機械原理課程設(shè)計-- 醫(yī)用棉簽卷棉機

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1、 機械原理 課程設(shè)計說明書 學(xué) 院：機械工程學(xué)院 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級：機自13班 學(xué)生姓名：武祥林 、劉寧寧、李雪濤 、劉 陽 指導(dǎo)教師：陳革新 2012年 7月 10日 燕山大學(xué)機械工程學(xué)院 機械原理教研室 《機械原理》課程設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計題目： 醫(yī)用棉簽卷棉機 1、工作原理及工藝動作過程 醫(yī)院用棉簽日耗量很大，為了提高工效采用卷棉機代替手工卷制棉簽。 棉簽卷制過程可以依照手工方式進行動作分解，亦可另行構(gòu)想運動過程。按手工方式進行動作分解后得到： 1）送

2、棉。將條狀棉通過機構(gòu)作定時適量送入。 2）揪棉。將條狀棉壓（卷）緊并揪棉，使之揪下定長的條棉。 3）送簽。將簽桿送至導(dǎo)棉槽上方與定長條棉接觸。 4）卷棉。簽桿自轉(zhuǎn)并沿導(dǎo)棉槽移動完成卷棉動作。 2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 1）棉花。條狀脫脂棉，寬25~30mm，自然厚4~5mm。 2）簽桿。醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉部分約20~25mm。 3）生產(chǎn)率。每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約20~25mm。 4）卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。 3、設(shè)計方案提示 1）送棉可采用滾輪壓緊棉條、對滾送進，送進方式可采用間歇運動，

3、以實現(xiàn)定時定量送棉。 2）揪棉時應(yīng)采用壓棉和揪棉兩個動作，壓棉可采用凸輪機構(gòu)推動推桿壓緊棉條，為使自動調(diào)整壓緊力中間可加一彈簧。揪棉可采用對滾爪輪在轉(zhuǎn)動中揪斷棉條。 3）送簽可采用漏斗口均勻送出簽桿，為避免簽桿卡在漏斗口，可將漏斗作一定振動。 4）卷棉可將簽桿送至導(dǎo)棉槽，并使簽桿產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并移動而產(chǎn)生卷棉，如采用帶槽的塑料帶通過撓性傳動來實現(xiàn)。 4、設(shè)計任務(wù) 1）根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。 2）進行送棉、揪棉、送簽、卷棉四個機構(gòu)的選型，實現(xiàn)上述4個動作的配合。 3）機械運動方案的評定和選擇。 4）根據(jù)選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案。 5）畫出機械運動方案

4、的簡圖（機械運動示意圖）。 6）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算。 二、設(shè)計工作量 1、2號或3號圖紙二張（包括：運動循環(huán)圖和機械運動方案簡圖）。 2、設(shè)計說明書一份。 三、課程設(shè)計進度安排 時間 內(nèi)容 第一周 第1天 布置題目，方案討論 第2天 分析工藝動作，擬定動作循環(huán)圖 第3天 運動方案的制定、評價、選擇 第4天 運動方案的制定、評價、選擇 第5天 機構(gòu)設(shè)計 第二周 第1天 機構(gòu)設(shè)計 第2天 繪圖 第3天 繪圖 第4天 整理設(shè)計說明書 第5天 整理設(shè)計說明書 目錄

5、 任務(wù)書 1 第一章 總論及設(shè)計要求 3 功能要求 3 工作原理以及工藝動作流程圖 4 第2章 傳動方案和減速器總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 5 擬定傳動方案 5 第3章 主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 7 送料機構(gòu) 7 3.2 壓棉機構(gòu) 9 3.3 卷棉機構(gòu) 11 方案優(yōu)選 13 擬定運動循環(huán)圖 14 第4章 機械運動系統(tǒng)設(shè)計方案擬定 15 擬定的方案 15 第5章 方案的評價 17 評價方案表 17 第6章 系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)處理 19 方案b的數(shù)據(jù)處理 19 系統(tǒng)傳動比計算 20 成品的尺寸設(shè)計 21 結(jié)束語 22 參考文獻 23 第一章

