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河南理工大學畢業(yè)設計（論文）
摘 要
本設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，將此四項功能融合為一體，并擁有獨特的攀爬臺階功能，很好的解決了目前人們日常生活中對于搬運貨物中經常遇到的問題。設計中融入了人性化、實用性設計理念，在多功能基礎上進行創(chuàng)新設計，通過嚴格的材料選擇和力學分析進行設計。本設計過程主要依靠電腦繪圖，利用大量三維圖片將每個結構的設計和模型以圖文并茂形式進行了詳細的分析和闡述。本文將分析設計的整個過程，以及每個零件的制作和設計過程進行了詳盡的描述，充分體現(xiàn)了針對大眾進行設計的方向，將人性化設計貫穿整個設計的始終，在開發(fā)多功能的同時也提高了產品的實用性。
關鍵詞：產品 多功能 設計
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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 設計理念……………………………………………… 2
1.4 前期準備……………………………………………… 2
2 前期總體結構分析設計…………………………………… 4
2.1 多功能產品設計中的常見問題……………………… 4
2.1.1 多功能產品使用過程中，功能之間相互影響… 4
2.1.2 多功能造成成本的浪費………………………… 4
2.1.3 多功能造成功能浪費…………………………… 4
2.2 產品的人性化設計方法……………………………… 4
2.2.1 設計思維………………………………………… 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計…… 6
2.3.1 上下梯子所需時間……………………………… 7
2.3.2 三點接觸比例…………………………………… 7
2.3.3 梯子架材料的選用……………………………… 9
2.3.4 梯子踏板結構設計……………………………… 10
2.3.5 臺階安全措施…………………………………… 11
2.3.6 臺階的材料……………………………………… 13
2.4：推車部分的設計………………………………………15
2.4.1 三種推車示意圖………………………………… 15
2.4.2 轉向問題………………………………………… 16
2.4.3 鎖輪功能………………………………………… 17
2.5 爬臺階部分設計……………………………………… 19
2.5.1 星輪的選擇……………………………………… 19
2.5.2 爬臺階功能的實現(xiàn)……………………………… 20
2.5.3 三星輪安裝位置問題…………………………… 21
3 具體結構分析設計…………………………………………22
3.1 梯子部分：…………………………………………… 22
3.1.1 梯子雙桿結構的固定及受力分析……………… 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的設計………………………………24
3.1.1.4 前桿、后桿、連接器的組合結構……………24
3.1.1.5 受力分析………………………………………25
3.1.2 三個臺階的設計………………………………… 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 爬臺階功能結構部分………………………………… 33
3.4.1 三星輪的結構…………………………………… 33
3.4.2 三星輪的安裝…………………………………… 34
4 種形態(tài)的實現(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)產品已經不能再滿足人們生活多元化需要，功能單一的產品由于其功能的局限性，讓人們?yōu)榱诵枰坏貌毁徺I很多此類產品，浪費金錢、占用空間、使用不方便，給人們的生產、生活帶來了很多不便。
產品的多功能化已經成為現(xiàn)代設計的主流，多功能產品的市場占有率逐日上升，已經成為人們日常選擇產品的主要考慮方向。
多功能產品即一種產品在原有功能的基礎上同時又增加了其他功能。然而在現(xiàn)代產品設計中，很多產品一味注重產品的多功能，而忽略了產品本身應該實現(xiàn)的功能。更不可置信的是，很多產品的功能之間根本不存在任何聯(lián)系，從而造成了消費者使用中的障礙。
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運送的貨物。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
本設計的目的在于：本設計吸收了常用的梯子、手推車、平板車、鏟車的工作特點，將其進行了功能合成，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。
本設計的意義在于：通過將多個單一功能產品的功能進行合理拆組，設計出新的具有多功能的產品，實現(xiàn)產品的多功能應用，以及產品的更新?lián)Q代。并且通過設計過程，提高自己對機械設計制造方面知識的豐富和認識的提高，檢驗自己學習過的成績，為以后學習工作積累經驗。
1.3 設計理念
根據(jù)設計目的和設計意義，以實用性為中心，以創(chuàng)新為思想，對項目進行設計。在設計過程中，不但要考慮到將各個產品的單一功能進行整合方法，并且要考慮到整合后的具體實用性。盡量避免各個功能之間的影響，盡量讓某些重復的結構用一個結構代替，盡量考慮到人體工學，盡量從整體的角度審視整個設計，盡量尋找和合理解決設計中出現(xiàn)的問題。
做到以最簡約的結構設計，得到最強大而多樣化的功能。堅持以人為本，完善人性化設計，做出最讓民眾喜歡和樂于接受的商品。
