创意高跟鞋.docx
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创意高跟鞋
单位代码10642密级公开学号
学士学位论文
后跟可伸缩的高跟鞋设计
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摘要
摘要:
自十五世纪中国明朝以来,高跟鞋就以最传统的形式在中国古代流传开来,直至今时今日,高跟鞋依然作为女性做受瞩目的鞋子之一。
现如今高跟鞋不仅仅是一种外在的服饰选择,更是体现一个女人品味,内涵,追求,以及对生活的理解。
高跟鞋虽可凸显女性的曲线,使其散发出成熟性感的魅力,但在女性的健康方面它一直备受谴责。
因现有高跟鞋高度是一层不变的,站立的时间长了,不仅会造成脚部酸痛,扭伤摔伤等,还往往导致脚趾变形趾骨骨折及腰酸背痛等症状,严重时更会影响行走活动。
本文通过对高跟鞋的分析研究,以及结合本专业的知识,对高跟鞋跟鞋进行设计修改,从而得到一种后跟可伸缩的高跟鞋,用以解决现有高跟鞋鞋跟不可调的技术问题,让长时间处于紧张状态的脚得以放松,降低了脚损伤的机率。
关键词:
高跟鞋;后跟;可伸缩;
Abstract
Abstract:
SincetheMingDynastyinfifteenthCentury,high-heeledshoeswhichshowthemosttraditionalformareverypopularinancientChina.Untilnow,high-heeledshoesarestilloneofthemostfavoriteshoesamongwomen.Nowadays,high-heeledshoesarenotonlyjustakindofshoes,butalsoshowthetaste,pursuitandtheunderstandingoflifeofawoman.Althoughhigh-heeledshoescanhighlightthecurveofwomenandmakeawomansexy,itstillbeblamedforhealth.Almostallofthehigh-heeledshoessharethesamestructurewhichwouldcauseapainoffoot,andhaveabadeffectsonwalking.Thisarticleanalyzesanddesignsanewstructureofhigh-heeledshoesfornon-ajustableproblem,whichmakethefootrelaxforlongtimewalkingandreducetheprobabilityofgettinghurt.
Keywords:
High-heeledshoes;Heelpiece;Scalable
1.绪论
1.1选题目的及意义
高跟鞋在15世纪被发明,女性穿着高跟鞋会发生微妙的身体曲线变化:
脚背拱起会显得脚部更小巧玲珑,脚步会更加的修长;大腿、小腿、脚踝上的肌肉保持着紧绷,腿部形成了优美的线条;身体的重心前移,臀部的肌肉紧缩,身体会自然挺拔。
这样的曲线变化会让女性更加地凸显自信与成熟,因此高跟鞋一直是女性受到女性狂热的追求。
从另一方面来看,高跟鞋却对女性的健康有着负面的影响。
长期穿着高跟鞋会产生足部不适,患上与高跟鞋相关的疾病,比如拇趾囊肿和趾间神经瘤等。
虽然如此,基于工作需要和爱美之心,大部分女性仍会选用高跟鞋。
因而高跟鞋的有关研究一直是生物力学界和相应学科的一个关注热点。
但是,目前的研究方向大部分集中于高跟鞋的穿着对人体各个部位生物力学的影响以及对健康的危害,在如何改良高跟鞋设计,提高高跟鞋穿着舒适性,减少足部疾病的发生等方面,研究较少。
