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開題報告
題目名稱
多功能推車梯子
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
一、選題的目的和意義
1 能夠掌握設(shè)計計算的基本原理和方法,提高設(shè)計計算的能力.
2 加深領(lǐng)會計算的基本理論和深化所學(xué)的理論知識.
3 樹立正確的設(shè)計思想，為以后在工作中遇到相關(guān)問題提供解決依據(jù).
通過本次畢業(yè)設(shè)計，能使我們把先修的基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程中所獲得的理論知識在實(shí)際的設(shè)計工作中綜合地加以應(yīng)用，通過畢業(yè)設(shè)計之后能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，為以后成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人員打下良好的基礎(chǔ)
二、國內(nèi)外研究綜述
根據(jù)調(diào)查，在人們生活中，一些日常機(jī)械產(chǎn)品由于功能單一，使得人們不得不去購買很多不同功能的產(chǎn)品，這樣不但占用空間，而且花費(fèi)頗多，給人們的正常生活和工作帶來很多不必要的麻煩。
此設(shè)計很好的將梯子、拖車、鏟車、平板車四種常用機(jī)械工具合為一體，不但功能強(qiáng)大，而且使用方便、節(jié)省空間、節(jié)省開銷，給人們的生活和工作帶來了很大的方便。
此設(shè)計可以應(yīng)用于普通家庭、超市、學(xué)校、醫(yī)院、工廠等適用場合。生產(chǎn)成本低，技術(shù)含量高，適合大多數(shù)廠家接產(chǎn)。
三、畢業(yè)設(shè)計所用的方法
1 在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。
2 在工廠的實(shí)踐畢業(yè)實(shí)習(xí)。
3 通過老師和工程師的指導(dǎo)。
4 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。
5 通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析
四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況
[1] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001
[2] 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編. 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1993
[3] 王洪欣 李木 劉秉忠 主編. 機(jī)械設(shè)計工程學(xué)[I]. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001
[4] 唐大放 馮曉寧 楊現(xiàn)卿 主編. 機(jī)械設(shè)計工程學(xué)[II]. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001
[5] 陳榕林 張磊 主編. 巧改機(jī)床. 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1985
[6] 中國紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室等編. 畫法幾何及工程制圖. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997
[7] 孔慶華 劉傳紹 主編. 極限配合與測量技術(shù)基礎(chǔ). 同濟(jì)大學(xué)出版社，2002
[8] 史美堂 主編. 金屬材料及熱處理. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983
[9] 蘇翼林 主編. 材料力學(xué). 高等教育出版社，1980
[10] 顧崇銜 主編. 機(jī)械制造工藝學(xué). 陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1999
五、指導(dǎo)教師審批意見
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
摘 要
本設(shè)計是一種多功能推車梯子，綜合了普通梯子、手推車、平板車、鏟車的功能，將此四項(xiàng)功能融合為一體，并擁有獨(dú)特的攀爬臺階功能，很好的解決了目前人們?nèi)粘Ｉ钪袑τ诎徇\(yùn)貨物中經(jīng)常遇到的問題。設(shè)計中融入了人性化、實(shí)用性設(shè)計理念，在多功能基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，通過嚴(yán)格的材料選擇和力學(xué)分析進(jìn)行設(shè)計。本設(shè)計過程主要依靠電腦繪圖，利用大量三維圖片將每個結(jié)構(gòu)的設(shè)計和模型以圖文并茂形式進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述。本文將分析設(shè)計的整個過程，以及每個零件的制作和設(shè)計過程進(jìn)行了詳盡的描述，充分體現(xiàn)了針對大眾進(jìn)行設(shè)計的方向，將人性化設(shè)計貫穿整個設(shè)計的始終，在開發(fā)多功能的同時也提高了產(chǎn)品的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品 多功能 設(shè)計
40
Abstract
This design is a multi-purpose ladder cart, a comprehensive general ladder, trolleys, Ping Banche, lift truck features, this one for the four functions of integration and unique features climbing stage, a very good solution of the current daily life In the handling of the goods in the often encountered problems. Integrated into the design of humanity, practical design, multi-function on the basis of innovative design, a rigorous analysis of material selection and mechanical design. The design process relied mainly on computer graphics, use of large three-dimensional image of each design and structure of the model illustrated in the form of a detailed analysis and elaboration. This paper will analyse the whole process of design, and every part of the design and production process of a detailed description, fully embodies the general public for the design direction, humanity will run through the entire design has always been designed, in the development of multi-function while Enhance the usefulness of the product.