1.4前期準備
在畢業(yè)論文設計的初期，查閱了大量的相關書籍，深入了解多功能產品設計的相關知識，了解了多功能產品現(xiàn)實特性，參考了大量梯子、手推車、鏟車、平板車、爬臺階結構等資料，尤其是功能合成后的整體設計做了分析。在設計之前，參考了關于產品的多功能設計以及產品的人性化設計等資料，為設計的總體結構方向進行了定位；在設計的過程中，先將各種功能結構進行整理，并提出了學者最新提出的三點接觸比例的新概念，并用圖示的方式表達；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，總結出該模型存在的問題。
為了將各個功能實現(xiàn)的問題更好的提出和解決，將設計預分為了前期設計和具體設計兩部分。
前期設計部分，是根據(jù)設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行思路上的總體方向設計。
具體設計部分，是在前期設計的基礎上按照各個功能和步驟進行的細節(jié)設計，并且在設計中不斷發(fā)現(xiàn)和解決新的問題，力求將設計做到完美。
2 前期總體結構分析設計
2.1 多功能產品設計中的常見問題
我們可以從以下幾個方面進行分析：
2.1.1 多功能產品使用過程中，功能之間相互影響
人們在使用多功能產品的時候，定義在任何特定任務中，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
多功能產品在實現(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
產品都是針對特定消費者進行設計的，對于產品的功能，同樣需要根據(jù)具體消費者的特點進行考慮，如果產品的功能過多，勢必會造成目標人群的不滿意，因為他們在選擇一個產品的同時也購買到這個產品的其他附屬功能，而當他們不需要這些功能的時候，就造成了產品的浪費。
在之后的設計中，一定要注意并避免以上3點。
2.2 產品的人性化設計方法
人性化設計要求產品在滿足基本的物質性功能以外,還要更多地關注產品的綜合社會價值,關注人的精神和情感需求的滿足,在操作上產品與人的關系應該更加友好,對產品的使用與擁有能給人帶來過程的愉悅和精神上的享受。這就要求設計師在對消費者進行針對性研究的基礎上,還必須將目光放到對產品被使用過程中的情景和狀態(tài)進行研究,并且就產品與使用者的非物質性關聯(lián)因素也要進行考究與推敲,對產品在物質與精神層面進行全方位的設計。所以,產品人性化設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)
劃的人性化設計、造型語意的人性化設計、材料選擇的人性化設計和色彩運用的人性化設計,還應該包括:設計思維的人性化設計與操作界面的人性化設計2個方面。
2.2.1 設計思維
設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懷。在環(huán)保意識越來越增強的今天,設計師也應增強自己的環(huán)保意識,要以盡可能小的資源代價,獲取最大的使用價值。
利用綠色設計的理念來指導我們的設計,為人類的生存和未來承擔起最基本的責任和直接的義務。設計思維的人性化也強調設計師與消費者雙方的溝通、聯(lián)系和交流,深度挖掘超越產品基本功能以外,能夠滿足各種不同消費群體更深層次的心理與精神的需求,實現(xiàn)產品與人的更加和諧的關系。
除了在產品設計工作中實現(xiàn)產品的人性化,給產品一個恰到好處的命名,往往會成為設計人性化的“點睛”之筆。
2.2.2 功能規(guī)劃
在這里定義的產品功能規(guī)劃是指預測產品的發(fā)展并協(xié)調各種新舊功能以適應其發(fā)展的過程,當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的,功能的增加必需要增加用戶的使用方便性,假設不能達到,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
通過設計的造型語意,引發(fā)人的情感體驗和心理感受,是人性化設計的重要方法之一。人們對產品的第一印象就是通過造型來實現(xiàn)的,設計中的造型要素是人們對設計最關注的一方面。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現(xiàn)。
2.2.4 材料選擇
材料的人性化設計包括:選用綠色材料使產品具備人性化特征;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)境適應性角度選擇材料體現(xiàn)人性化。
2.2.5 色彩運用
藝術心理學家認為,色彩能直接訴諸人的情感體驗,它是一種情感語言,它所表達的是一種人類內心中某些極為復雜的感受。梵高說:“沒有不好的顏色,只有不好的搭配?！睂τ诋a品設計也是一樣,色彩是最能直接反應人們感受的一種方式,色彩也是設計人性化表達的重要方法。色彩對人引起的視覺效果反應在物理性質方面,如冷暖、遠近、輕重、大小等,色彩的物理作用在產品設計中極為重要。
2.2.6 操作界面
操作界面的人性化實際上也屬于功能規(guī)劃的人性化中間的一部分,但是它非常重要, “強調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,從此人類的產品創(chuàng)造步入人性化設計的時代。。在界面設計中不光功能的規(guī)劃很重要,還要從易于識別、易于使用的角度對產品的人機關系進行全面的思考與審視,實現(xiàn)產品的人性化。
2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設計
由于梯子部分是核心結構，所以本設計首先從梯子的設計入手。因為本設計需要充分體現(xiàn)以人為本的實用性特點，所以，結構設計的本身需要涉及到在具體使用過程中的人體舒適度，并以此為基礎進行梯子結構的相應設計：