因此,为了呵护女性足部健康,研究、设计出舒适度高的高跟鞋,具有重要的现实意义。
1.2本文的主要设计任务
本次的设计任务是设计一个可以通过按钮实现鞋跟伸缩的高跟鞋,计算出合理的数据进行设计,并利用Pro/E三维软件对其进行建模、装配、机构运动仿真,最终完成后跟可伸缩的高跟鞋设计
1.3研究现状
最早的高跟鞋可追溯到14世纪中国的明朝时期,为明朝时的新女鞋,在鞋底后部装有4厘米到5厘米高的长圆型底跟,以丝绸材料裱裹。
15世纪,法国宫廷的服装师才发明了高跟鞋,鞋跟的高矮宽窄不时有变。
17世纪,高跟鞋渐渐发展成为男女服装的一个重要元素。
此时的高跟鞋有3吋高,鞋身非常细长,鞋跟和鞋底连成了一体。
到了18世纪,人们开始尝试制造纤细的鞋跟,只可惜支撑力不足,只能加宽鞋跟的顶部来连接鞋底。
18世纪后期高跟鞋的高度慢慢回落,取而代之的是加上丝带以及蝴蝶结的鞋子。
19世纪,造鞋技术已经相当成熟,流行以不同的用料如缎子、丝绸和皮革来造鞋,款式也更加多元化。
早期的高跟鞋因造鞋技术和用料的限制,鞋跟只能设计成漏斗状,跟部自鞋底开始收窄,到了底部再扩大。
鞋跟后来虽然可以发展成笔直的造型,但是依然欠缺线条美。
直到19世纪50年代,钢钉技术的发展改革了高跟鞋,设计师们才能设计出现如今女性又爱又恨的尖细状鞋跟。
纵观高跟鞋的历史,虽在外形上变化较大,但本质上没有明显改善足部健康的问题,反而为了更美观的效果,使得足部损伤加重。
鉴于高跟鞋已经成为当今女性不可或缺的鞋型,而足部健康问题迟迟得不到改善,我们必须对舒适度高的高跟鞋进行更深入的研究,以减少女性足部疾病的发生概率。
图1尖头鞋跟高跟鞋图2露趾露脚踝细跟高跟鞋
2.设计需求和设计原则
2.1设计需求
每一个女孩子的心里都深深的藏着一个能穿上童话故事里面的水晶鞋——变成公主的梦想,为了得到那白马王子的青睐,为了展现出妙曼婀娜的身姿,她们的那双脚一直默默承受着高跟鞋带来的疼痛。
据专家研究,在一般的情况下,鞋后跟高度适宜的鞋子穿在女性脚上,全身的重量将会由全足来负担,但是由于高跟鞋的鞋后跟设计得过高,一点都不符合人体力学,再加上为了美观,高跟鞋前部设计得是又窄又紧,女性穿上高跟鞋以后,身体会不由得向前倾斜,全身的重量也就落在了脚掌上,受力不均匀而集中于脚趾,而脚掌腱膜前后各与脚跟及跗骨相连,所以穿高跟鞋会使脚掌面失去平衡,从而破坏了正常的重力传递负荷线牵连至膝部及腰部承受压力。
所以,稍有不慎,不仅会造成女性脚部酸痛,扭伤及摔伤等,往往还会导致脚趾变形趾骨骨折及腰酸背痛等症状,严重的时候更会影响行走活动。
很多女士有膝关节疼,腰酸背痛等症状,但她们都不会想到罪魁祸首竟然是高跟鞋。
因此开发新型高跟鞋是刻不容缓。
2.2设计原则
后跟可伸缩的高跟鞋是一种新型高跟鞋,它的主要结构是一根伸缩杆和一大一小弹簧组成,主要响应由按钮发出的命令,从而实现对高跟鞋鞋后跟进行伸与缩的动作。
所以在设计时应当遵循以下设计原则:
1.结构简单,出故障时便于维护
2.材料成本低,适用于各类人群
3.操作简单方便,不影响美观
4.高跟鞋写给跟可进行伸缩,达到一鞋两用的效果
3.设计分析
3.1设计结构和原理
后跟可伸缩的高跟鞋设计是在鞋跟上是利用弹簧的原理,空心的鞋跟内安置了弹簧原理的配件,与鞋底一同配置,当鞋跟降低时,鞋底则会相应降低高度。
杠杆手柄则改良成隐藏与鞋跟之间,或直接安置在鞋拔子后作为装饰。
而外形与普通的高跟鞋没有多大差别。
3.1.1鞋跟伸长工作原理
当按下上边的按钮,由于大弹簧的推力推动伸缩杆下移,当按钮进入外筒按钮孔时,由于小弹簧的推力使按钮进入外筒的按钮孔内,伸缩杆位置被限制住,完成鞋跟的伸长。
3.1.2鞋跟的缩短工作原理
按下边的按钮的同时,向上推动伸缩杆向上移动,当按钮进入外筒上边的按钮孔时按钮在弹簧的作用下伸出,孔壁位置限位。
实现鞋跟的缩短。
3.2工作方式