Key words: product-design
目 錄
1 緒論………………………………………………………… 1
1.1 研究背景……………………………………………… 1
1.2 研究目的及意義……………………………………… 1
1.3 設(shè)計理念……………………………………………… 2
1.4 前期準(zhǔn)備……………………………………………… 2
2 前期總體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計…………………………………… 4
2.1 多功能產(chǎn)品設(shè)計中的常見問題……………………… 4
2.1.1 多功能產(chǎn)品使用過程中，功能之間相互影響… 4
2.1.2 多功能造成成本的浪費(fèi)………………………… 4
2.1.3 多功能造成功能浪費(fèi)…………………………… 4
2.2 產(chǎn)品的人性化設(shè)計方法……………………………… 4
2.2.1 設(shè)計思維………………………………………… 5
2.2.2 功能規(guī)劃………………………………………… 5
2.2.3 造型語意………………………………………… 5
2.2.4 材料選擇………………………………………… 6
2.2.5 色彩運(yùn)用………………………………………… 6
2.2.6 操作界面………………………………………… 6
2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設(shè)計…… 6
2.3.1 上下梯子所需時間……………………………… 7
2.3.2 三點(diǎn)接觸比例…………………………………… 7
2.3.3 梯子架材料的選用……………………………… 9
2.3.4 梯子踏板結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………… 10
2.3.5 臺階安全措施…………………………………… 11
2.3.6 臺階的材料……………………………………… 13
2.4：推車部分的設(shè)計………………………………………15
2.4.1 三種推車示意圖………………………………… 15
2.4.2 轉(zhuǎn)向問題………………………………………… 16
2.4.3 鎖輪功能………………………………………… 17
2.5 爬臺階部分設(shè)計……………………………………… 19
2.5.1 星輪的選擇……………………………………… 19
2.5.2 爬臺階功能的實(shí)現(xiàn)……………………………… 20
2.5.3 三星輪安裝位置問題…………………………… 21
3 具體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計…………………………………………22
3.1 梯子部分：…………………………………………… 22
3.1.1 梯子雙桿結(jié)構(gòu)的固定及受力分析……………… 22
3.1.1.1 前桿部分………………………………………22
3.1.1.2 后桿部分…………………………………… 22
3.1.1.3 連接器1的設(shè)計………………………………24
3.1.1.4 前桿、后桿、連接器的組合結(jié)構(gòu)……………24
3.1.1.5 受力分析………………………………………25
3.1.2 三個臺階的設(shè)計………………………………… 25
3.1.3 三個臺階在雙桿間的連接……………………… 27
3.2 鏟車部分……………………………………………… 29
3.3 平板車和推車部分：………………………………… 31
3.4 爬臺階功能結(jié)構(gòu)部分………………………………… 33
3.4.1 三星輪的結(jié)構(gòu)…………………………………… 33
3.4.2 三星輪的安裝…………………………………… 34
4 種形態(tài)的實(shí)現(xiàn)………………………………………… 36
4.1 梯子形態(tài)……………………………………………… 36
4.2平板車形態(tài)…………………………………………… 36
4.3手推車形態(tài)…………………………………………… 37
4.4鏟車形態(tài)……………………………………………… 37
4.5攀爬臺階功能………………………………………… 37
結(jié)論………………………………………………………… 38
致謝………………………………………………………… 39
參考資料…………………………………………………… 40
1緒論
1.1 研究背景
目前，很多功能單一的常規(guī)產(chǎn)品已經(jīng)不能再滿足人們生活多元化需要，功能單一的產(chǎn)品由于其功能的局限性，讓人們?yōu)榱诵枰坏貌毁徺I很多此類產(chǎn)品，浪費(fèi)金錢、占用空間、使用不方便，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了很多不便。
產(chǎn)品的多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計的主流，多功能產(chǎn)品的市場占有率逐日上升，已經(jīng)成為人們?nèi)粘＿x擇產(chǎn)品的主要考慮方向。
多功能產(chǎn)品即一種產(chǎn)品在原有功能的基礎(chǔ)上同時又增加了其他功能。然而在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中，很多產(chǎn)品一味注重產(chǎn)品的多功能，而忽略了產(chǎn)品本身應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。更不可置信的是，很多產(chǎn)品的功能之間根本不存在任何聯(lián)系，從而造成了消費(fèi)者使用中的障礙。
