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金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 畢業(yè)綜合項目成果 （20 屆） 自動晾衣架設計 題 目 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 年 月 日 自動晾衣架設計 **學院**專業(yè) 學生姓名 摘要：晾曬衣服是生活中經(jīng)常會遇到的活動，針對這一頻繁而單調(diào)的工作，如果晾衣架是固定的，無疑增加了辛苦程度，而且還伴有危險。以前，晾衣架最簡單的一種是一根竹竿固定或懸掛在屋頂板下、窗外等地方；現(xiàn)在的居民很多是在天花板下焊接一根鐵管作為晾衣架的掛具，晾衣服時，必須將衣服一件一件地穿上衣架，再用杈子將衣服掛在鐵管上，工作效率低，又不方便，時常將衣服掉地弄臟，而且還不能充分利用陽光。而目前市場上所賣的自動晾衣架只能滿足單一的升降或單一的收縮功能，但升降功能只能解決掛衣服費力的問題卻不能很好的利用陽光資源，而收縮功能剛好相反，只能解決充分利用陽光資源但不能解決費力這個問題。 金華職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)綜合項目成果 目 錄 摘要 1 1 緒論 5 1.1 自動晾衣架在生產(chǎn)和生活中的作用和意義 5 1.2 自動晾衣架國內(nèi)研究發(fā)展情況 5 1.3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向 5 1.4 課題條件 9 2 自動晾衣架設計方案及方案的對比和確定 10 2.1 方案一 10 2.2 方案二 13 2.3 方案的對比和確定 17 第3章 自動晾衣架設計主要結(jié)構(gòu)的計算 18 3.1自動晾衣架的設計參數(shù)要求 18 3.2步進電機的選型 18 3.3蝸輪蝸桿減速器的計算 18 3.4 剪叉式自動晾衣架結(jié)構(gòu)分析 21 3.5 剪叉式自動晾衣架的運動分析 21 3.6 剪叉式自動晾衣架的動力分析 24 3.7 剪叉式自動晾衣架參數(shù)的確定 25 3.7.1 基本幾何尺寸的確定 25 3.8 剪叉式自動晾衣架的校核 26 3.8.1 各鉸接點的受力分析 26 3.8.2 各鉸接點銷的選擇與校核 28 3.8.3 剪叉臂的強度校核 29 4自動晾衣架設計三維建模及仿真動畫 33 4.1 三維建模 33 4.2 運動學分析的簡介 33 4.3 仿真動畫 34 總結(jié) 37 致 謝 38 參考文獻 39 39 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 1 緒論 1.1 自動晾衣架在生產(chǎn)和生活中的作用和意義 自動晾衣架不論是在工業(yè)生產(chǎn)還是我們的日常生活中都有著重要的作用。給我們帶來的利益是非常的多。自動晾衣架的功能特色是非常多的，自動晾衣架就如電梯的性能大同小異，我們在使用自動晾衣架的時候也可以針對自己的需求對自動晾衣架進行設置?？梢娮詣恿酪录軐ξ覀冏饔檬窍喈?shù)拇?。自動晾衣架在我們生產(chǎn)中的應用已經(jīng)非常的普遍了，而且在我們生產(chǎn)中有著重要的作用，尤其是貨物高空操作。 現(xiàn)在經(jīng)濟不斷的發(fā)展，順應社會的需求，生產(chǎn)力不斷的加大，所以自動晾衣架在我們進行高空操作的時候就給我們帶來的重要的作用。自動晾衣架就是上下操作，而且可以給我們提供一個安全穩(wěn)定。 1.2 自動晾衣架國內(nèi)研究發(fā)展情況 　據(jù)權(quán)威媒體調(diào)查統(tǒng)計：“自動升降晾衣架市場需求量將以每年30%的速度復數(shù)增長，這將是家裝建材行業(yè)最后一塊蛋糕”。自動升降晾衣架現(xiàn)代家庭必需品，有房就有晾衣架，發(fā)展?jié)摿Ψ浅４?。隨著中國城市化進程的快速推進，在城市生活的人口將越來越多，城市里每一套房子都將會安裝自動升降晾衣架，市場容量巨大。 　　隨著市場競爭水平不斷的提高，行業(yè)內(nèi)真正有市場運作能力的企業(yè)將有機會形成強勢突圍，引領行業(yè)從價格競爭到品牌競爭的良性發(fā)展，最終成為行業(yè)內(nèi)核心領 導品牌。