6、總論及設(shè)計要求 功能要求 全自動醫(yī)用棉簽卷棉機能夠?qū)崿F(xiàn)送棉、楸棉、送棉和卷棉的一體化功能。醫(yī)院通用的簽桿直徑約3mm，長約為70mm，卷棉部分長約20—25mm，每分種能生產(chǎn)60支。 卷棉機由送棉機構(gòu)，壓棉機構(gòu)，楸棉機構(gòu)，送簽機構(gòu)，卷棉機構(gòu)以及電動機組成。 選擇送棉機構(gòu)時考慮到棉花很軟，要實施持棉以直線、間隙、定長地將適量條狀送入壓（夾）棉、楸棉機構(gòu)，可用帶刺構(gòu)件走直線軌跡段把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出，但此時要將棉條壓住。我所設(shè)計的兩種方案中采用兩滾輪壓緊棉條，同時，在繼續(xù)運動中實現(xiàn)楸棉，但需與棘輪、槽輪或不完全齒輪機構(gòu)聯(lián)接，以實現(xiàn)間隙送進的功能。 實現(xiàn)送簽的功能是使一

7、堆簽桿分成一根一根送至確定位置，我采用將一堆簽桿放入漏斗箱逐一的送到能產(chǎn)生一定壓緊力的構(gòu)件上，同時一邊自轉(zhuǎn)，一邊沿導(dǎo)棉槽移動完成卷棉動作。此外，壓緊機構(gòu)也有兩種方案。 工作原理以及工藝動作流程圖 醫(yī)用棉簽卷棉機系統(tǒng) 定量送棉 卷棉 持定量棉花，以直線、間隙、定長送進 完成壓棉動作的機構(gòu)，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且將壓力保持一定的時間，使楸棉時，壓頭下的條棉不致滑移 完成楸棉動作的機構(gòu)，其壓頭一方面有壓緊條棉的功能，又要使壓力在保持壓緊力的狀態(tài)下有向某個方向運動的可能，以完成

8、楸棉動作 采用適當(dāng)?shù)膲侯^形式，使棉條容易楸斷，楸斷后自行落入導(dǎo)棉槽中 機構(gòu)能調(diào)整壓緊力 使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，與楸下的棉塊會合 簽桿與棉塊相遇，簽桿作自轉(zhuǎn)，將棉塊卷上簽桿 將條狀棉的原料壓緊在固定面上，在另一端及實現(xiàn)壓緊，又實現(xiàn)拉扯動作 壓 （夾） 棉 、 楸 棉 送簽 第2章 傳動方案和減速器總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 擬定傳動方案 機器一般由原動機、傳動裝置和工作機三部分組成。 初步選擇電機和分配各級傳動比

9、 電動機的選擇 選擇電機類型：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅(qū)動。 電動機已經(jīng)是系列化了，通常由專門的工廠按標(biāo)準(zhǔn)系列成批或大量生產(chǎn)。機械設(shè)計中應(yīng)根據(jù)工作的載荷、工作的要求、工作的環(huán)境、安裝的要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產(chǎn)品目錄中選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，確定具體的型號。 擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)型式。 生產(chǎn)的單位一般用三相交流電源，如無特殊的要求（如在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速，經(jīng)常啟動和反轉(zhuǎn)等），通常都采用三相交流異步電動機。我國已

10、制定了一標(biāo)準(zhǔn)的Ｙ系列是一般用途的全封閉的自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕氣體和無特殊要求的機械，如金屬切削機床、風(fēng)機、輸送機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械食品機械等。由于Ｙ系列還具有啟動性好的優(yōu)點，因此也適合某些對啟動轉(zhuǎn)矩要求較高的機械。 三相交流異步電動機根據(jù)其額定功率和滿載轉(zhuǎn)速的不同，具有系列型號。為適應(yīng)不同的安裝需要，同一類的電動機結(jié)構(gòu)又制成若干種安裝形式。各類型的電動機的參數(shù)和外型及安裝尺寸可查手冊。 選定電動機的容量： 電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損

