一个说法，（意大利人）马可波罗回国时，带去了中国当时的油布伞，欧洲人经过新的改进，进而发展成了具有现代意义的折叠伞。到了元代之后的朝代，油纸伞、油布伞这两种伞，开始一直成为我国民间主要的雨具工具。雨伞发展至清朝末年，雨伞基本都是保存仅仅改变伞面材料（油纸 油布）或者是伞杆的材质，来增强雨伞的质量，来延长它的使用寿命。1.2课题研究背景雨伞，作为人们日常生活中，最常用的工具之一，由古至今，人们对它的改变和创造，仅仅是对材料的更换，而外形的设计和功能的添加，基本都保持它原有的特征。雨伞可以帮助人们在风雨中遮风避雨，为人们提供保护。它存在于多个朝代，拥有不可替代的历史地位，也是人类智慧的结晶，然而他的外形和功能，在时间的变迁中基本没有发生很大的改变，功能的单一，也成为它的美中不足。在这个物欲横流的时代，一个日常生活中常用的物品，很显然仅仅材质的改变，不能满足人们对工具的要求，在科技的迅速发展和人们物质要求的提高，改善这一日常工具的存在于人们日常生活中已经势在必行。雨伞真的只能仅仅用来遮蔽风雨吗？社会在进步，科技在发展，很显然人们对物质生活的需求，不仅仅是可以满足基本的需要，对物质生活的高要求，已经是社会的普遍现状。雨伞仅仅可以遮蔽风雨已经即将被时代淘汰，它可以不可以体积的可大可小，可不可以代替电话，可以不可以自带 wifi，可不可以提供一个电源等等，这些要求被一次次的抛出，科技的追求以及对多功能的要求，已经成为下一个要解决的问题，创造制作一把多功能雨伞，在这个时代下，已经成为大众的追求，尽管它的发明和制作需要付出很多努力。参考专业资料1.3 现行雨伞分析多功能雨伞的发明和制作过程中，我们查阅了大量相关的资料，首先针对目前市场上主流的一些雨伞进行分析和研究，同时再查阅了大量的各种创新伞进行分析比较，例如韩国设计师 Je Sung Park 和 Woo Jung Kwon 设计了一款概念类似的“天幕”的雨伞，日本一位大学生设计的可以用伞面查看照片的雨伞，以及我们中国南京大学的设计制作的“空气雨伞”等等，通过对这些资料的分析，每一把新型的雨伞，都有它的优势和弊端，能不能取长补短，有所创新，成为我们设计制作的一大难度，这些资料给予我们许多新的启示和灵感，对我们制作设计自己的多功能雨伞有着很大的帮助。1.4 新型雨伞的提出鉴于目前雨伞的种种弊端，我们重点对雨伞的两个方面结构和功能进行改进，主要对以下进行改善： 1.改变它的外形，尽可能的实现伞面不在裸漏在外边，通过结构的改变，可以实现，伞面内置化，这样做的目前不仅可以保护伞面受损，而且提高了雨伞的使用寿命，2.转变为充气式具体而言就是在传统的基础上进行改善，首先选用好的材质，去除布料来作为伞面，取而代之的是一个可以充气的空气气囊，使得整个伞的重量更加轻。3.重塑结构，增加它的现代化功能。结构的重新设计，是增加功能的需要。添加雨伞的科技元素，让它具有更多的功能，同时独特的伞面，也需要特殊的供气结构来实现。科技对人类的生活的改变，已经变得举足轻重，创新是新世纪对人们提出的要求，拘束于传统，显然已经成为落后，雨伞原有的外形，过于庞大，不方便人们携带，鉴于此种弊端，我们对此进行创新，在保持基本需要不变的情况下，对它的体积进行缩减。传统的支架式，不仅增加了雨伞的重量，而且容易损坏，改变为充气式的方法，不仅仅改变了它的重量，同时也降低了它的损坏。为增加它的功能，对雨伞结构的改变是我们要对此做的第三大改变，再根据现代化人们的日常需要，增加一些人们常用的功能，来满足人们基本外出需求。通过这些创新和改变，增加雨伞的外观魅力，也让这一常用工具增加上科技的色彩，新型多功能雨伞参考专业资料的设计与制造，从一定意义上，可以推进人们对这一日常出行工具的认知，不仅仅是可以更好的方便人们，也让每一个现代人们感受到科技之光。新型多功能雨伞的设计与制作，不仅仅是在一定程度上推进雨伞的改革和创新，它可以在人们日常生活中带来诸多的方便，它的设计会更加注重科技元素的添加，注重它的多功能性，在结构的设计上，会以传统的雨伞模式为依据，但是为了实现它的功能性，内部构造会完全不一致，更重要的是，它将不是任何布料来作为伞面，而是用一个特殊设计的气囊来作为一个伞面，来实现雨伞的最基本的功能，这一点也是很具有时代创新意义。新型多功能雨伞的发明和使用，不仅仅是它可以方便人们的生活，让我对平时的所学到的知识得以运用，更让我体验到学以致用的乐趣，它富有的科技之光，也会被更多的消费者所喜欢，具有一定的市场价值。