基于SolidWorks可調(diào)節(jié)傘骨設(shè)計(jì)

王丹 邱文珍 李振業(yè)

摘要：該文闡述了對(duì)新型雨傘結(jié)構(gòu)的研究過(guò)程。以現(xiàn)有折疊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將傘骨拆分為子母?jìng)愎牵{(diào)節(jié)傘面的有效面積。為了更好的展示研究結(jié)果，研究通過(guò)使用AutoCAD及SolidWorks軟件等對(duì)所選的子母?jìng)愎欠桨高M(jìn)行建模、分析，得到子母?jìng)愎堑娜S模型及二維工程圖。為驗(yàn)證方案可行性，該研究在SolidWorks中對(duì)方案進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，并采用了3D打印技術(shù)對(duì)已建立的傘骨模型進(jìn)行打印。經(jīng)過(guò)三維模型的軟件運(yùn)動(dòng)模擬及3D打印模型的組裝測(cè)試，方案可行性得到驗(yàn)證。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升雨傘性能，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

關(guān)鍵詞：可調(diào)節(jié)傘；SolidWorks建模；子母骨架；傘面面積

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）26-0229-03

1 緒論

現(xiàn)如今，各種折疊雨傘品牌多如牛毛，用途卻不能滿(mǎn)足人們的所有需求。生活中常常會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題：當(dāng)我們只身一人時(shí)，可以方便的使用雨傘擋雨，但是當(dāng)有同行的人沒(méi)有雨傘時(shí)，同撐一把傘往往會(huì)使兩個(gè)人一起淋到雨。若是帶較大的雨傘，收納又成了較為麻煩的問(wèn)題。因此，新型可調(diào)節(jié)雨傘成為了當(dāng)前研究關(guān)注的焦點(diǎn)。因此本項(xiàng)目展開(kāi)了關(guān)于可調(diào)節(jié)雨傘傘骨的研究。

因此，本項(xiàng)目在雨傘面積大小的可調(diào)節(jié)性方面進(jìn)行研究，希望通過(guò)改變雨傘的骨架結(jié)構(gòu)使雨傘的面積具有一定的可調(diào)節(jié)性，使其更加能滿(mǎn)足人們的日常生活所需。

2 方案設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析

2.1 折疊雨傘結(jié)構(gòu)分析

為了更好的了解雨傘結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到改變雨傘使用面積的目的，首先對(duì)雨傘的原始骨架模型進(jìn)行了測(cè)繪（圖1）

同時(shí)，為了更加詳細(xì)的了解傘骨的運(yùn)動(dòng)模式，根據(jù)圖1對(duì)傘骨進(jìn)行建模（圖2）并觀察其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

由其三維模型及運(yùn)動(dòng)仿真可以發(fā)現(xiàn)，由于傘布在各關(guān)節(jié)處的限制及各個(gè)骨架的互相作用，對(duì)于其與傘柄連接的部分不能改動(dòng)。于是，經(jīng)過(guò)討論，項(xiàng)目組決定修改雨傘的第二節(jié)傘骨結(jié)構(gòu)，以達(dá)到可調(diào)節(jié)雨傘使用面積的目的。

2.2 方案設(shè)計(jì)及選用

為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，并對(duì)方案進(jìn)行評(píng)定選擇，在制定具體的方案之前，現(xiàn)提出以下三點(diǎn)改進(jìn)原則：

（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易制作；

（2） 成品適于推廣；

（3） 根據(jù)“可調(diào)節(jié)”的需求，設(shè)計(jì)傘骨的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使雨傘具有根據(jù)實(shí)際使用情況實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)大小的功能。

根據(jù)以上的原則，通過(guò)查閱一些相關(guān)的資料以及討論研究后提出如下骨架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案：

推出式子母?jìng)愎墙Y(jié)構(gòu)方案：將第二段傘骨分成2節(jié)，兩節(jié)都和原先第二節(jié)長(zhǎng)度相近，子骨架連接到主骨架，當(dāng)需要擴(kuò)大傘面的時(shí)候，將子骨架推出，完成傘面的擴(kuò)大。

本方案采用的子母?jìng)愎遣粌H可以實(shí)現(xiàn)傘面擴(kuò)大的目的，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作；同時(shí)，子母?jìng)愎堑脑O(shè)計(jì)又使其收合時(shí)簡(jiǎn)約小巧易收納，有良好的市場(chǎng)推廣性。但同時(shí)一些問(wèn)題也需要后續(xù)的解決：因?yàn)閭悴夹枰S著傘面面積的增大而增大，所以傘面材料需要彈性材料，需要后續(xù)尋找；且兩層傘骨的重量問(wèn)題也需要解決。在重量問(wèn)題這一方面，解決方案如下：主體與可調(diào)節(jié)部分使用不同材料，減小傘重量的同時(shí)，也一定程度上避免了材料的浪費(fèi)，提高材料的利用率?；蛘咴谧幽?jìng)愎巧峡墒褂幂p質(zhì)金屬，這樣傘架的整體重量將大大減小。