國內(nèi)現(xiàn)有自動升降晾衣架配件生產(chǎn)廠商約2000家，市場品牌良莠不齊，99%的品牌都停留在拼價格、拼成本的低端競爭水平，現(xiàn)有晾衣架品牌廠商幾 乎都以生產(chǎn)為主(一個企業(yè)的配件種類就多大幾千種，生產(chǎn)管理雜亂，缺少管理人才，更缺少市場營銷人才)，很少關注市場競爭，市場競爭大多停留在低價格的自 然銷售狀態(tài)，代理商個人能力決定品牌在當?shù)氐氖袌稣加新省? 1.3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向 ?　　在中國，晾衣架””一般意指“升降晾衣架”，或所謂的自動晾衣架。分手動、電動兩種。手動（手搖）較為普及。電動之所以未能普及推廣，這是由于整個晾衣架行業(yè)技術(shù)上的不成熟以及售后服務的局限——畢竟是鑲在天花板上，不像小家電一樣容易搬移去維修保養(yǎng)。因而目前，還是手動（手搖）為市場的主導。 ?晾衣架行業(yè)歷史及現(xiàn)狀 ?　　晾衣架是中國一大特色產(chǎn)品，該晾衣架行業(yè)形成至今已有十多年時間，從開創(chuàng)至今技術(shù)不斷改進和變革，其基本組成為：手搖器（負責升降、自鎖），鋼絲，轉(zhuǎn)向器，頂座，晾桿，衣架。手搖器是晾衣架”的核心部件，相當于汽支架的發(fā)動機！備受關注。經(jīng)歷了數(shù)年的磨合，晾衣架行業(yè)質(zhì)量逐漸趨向穩(wěn)定。 晾衣架作為每天使用的家居用品，如今已經(jīng)成為許多家庭的生活必需品。作為消費者來說，選擇品牌關鍵是貨真價實。其結(jié)構(gòu)、用料、做工等均是不可或缺的商品組成部分，質(zhì)量和售后服務更是該晾衣架行業(yè)生產(chǎn)商生存與發(fā)展的永恒構(gòu)成。　 晾衣架——如今，已經(jīng)不僅僅是一個晾衣服的工具。 晾衣架，發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅是一個晾衣服的工具。除了實用性很強外，更是一個頗具裝飾性的。晾衣架行業(yè)發(fā)展及未來 ?　　晾衣架不僅僅是一個裝飾品，更是一個功能性的產(chǎn)品。目前晾衣架的功能”已經(jīng)普遍得到消費者的認可，已經(jīng)形成一個晾衣架行業(yè)?；貧w產(chǎn)品本身——走質(zhì)量、特色路線：不斷改良、創(chuàng)新，引領晾衣架行業(yè)重新重視質(zhì)量。實用的產(chǎn)品，質(zhì)量才是永恒的。只有質(zhì)量被大眾接收，晾衣架行業(yè)才可持續(xù)健康發(fā)展。換言之，只要功能、質(zhì)量普遍被認可，晾衣架將會成為居民生活一個必需品。而競爭激烈的未來，特色將是吸引顧客的重要要素！ 電動晾衣架--來自鋼絲繩手搖晾衣架的華麗蛻變，使用電機驅(qū)動，且功能多樣，又稱電動晾衣機。根據(jù)“瀟湘”網(wǎng)友的研究，電動晾衣架最精辟的定義就是升降機械。作為家電，它的正式名稱應該叫電動晾衣機。 第一代電動晾衣架由主機系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、晾衣系統(tǒng)三部分組成。主機組要由吸頂承重、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、照明等組成；升降系統(tǒng)由鋼絲繩和鋁制XX伸縮架構(gòu)成；晾衣系統(tǒng)由架托和晾桿組成。電動晾衣架的基本功能是為家庭和旅館等各類用戶提供自動化的晾衣、晾被等解決方案。 第一代電動晾衣架對現(xiàn)代生活最大的貢獻是高品質(zhì)生活的舒適性。一旦使用過電動晾衣架晾衣，人類就會習慣于現(xiàn)代生活“懶惰性”的愜意。對老人、小孩、孕婦、弱勢人群而言這是一種現(xiàn)代必需型家電。 電動晾衣架集成照明、居家裝飾、安全防護等增值功能；適用于別墅、度假村、公寓樓和各類中高端住宅小區(qū)；一般安裝在陽臺或者靠近窗戶的屋頂上。它是一個頗具裝飾性的產(chǎn)品，已經(jīng)成為陽臺上一道亮麗的風景線。 第一代電動晾衣架的散件成本大約為三百到四百元，銷售價格最高為三千多元，它創(chuàng)造了家電行業(yè)百分之一千利潤神話。