11、壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。工作機所需工作功率，應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，； n——工作機的轉(zhuǎn)速，； 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率。 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6,

12、三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 根據(jù)附Ⅱ。2選擇Y系列三相異步電動機 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—8型號電動機 考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應(yīng)用。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相

13、對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據(jù)以上的分析比較，再結(jié)合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。 第3章 主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 送料機構(gòu) 方案a:槽輪機構(gòu) 圖3—1 1——主動銷輪 2——從動槽輪 3，4——滾輪 5——棉條 方案a所采用的送棉機構(gòu)是如圖3—1所示的槽輪機構(gòu)。其主要由槽輪1—2和滾輪3—4的串聯(lián)而成，當(dāng)主動銷輪1由傳動機構(gòu)相連而作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動時，當(dāng)圓柱銷未進入徑向槽時

14、，槽輪因鎖住而靜止；當(dāng)圓銷進入徑向槽時，槽輪2在圓銷的驅(qū)動下順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)主動輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動槽輪和滾輪4夾住棉條5向前送進，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 方案b：不完全齒輪機構(gòu) 圖3—2 1——不完全齒輪 2——棉條 3——滾輪 方案b所采用送棉機構(gòu)是如圖3—2所示的不完全齒輪機構(gòu)。其主要由不完全齒輪和一個滾輪串聯(lián)而成。 當(dāng)不完全齒輪由傳動機構(gòu)而作等速順時針連續(xù)轉(zhuǎn)動時，當(dāng)?shù)谝幻洱X還未到達棉條時，棉條因無摩擦力而不能向前送進；而當(dāng)?shù)谝幻洱X接觸到棉條，同時與滾輪嚙合時，產(chǎn)生摩擦夾帶棉條向前送進，直到最后一枚齒脫離滾輪，而停止

15、送棉。當(dāng)主動不完全齒輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 其中不完全齒輪的外圈部分是由橡膠模具制成。 分析其原因如下： ① 考慮到棉花很軟，如使用鋼制不完全齒輪，在抓棉時很容易將棉條抓斷；使用外圈為橡膠齒的不完全齒輪，質(zhì)地相對柔軟，又有彈性。 ② 如果橡膠齒磨損，可以及時更換。 ③ 橡膠齒輪與鋼制齒輪的造價相比較，前者較為經(jīng)濟。 3.2 壓棉機構(gòu) 方案a：凸輪機構(gòu) 圖3—3 1——凸輪 2——彈簧 3——沖壓板 4——底座 5——刀具 方案a所采用的楸棉機構(gòu)如圖3—

16、3所示。其主要由主動凸輪、彈簧、沖壓板、刀具和底座組成。當(dāng)主動凸輪隨傳動機構(gòu)作等速順時針連續(xù)轉(zhuǎn)動時，推動構(gòu)件3，使之往下運動進而壓住棉條，由于構(gòu)件3剛好與刀具5相切，從而完成壓棉、楸棉的動作。當(dāng)主動凸輪轉(zhuǎn)到回程時，構(gòu)件3沒有推力，受到彈簧2的彈力回到原處。與此同時送棉機構(gòu)將棉條送到構(gòu)件3下，以此來完成下一次的壓楸棉的動作。 安裝刀具5和緩沖機構(gòu)的好處： ① 比較鋒利的刀具在構(gòu)件3和下面的緩沖機構(gòu)保證了棉條順利的切割。 ② 切割下來的棉條完整。 方案b :爪輪機構(gòu) 圖3—4 1、4——爪輪 2——棉條 3——橡膠塊 方案b所采用的楸棉機構(gòu)如圖3—4所示。其主要由

17、兩個爪輪串聯(lián)而成。當(dāng)主動爪輪1由傳動機構(gòu)作順時針等速轉(zhuǎn)動時，嵌入爪輪1的橡膠塊轉(zhuǎn)到另一個爪輪的橡膠塊相遇時，夾送到的條棉2價在其中，靠彈性壓緊，繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，將條棉楸斷。在實現(xiàn)壓棉和楸棉時，還需要在方案b中的送棉機構(gòu)（圖3——1所示）的配合，因為沒有它的壓緊力，本機構(gòu)就不能完成該功能。 3.3 卷棉機構(gòu) 方案a： 圖3—5 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構(gòu) 3——簽桿 5、8——條棉 6——導(dǎo)棉槽 7——靜止摩擦片 方案a所采用的卷棉機構(gòu)如圖3—5所示。起主要由主動輸送機構(gòu)、漏斗狀簽箱和導(dǎo)棉槽