常用的梯子、手推車、平板車、鏟車，只具有其各自功能。常見梯子都比較大，不適合家用，人們放置或搬取高處物體時，往往用凳子疊加，這樣不但麻煩，并且不安全；常見手推車、平板車、鏟車等只具有在平坦路面上運(yùn)動的功能，如果遇到臺、樓梯，在無電梯的情況下必須人力搬運(yùn)運(yùn)送的貨物。以上情況給人們的生活工作帶來諸多不便。
1.2 研究目的及意義
本設(shè)計的目的在于：本設(shè)計吸收了常用的梯子、手推車、平板車、鏟車的工作特點(diǎn)，將其進(jìn)行了功能合成，成為多功能梯子推車，使其不但具有以上4種功能，并且加入了攀爬臺階的功能，讓一種產(chǎn)品具有以上5種功能，并且使用方便，便于存放，節(jié)省空間。
本設(shè)計的意義在于：通過將多個單一功能產(chǎn)品的功能進(jìn)行合理拆組，設(shè)計出新的具有多功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能應(yīng)用，以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。并且通過設(shè)計過程，提高自己對機(jī)械設(shè)計制造方面知識的豐富和認(rèn)識的提高，檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)過的成績，為以后學(xué)習(xí)工作積累經(jīng)驗(yàn)。
1.3 設(shè)計理念
根據(jù)設(shè)計目的和設(shè)計意義，以實(shí)用性為中心，以創(chuàng)新為思想，對項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，不但要考慮到將各個產(chǎn)品的單一功能進(jìn)行整合方法，并且要考慮到整合后的具體實(shí)用性。盡量避免各個功能之間的影響，盡量讓某些重復(fù)的結(jié)構(gòu)用一個結(jié)構(gòu)代替，盡量考慮到人體工學(xué)，盡量從整體的角度審視整個設(shè)計，盡量尋找和合理解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。
做到以最簡約的結(jié)構(gòu)設(shè)計，得到最強(qiáng)大而多樣化的功能。堅持以人為本，完善人性化設(shè)計，做出最讓民眾喜歡和樂于接受的商品。
1.4前期準(zhǔn)備
在畢業(yè)論文設(shè)計的初期，查閱了大量的相關(guān)書籍，深入了解多功能產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)知識，了解了多功能產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)特性，參考了大量梯子、手推車、鏟車、平板車、爬臺階結(jié)構(gòu)等資料，尤其是功能合成后的整體設(shè)計做了分析。在設(shè)計之前，參考了關(guān)于產(chǎn)品的多功能設(shè)計以及產(chǎn)品的人性化設(shè)計等資料，為設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)方向進(jìn)行了定位；在設(shè)計的過程中，先將各種功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，并提出了學(xué)者最新提出的三點(diǎn)接觸比例的新概念，并用圖示的方式表達(dá)；接著系統(tǒng)的將梯子模型、三星輪模型和三種車模型分類分析，總結(jié)出該模型存在的問題。
為了將各個功能實(shí)現(xiàn)的問題更好的提出和解決，將設(shè)計預(yù)分為了前期設(shè)計和具體設(shè)計兩部分。
前期設(shè)計部分，是根據(jù)設(shè)計的總體理念提出問題，并通過查閱資料等方式嘗試解決問題和進(jìn)行思路上的總體方向設(shè)計。
具體設(shè)計部分，是在前期設(shè)計的基礎(chǔ)上按照各個功能和步驟進(jìn)行的細(xì)節(jié)設(shè)計，并且在設(shè)計中不斷發(fā)現(xiàn)和解決新的問題，力求將設(shè)計做到完美。
2 前期總體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計
2.1 多功能產(chǎn)品設(shè)計中的常見問題
我們可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：
2.1.1 多功能產(chǎn)品使用過程中，功能之間相互影響
人們在使用多功能產(chǎn)品的時候，定義在任何特定任務(wù)中，都只用到一種功能，而在使用這種功能的時候，其他的功能處于閑置狀態(tài)，而且會在一定程度上影響正常功能的使用，因此會形成一定的不便。
2.1.2 多功能造成成本的浪費(fèi)
多功能產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)多功能的時候，勢必要考慮功能之間的整合，以及相對位置關(guān)系，使用中的相互影響作用，因此就會無形中增加了造型的成本，
2.1.3 多功能造成功能浪費(fèi)
產(chǎn)品都是針對特定消費(fèi)者進(jìn)行設(shè)計的，對于產(chǎn)品的功能，同樣需要根據(jù)具體消費(fèi)者的特點(diǎn)進(jìn)行考慮，如果產(chǎn)品的功能過多，勢必會造成目標(biāo)人群的不滿意，因?yàn)樗麄冊谶x擇一個產(chǎn)品的同時也購買到這個產(chǎn)品的其他附屬功能，而當(dāng)他們不需要這些功能的時候，就造成了產(chǎn)品的浪費(fèi)。
在之后的設(shè)計中，一定要注意并避免以上3點(diǎn)。