当按下上边的按钮,由于大弹簧的推力推动伸缩杆下移,当按钮进入外筒按钮孔时,由于小弹簧的推力使按钮进入外筒的按钮孔内,伸缩杆位置被限制住,完成鞋跟的伸长。
按下边的按钮的同时,向上推动伸缩杆向上移动,当按钮进入外筒上边的按钮孔时按钮在弹簧的作用下伸出,孔壁位置限位。
实现鞋跟的缩短。
3.3基本参数的确定
3.3.1伸缩杆
假设伸缩杆采用
钢,
由
可得,
。
取
。
3.3.2弹簧
弹簧在此处的功用就是存储并且释放能量,完成预定的动作,并起到缓冲,减震的效果。
由于弹簧要承受交变和冲击载荷的作用,所以弹簧必须具有较强的刚度、耐冲击、高强度以及良好的热处理性能,所以选择材料为
。
在设计主压力弹簧时,应保证电机传递给芯轴的驱动力矩大于弹簧对芯轴的阻力矩,即:
,确保芯轴正常转动。
(4.21)
材料:
60Si2MnA
弹簧自由状态下的高度:
最小工作负荷下的高度:
最大工作负荷下的高度:
极限负荷下的高度:
弹簧的总圈数:
(4.22)
工作圈数:
n=2
弹簧的刚度:
(4.23)
由于弹簧的特性方程:
(4.24)
弹簧所受最小载荷:
(4.25)
弹簧所受最大载荷:
(4.26)
弹簧所受平均载荷:
(4.27)
弹簧对芯轴的阻力矩:
(4.28)
此时芯轴与弹簧之间的扭矩关系满足:
,芯轴可以保证正常的转动。
4受力分析
4.1高跟鞋受力分析
据有关资料显示,当人们的前脚掌承受的力达到人的体重的40%-60%的时候,人们才会感觉到鞋子带来的舒适。
因此,因此我们将把能承受的力的限制用来作为约束条件,人的脚长和身高的关闭比例为1/7,黄金分割系数
,确定人的脚掌与高跟鞋鞋跟的高度受力的关系。
人的脚掌受力作分析:
我们假设女性的整个脚掌的受力集中在O点,DO=1/4。
脚后跟的所受力集中于A点,距离脚后跟B点为B/8,并且有高跟鞋的两端分别是B/3,2*b/3,我们以脚尖作为原点B
鞋对脚掌的力:
F1鞋对脚后跟的力位F,对力F做分解,分解成沿鞋鞋面的力F3和竖直方向的力F2
下面我们来寻找力距的平衡:
支点确立:
我们将人的质点在脚上的投影点C作为支点,我们便可认为人对脚的力是由C点产生的,并且我们设C点坐标为X,当女性在穿平底鞋的时候,也就是h=0,θ=0时,那么相对于的F1和F2分别等于40%×G和60%×G,现在根据力矩的平衡F1×(x-c4)=F2×(c-8-x)解得x=8
那么另一个的极端便是θ=0.2时,这时我们设人的所有力全落在前脚掌上,那么脚后跟是不受力,根据力矩平衡只有C点与A点重合才能保证f1=G,f2=0所以x=c。
因此构造质点坐标x与θ的函数:
x=-3c×sinθ+5c(0≤θ≤)
②力矩分析,当x≤c/3时,将x0代入①式得到sinθ≥7/99,则h≥14*c/27.考虑到实际情况若脚长c=24cm,便有h≥12.4,可见鞋跟过高不符合实际。
当x≥c/3时,受力分析:
竖直方向力平衡:
f1+f2=G/2
根据力矩平衡有:
F1×L1=f2×l2其中;l1=-
;l=
当f1=f2=G/4时,人感觉最舒服,此时有l1=l2,便可以得到此时的θ,很自然便可以得到此时的鞋跟高h0²。
当f1=65%×G/2,f2=35%×G/2是人可以忍受的,
当f1≥65%*G/2*时人便会感到不适,求得F1=65%*G/2,F2≥35%*G/2时的鞋跟高H1²
当我们给一位符合我们假设条件的女性的黄金分割系数和身高后,得到最优的结果应该是:
鞋跟高度应该为:
若只考虑舒适度,而不考虑美观,鞋跟高应为0.115×l
资料显示一般人的黄金分割系数s0∈[0.58,06],下面对身高为165cm,黄金分割系数分别为0.59的女性进行研究,得到结果如下:
当s0=0.59,l=1.65时,计算得:
①即要考虑美观又要考虑舒适度,鞋跟高应为7.496cm。
②若只考虑舒适度,鞋跟高应为2.711cm。