18、組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內(nèi)，漏斗口限制簽桿3只能一根一根地通過，由漏斗口下的輸送構(gòu)件2和4同步將簽桿送入到導(dǎo)棉槽，進至與在導(dǎo)棉槽7內(nèi)的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿3自轉(zhuǎn)，此時簽桿的外露在輸送機構(gòu)4外的頭部（約長25mm）與導(dǎo)棉槽8中的條棉相遇，使條棉卷在簽桿上。 設(shè)計要求：漏斗狀簽箱1的口寬的大小應(yīng)與簽桿的直徑差不多。這既能使簽桿逐一的通過漏斗口，又防止簽斗內(nèi)簽桿相互擠造成卡住。 方案b: 圖3—6 6——齒行帶 7——壓板及摩擦片 8——拖板 9——漏斗狀簽箱 10——簽桿 12——卷輪 13——皮帶輸送機構(gòu) 14——條棉

19、 方案b 所采用的卷棉機構(gòu)如圖3—6所示。起主要由卷輪、漏斗狀簽箱、送棉機構(gòu)、拖板和靜止摩擦片壓板組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱內(nèi)，漏斗口限制簽桿只能一根一根地通過，由漏斗口下的卷輪帶離簽箱，進至與在壓板的靜止摩擦片接觸后，在摩擦力作用下簽桿一面前進，一面自轉(zhuǎn)，此時簽桿的外露在輸送機構(gòu)外的頭部（約長25mm）與導(dǎo)棉槽8中的條棉相遇，且有一定的壓緊力，使條棉卷在簽桿上。 方案優(yōu)選 功能元 功能元解 1 2 3 4 5 動力源 電動機 A1 汽油機 A2 柴油機 A3 液壓機 A4 汽動馬達 A5 減速2 蝸桿傳動 B1

20、 鏈傳動 B2 帶傳動 B3 齒輪傳動 B4 擺線針輪轉(zhuǎn)動 B5 送料持夾器的運動 不完全齒輪機構(gòu) C1 槽輪機構(gòu) C2 曲柄滑塊機構(gòu) C3 凸輪機構(gòu) C4 連桿機構(gòu) C5 壓緊器的間歇轉(zhuǎn)動 凸輪機構(gòu) D1 爪輪機構(gòu) D2 齒型帶機構(gòu) D3 平面凸輪+正切機構(gòu) D4 空間凸輪+正切機構(gòu) D5 壓桿的往復(fù)移動 齒輪機構(gòu) E1 齒型帶機構(gòu) E2 凸輪機構(gòu) E5 系統(tǒng)解的可能方案數(shù)： F=5*5*5*5*3=1875 其中列出較為理想的兩種：

21、 A1+B3+C1+D1+E1 A1+B3+C2+D2+E2 擬定運動循環(huán)圖 分配軸轉(zhuǎn)角 0 °30° 60° 90° 120° 150° 180 °210° 240 °270 °300 °330 °360° 送棉機構(gòu) 定量送棉 間隙運動 壓棉楸棉機構(gòu) 爪輪間隙運動 爪輪轉(zhuǎn)動摩擦楸斷棉 爪輪間隙運動 送簽機構(gòu) 帶輪轉(zhuǎn)動送簽 壓板提供壓緊力 卷棉機構(gòu) 開始卷棉 第4章 機械運動系統(tǒng)設(shè)計方案擬