2.2 產(chǎn)品的人性化設(shè)計方法
人性化設(shè)計要求產(chǎn)品在滿足基本的物質(zhì)性功能以外,還要更多地關(guān)注產(chǎn)品的綜合社會價值,關(guān)注人的精神和情感需求的滿足,在操作上產(chǎn)品與人的關(guān)系應(yīng)該更加友好,對產(chǎn)品的使用與擁有能給人帶來過程的愉悅和精神上的享受。這就要求設(shè)計師在對消費(fèi)者進(jìn)行針對性研究的基礎(chǔ)上,還必須將目光放到對產(chǎn)品被使用過程中的情景和狀態(tài)進(jìn)行研究,并且就產(chǎn)品與使用者的非物質(zhì)性關(guān)聯(lián)因素也要進(jìn)行考究與推敲,對產(chǎn)品在物質(zhì)與精神層面進(jìn)行全方位的設(shè)計。所以,產(chǎn)品人性化設(shè)計的方法除了圍繞功能、造型、材料和色彩等4大要素而展開的功能規(guī)
劃的人性化設(shè)計、造型語意的人性化設(shè)計、材料選擇的人性化設(shè)計和色彩運(yùn)用的人性化設(shè)計,還應(yīng)該包括:設(shè)計思維的人性化設(shè)計與操作界面的人性化設(shè)計2個方面。
2.2.1 設(shè)計思維
設(shè)計思維人性化的一個重要的方面是不能忽視對人類自身的關(guān)懷。在環(huán)保意識越來越增強(qiáng)的今天,設(shè)計師也應(yīng)增強(qiáng)自己的環(huán)保意識,要以盡可能小的資源代價,獲取最大的使用價值。
利用綠色設(shè)計的理念來指導(dǎo)我們的設(shè)計,為人類的生存和未來承擔(dān)起最基本的責(zé)任和直接的義務(wù)。設(shè)計思維的人性化也強(qiáng)調(diào)設(shè)計師與消費(fèi)者雙方的溝通、聯(lián)系和交流,深度挖掘超越產(chǎn)品基本功能以外,能夠滿足各種不同消費(fèi)群體更深層次的心理與精神的需求,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與人的更加和諧的關(guān)系。
除了在產(chǎn)品設(shè)計工作中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的人性化,給產(chǎn)品一個恰到好處的命名,往往會成為設(shè)計人性化的“點(diǎn)睛”之筆。
2.2.2 功能規(guī)劃
在這里定義的產(chǎn)品功能規(guī)劃是指預(yù)測產(chǎn)品的發(fā)展并協(xié)調(diào)各種新舊功能以適應(yīng)其發(fā)展的過程,當(dāng)然在此過程中要綜合考慮社會需求、科技因素、價格因素、使用因素等等問題。歸根到底功能是為用戶服務(wù)的,功能的增加必需要增加用戶的使用方便性,假設(shè)不能達(dá)到,那就證明這個功能是多余的無用的功能,這就體現(xiàn)了功能規(guī)劃的人性化因素。
2.2.3 造型語意
通過設(shè)計的造型語意,引發(fā)人的情感體驗(yàn)和心理感受,是人性化設(shè)計的重要方法之一。人們對產(chǎn)品的第一印象就是通過造型來實(shí)現(xiàn)的,設(shè)計中的造型要素是人們對設(shè)計最關(guān)注的一方面。而所有的功能、使用方式最終也必須通過造型而得以明確與實(shí)現(xiàn)。
2.2.4 材料選擇
材料的人性化設(shè)計包括:選用綠色材料使產(chǎn)品具備人性化特征;發(fā)揮材料的表面肌理特性體現(xiàn)人性化;從文化與審美層面選擇材料體現(xiàn)人性化;從安全的角度選擇材料體現(xiàn)人性化;從環(huán)境適應(yīng)性角度選擇材料體現(xiàn)人性化。
2.2.5 色彩運(yùn)用
藝術(shù)心理學(xué)家認(rèn)為,色彩能直接訴諸人的情感體驗(yàn),它是一種情感語言,它所表達(dá)的是一種人類內(nèi)心中某些極為復(fù)雜的感受。梵高說:“沒有不好的顏色,只有不好的搭配。”對于產(chǎn)品設(shè)計也是一樣,色彩是最能直接反應(yīng)人們感受的一種方式,色彩也是設(shè)計人性化表達(dá)的重要方法。色彩對人引起的視覺效果反應(yīng)在物理性質(zhì)方面,如冷暖、遠(yuǎn)近、輕重、大小等,色彩的物理作用在產(chǎn)品設(shè)計中極為重要。
2.2.6 操作界面
操作界面的人性化實(shí)際上也屬于功能規(guī)劃的人性化中間的一部分,但是它非常重要, “強(qiáng)調(diào)一切為人所使用的物,都必須適合于人”, 確立了“以人為本”的造物原則,從此人類的產(chǎn)品創(chuàng)造步入人性化設(shè)計的時代。。在界面設(shè)計中不光功能的規(guī)劃很重要,還要從易于識別、易于使用的角度對產(chǎn)品的人機(jī)關(guān)系進(jìn)行全面的思考與審視,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的人性化。
2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設(shè)計
由于梯子部分是核心結(jié)構(gòu)，所以本設(shè)計首先從梯子的設(shè)計入手。因?yàn)楸驹O(shè)計需要充分體現(xiàn)以人為本的實(shí)用性特點(diǎn)，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計的本身需要涉及到在具體使用過程中的人體舒適度，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行梯子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)設(shè)計：