2.3 方案數(shù)據(jù)模擬及結(jié)果分析

方案選定之后，首先根據(jù)方案內(nèi)容設(shè)計(jì)一套基于現(xiàn)有折疊雨傘的數(shù)據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)：收集不同種類(lèi)的折疊雨傘，測(cè)量其傘面半徑并計(jì)算傘面面積；根據(jù)以上方案提出的結(jié)構(gòu)計(jì)算改進(jìn)后的傘面半徑及面積并進(jìn)行比較，結(jié)果如表1。

其中，傘面面積計(jì)算公式為S=π*R2。

為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為直觀，以上表為基礎(chǔ)繪制柱狀圖（圖3）。

通過(guò)上表可以得出，根據(jù)方案所模擬的結(jié)果，傘面的面積有了較大幅度的增加，即通過(guò)增長(zhǎng)傘骨，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)傘面面積的效果。

3 方案的建模實(shí)現(xiàn)

在一系列數(shù)據(jù)分析之后，可以知道，本方案通過(guò)改變雨傘骨架的第二節(jié)，使其成為子母骨架以達(dá)到調(diào)節(jié)雨傘使用面積是可行的。因此為了使可調(diào)節(jié)雨傘的傘骨架結(jié)構(gòu)更加直觀，使用AutoCAD及SolidWorks進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)。

3.1 方案建模

首先，根據(jù)圖1及以上方案所設(shè)計(jì)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，利用AutoCAD制圖畫(huà)出一根傘骨的二維工程圖（如圖4）。

然后，根據(jù)圖4并結(jié)合雨傘骨架原有的三維模型，在SolidWorks中對(duì)傘骨的三維模型進(jìn)行繪制（如圖5）。

由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在此對(duì)后續(xù)標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明：圖6、圖7及圖8中，標(biāo)號(hào)1、2、3、4為主骨架，標(biāo)號(hào)5、6、7、8為子骨架，且子骨架固定在主骨架內(nèi)。

可調(diào)節(jié)傘骨的結(jié)構(gòu)與一般折疊雨傘傘骨架結(jié)構(gòu)的不同之處在于，可調(diào)節(jié)傘骨中多出來(lái)的一小段位于原來(lái)傘骨的三角形結(jié)構(gòu)之間，在雨傘收起來(lái)時(shí)，那一小段重合于原來(lái)兩段之間，此時(shí)雨傘外觀與單人傘大小相差不大（如圖6）。

作為單人傘使用時(shí)，子骨架與母骨架重合，此時(shí)用傘面積與市面上普遍出現(xiàn)的傘相同（圖7）。但作為雙人傘使用時(shí)，子骨架滑出，使得傘骨增長(zhǎng)，即傘面半徑增大，這時(shí)傘面面積也隨之增大（圖8）。

3.2 實(shí)際測(cè)試結(jié)果及分析

得到改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的雨傘的三維模型后，對(duì)雨傘半徑及實(shí)際面積增幅進(jìn)行了實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量與計(jì)算，如表2。為使結(jié)果更加直觀，以表2為基礎(chǔ)繪制了圖9。

由上表2及圖9可以看出通過(guò)可調(diào)節(jié)傘骨長(zhǎng)度的增加，傘面面積的增量增率達(dá)到了18.42%，結(jié)果符合預(yù)期目標(biāo)，與模擬測(cè)試結(jié)果相差不大。

4 總結(jié)

由以上研究可得到一種可調(diào)節(jié)傘面大小的新型傘骨結(jié)構(gòu)。將傘骨拆分成子母骨，通過(guò)兩部分分別推出，以實(shí)現(xiàn)傘面面積大小的變換。此傘骨的研究成功解決了兩個(gè)問(wèn)題：一是面對(duì)多種用傘需求時(shí)，可以有效滿(mǎn)足不同人數(shù)的用傘情況；二是將子母骨架采用不同材料，使結(jié)構(gòu)更加合理，實(shí)用性也更高。

同時(shí)，這項(xiàng)研究也不是那么的盡善盡美，其中仍有一些需要改進(jìn)之處。經(jīng)過(guò)初步測(cè)評(píng)，雨傘面積的增幅約為五分之一，是否能通過(guò)結(jié)構(gòu)的改善使這一增幅增加，或是開(kāi)發(fā)新的骨架結(jié)構(gòu)使增幅更可觀，需要進(jìn)一步探討，這也將是下一步的研究方向。

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