第二 对相关资料的查阅与分析 为了推出新型独特的充气式多功能雨伞，我们翻阅了大量的中英文资料，也去了相关的雨伞店进行实际的交流，在经过仔细的研究分析，初步确定我们充气式雨伞的功能，再根据这把雨伞应该具有的功能，然后设计了一些基本的机构，为了让更多人喜爱，我们决定改变雨伞的外观形状，通过对大量的图片资料，初步设计雨伞的外观，这个外观必须可以被广大的消费群体所接受，再根据实际的可操作性，进行必要的可行性分析，对这把雨伞设计一个加工的方案，在根据在加工中遇到的一些问题，对功能的可实现性进行取舍或者再设计，再加工设计。具体摘要查阅资料如下：伞面的设计，搜集各类关于雨伞的图片，再对挑选一些好的照片，整理如下： 2.1 充气式雨伞雨伞分析：这种雨伞的工作原理是，通过外界的供气机，将空气注入伞体内，整个伞面为气囊，伞杆位透明塑料材质，整体的材料，以塑料为主，伞面的支撑参考专业资料力，完全靠空气给伞面的支持力。优点，在一定的程度上，（1）推进了雨伞的改革和创新，外观的美观，会受到人们的喜爱，（2）一种充气式伞面的提出，带给雨伞一种新的理念。缺点：（1）不具有自带的供气装置，使得这种雨伞不具有实用性，操作和使用不便捷。（2）伞面的整个为气囊，势必增加了充气的时间，打开伞所用的时间长，不便捷。（3）伞面整个用气囊，对做工要求比较高，气密性要求更是成为加工精度的一个难点。通过这个雨伞的资料，我们在设计方案上，取其精华，去其糟粕，保持它的伞面充气，这个优点是我设计的一个基本理念，并在对伞面的进行自己的独特设计，改为气柱，不再是整个伞面都为充气囊，这样做的目的是，只需要为气柱充气即可完成伞面的打开，缩短了充气所用的时间，提高伞面的工作效率。2.2 空气雨伞 参考专业资料雨伞分析：空气雨伞的工作原理，就是利用电动机带动风扇，喷发出强大的气流，通过这些气流提供的气力，将雨滴吹开，在伞的上方形成一个气流层，最终达到，保护行人，在雨中不被淋湿。这种雨伞的优点是，（1）它独特的构思和方案，所加工制作出来的产品，一定会被消费者所喜爱。（2）它所融入的高科技含量，也成为这把雨伞最大的一个卖点。（3）空气雨伞，独特的外观设计，也推进了雨伞的改革创新。缺点：（1）雨伞的电动机所需要大量的供电，但这样会使得这把使用时间的短暂，成为它的致命短板。（2）通过供风机构，改变雨滴的方向，虽然保护了自己，但可能伤及路人，这也使得雨伞的推广带来很多困难。（3）它的制作难度和成本都比较高，不适宜于大宗人群。通过对这把雨伞的分析，这把伞强大的供风机构，成为我们要设计的一个启蒙点，但供风机构太过于负责，造假的成本高，需要我们自己再次设计，然后通过数据的分析，设计出适合我们自己的供风机构，来完成我们自己的充气式多功能雨伞。2.3，供风机构的参考资料首先翻阅了，一些理论资料，对供风机构有了初步的了解，然后初步确定供风机构的设计理念，简单 高效 适用，在引用现在已经成熟的机构，通过再查阅相关资料，最终在选定日常生活用品，吹风机作为供风机构，具体图片如下：参考专业资料(电吹风机的内部构造图)利用吹风机的鼓风原理来实现我们想要的吹风结构。电吹风机中所使用的高速转动马达，在 5v 的电压下，可以每分钟达到 50000 转，这种高转速的电机，在配合直接 80mm 的风扇，经过计算，可以让 8 根气柱，在短时间内充满空气。第三 充气式多功能雨伞的设计方案3.1 雨伞的功能设计（1） 可充气功能 为了实现雨伞的可充气性，伞面不在是单一的各种布料，改为橡胶作为材料，这样做的目的是为了充气的方便性，保持雨伞一个足够的支撑力，同时也实现了充气式的伞面。（2）自动化 改以往的手动式开伞为电动式打开，引用电吹风机的工作原理，来为雨伞进行充气，当伞面充满空气时，伞面自动打开，来方便人们的使用。（3）特殊的供电装置，由于材料和空间的局限，将雨伞的供电装置，设计在伞杆部位，需要自行重新设计，这样不仅可以能够给电动机供电，同时也可以作为一个充电设备，为其他设备供电。即实现了充电宝功能。（4）具有保护行人的作用。伞面进行加工处理，增加荧光粉材料，目的是为了在夜间保护行人。提供行人在夜间的一个安全性。参考专业资料3.2 雨伞的布局设计充气式多功能雨伞，分为三个部分，来进行设计，第一部分伞面：伞面取用橡胶为最终的材料，在伞与充气机构相连接的部位采用硬质塑胶管，保持一个好的连接性与密封性。第二部分核心机构（充气机构）充气机构的壳体外部材料，采用铝合金，内部供风机构，主要是由高速马达与风扇的组合，通过单向气阀，供气给伞面的气柱。第三部分伞杆部分伞杆部分，为供电机构，不仅提供给马达所需要的电量，而且也可以作为一个充电宝，为外部供电。3.3 雨伞的设计机构(1)伞面