22、定 擬定的方案 在第三章中，我已經(jīng)分析了a,b兩個方案的各構(gòu)件的功能特點。根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣的分析和原理?，F(xiàn)在對它們進行最佳組合。如圖 方案a 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構(gòu) 3——簽桿 5——凸輪機構(gòu) 6——正壓機構(gòu) 7——底座 8——不完全齒輪 9——滾輪 方案b 1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪 4，11——爪輪 5——橡膠塊 6——齒形帶 7——壓板 8——支板 9——漏斗狀簽箱 10——簽桿 12——卷輪 13——皮帶傳送裝置 14——棉條 第5章

23、方案的評價 評價方案表 評價方案(2) 序號 評價項目 評價等級 評價尺度（評價分數(shù)） 1 功能目標(biāo)完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 8 5 3 0 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 落后 10 8 4 0 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 10 8 4 0 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 8 4 0 5 系統(tǒng)的復(fù)雜程度 簡單 較復(fù)雜 復(fù)雜 10 5 0 6 系統(tǒng)方案的可靠性

24、 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 4 0 7 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 一般 不新穎 10 8 4 0 8 系統(tǒng)方案的實用性 實用 一般 不實用 10 5 0 9 系統(tǒng)方案的經(jīng)濟成本 低 較低 高 較高 10 8 4 0 10 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 10 5 0 項目 方案 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 累計得分 a 5 4 8 10 5 10 8 4 4 10 58 b 8 8

25、 8 8 10 10 8 4 8 10 72 方案評價（2） “＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好”。 方案評價標(biāo)準(zhǔn) 方案a 方案b 成本低 + ++ 便于加工 + + 結(jié)構(gòu)簡單 - + 便于方便 + + 操作方便 ++ ++ 總計 5“+”， 1個“—” 7個“+” 顯而易見，綜上所評方案B為最佳方案。 第6章 系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)處理 方案b的數(shù)據(jù)處理 圖6—1 1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪 4，

26、11——爪輪 5——橡膠塊 6——齒形帶 7——壓板 8——支板 10——簽桿 設(shè)計數(shù)據(jù)如下： 卷棉機的生產(chǎn)率：60支/分鐘 卷棉機構(gòu)和送簽機構(gòu)5的轉(zhuǎn)速：卷輪的轉(zhuǎn)速n=π(rad/s) 楸棉機構(gòu)：爪輪的轉(zhuǎn)速3： n3=2π (rad/s) 送棉機構(gòu)：主動銷輪1的轉(zhuǎn)速：n1=2π(rad/s) 槽輪2 n2=2π(rad/s) 零件尺寸設(shè)計： r1=60/πmm r2=50/πmm r3=50/πmm r5=100/πmm 齒形帶長600mm 壓板15cm 齒形帶缺口深度3mm 系統(tǒng)傳動比計算 i1,

27、11=ω1：ω11=2π：2π=1:1 i11,4=ω11：ω4=2π：2π=1:1 i11,12=ω11：ω12=2π：π=2:1 成品的尺寸設(shè)計 包裝尺寸：長×寬×高 1650×810×1300 重量： 150kg 結(jié)束語 緊張的課程設(shè)計順利結(jié)束了。在這設(shè)計過程中，我們從原來對本專業(yè)并不十分了解的狀況下,開始系統(tǒng)的運用了所學(xué)的機械基

28、礎(chǔ)知識，加深了對專業(yè)知識的理解和掌握.并且,培養(yǎng)了我們查閱機械類書籍的能力,為我們以后的學(xué)習(xí)打下了扎實的基礎(chǔ)。 機械學(xué)作為一門傳統(tǒng)的基礎(chǔ)學(xué)科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。在新的歷史條件下，機械學(xué)與電子電氣、液壓等多種學(xué)科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。相信我們工科學(xué)生在進行了金工實習(xí)、課程設(shè)計，特別是以后的畢業(yè)設(shè)計對整個大學(xué)階段的知識的掌握會更加牢固。同時在以后的學(xué)習(xí)中會不斷拓寬自己的知識面，結(jié)合生產(chǎn)實際，一定能更好的掌握機械知識。 最后，非常感謝老師的關(guān)心指導(dǎo)和大家的共同協(xié)作。 參考文獻 （1）《機械原理》 （2）《機械運動方案及機構(gòu)設(shè)計》