毒品級的利潤吸引了大量的粗制爛造的手工作坊加入，他們唯一的目的就是撈一把就走。 根據(jù)未經(jīng)證實的國家統(tǒng)計局資料，2010年電動晾衣架銷售60萬臺，2013年預測將達91萬臺，2014年將超過百萬規(guī)模。 目前，第二代電動晾衣架已經(jīng)出現(xiàn)。產(chǎn)品高品質(zhì)高性能低成本，這是革命性的創(chuàng)造發(fā)明。第一代電動晾衣架經(jīng)銷商普遍采用“懶人”營銷模式，夸大產(chǎn)品功能，隱瞞產(chǎn)品缺陷，謀求低成本低品質(zhì)高暴利高價格的營銷模式。他們往往推出了各種光怪華麗的技術(shù)和功能指標。 1、盡量包裝電動晾衣架的外殼。為了讓消費者多掏錢，采用豪華的設計，用鋁鎂合金材質(zhì)制作機身，外觀看上去經(jīng)典簡約、流線時尚；晾桿采用航空鋁材或者不銹鋼增加視覺沖擊效果。 2、最求高利潤千方百計提升利潤來源。增加各種名稱的“技術(shù)”如：智能技術(shù)、消毒、風干、防風架、矢量平衡升降技術(shù)、負離子凈化等等，這些功能繁雜完全是廢物功能甚至危害人身健康。 3、漏洞百出的宣傳，缺乏專業(yè)營銷廣告。沒有任何一家企業(yè)經(jīng)過信用評估，沒有任何一家企業(yè)請過國家質(zhì)檢總局測試過產(chǎn)品性能。 為了識別無良廠商和黑心經(jīng)銷商的宣傳，特向廣大消費者提供第一代產(chǎn)品功能的善意提示。 A：紫外消毒功能。紫外線本身適用于餐具消毒，對衣服等消毒能力很差，這是設計者無知用錯了地方。紫外消毒必須垂直輻射接觸面，衣服的褶皺和垂直掛塞影響消毒效果，至于衣物內(nèi)面更是無法消毒。 在家電里面，最佳的消毒方式是在洗衣機中洗滌的同時，靠洗滌液或者消毒液對衣物從內(nèi)到外的全方位消毒。電動晾衣架的紫外消毒燈發(fā)出的高強度輻射對人或者動物的眼睛有嚴重危害，紫外線對皮膚有致癌作用，輻射還會對高檔毛料、絲綢、皮草造成老化、脆化等危害。不要聽信廠商欺騙宣傳，為了自身安全千萬不要選用。如果遇到傷害可以索取賠償。 B：風干和烘干系統(tǒng)。沒有正確利用水汽蒸發(fā)原理，靠電腦風扇吹干衣服，這是一種笑話。電動晾衣架的本質(zhì)是利用陽光晾曬衣服，人工干衣完全可以用高效率的烘干機。 C：障礙安全問題：晾桿升降過程中可能會遇到障礙物或者拉扯，這個時候要及時停機保護。目前的機械式遇阻停機功能僅能部分實現(xiàn)失載停機。如果遇到障礙物體重壓式的晾桿障礙，還是會造成人或者機器損傷。 D：風阻安全問題：鋼絲繩和伸縮架組成的懸吊結(jié)構(gòu)，縱向和橫向擺動大。遇到大風不管哪種擺動都可能照成衣服吹落，晾桿砸壞陽臺玻璃或者傷人的問題。 E：產(chǎn)品質(zhì)量問題：電動晾衣架的行業(yè)平均全壽命使用故障在10%左右，家電標準是千分之三。獨立的消費者組織評估，家電在實際使用過程中存在在不可抗拒外在力量和顧客非法操作的情況，這不是產(chǎn)品本身設計缺陷，國際水準的家電的實際使用故障率不超過1%。 F：負離子功能。陽臺空氣經(jīng)常流通，質(zhì)量不差，怕的是外來污染空氣。負離子根本無法有效凈化空氣中的有毒有害成分。目前家庭級的空氣凈化裝置從效率和成本來說都沒有有效解決手段。這又是一個廢物功能。 G：紅外遙控功能。一種最普通的家電技術(shù)，包裝后詭稱為智能控制技術(shù)，不知道智能在哪一點。 H：節(jié)能環(huán)保。很多生產(chǎn)商連環(huán)保科學定義都不知道，省電不等于環(huán)保，第一代電動晾衣架企業(yè)沒有任何一家有能力設計出節(jié)電技術(shù)。 第一代電動晾衣架行業(yè)的企業(yè)非常弱小，絕大多數(shù)企業(yè)都是幾個人十幾個人的手工作坊，最多企業(yè)的年產(chǎn)不過數(shù)萬臺。從業(yè)人員良莠不齊，缺乏國際水準的設計人員。相比家電行業(yè)百萬的入門門檻，整個行業(yè)都是弱、小、散的發(fā)展狀態(tài)。 這些微小型企業(yè)嚴重缺乏信用機制的建立，無論廣告和產(chǎn)品都等同于保健產(chǎn)品的信用等級，消費者千萬要注意自我保護。 國內(nèi)具備電動晾衣機生產(chǎn)能力的廠家成百上千。大多數(shù)企業(yè)既做手搖晾衣架、同時又做著電動晾衣架。