研制機器和工具的各種技術措施都不完善，除非能適應人的因素，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慣動作的研究。多動因子的動作和作業(yè)的試驗，有助于對工作場所或某種器具的各個組成部分進行評價和優(yōu)化。為此，進行了相應的試驗，研究標準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因素的條件，如身體尺寸、動作和各種力學。這些條件應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論，當梯子傾角為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。這證實了Lehmann的結論，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 三點接觸比例
三點接觸規(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接觸周期所占比例的影響，結果發(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快速抓扶以保持身體的平衡，梯子傾角為60°時，生物力學條件最佳。
據(jù)相關資料顯示，梯子的最佳受力角度是75°，在60°~80°內為可豎立范圍。
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。經過查詢和對比，梯子的材料選擇鋁合金。鋁合金在現(xiàn)代機械制造中的應用占有很大的比例，是制作此類產品的最佳選擇。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度最高，很常用，各項性能優(yōu)越。管材我選擇 厚壁圓管。選擇理由是其性能指標剛好適合本設計使用。
2.3.4 梯子踏板結構設計
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)安全設計理念。根據(jù)建筑學樓梯設計理論，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：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，室內外樓梯如果沒有本身的防滑結構，一般會附加如防滑貼、金屬防滑條等來進行防滑。經過分析，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用表：
品種
材料
典型應用范圍
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，大強度工具（頭發(fā)烘干機，攪拌器，食品加工機，割草機等），電話機殼體，打字機鍵盤，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)設備，電纜套，機械凸輪，滑動機構以及軸承等。
PA6
聚酰胺6或尼龍6
由于有很好的機械強度和剛度被廣泛用于結構部件。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度要求的產品。
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、電風扇、頭發(fā)干燥機殼體、咖啡器皿等），電器元件（開關、電機殼、保險絲盒、計算機鍵盤按鍵等），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)設備（計算機元件、連接器等），器具（食品加工機、電冰箱抽屜等），交通運輸行業(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
計算機和商業(yè)機器的殼體、電器設備、草坪和園藝機器、汽車零件（儀表板、內部裝修以及車輪蓋）。
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反應和耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性以及幾何穩(wěn)定性的產品。
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)動機配件如溫度傳感器、燃料和空氣處理器等），電器及電子設備（電氣聯(lián)結器、印刷電路板、芯片外殼、防爆盒等），產品包裝，飛機內部設備，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)（結構器件如反光鏡盒，電氣部件如車頭燈反光鏡等），電器元件（馬達殼體、電氣聯(lián)結器、繼電器、開關、微波爐內部器件等）。工業(yè)應用（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)藥設備（試管、試劑瓶等），玩具，顯示器，光源外罩，防護面罩，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、通風管、風扇等），器械（洗碗機門襯墊、干燥機通風管、洗衣機框架及機蓋、冰箱門襯墊等），日用消費品
（草坪和園藝設備如剪草機和噴水器等）。
PPE
聚丙乙烯
家庭用品（洗碗機、洗衣機等），電氣設備如控制器殼體、光纖聯(lián)接器等。
PS
聚苯乙烯
產品包裝，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，商用機器殼體，電子產品包裝，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 有機玻璃
汽車工業(yè)（信號燈設備、儀表盤等），醫(yī)藥行業(yè)（儲血容器等），工業(yè)應用（影碟、燈光散射器)，日用消費品（飲料杯、文具等）。