研制機(jī)器和工具的各種技術(shù)措施都不完善，除非能適應(yīng)人的因素，包括人體尺寸，常規(guī)的人體姿勢、動作和行為。因此符合人機(jī)工程的要求是安全工作場所的首要條件。
行為研究是必要的，特別對哪些幾乎是無意識的習(xí)慣動作的研究。多動因子的動作和作業(yè)的試驗(yàn)，有助于對工作場所或某種器具的各個組成部分進(jìn)行評價和優(yōu)化。為此，進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，研究標(biāo)準(zhǔn)輕便直梯放置角度不同對攀登者上下梯子動作的影響。
試驗(yàn)的主要目的主要是：研究安全的爬梯子的常規(guī)動作，確定適合于人體度量和生物力學(xué)因素的條件，如身體尺寸、動作和各種力學(xué)。這些條件應(yīng)保證人以自然動作爬梯子時發(fā)生事故的危險性減至最小。
2.3.1 上下梯子所需時間
從圖1可以得出一個重要結(jié)論，當(dāng)梯子傾角為70°時，移動單位高度所需的時間最短，因此可以說它是最佳角度。這證實(shí)了Lehmann的結(jié)論，說明梯子傾角為70°時，移動單位高度所小號的能量最少。如果工作人員的能力和工作效率保持不變，梯子傾角為70°時，人所受到的干擾以及不良因素較少，完成某一動作所需要的時間也越短。
2.3.2 三點(diǎn)接觸比例
三點(diǎn)接觸規(guī)律，即在上下梯子的過程中，人至少要用三個肢體同時分別接觸梯子的橫檔和扶手。因此我們研究了梯子的傾角對總時間中三點(diǎn)接觸周期所占比例的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，梯子的傾角為60°時，這種比例最小，50°時稍大，90°時比例最大（見圖2和圖3）。
很明顯，這說明人在上梯子時應(yīng)快速抓扶以保持身體的平衡，梯子傾角為60°時，生物力學(xué)條件最佳。
據(jù)相關(guān)資料顯示，梯子的最佳受力角度是75°，在60°~80°內(nèi)為可豎立范圍。
2.3.3 梯子架材料的選用
制作梯子，首先需要考慮梯子可以承載人體的重量，即梯子的材料以及尺寸選擇。經(jīng)過查詢和對比，梯子的材料選擇鋁合金。鋁合金在現(xiàn)代機(jī)械制造中的應(yīng)用占有很大的比例，是制作此類產(chǎn)品的最佳選擇。以下是目前市場常用鋁合金材料的一些相關(guān)信息：
圖4鋁合金的分類與性能特征
圖5鋁及鋁合金管材的品種和規(guī)格范圍
根據(jù)這些信息，在本設(shè)計中，鋁合金材料我選擇7A04：超硬鋁合金。選擇理由是這種材料室溫強(qiáng)度最高，很常用，各項(xiàng)性能優(yōu)越。管材我選擇 厚壁圓管。選擇理由是其性能指標(biāo)剛好適合本設(shè)計使用。
2.3.4 梯子踏板結(jié)構(gòu)設(shè)計
作為梯子使用安全問題的一個重要環(huán)節(jié)，梯子形態(tài)的腳踏板必須充分體現(xiàn)安全設(shè)計理念。根據(jù)建筑學(xué)樓梯設(shè)計理論，舒適的樓梯，臺階高度以15cm為宜，若超過18cm，登樓梯時就會感覺累了，臺階深度以27-30cm為宜。然而梯子和樓梯不同，因此考慮到本設(shè)計具體情況，臺階數(shù)訂為3，最上面的臺階由于是站立平臺，因此要比下面兩個臺階深度要大，3個臺階排列情況如圖6所示：
圖6
2.3.5 臺階安全措施
臺階要解決的安全隱患主要有兩點(diǎn)：1防滑；2防碰傷刮傷
防滑：登梯子或走樓梯時滑到是件很危險的事情，所以防滑設(shè)計必須做到，下面提供幾種防滑措施圖片：
圖7 圖8
圖9 圖10
在生活中，室內(nèi)外樓梯如果沒有本身的防滑結(jié)構(gòu)，一般會附加如防滑貼、金屬防滑條等來進(jìn)行防滑。經(jīng)過分析，我選擇采用凸起橫紋，這樣不但防滑，而且可以避免凹陷橫紋帶來的不便于清理污垢的問題；
防碰傷刮傷：帶有棱角的邊緣容易讓使用者受傷，因此臺階部件應(yīng)光滑、圓潤，無突出尖銳部分，以免碰傷刮傷，但是又不能過于圓潤，防止踩滑。
2.3.6 臺階的材料
臺階的材料我選用塑料，以下是常用塑料名稱與應(yīng)用表：
品種
材料
典型應(yīng)用范圍
ABS
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，大強(qiáng)度工具（頭發(fā)烘干機(jī)，攪拌器，食品加工機(jī)，割草機(jī)等），電話機(jī)殼體，打字機(jī)鍵盤，娛樂用車輛如高爾夫球手推車以及噴氣式雪撬車等。
PA12
聚酰胺12或尼龍12
水量表和其他商業(yè)設(shè)備，電纜套，機(jī)械凸輪，滑動機(jī)構(gòu)以及軸承等。
PA6
聚酰胺6或尼龍6
由于有很好的機(jī)械強(qiáng)度和剛度被廣泛用于結(jié)構(gòu)部件。由于有很好的耐磨損特性，還用于制造軸承。
PA66
聚酰胺66或尼龍66
同PA6相比，PA66更廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強(qiáng)度要求的產(chǎn)品。
PBT
聚對苯二甲酸丁二醇酯
家用器具（食品加工刀片、真空吸塵器元件、電風(fēng)扇、頭發(fā)干燥機(jī)殼體、咖啡器皿等），電器元件（開關(guān)、電機(jī)殼、保險絲盒、計算機(jī)鍵盤按鍵等），汽車工業(yè)（散熱器格窗、車身嵌板、車輪蓋、門窗部件等）。
PC
聚碳酸酯
電氣和商業(yè)設(shè)備（計算機(jī)元件、連接器等），器具（食品加工機(jī)、電冰箱抽屜等），交通運(yùn)輸行業(yè) （車輛的前后燈、儀表板等）。
PC/ABS
聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物
計算機(jī)和商業(yè)機(jī)器的殼體、電器設(shè)備、草坪和園藝機(jī)器、汽車零件（儀表板、內(nèi)部裝修以及車輪蓋）。