适当选取身高,取s0=0.59表格如下:
身高
舒适
美观
美观舒适
165cm
7.496cm
12.094cm
2.711cm
160cm
7.269cm
11.728cm
2.629cm
155cm
7.041cm
11.361cm
2.546cm
170cm
7.723cm
12.461cm
2.793cm
4.2弹簧的受力分析与变形
弹簧作为电动冲击扳手中的一个重要传动部件,由于它要承受交变和冲击载荷的作用,所以弹簧必须具有稳定的刚度、耐冲击、高强度以及良好的热处理性能,它的作用是使冲击锤能够往复的上下运动,从而使冲击锤能够及时获得拧紧螺母所需的能量。
由于装配需要,所以采取端部磨平处理。
4.2.1弹簧的特性曲线
充分考虑载荷条件(载荷大小以及载荷的性质、工作环境等情况)、功用、经济因素。
所以本次设计采用的弹簧材料为60Si2MnA,压缩弹簧的特性曲线如图6所示
图6压缩弹簧的特性曲线
在弹簧材料(
回火状态下)的弹性极限内,发生扭转弹簧的载荷(扭矩)与变形(转角)----特性曲线也是呈线性变化,如(图7、图8)所示。
图7扭转弹簧的受力情况
图8扭转弹簧的特性曲线
4.2.2弹簧丝受力分析:
图9弹簧的轴向受力图图10弹簧
截面和
截面受力图
当弹簧受到轴向的载荷时,作用在轴向截面
(图10所示)的力有:
轴向截面
受到的轴向力:
轴向截面
受到的扭矩:
(3.1)
作用在法面
的力有:
法面
受到的纵向力:
(3.2)
法面
受到的横向力:
(3.3)
法面
受到的弯矩:
(3.4)
法面
受到的扭矩:
(3.5)
因为
较小,所以
。
故在截面
上的载荷(图10所示)为:
作用在截面
上的横向力:
作用在截面
上的扭矩:
(3.6)
截面受力:
剪切力:
截面上所受到的扭矩:
(3.7)
图11扭切应力图12剪切应力
图13弹簧的合成应力
由(图11)可知扭切应力:
(3.8)
由(图12)可知剪切应力:
(3.9)
由(图13)可知合成应力:
(3.10)
5主要部件的强度校核
伸缩杆在后跟可伸缩的高跟鞋上是有重大的作用的,想要后跟可达到预期的伸缩效果,都必须要确保伸缩杆正常运行才可以。
制作金属类物件的东西由于材料不同,硬度不同所选择的材料也有所不同,在这里我选择铝合金来进行制作伸缩杆,这种材料的价格比较低,而且,不会产生较大的集中敏感性。
在对伸缩杆进行热处理的过程中,要分析伸缩杆的强度和耐磨性能。
在对伸缩杆的结构进行设计的过程中,一般要分析伸缩杆上面的零部件的性能,然后分析零部件的制作工艺等,从而能够设计出轴的形状和尺寸。
使伸缩杆能够与零部件相匹配。
在对伸缩杆的工作性能进行计算的过程中,要分析伸缩杆的强度和刚度,对伸缩杆在使用过程中的稳定性进行计算,从而能够提高伸缩杆在运行过程中的稳定性。
很多伸缩杆在使用的过程中只是对其强度进行分析,这是不准确的,还应该对伸缩杆的塑性能力进行分析,确定伸缩杆在振动中是否还能进行稳定的工作,防止在行走过程中发生变形,伸缩杆的安装位置对其受力情况的制约产生很大的影响,所以,应该对其安装位置进行分析,尽量将伸缩杆安装在鞋跟正中间的位置。
6改进效果的措施
为了提高加工制品的质量,设计出来的高跟鞋鞋跟得能承受150斤左右的胖胖女性。
为了要达到这个效果,可以采取以下措施:
伸缩杆材料选取时,选择硬度和刚度都还可以的铝合金
为了能承受住150斤的重量,细小的鞋跟是完全不行的,所以鞋跟的设计将会以粗鞋跟作为首要参考
3.要保持合适的间隙。
弹簧与伸缩杆之间的间隙应保持在3mm-5mm之间,间隙过大时应及时修复或更换,否则影响伸缩效果效果。
7其他注意事项
7.1日常维护
7.1.1高跟鞋“三勤”
1.勤“换岗”。
高跟鞋是采用皮革做的,并且皮革都是比较有弹性的。
不管是在烈日下还是在湿润的季节,天气温度和我们出的汗水都会让它变得松弛,只有在经过一定休眠时间,才能得到充分的干燥。