根據(jù)此表，臺階的材料我選用：ABS或PA6
2.4 推車部分的設計：
推車形態(tài)是本設計的第二個特色，推車部分是在梯架和腳輪的基礎上進行變形，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種車的結構主要是車架和腳輪，車架即梯子形態(tài)下的前桿和后桿，前面已經敘述過了，這里主要對輪子部分進行分析設計。
本設計中輪子分為兩類，前輪和后輪，為了實現(xiàn)爬樓梯功能，前輪將被設計為一組三星輪（2.5爬臺階功能部分），后輪被設計為一組萬向腳輪。
2.4.2 轉向問題：
本設計在鏟車形態(tài)下，僅有一組三星輪著地，因此不存在轉向問題。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，在運行中將涉及到轉向問題。前輪已被設計為三星輪，因此后輪將設計為帶轉向的腳輪，如圖14所示：
圖14 普通萬向輪結構
2.4.3 鎖輪功能：
手推車和平板車形態(tài)下，當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。常用鎖輪結構有兩種，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，后輪腳輪將被設計為帶有轉向和手動鎖輪功能，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，當手動柄處于圖17位置時，輪子可以正常旋轉；如果轉動手動柄，將手動柄上兩個凸起旋轉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生較大摩擦，實現(xiàn)鎖輪功能。
2.5 爬臺階部分設計
2.5.1 星輪的選擇
本設計在推車形態(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 五星輪結構
圖19 三星輪實例
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。因為三星輪比五星輪結構簡單，成本低，并且可以實現(xiàn)多數(shù)五星輪可以達到的爬臺階功能。因此，在本設計中的爬臺階功能設計中，采用三星輪，其結構如圖20 所示：
圖20鐵芯三星輪
2.5.2 爬臺階功能的實現(xiàn)：
三星輪的尺寸和結構參考現(xiàn)行樓梯尺寸進行設計。現(xiàn)行樓梯臺階的尺寸為：
階高應在150-170MM，階面深度為220-270MM，以此為依據(jù)，預設三星輪子輪直徑為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
在實現(xiàn)功能的綜合考慮中，三星輪應該安裝在前桿桿腳附近，這樣就產生兩種情況：
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。
經分析，選擇情況2，更易于實現(xiàn)本設計所有形態(tài)下功能?，F(xiàn)將連接架與前桿的連接位置預設為距離前桿桿腳125mm位置，這個距離的可行性將在之后的具體設計分析中進行論證。
3 具體分析設計
3.1 梯子部分：
圖22梯子形態(tài)
3.1.1 梯子雙桿結構的固定及受力分析
此結構按照普通多功能梯子結構進行設計，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。孔直徑10mm。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，兩端采用弧形結構。
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 前桿結構
圖24 后桿結構
3.1.1.3 連接器1的設計
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、連接器的組合結構
將前桿、后桿上方用連接器連接在一起，其結構如圖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)計算彎曲應力：
從上面計算可以看出，僅一只桿即可達到力學要求，而在3種推車形態(tài)下是左右2只桿在承載重物，因此此結構的力學性能對于一般重物的運輸以遠遠足夠了，反算可知，前桿或者后桿可最多承載5208N重物，約計531KG。根據(jù)公式和結構可知，梯子形態(tài)下力學性能要比推車形態(tài)下更高，因此梯子形態(tài)的承載能力達到要求。
3.1.2 三個臺階的設計
臺階1是本設計在梯子形態(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，采用了弧形結構，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，采用了弧形結構，起到了防碰傷刮傷效果。
圖29 臺階2
為了實現(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，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計;
本設計充分考慮到實用性，因此，在已設定了部分數(shù)據(jù)的前提下，梯子形態(tài)中關于前桿、后桿支立后角度問題以及3個臺階是否水平的問題，必須通過計算進行驗證。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)的側面圖進行簡化，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，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，因此之前設定的長度和角度等數(shù)據(jù)正確可行。