PC/PBT
聚碳酸酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯的混合物
齒輪箱、汽車保險杠以及要求具有抗化學(xué)反應(yīng)和耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性以及幾何穩(wěn)定性的產(chǎn)品。
PE-HD
高密度聚乙烯
電冰箱容器、存儲容器、家用廚具、密封蓋等。
PEI
聚乙醚
汽車工業(yè)（發(fā)動機(jī)配件如溫度傳感器、燃料和空氣處理器等），電器及電子設(shè)備（電氣聯(lián)結(jié)器、印刷電路板、芯片外殼、防爆盒等），產(chǎn)品包裝，飛機(jī)內(nèi)部設(shè)備，醫(yī)藥行業(yè)（外科器械、工具殼體、非植入器械）。
PET
聚對苯二甲酸乙二醇酯
汽車工業(yè)（結(jié)構(gòu)器件如反光鏡盒，電氣部件如車頭燈反光鏡等），電器元件（馬達(dá)殼體、電氣聯(lián)結(jié)器、繼電器、開關(guān)、微波爐內(nèi)部器件等）。工業(yè)應(yīng)用（泵殼體、手工器械等）。
PETG
乙二醇改性-聚對苯二甲酸乙二醇酯
醫(yī)藥設(shè)備（試管、試劑瓶等），玩具，顯示器，光源外罩，防護(hù)面罩，冰箱保鮮盤等。
POM
聚甲醛
POM具有很低的摩擦系數(shù)和很好的幾何穩(wěn)定性，特別適合于制作齒輪和軸承。由于它還具有耐高溫特性，因此還用于管道器件（管道閥門、泵殼體），草坪設(shè)備等
。
PP
聚丙烯
汽車工業(yè)（主要使用含金屬添加劑的PP：擋泥板、通風(fēng)管、風(fēng)扇等），器械（洗碗機(jī)門襯墊、干燥機(jī)通風(fēng)管、洗衣機(jī)框架及機(jī)蓋、冰箱門襯墊等），日用消費(fèi)品
（草坪和園藝設(shè)備如剪草機(jī)和噴水器等）。
PPE
聚丙乙烯
家庭用品（洗碗機(jī)、洗衣機(jī)等），電氣設(shè)備如控制器殼體、光纖聯(lián)接器等。
PS
聚苯乙烯
產(chǎn)品包裝，家庭用品（餐具、托盤等），電氣（透明容器、光源散射器、絕緣薄膜等）
PVC
聚氯乙烯
供水管道，家用管道，房屋墻板，商用機(jī)器殼體，電子產(chǎn)品包裝，醫(yī)療器械，食品包裝等。
SA
苯乙烯-丙烯腈共聚物
電氣（插座、殼體等），日用商品（廚房器械，冰箱裝置，電視機(jī)底座，卡帶盒等），汽車工業(yè)（車頭燈盒、反光境、儀表盤等），家庭用品（餐具、食品刀具等），化裝品包裝等。
PMMA
聚甲基丙烯酸甲酯 壓克力 有機(jī)玻璃
汽車工業(yè)（信號燈設(shè)備、儀表盤等），醫(yī)藥行業(yè)（儲血容器等），工業(yè)應(yīng)用（影碟、燈光散射器)，日用消費(fèi)品（飲料杯、文具等）。
根據(jù)此表，臺階的材料我選用：ABS或PA6
2.4 推車部分的設(shè)計：
推車形態(tài)是本設(shè)計的第二個特色，推車部分是在梯架和腳輪的基礎(chǔ)上進(jìn)行變形，共分為三種形態(tài)：手推車、鏟車、平板車，如圖11~圖13所示：
2.4.1 三種推車示意圖
圖11 手推車
圖12 平板車
圖13 鏟車
由以上3圖可以發(fā)現(xiàn)，3種車的結(jié)構(gòu)主要是車架和腳輪，車架即梯子形態(tài)下的前桿和后桿，前面已經(jīng)敘述過了，這里主要對輪子部分進(jìn)行分析設(shè)計。
本設(shè)計中輪子分為兩類，前輪和后輪，為了實(shí)現(xiàn)爬樓梯功能，前輪將被設(shè)計為一組三星輪（2.5爬臺階功能部分），后輪被設(shè)計為一組萬向腳輪。
2.4.2 轉(zhuǎn)向問題：
本設(shè)計在鏟車形態(tài)下，僅有一組三星輪著地，因此不存在轉(zhuǎn)向問題。然而，在手推車和平板車形態(tài)下，由于是前輪后輪同時著地，所以，在運(yùn)行中將涉及到轉(zhuǎn)向問題。前輪已被設(shè)計為三星輪，因此后輪將設(shè)計為帶轉(zhuǎn)向的腳輪，如圖14所示：
圖14 普通萬向輪結(jié)構(gòu)
2.4.3 鎖輪功能：
手推車和平板車形態(tài)下，當(dāng)停靠在帶有坡度的道路上時，若無人看管，很容易自動滑行。為了避免這種情況，后輪腳輪將加入手動鎖輪功能。常用鎖輪結(jié)構(gòu)有兩種，如圖15、圖16所示：
圖15 自鎖腳輪1
圖16 自鎖腳輪2
綜合考慮上述兩種功能，后輪腳輪將被設(shè)計為帶有轉(zhuǎn)向和手動鎖輪功能，如圖17所示：
圖17 自鎖萬向輪
以圖17為例，這種模型不但具有萬向輪功能，而且在輪軸上帶有一個手動柄的鎖輪功能，當(dāng)手動柄處于圖17位置時，輪子可以正常旋轉(zhuǎn)；如果轉(zhuǎn)動手動柄，將手動柄上兩個凸起旋轉(zhuǎn)到輪子兩邊的金屬輪框上，由于凸起的擠壓作用，使得金屬輪框發(fā)生形變，從而擠壓到輪子，使金屬輪框與輪子之間產(chǎn)生較大摩擦，實(shí)現(xiàn)鎖輪功能。
2.5 爬臺階部分設(shè)計
2.5.1 星輪的選擇
本設(shè)計在推車形態(tài)下加入了爬臺階功能，其主要作用部件是推車底輪采用星輪，現(xiàn)行星輪主要存在兩種:五星輪和三星輪，如圖18、圖19所示：
圖18 五星輪結(jié)構(gòu)
圖19 三星輪實(shí)例
根據(jù)世界各國現(xiàn)流行，三星輪的利用率比五星輪利用率高。因?yàn)槿禽啽任逍禽喗Y(jié)構(gòu)簡單，成本低，并且可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)五星輪可以達(dá)到的爬臺階功能。因此，在本設(shè)計中的爬臺階功能設(shè)計中，采用三星輪，其結(jié)構(gòu)如圖20 所示：
圖20鐵芯三星輪
2.5.2 爬臺階功能的實(shí)現(xiàn)：