多數(shù)企業(yè)主是文盲和半文盲，絕大多數(shù)企業(yè)都是代工和貼牌，不 懂技術(shù)研發(fā)，不懂研發(fā)管理，有個業(yè)余級的外觀設計就以為很有實力。沒有一家企業(yè)達到家電企業(yè)的標準，沒有一家企業(yè)能夠做到3C整機認證，沒有一家企業(yè)為自 己的信用過失和技術(shù)過失向消費者道過謙。 行業(yè)發(fā)展從開拓期走向大規(guī)模制造的啟動期，技術(shù)研發(fā)成了競爭勝負的關鍵。電動晾衣機本質(zhì)是白色家電中低檔制造工業(yè)，技術(shù)水平不需要很高。 目前行業(yè)內(nèi)最領先的設計師，有人第一個完成電動晾衣架工業(yè)行業(yè)各種定義理論研究。一門學科能成為科學，它的第一個定義必須科學。目前有人把電動晾衣架行業(yè)理論研究從經(jīng)驗積累提高到現(xiàn)代工科水準。 有優(yōu)秀的設計師第一個規(guī)劃新一代產(chǎn)品的主要性能指標和發(fā)展方向。采用歐美國家研發(fā)競爭模式已經(jīng)開發(fā)出第二代、第三 代、第四代電動晾衣架核心機并申請專利。新的換代產(chǎn)品升降平穩(wěn)迅速，安全性能達到歐美以人為本的標準，產(chǎn)品質(zhì)量等夠達到家電行業(yè)標準，成本一代比一代低， 這是無法逾越的競爭優(yōu)勢。我們期待這個行業(yè)能成為中國原產(chǎn)第一個的新型家電行業(yè)，也期待中國人為世界貢獻了第一個新的家電行業(yè)。 1.4 課題條件 自隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)的進步，社會競爭也越來越激烈，為了提高企業(yè)生產(chǎn)速度，減輕工人的勞動強度，并且實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，人們設計了可以減少人力物力并且能夠出色完成任務的自動晾衣架。自動晾衣架的種類比較繁多，根據(jù)不同的用途、自動晾衣架的結(jié)構(gòu)、動力傳遞形式以及規(guī)格會有不同的選擇和設計。 機械傳動方式的特點是零件加工相對要求不高、結(jié)構(gòu)較簡單、加工容易、維修方便、適應環(huán)境能力強、抗沖擊性能好、可實現(xiàn)準確到位，并有自鎖功能、不污染環(huán)境。研制安全、可靠的電機驅(qū)動的剪叉式自動晾衣架，將有利于保證高空作業(yè)的安全，具有一定的實用價值。 具體研究內(nèi)容及要求包括： 1. 查找相關文獻，分析自動晾衣架的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 2. 設計剪叉式自動晾衣架的機械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設計要求選用元器件和校核結(jié)構(gòu)件強度。 2 自動晾衣架設計方案及方案的對比和確定 2.1 方案一 從既可以升降又可以收縮這一方向，我們首先想到的是四桿機構(gòu)，如圖1通過雙搖桿機構(gòu)（1）與（3）帶動（2）由豎直位置轉(zhuǎn)動到水平位置，以實現(xiàn)升降的過程，（2）上帶有導軌，可以實現(xiàn)收縮的功能，在水平位置時，通過（4）擋板，使其固定。 圖1 講到固定的問題，我們又想到了四桿機構(gòu)中的死點，如圖2用搖桿作為原動件可以使其固定在陽臺外側(cè)。 圖2 傳動問題，我們想到可以用直齒輪傳動、蝸輪蝸桿、斜齒輪傳動等。原動力的提供，可以通過電機，或者人工手柄的形式。圖3蝸輪蝸桿傳動： 圖3 綜合以上的想法，我們有了初步的目標，即通過電動機的帶動，使蝸輪蝸桿傳動，帶動四桿轉(zhuǎn)動，從而帶動衣架上升，再利用死點使其固定在最高點。再通過拉動繩索通過滑輪使裝在帶有導軌的連桿上的晾衣桿運動。 圖4是在最低點時掛衣服狀態(tài)。 圖4 掛好衣服后，通電后，電動機工作，帶動晾衣架轉(zhuǎn)動到最高點。圖5是在最高點并且在陽臺外側(cè)晾曬的狀態(tài)。若為陰天，則可以通過手動的方式，轉(zhuǎn)動手柄，利用摩擦力的作用，使得繩子帶動晾衣桿（2）運動到陽臺內(nèi)側(cè)，避免淋雨。 圖5 圖6 圖6側(cè)為俯視圖，此時晾衣桿在陽臺內(nèi)側(cè)。右側(cè)的圖為手動機構(gòu)以解決滑動的問題。 