圖31 梯子側面示意圖
3.2 鏟車部分
圖32 鏟車
1， 鏟板的結構
如圖所示，在鏟板主體的兩側有對稱的兩個擋板，此設計是為了在鏟板收起時可以貼在后桿上；在鏟板底部兩側有對稱的兩個擋條，此設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系，便于在鏟板上放置運輸?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
由前期設計可知，此部分主要是萬向輪及其鎖輪結構的設計，根據(jù)2.4.3所述，將鎖輪功能的鎖輪片設計為下圖結構：
圖37 鎖輪片
中間孔兩邊的半球凸起，即為旋轉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 鎖輪結構
圖38顯示位置為萬向輪正常工作時鎖輪片位置，當需要鎖輪時，任意方向旋轉鎖輪片，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動，起到鎖定輪子的作用。
圖39萬向輪結構圖
3.4 爬臺階功能結構部分
3.4.1 三星輪的結構
三星輪的子輪，可用普通常用推車車輪，結構如圖40所示。三星輪的輪架為三角形，其結構如圖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，牽涉到本設計所有形態(tài)下功能的實現(xiàn)，在前期設計中，連接架2與前桿的連接位置預設為距離前桿桿腳125mm位置，這里對其進行分析與計算證明：
首先列出三個需要達到的功能條件：
（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，實現(xiàn)梯子的穩(wěn)定。
由已完成結構圖可知，無論安裝位置如何，條件（1）都易于實現(xiàn)。當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，才能實現(xiàn)梯子腳接觸地面，由下圖可知，當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，實現(xiàn)了梯子的穩(wěn)定，即條件（3）實現(xiàn)。
基于此長度設定，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動，即條件（2）實現(xiàn)。
根據(jù)以上分析，將前桿與輪架按照預定位置連接，如圖43所示：
圖43
4 種形態(tài)的實現(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，旋轉調整三星輪位置，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，旋轉調整三星輪位置，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)：
在平板車基礎上，將后桿抬起，即成手推車。
4.4鏟車形態(tài)：
在平板車基礎上，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，利用三星輪的轉動功能，使用者只需向上拉動即可實現(xiàn)臺階的攀爬。
結 論
畢業(yè)設計是對大學期間所學只是的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論練習實際的鍛煉，相比以前的幾次課程設計，畢業(yè)設計對所學基礎知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結合。做好本次畢業(yè)設計可以為以后的工作打下堅實的基礎和積累豐富的經驗，因此本次畢業(yè)設計具有很重要的意義。
本次畢業(yè)設計的主要任務是設計用于日常生活的一種多功能用品------多功能推車梯子?！懂厴I(yè)設計說明書》對多功能推車梯子做了簡要介紹。多功能推車梯子的設計是為了解決目前人們日常生活中對于搬運貨物中經常遇到的問題。本設計可以利用手推車、平板車、鏟車三種形態(tài)對物品進行運輸；在遇到樓梯、臺階時，可以利用獨有的爬臺階裝置進行順利的攀爬；在放置和提取位于高處的物品時，又可以利用梯子形態(tài)方便的進行工作。
在設計過程中，遇到了很多前所未有的問題，提高了自己獨立解決問題的能力。通過設計，學到了很多新的知識，熟悉了Pro ENGINEER、AutoCAD、Photo shop等設計軟件的運用，對利用軟件進行機械圖樣的設計的方式基本掌握。提高了自身技術水平，運算能力及運用計算機識圖、制圖和查閱手冊，使用國家標準和信息資源。在設計前，采納了關于人性化設計等方面的建議，對本設計的實用性方面有很大的幫助，讓我確定了結構簡單化、功能多樣化、以人為本的設計理念，這對我今后的設計有很大的幫助。
致 謝
本論文是在指導老師劉傳邵教授、張昌娟老師的悉心指導下完成的。在本設計過程中，多次經劉傳邵教授、張昌娟老師的耐心指導和幫助，并一次次地給我講解，使我2的設計思路明確、豁然開朗，同時指出設計中出現(xiàn)的問題而深入淺出地給我解答。兩位老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標，掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多道理。在此謹向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！
本論文的順利完成，還離不開各位同學和朋友的關心和幫助，在此向羅克、龍威永等同學表示深深的感謝！
由于經驗和水平都是極大的制約因素，所以在設計中難免有諸多錯誤和不足之處，望能得到各位老師和同學的指點和幫助，提出寶貴意見，給予批評指正！
參考資料
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