三星輪的尺寸和結(jié)構(gòu)參考現(xiàn)行樓梯尺寸進(jìn)行設(shè)計?，F(xiàn)行樓梯臺階的尺寸為：
階高應(yīng)在150-170MM，階面深度為220-270MM，以此為依據(jù)，預(yù)設(shè)三星輪子輪直徑為150MM，由上圖可知，在此尺寸下，爬臺階功能很容易實(shí)現(xiàn)。
圖21 三星輪爬臺階示意圖
2.5.3 三星輪安裝位置問題
在實(shí)現(xiàn)功能的綜合考慮中，三星輪應(yīng)該安裝在前桿桿腳附近，這樣就產(chǎn)生兩種情況：
1 三星輪直接安裝到前桿上；
2 通過一個連接器連接到前桿上。
經(jīng)分析，選擇情況2，更易于實(shí)現(xiàn)本設(shè)計所有形態(tài)下功能?，F(xiàn)將連接架與前桿的連接位置預(yù)設(shè)為距離前桿桿腳125mm位置，這個距離的可行性將在之后的具體設(shè)計分析中進(jìn)行論證。
3 具體分析設(shè)計
3.1 梯子部分：
圖22梯子形態(tài)
3.1.1 梯子雙桿結(jié)構(gòu)的固定及受力分析
此結(jié)構(gòu)按照普通多功能梯子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，具體如下：
3.1.1.1 前桿部分
如圖23所示，桿身長1200mm，寬500mm，桿管直徑25mm。桿腳長30mm，在距離桿腳255mm、555mm、855mm處分別有一對孔，是安裝 前桿和臺階之間的連接軸 的位置?？字睆?0mm。在距離桿腳1075mm處的一對孔，是安裝 前桿后桿連接器 的位置。前桿的頂端為推車形態(tài)下的扶手處，兩端采用弧形結(jié)構(gòu)。
3.1.1.2 后桿部分
如圖24所示，桿身長1065mm，寬500mm，桿管直徑25mm。距離桿腳855mm處，是構(gòu)建梯子形態(tài)下臺階1平臺的橫軸，此軸直徑10mm。距離桿頂10mm處有一對孔，是安裝 前桿后桿連接器 的位置。
圖23 前桿結(jié)構(gòu)
圖24 后桿結(jié)構(gòu)
3.1.1.3 連接器1的設(shè)計
此連接器1作用是連接前桿和后桿。如圖25所示：
圖25 連接器1
3.1.1.4 前桿、后桿、連接器的組合結(jié)構(gòu)
將前桿、后桿上方用連接器連接在一起，其結(jié)構(gòu)如圖26所示：
圖26 前桿后桿的連接位置
圖27 前桿后桿的連接示意圖
3.1.1.5 受力分析
假定在平板車形態(tài)下，1000N物品放置于平板車中央，桿長1200MM，現(xiàn)計算彎曲應(yīng)力：
從上面計算可以看出，僅一只桿即可達(dá)到力學(xué)要求，而在3種推車形態(tài)下是左右2只桿在承載重物，因此此結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能對于一般重物的運(yùn)輸以遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠了，反算可知，前桿或者后桿可最多承載5208N重物，約計531KG。根據(jù)公式和結(jié)構(gòu)可知，梯子形態(tài)下力學(xué)性能要比推車形態(tài)下更高，因此梯子形態(tài)的承載能力達(dá)到要求。
3.1.2 三個臺階的設(shè)計
臺階1是本設(shè)計在梯子形態(tài)下的3個臺階的最上方的臺階，除了臺階功能，也為使用者提供了站立的平臺。如圖28所示，臺階1長400mm，寬260mm，高30mm。在橫截面上有兩孔一凹槽，孔1是用來連接前桿，孔2是用來連接聯(lián)動桿，凹槽是用來搭建在后桿上的橫軸處。在臺階1的頂面，有4條防滑凸紋。在臺階1的頂面兩端，采用了弧形結(jié)構(gòu)，起到了防碰傷刮傷效果。
圖28臺階1
臺階2、3完全一樣，是本設(shè)計在梯子形態(tài)下的3個臺階的中、下方的臺階。如圖29所示，臺階長400mm，寬170mm，高30mm。在橫截面上有兩空，分別是連接前桿和聯(lián)動桿。在臺階2、3的頂面，有4條防滑凸紋。在臺階2、3的頂面兩端，采用了弧形結(jié)構(gòu)，起到了防碰傷刮傷效果。
圖29 臺階2
為了實(shí)現(xiàn)臺階的聯(lián)動，需要兩條聯(lián)動條，分別安裝在3個臺階的兩側(cè)，聯(lián)動條如圖30所示：
圖30 聯(lián)動條
3.1.3 三個臺階在雙桿間的連接
桿長和角度問題的設(shè)計;
本設(shè)計充分考慮到實(shí)用性，因此，在已設(shè)定了部分?jǐn)?shù)據(jù)的前提下，梯子形態(tài)中關(guān)于前桿、后桿支立后角度問題以及3個臺階是否水平的問題，必須通過計算進(jìn)行驗(yàn)證。具體分析計算過程如下：
根據(jù)上面幾張圖的數(shù)據(jù)，將梯子形態(tài)的側(cè)面圖進(jìn)行簡化，即圖31所示，
已知數(shù)據(jù)：L1=1065mm，L2=1075mm，L3=210mm，L4=220mm，L5=200mm，L6=40mm，
前桿與地面夾角=65°，后桿與地面夾角=65°L6垂直于L2
需要證明：L5與地面基本水平
證明：將L1，L2延長線交予一點(diǎn)，生成L7，L8，由圖可知，L6、L7、L8組成直角三角形，
由此可見，L5與地面基本保持水平，因此之前設(shè)定的長度和角度等數(shù)據(jù)正確可行。
圖31 梯子側(cè)面示意圖
3.2 鏟車部分
圖32 鏟車
1， 鏟板的結(jié)構(gòu)
如圖所示，在鏟板主體的兩側(cè)有對稱的兩個擋板，此設(shè)計是為了在鏟板收起時可以貼在后桿上；在鏟板底部兩側(cè)有對稱的兩個擋條，此設(shè)計是為了在鏟車形態(tài)下鏟板張開后保持鏟板和后桿所在平面的垂直關(guān)系，便于在鏟板上放置運(yùn)輸?shù)奈锲贰?