工作原理 過程一： 衣架轉(zhuǎn)動 蝸桿 減速器 電動機 過程二： 曬衣桿滑動 圓盤 蝸輪 蝸桿 手柄 過程一通過（9）綜合箱體（含有電動機和減速器）的作用，帶動（10）蝸桿運動，從而帶動（8）渦輪的運動。焊接在蝸輪上的（5）搖桿也隨著蝸輪運動，就帶動整個晾衣架的運動，現(xiàn)升降的問題。在最高點時處于在陽臺外側(cè)工作狀態(tài)。 陰天時，不讓衣物在陽臺外側(cè)，通過過程二，通過手柄的搖動，使蝸桿轉(zhuǎn)動，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，黏貼在蝸輪上的（14）圓盤也隨著渦輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，（18）繃直的繩子在摩擦力的作用下帶動（2）桿（曬衣桿）滑動。從而實現(xiàn)收縮的功能。 機構(gòu)運動簡圖（圖7 圖7 2.2 方案二 設計思路 通過在網(wǎng)上的資料收集，我們小組發(fā)現(xiàn)目前市場上賣的伸縮晾衣架大部分是用幾組桿鉸接而成的，如圖8。 圖8 但上訴的機構(gòu)只能滿足伸縮的要求，所以我們想到螺孔與螺釘?shù)呐浜?，把伸縮機構(gòu)裝置在帶有螺紋的桿件上，通過轉(zhuǎn)動桿件使得整個機構(gòu)上升。如圖9示： 圖9 綜上所述，我們小組所想的第二個方案可分為兩個部分：一是通過手柄控制晾衣架的收縮，二是通過電機帶動控制晾衣架的升降。如圖10，該圖為裝在墻壁的左側(cè)機構(gòu)，該機構(gòu)為整個晾衣架機構(gòu)收縮的主動機構(gòu)，通過手柄帶動左側(cè)的絲桿（13）轉(zhuǎn)動，使兩邊的連桿活動基座（9）上升，從而帶動伸縮。左右兩側(cè)都裝有電動機，是對升降提供動力。圖11，圖12分別是中間機構(gòu)和右側(cè)機構(gòu)。 圖10（左側(cè)機構(gòu)） 圖11中間機構(gòu)（晾衣架） 圖12右側(cè)機構(gòu) 圖13為整個晾衣架的斜視圖： 圖13 運動原理 升降過程： 伸縮機架升降 旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動 圓錐齒輪傳動 電動機 伸縮過程： 晾衣桿伸縮 活動基座升降 手柄轉(zhuǎn)動 旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動 伸縮，主要由主機架（4）、衣架連桿（6）、旋轉(zhuǎn)絲桿（13）、連桿活動基座（9）、橫向晾衣桿（15）以及左側(cè)導向軌（10）和右側(cè)導向軌（20）構(gòu)成；在主機架（4）的前端面上，上部導向軌固定基座（5）和下部導向軌固定基座（11）分別將左側(cè)導向軌（10）和右側(cè)導向軌（20）固定，左側(cè)導向軌（10）和右側(cè)導向軌（20）同時穿過連桿活動基座（9）內(nèi)部的光孔，連桿活動基座（9）可以在左側(cè)導向軌（10）和右側(cè)導向軌（20）垂直滑動上；衣架連桿中心銷軸（7）穿過衣架連桿（6）上的衣架連桿中心軸孔（8）將兩個衣架連桿（6）相鉸連，兩個相互鉸連后的衣架連桿（6）又通過衣架連桿端部連接軸孔（16）和橫向晾衣桿（15）相互鉸連，最后，鉸連后的衣架連桿（6）一端與上部導向軌固定基座（5）相鉸連，另一端與連桿活動基座（9）相鉸連；旋轉(zhuǎn)絲桿（13）穿過連桿活動基座（9）側(cè)面的螺紋孔，并通過絲桿上端固定基座（14）和絲桿下端固定基座（19）固定在主機架（4）的右側(cè)端面上；使用時，先利用水平固定架（1）和垂直固定架（12）將主機架（4）固定，將需要晾曬的衣物放置在橫向晾衣桿（15）上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)輪（3）可以帶動旋轉(zhuǎn)絲桿（13）旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)絲桿（13）螺紋摩擦力的作用下，連桿活動基座（9）在左側(cè)導向軌（10）和右側(cè)導向軌（20）垂直滑動上，連桿活動基座（9）又帶動了鉸連后的衣架連桿（6）之間的鉸連運動，從而實現(xiàn)了晾衣架可以伸縮的目的。 