创新设计课程设计

发布时间：2019-12-04 20:22:22 来源：文档文库

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创新设计课程设计

设计题目：家用擦窗器的创新

指导教师：

摘要

随现代的居家用擦窗器往往不能实现自动跨过窗栏的功能，这样在擦拭过程中就很不连贯，往往很费劲。而一般的专用擦窗机器人虽然实现了这种功能，但是机构复杂，价格不适宜于家居生活。我们设计出的擦窗器就是在结构简单的指导思想下对擦洗头的结构进行改进，然后整合市场上擦窗器已经实现的功能，针对日常生活改进出家用擦窗器。

在大多数楼房的结构中都有玻璃窗户，一般来说擦窗有两种情况，对于高楼大厦擦洗高空中的玻璃，现在都有专门的机器，它的侧重点不同，由于允许体积和价格比普通的擦窗器高，所以它的特点是在自动化和其他方面，比如新加坡一家大学开发出的高空擦窗器就是利用水蒸气。这种擦窗器利用水蒸气冲洗污垢后，不但清洁效果好，而且可以杀菌，水也可以循环利用。另外一种情况就是居家用的擦窗器，在居家生活中窗玻璃的清洁始终是个让人头疼的问题，其一是对于有窗栏的窗户需要一次一次逐个擦洗，现在的擦洗如果不是高空作业往往都不是用的机器人，特别是针对家居生活来说，擦一次玻璃而买一台专用的机器不太合算，不仅价格高，并且机器所具有的优势也体现不出来。但是如果用现在市场上的擦窗器的话这样效率也不太高，特别是在窗栏比较多时工作往往比较容易累。记得自己上初中时有一回在家里帮妈妈打扫卫生，我就是擦玻璃，这样一块一块的擦非常累，所以我设计了一种结构新颖简单的擦洗头，它可以自动越过窗栏或其他障碍物，这样就能实现一次性擦到底，把效率提上去，人也轻松。并且最重要的是它的结构简单，完全可以投入生产，在现在的国内市场上所有的擦窗器都没有这个功能，所以它的应用前景很大。其二在于站在室内擦拭室外的一面相当麻烦，特别是当没有阳台的时候，距离一远就够不着，又不能清理到死角，所以不得不请专门的清洁人员，曾经就看见学校西区教学楼窗户外层擦洗时是把人用绳子栓着站在外面的窗台上擦玻璃，这样就不太安全也浪费人力。如果能够设计出一种简单的结构就可以让人站在室内对室外轻松的擦洗那无疑会带来很多方便。所以一个既能解决上述问题又高效简易的擦窗器将会受到很多人的欢迎，那将是很大的一个市场。其三，现在大楼里的楼梯的护栏很多，大部分的形状是圆柱状的，一般是人工拿着抹布来回不停的擦洗，这样往往很累，擦洗头很难一次性擦干净，我们就想设计出的擦窗器也能很好的利用到擦洗圆柱形物体中，这样就节省了大量时间，提高了效率。

一.创新的题目与名称：

家用擦窗器的创新

二.创新的目的和意义：

我们设计的这款多功能擦玻璃器就是针对这些问题，站在室内可以轻松自如清洁玻璃的内外表面，特别是遇到两块玻璃间的窗棱还可以自动实现横向和纵向翻越，在擦洗平面的时候机器能够自锁；考虑到各个角度的插洗，擦洗头可以再旋转，总共有五个方向，这样能够把各个角度都擦洗到；考虑到距离的问题，还设计了伸缩结构；并且各个部件之间是组装而成便于拆装。

三.创新问题的现状分析：

现在市场上已经存在多种擦拭窗户或者地板的设备。它们大多大同小异，包括一个海绵擦拭头和拧水装置，比较有代表性的是明朗牌的“巧合”擦窗王（如图1）和折合杆2合1多功能擦窗器等等。他们的结构也实现了伸缩和折合功能，而且还有挂擦装置，虽然可以达到刮除水渍的效果，可是也带来了擦窗时会有死角的问题，所以我设计了这种十字型的擦头，也可以保证在擦拭的过程中有两个布块一前一后在擦拭，后面的布块就可以起到第二次擦拭和吸收水渍的作用。

另外不足之处还在于对有窗栏时便不能一次性的从头到尾擦拭，擦拭不连贯；还有他们大都对于圆柱形的东西难以擦拭，比如栏杆等。所以在现有的基础上对擦洗头的改进是个创新之举，在市场上也很有潜力。对于功能的改进之处，由于内芯的直径小，我设计出的擦洗头的布块的直径相对来说是大的，在市场上有自动济水的机构，所以还可以在头部加上方便在杆上可以挤水的装置，增加工作效率。