专家建议,为了延长每双鞋的寿命,最好让它们交替“上岗”,每天穿同一双鞋的做法有可能加速其早老化。
2.勤清洁。
夏季阵雨比较频繁,若是在回家的路上不小心踩了一路的水,那就应该尽快得用纸巾或者是软抹布将受潮严重的部分的水分擦干净,并拭去粘在鞋皮表面的泥点。
如果有较大块的泥巴附着,则可以借助硬物将其刮去,再用微微蘸湿的棉布擦净痕迹。
3.勤“美容”。
涂油上光的频率不宜太高,但也一定不能几个月才擦一下。
我们除了用同色的保养油,其实一些日常食物也有皮革保养功能。
例如,香蕉皮、蜡烛粉,都可以起到美容保养得作用。
7.1.2鞋跟零部件保养
加强润滑工作。
高跟鞋的后跟内部零件得用润滑油来防止零件的过度磨损,再说保持一副良好的运动状态也是十分重要的,尤其是伸缩杆的运动。
要选择合适的润滑油(脂);定时定量加注润滑剂,防比水、粉尘污染润滑部位;润滑剂使用一定时期或变质后及时更换。
在前期要定期检查各紧固件(弹簧、按钮)有无松动现象。
后跟可伸缩的高跟鞋随着人们的走路和承载着人们的体重,所以检查十分必要,发现零件松动后应立即找到修理师进行修理,以免造成更严重的事。
7.2磨损修复
当弹簧磨损后,高跟鞋的后跟不再能控制伸缩杆起到伸缩的作用,高跟鞋将无法达到一鞋两用的功能。
因此需要对后跟进行修复。
高跟鞋鞋跟常用的方法有
8.基于Pro/E的可伸缩高跟鞋三维建模
8.1Pro/E软件简介
Pro/E是Pro/Engineer的简称,Pro/E是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation,简称PTC)的重要产品,目前在三维造型软件领域中占有着重要地位。
Pro/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一[14]。
Pro/E采用了模块化,分为零件建模、曲面造型、工程图、优化设计方法、分模和模具设计、逆向造型等模块,可以进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
因此,本文将运用Pro/E软件建立电动冲击扳手的模型。
8.2后跟可伸缩的高跟鞋三维设计流程
1.确定设计方案。
2.选择设计方案。
3.产品造型设计。
4.零部件设计
5.受力分析与计算
6.判断是否满足设计要求
7.装配设计
8.运动仿真
9.完成三维造型
此次设计是利用三维软件Pro/E对后跟可伸缩的高跟鞋进行三维实体建模的一个流程,首先通过对零部件的总体特征进行一个合理的规划,选择适合后跟可伸缩高跟鞋的设计方案,通过布尔运算,一步步得到所需要的理想零件模型,然后对所建立的模型进行证券的装配,进行运动学的仿真,得到正确无误的三维模型——后跟可伸缩的高跟鞋。
8.3主要零部件三维模型
伸缩杆限位套伸缩弹簧
螺钉按钮弹簧挡板
按钮挡环按钮
9.模型的装配
9.1后跟可伸缩的高跟鞋的爆炸图
后跟可伸缩的高跟鞋主要由:
大小弹簧,伸缩杆,按钮三部分组成,如图所示:
9.2后跟可伸缩的高跟鞋的装配图
结束语
后跟可伸缩的高跟鞋设计使用了弹簧的原理,空心的鞋跟内安置了弹簧原理的配件,与鞋底一同配置,当鞋跟降低时,鞋底则会相应降低高度,可以根据个人体重特点,动态调整高度,使得足部受力均衡,有效提升高跟鞋的舒适度,缓解足部疲劳。
与固定高度的传统高跟鞋相比,美丽大方的外观基本一致,但在呵护足部健康上是一个很大的改进。
平实要注意高跟鞋的保养,穿着时不进行剧烈地弹跳、急速晃动等动作,定期擦拭外围以及给内部配件上润滑油,保持高跟鞋的舒适度和延长寿命。
只有这样,后跟可伸缩高跟鞋才能在带来美丽和自信的同时,以最好的状态来呵护足部健
参考文献
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