圖33 鏟板
圖34 鏟板在整體中的安裝位置
3.3 平板車和推車部分：
圖35 平板車
圖36 手推車
由前期設(shè)計可知，此部分主要是萬向輪及其鎖輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)2.4.3所述，將鎖輪功能的鎖輪片設(shè)計為下圖結(jié)構(gòu)：
圖37 鎖輪片
中間孔兩邊的半球凸起，即為旋轉(zhuǎn)時擠壓萬向輪輪架的部位。鎖輪片在萬向輪上的安裝位置如下圖所示：
圖38 鎖輪結(jié)構(gòu)
圖38顯示位置為萬向輪正常工作時鎖輪片位置，當(dāng)需要鎖輪時，任意方向旋轉(zhuǎn)鎖輪片，使半球型凸起旋到輪架面上，使輪架受到擠壓發(fā)生形變，從而擠壓輪子，使輪子受到摩擦不能轉(zhuǎn)動，起到鎖定輪子的作用。
圖39萬向輪結(jié)構(gòu)圖
3.4 爬臺階功能結(jié)構(gòu)部分
3.4.1 三星輪的結(jié)構(gòu)
三星輪的子輪，可用普通常用推車車輪，結(jié)構(gòu)如圖40所示。三星輪的輪架為三角形，其結(jié)構(gòu)如圖41所示。在輪架上安裝3個輪子，組成三星輪，如圖42所示。
圖40 子輪 圖41 輪架
圖42 三星輪
3.4.2 三星輪的安裝：
三星輪在前桿上的安裝位置，牽涉到本設(shè)計所有形態(tài)下功能的實(shí)現(xiàn)，在前期設(shè)計中，連接架2與前桿的連接位置預(yù)設(shè)為距離前桿桿腳125mm位置，這里對其進(jìn)行分析與計算證明：
首先列出三個需要達(dá)到的功能條件：
（1）在平板車、手推車形態(tài)下，前桿平行于地面；
（2）在鏟車形態(tài)下，前桿桿腳不可以影響鏟車的運(yùn)行，即不要接觸地面；
（3）在梯子形態(tài)下，前桿前腳接觸地面，三星輪不接觸地面，實(shí)現(xiàn)梯子的穩(wěn)定。
由已完成結(jié)構(gòu)圖可知，無論安裝位置如何，條件（1）都易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)三星輪中心和前桿桿腳之間距離大于等于三星輪中心與地面距離時，才能實(shí)現(xiàn)梯子腳接觸地面，由下圖可知，當(dāng)連接架長度和連接位置距離前桿桿腳125mm時，在前桿直立的情況下，前桿桿腳、三星輪均接觸地面，此時三星輪與桿腳之間距離為125，大于三星輪中心與地面距離125mm。
所以如圖22所示，在梯子形態(tài)下，前桿前腳接觸地面，三星輪不接觸地面，實(shí)現(xiàn)了梯子的穩(wěn)定，即條件（3）實(shí)現(xiàn)。
基于此長度設(shè)定，易于得出，在推車形態(tài)下，前桿桿腳是離開地面的，也就不會影響到三星輪的運(yùn)動，即條件（2）實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)以上分析，將前桿與輪架按照預(yù)定位置連接，如圖43所示：
圖43
4 種形態(tài)的實(shí)現(xiàn)
4.1 梯子形態(tài)：
將前桿后桿展開一定角度，將臺階拉開，讓臺階1的凹槽位置扣在后桿中上部的桿處，收起鏟板，旋轉(zhuǎn)調(diào)整三星輪位置，將前桿桿腳與后桿桿腳立于地面上，梯子形態(tài)完成。
4.2平板車形態(tài)：
將臺階合攏到前桿，再將前桿后桿合攏，收起鏟板，旋轉(zhuǎn)調(diào)整三星輪位置，將三星輪和萬向輪朝下放置于地面上，平板車形態(tài)完成。
4.3手推車形態(tài)：
在平板車基礎(chǔ)上，將后桿抬起，即成手推車。
4.4鏟車形態(tài)：
在平板車基礎(chǔ)上，將萬向輪一端抬起，三星輪接觸地面，鏟板展開，即成鏟車。
4.5攀爬臺階功能：
在鏟車形態(tài)下，利用三星輪的轉(zhuǎn)動功能，使用者只需向上拉動即可實(shí)現(xiàn)臺階的攀爬。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)期間所學(xué)只是的一次總的檢驗(yàn)和鞏固，是一次很好的理論練習(xí)實(shí)際的鍛煉，相比以前的幾次課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。做好本次畢業(yè)設(shè)計可以為以后的工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此本次畢業(yè)設(shè)計具有很重要的意義。
本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計用于日常生活的一種多功能用品------多功能推車梯子。《畢業(yè)設(shè)計說明書》對多功能推車梯子做了簡要介紹。多功能推車梯子的設(shè)計是為了解決目前人們?nèi)粘Ｉ钪袑τ诎徇\(yùn)貨物中經(jīng)常遇到的問題。本設(shè)計可以利用手推車、平板車、鏟車三種形態(tài)對物品進(jìn)行運(yùn)輸；在遇到樓梯、臺階時，可以利用獨(dú)有的爬臺階裝置進(jìn)行順利的攀爬；在放置和提取位于高處的物品時，又可以利用梯子形態(tài)方便的進(jìn)行工作。
在設(shè)計過程中，遇到了很多前所未有的問題，提高了自己獨(dú)立解決問題的能力。通過設(shè)計，學(xué)到了很多新的知識，熟悉了Pro ENGINEER、AutoCAD、Photo shop等設(shè)計軟件的運(yùn)用，對利用軟件進(jìn)行機(jī)械圖樣的設(shè)計的方式基本掌握。提高了自身技術(shù)水平，運(yùn)算能力及運(yùn)用計算機(jī)識圖、制圖和查閱手冊，使用國家標(biāo)準(zhǔn)和信息資源。在設(shè)計前，采納了關(guān)于人性化設(shè)計等方面的建議，對本設(shè)計的實(shí)用性方面有很大的幫助，讓我確定了結(jié)構(gòu)簡單化、功能多樣化、以人為本的設(shè)計理念，這對我今后的設(shè)計有很大的幫助。
參考資料
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