升降，把伸縮的主機架（4）固定于升降機架，把帶有螺紋瞳孔的水平固定架（1）與長旋轉(zhuǎn)絲桿（26）配合，在電動機（23）的帶動下，使圓錐齒輪（25）轉(zhuǎn)動，再帶動圓錐齒輪（22），從而使長旋轉(zhuǎn)絲桿運動，使得，伸縮裝置可以升降。 機構(gòu)運動簡圖 伸縮機構(gòu)運動簡圖：（圖14） 圖14 升降機構(gòu)運動簡圖：（圖15） 圖15 2.3 方案的對比和確定 具體方案 比較內(nèi)容 方案一 方案二 美觀程度 一般 較美觀 運動難易程度 較容易 較費力 性價比 較高 較低 效率 較高 中等 占地空間 較大 較小 通過比較，主要考慮成本問題和運動難易程度問題，決定在第2種方案進行改進， 通過電動機進行控制操作。 實物圖片 第3章 自動晾衣架設計主要結(jié)構(gòu)的計算 3.1自動晾衣架的設計參數(shù)要求 載重量為50Kg 上升高度最小為0.5m 上升速度0.2m/s 3.2步進電機的選型 根據(jù)P=FV=50X10X0.2m/s=100W 所以可以選擇下面的步進電機 步進電機 型號 電壓 頻率 轉(zhuǎn)速 輸入電流 110TD-1 220V 50HZ 60r/min 0.6A 輸入功率 轉(zhuǎn)矩 外形尺寸 110W 2.92Nm 3.3蝸輪蝸桿減速器的計算 選取傳動比（自鎖），蝸桿頭數(shù)，蝸桿分度圓直徑，蝸輪齒數(shù)，變位系數(shù)，模數(shù)，中心距。 計算得蝸輪蝸桿以下數(shù)據(jù): 蝸輪分度圓直徑 齒頂圓直徑 蝸牛桿齒根圓直徑 蝸桿齒根高 蝸牛桿齒頂高 蝸桿軸向齒距 蝸桿導程角: ，， 蝸桿寬度 蝸輪齒頂高 蝸輪齒高 蝸輪齒根高 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪齒寬 蝸輪齒寬角 材料選擇：表面淬火，鋼，硬度HRC5055。 齒面接觸強度計算： —材料彈性系數(shù)，表， —接觸系數(shù)，根據(jù)蝸桿的類型及蝸桿分度圓直徑與中心距比 值查圖， —嚙合中心距， —蝸牛輪矩， — 使用系數(shù)，查表， —使用接觸應力 —蝸牛輪輪齒材料接觸疲勞極限，查表2.5-1， —壽命系數(shù)，,取 —轉(zhuǎn)速系數(shù)， —最小安全系數(shù)，，取 計算 即,齒面接觸強度符合條件。 蝸輪輪齒的彎曲強度計算: 由于蝸牛輪輪齒的齒形比較復雜，要精確計算比較困難，實踐經(jīng)驗證明，齒根彎曲強度主要與模數(shù)m和齒寬這兩個主要的幾何參數(shù)有關，故可用簡單條件計算法來校核。 —蝸輪的圓周力， —使用系數(shù)， —蝸桿軸向模數(shù)， —蝸輪齒寬， —許用系數(shù) —輪齒彎曲計算時的極限U系數(shù)，查表25-1, —彎曲強度的最小安全系數(shù)，取,取 計算 可見，蝸輪輪齒彎曲強度條件符合。 蝸桿軸的剛度計算 剛度不足會導致蝸桿副的不常嚙合，造成偏載，加劇磨損，故應驗算蝸桿軸的剛度。 蝸桿軸的最大撓度（） —蝸桿圓周力（N）， —蝸桿徑向力（N）， —蝸桿材料的彈性模量，對于鋼 —蝸桿危險截面處的慣性矩， —蝸桿軸承間的跨距，計算時可以取，取1.3 —極限撓度，淬硬蝸桿 計算 蝸桿剛度條件符合。 3.4 剪叉式自動晾衣架結(jié)構(gòu)分析 為了保證工作更加安全，剪叉臂與水平的最大允許角度為45°。 如圖4.1所示，臂AE、CE、BD、BF均相等，剪叉臂AE和BF通過H點鉸接，臂BD和F點與鉸接，C點與托架鉸接；鉸接點A在N的作用下能夠在水平滑槽中移動，另外鉸接點D也能水平移動，且與A點的運動方向相反。由于點A和D的移動，從而支架廂在垂直面內(nèi)升降并伴隨有少量水平位移。 3.5 剪叉式自動晾衣架的運動分析 在上升過程中以一定的速度推動滑快A向后移動，A點的速度為νA；由于A點的水平移動帶動雙級剪式機構(gòu)運動，從而使得∠BFA發(fā)生變化，即由初始位置的φ0變?yōu)棣?=φ0+θ；因為剪式機構(gòu)的運動帶動點D同時向上和向前移動，所以臺面DF在整個過程中向上向后移動（傾斜做準備）。其中點B和點H的瞬時速度分別為νB和νH；點D的水平和垂直速度分別為νDx和νDy；支架廂支撐臺面的水平和垂直平移速度分別為νX和νY。 桿BF上B點、H點的瞬時轉(zhuǎn)動中心都為F點，從而可求得（取移動的方向為正方向，即水平向右和垂直向上為正向），其運動簡圖如圖4.2所示。 