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图1 明朗牌的“巧合”擦窗王

市面上另外一种较常见的是双面磁铁擦窗器（如图2），其包括支杆，内擦窗器和外擦窗器，支杆支撑连接在内擦窗器上，所述内擦窗器和外擦窗器可以磁性相吸地夹住窗玻璃从而贴附于窗玻璃的内外表面。可以在室内操作，另一半靠磁性在另一侧同时工作，不过这种擦窗器是采用的另一种原理，与本品没有可比性。

图2 双面磁铁擦窗器

四.创新方案：

下面是主要的结构设计：

1.擦洗头内芯

十字刚体滚动内芯：它的形状如同滚动的齿轮，不同的是它仅采用四个齿，这是设计的核心，可以让擦拭头遇到障碍轻松滚过，并且来回运动后可以把所有的死角，包括窗栏擦干净，使擦拭过程一气呵成。一般结构直径比较小，大概为50mm，其中间是一个圆筒形的空心装置，杆架会在空心圆筒两端有与之配合的圆筒，用来固定擦洗头和杆架。我们在设计的时候在空心圆筒外端面向里一段距离有东西挡住连接圆筒，功能类似轴肩。这样固定和拆卸都没有问题。

为了在擦洗过程中当擦洗平面时避免机器翻转，在空心圆筒内壁应有均匀分布的四个凹槽，与之配合的圆筒对应有四个突起，两者之间的配合不用紧密，保证在没有遇到窗栏时不会翻转，相当于一个自锁机构。由于两种情况下受力差别比较大所以这是可以实现的。

右图为内芯的简图

word/media/image3.gif表示内芯与布块的配合原理

布块

十字性内芯

word/media/image4.gif空心圆筒

由于为了设计的更省力，擦窗器在带水后重量会加大，所以我觉得十字性内芯的材料应采用重量轻的塑料，由于布块之间会相互挤压，而擦洗时力不会太大，所以对内芯的强度要求不高，用塑料就可以了。

2.擦拭头外层

在刚体内嵌进四块厚布块，材料是密度比较高的海绵，这样韧性保持了，并且避免了吸水过多。布块之间形成圆弧形过渡，保证运动的柔韧性，并且由于布块有很好的变形性能，所以在擦拭平面的过程中当有径向分力作用的时候张角会增加，同时由于有自锁机构，这样就保证了擦拭头在没碰到窗栏时不会翻转。

下图为擦拭头的立体图

布块可以有很多种形状，上图是一种，我在设计时发现由于机器是方便拆装的，所以为了擦洗别的东西，也为了机器具有一定的通用性就另外设计了一种形状，也可以满足要求。实际上由于布块可以拆卸下来所以形状的多变对设计没有什么影响，他们的原理是一样的，比如我们实际的形状对圆柱形物体的擦洗就很方便，上图对跨越障碍更方便。

另一种实际形状如下图：

擦洗平面的时候擦洗头的布块会向下展开，方便擦洗平面，而起本身的形状又适合擦洗圆柱形。

如果在擦洗平面的时候偶尔会产生翻转，可能是因为实物的圆弧结构半径太大，这样对邻近的布块会有影响；还有就是弧度应该大点。

3.颈部设计

转动颈部：擦拭头可以在擦拭平面内旋转，总共形成五个方向，让水平和垂直擦拭都一样简单，并且可以用多种握姿擦拭。这样擦洗的时候力气都用在了地方，这也是更人性化的设计。

转动颈部的原理和装拆结构类似，是突起和凹槽的配合，

4.装拆结构

装拆结构很简单，突起物与内筒在一起，突起物有弹簧连接可以上下移动，外筒有一凹槽刚好和突起物配合。当按下按钮时，由于弹簧的伸缩性能，这样外筒和内筒就相互分开，实现了分离。

5.伸缩机构

擦洗的时候有时是近的地方，有时是擦洗比较远的地方，所以我们设计了伸缩机构。

伸缩管的放松与固定采用锥形螺纹，外套一个有螺纹的带开口的塑料套（黑色），塑料套与外管可以配合在一起，在旋转时，塑料套会越来越紧，产生足够的摩擦力阻止外管滑动。

6.弯曲结构

如上图，为了方便的擦洗窗户外面，杆身可以两次弯曲。各个关节之间的连接是过盈的，这样摩擦力就比较大，在关节处加一个可以移动的卡片这样就保证了弯曲后的紧固性。在现代的有些擦窗器的设计中，为了擦洗外面窗户，有一种拉绳式双面擦窗装置，她主要是两组洗钢丝绕过两组定滑轮来控制内外面两根挂擦杆联动。虽然他也能实现，但是他要求在窗户上安装固定的装置，这样灵活性不高。