王丹 邱文珍 李振業(yè)

摘要：該文闡述了對新型雨傘結(jié)構(gòu)的研究過程。以現(xiàn)有折疊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將傘骨拆分為子母傘骨，調(diào)節(jié)傘面的有效面積。為了更好的展示研究結(jié)果，研究通過使用AutoCAD及SolidWorks軟件等對所選的子母傘骨方案進(jìn)行建模、分析，得到子母傘骨的三維模型及二維工程圖。為驗證方案可行性，該研究在SolidWorks中對方案進(jìn)行運動模擬，并采用了3D打印技術(shù)對已建立的傘骨模型進(jìn)行打印。經(jīng)過三維模型的軟件運動模擬及3D打印模型的組裝測試，方案可行性得到驗證。同時，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

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，用途卻不能滿足人們的所有需求。生活中常常會出現(xiàn)這樣的問題：當(dāng)我們只身一人時，可以方便的使用雨傘擋雨，但是當(dāng)有同行的人沒有雨傘時，同撐一把傘往往會使兩個人一起淋到雨。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。因此本項目展開了關(guān)于可調(diào)節(jié)雨傘傘骨的研究。

因此，本項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，使其更加能滿足人們的日常生活所需。

2 方案設(shè)計及數(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)，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，達(dá)到改變雨傘使用面積的目的，首先對雨傘的原始骨架模型進(jìn)行了測繪（圖1）

同時，為了更加詳細(xì)的了解傘骨的運動模式，根據(jù)圖1對傘骨進(jìn)行建模（圖2）并觀察其運動特點。

由其三維模型及運動仿真可以發(fā)現(xiàn)，由于傘布在各關(guān)節(jié)處的限制及各個骨架的互相作用，對于其與傘柄連接的部分不能改動。于是，經(jīng)過討論，項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)計及選用

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

（1） 結(jié)構(gòu)簡單易制作；

（2） 成品適于推廣；

（3） 根據(jù)“可調(diào)節(jié)”的需求，設(shè)計傘骨的機械結(jié)構(gòu)，使雨傘具有根據(jù)實際使用情況實現(xiàn)可調(diào)節(jié)大小的功能。

根據(jù)以上的原則，通過查閱一些相關(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：

推出式子母傘骨結(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)長度相近，子骨架連接到主骨架，當(dāng)需要擴大傘面的時候，將子骨架推出，完成傘面的擴大。

本方案采用的子母傘骨不僅可以實現(xiàn)傘面擴大的目的，而且結(jié)構(gòu)簡單易操作；同時，子母傘骨的設(shè)計又使其收合時簡約小巧易收納，有良好的市場推廣性。但同時一些問題也需要后續(xù)的解決：因為傘布需要隨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題也需要解決。在重量問題這一方面，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，也一定程度上避免了材料的浪費，提高材料的利用率?；蛘咴谧幽競愎巧峡墒褂幂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)計一套基于現(xiàn)有折疊雨傘的數(shù)據(jù)模擬實驗：收集不同種類的折疊雨傘，測量其傘面半徑并計算傘面面積；根據(jù)以上方案提出的結(jié)構(gòu)計算改進(jìn)后的傘面半徑及面積并進(jìn)行比較，結(jié)果如表1。

其中，傘面面積計算公式為S=π*R2。

為使實驗結(jié)果更為直觀，以上表為基礎(chǔ)繪制柱狀圖（圖3）。

通過上表可以得出，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，即通過增長傘骨，可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)傘面面積的效果。

3 方案的建模實現(xiàn)

在一系列數(shù)據(jù)分析之后，可以知道，本方案通過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)行建模實現(xiàn)。

3.1 方案建模

首先，根據(jù)圖1及以上方案所設(shè)計的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，利用AutoCAD制圖畫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，在此對后續(xù)標(biāo)號進(jìn)行說明：圖6、圖7及圖8中，標(biāo)號1、2、3、4為主骨架，標(biāo)號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)傘骨中多出來的一小段位于原來傘骨的三角形結(jié)構(gòu)之間，在雨傘收起來時，那一小段重合于原來兩段之間，此時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，子骨架與母骨架重合，此時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，子骨架滑出，使得傘骨增長，即傘面半徑增大，這時傘面面積也隨之增大（圖8）。

3.2 實際測試結(jié)果及分析

得到改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的雨傘的三維模型后，對雨傘半徑及實際面積增幅進(jìn)行了實際數(shù)據(jù)測量與計算，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可以看出通過可調(diào)節(jié)傘骨長度的增加，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，通過兩部分分別推出，以實現(xiàn)傘面面積大小的變換。此傘骨的研究成功解決了兩個問題：一是面對多種用傘需求時，可以有效滿足不同人數(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，實用性也更高。

同時，這項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)過初步測評，雨傘面積的增幅約為五分之一，是否能通過結(jié)構(gòu)的改善使這一增幅增加，或是開發(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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