B點的運動速度νB： （4-1） 圖4.2剪叉式自動晾衣架運動分析簡圖 （4-2） 點H分別相對于點A、F以相同的角速度ω轉(zhuǎn)動，其中點A又以速度νA水平移動,而點F靜止不動，于是可得： H點相對于點F的運動速度νHF： （4-3） （4-4） H點相對于點A以角速度ω運動的速度νHA： （4-5） （4-6） 則點H的水平和垂直速度和: （4-7） （4-8） 且， 則： （4-9） D點相對于B點以角速度ω轉(zhuǎn)動，則D點速度: （4-10） （4-11）將式（4-1）、（4-2）代入上式可得： （4-12） D點的升降速度與支架廂支撐臺面的升降速度一致，因此臺面上升速度ν （4-13） 由于等臂雙級剪式機構(gòu)的運動特點—點A、B、C始終在一條垂直線上，同樣點D、E、F也始終在同一鉛垂線上。從上述計算中可以發(fā)現(xiàn)，在支架廂被舉升的整個過程中，點D、E、F沒有發(fā)生位移，即D、E、F三點只在垂直方向上有位移；那么支架廂在舉升過程中的水平移動量只取決于點A的水平移動量，則臺面的水平運動速度： 又因為滑快A由油缸Ⅰ直接水平推動，所以油缸Ⅰ活塞的運動速度： 則： （4-14） （4-15） （4-16） 3.6 剪叉式自動晾衣架的動力分析 剪式剪叉式自動晾衣架，不計剪式機構(gòu)的重力和各種摩擦力，則該質(zhì)點系具有理想約束，因此可以用虛位移原理求解其所受各力的相互關系。 虛位移原理：又稱分析靜力學的原理是所有作用在質(zhì)點系上的主動力對其作用點的虛位移所作的虛功之和為零。對n個質(zhì)點組成的質(zhì)點系，其數(shù)學表達式為： （4-17） 式中Fi和δri分別表示第i個力和它的虛位移。圖4.3中雙級剪式剪叉式自動晾衣架所受的主動力為重力G（包括裝載質(zhì)量me，支架廂質(zhì)量m1，支架廂支撐臺面質(zhì)量m2）和水平油缸的水平推力FN。 由虛位移原理可得 （4-18） 上式中兩虛位移的關系 則： （4-19） 由式（4-19）可知，在一定裝載質(zhì)量的情況下，油缸活塞對滑塊A的水平推力隨角度θ（θ為桿BF繞點F轉(zhuǎn)過的角度）變化而變化。根據(jù)設計要求的荷重和剪叉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，可求出在整個升程范圍內(nèi)油缸活塞的推力，以此作為油缸選擇設計的依據(jù)。 3.7 剪叉式自動晾衣架參數(shù)的確定 3.7.1 基本幾何尺寸的確定 如圖4.4所示，AC、CE、BD、BF為桿長相等的四桿，AE與BF，CE與BD鉸接與中點H、G、A、D為滑動鉸接。 設，初始位置，當?shù)竭_最大升程時；由幾何關系可得： （4-20） （4-21） 為了使整個剪叉式自動晾衣架不底部安裝空間，需滿足： （4-22） （4-23） 取，聯(lián)立（4-20）、（4-21）、（4-22）、（4-23）求解并圓整得： 3.8 剪叉式自動晾衣架的校核 本次設計的雙級剪式剪叉式自動晾衣架各鉸接點均采用同型號的雙頭螺紋銷連接，因此在對該機構(gòu)進行校核的時候，除了要對剪叉臂進行強度校核外，還要對各鉸接點的銷軸進行強度校核。由于在該機構(gòu)的運動過程中各鉸接點的受力在不斷變化，只需最大受力點進行校核。 3.8.1 各鉸接點的受力分析 結(jié)合雙級剪式剪叉式自動晾衣架的結(jié)構(gòu)和運動特點，對其進行整體受力分析，如圖4.5所示。設貨物重心與C點的距離K，A、D點的滑動摩擦系數(shù)f，不計雙級剪式機構(gòu)的自身重力和內(nèi)部摩擦力。 ①將貨物對該機構(gòu)的作用力分解到C、D兩點上 根據(jù)力學定理可得： （4-25） （4-26） （4-27） ②將剪式機構(gòu)看作一個整體，根據(jù)力學定理可得A、F點的受力情況： （4-28） （4-29） （4-30） （4-31） ③對臂AHE及CGE隔離受力分析，如圖4.6所示，根據(jù)力學定理可得： 圖4.6 剪叉臂受力簡圖（a） 則： （4-32） 則： （4-33） 聯(lián)立式（4-32）和（4-33），得 （4-34） 對E點取矩， （4-35） 將式（4-25）、（4-26）、（4-28）、（4-29）及（4-34）代入式（4-35），則： （4-36） （4-37） （4-38） ④以臂BGD為隔離研究對象，如圖4-7所示。 圖4.7 剪叉臂受力簡圖（b） 則： （4-39） 3.8.2 各鉸接點銷的選擇與校核 考慮到整體布局需要，以及結(jié)合裝配草圖，根據(jù)摩擦副的特性，取。 對上述各鉸接點在任意角度時的計算公式的分析計算，可知H點承受的作用力最大，且當時作用在H點的力最大。 由式（4-37）知，當時 KN KN 銷軸均用45鋼制造，作調(diào)質(zhì)處理，其屈服強度[]=355MPa，選擇安全系數(shù)為2，其許用剪切應力[]=0.5[]=177.5MPa。考慮到生產(chǎn)制造的方便、節(jié)省制造工時，在使用材料允許的條件下，該機構(gòu)交接的雙頭螺紋銷均采用同一直徑，取mm。 MPa 因此，該機構(gòu)所有鉸接點選用的銷均滿足強度要求。 3.8.3 剪叉臂的強度校核 由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖3-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時滿足強度要求，則該剪叉臂即滿足強度要求。當機構(gòu)在最低位置時，的值最小，即值最大。參照圖3-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子： ...................................................................(7.1) ...................................................................(7.2) ...................................................................(7.3) ...................................................................(7.4) ............................................................................(7.5) .............................................................................(7.6) ...................................................................(7.7) .................................................................(7.8) 圖3-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖 各力分解后的受力圖如圖3-2(a)所示，彎矩圖見圖3-2(c) 圖3-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖 剪叉臂的g處由于是有一個肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖3-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點處，但需校核e、k兩點處的強度，且圖中有，，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，，，如圖3-3所示，圖3-3（a）是e點處的截面圖，圖3-3（b）是k點處的截面圖。 e點處的抗彎截面系數(shù)為 k點處的抗彎截面系數(shù)為 圖3-3 剪叉臂e、k兩點處的截面圖 因為當時，此時e、k兩點的彎矩最大，且由式（7.8）得， ，則 選擇材料為，參照參考文獻[1]，，所以是安全的。 4自動晾衣架設計三維建模及仿真動畫 4.1 三維建模 把自動晾衣架各個零件裝配起來組成一個整體的結(jié)構(gòu)圖，如下圖 圖5-20 自動晾衣架模型圖 4.2 運動學分析的簡介 機構(gòu)是由構(gòu)建組合而成的，而每個構(gòu)件都以一定的方式至少與另一個構(gòu)件相連接。這種連接，既使兩個構(gòu)件直接接觸，又使兩個構(gòu)件能產(chǎn)生一定的相對運動。 進行機構(gòu)運動仿真的前提就是要創(chuàng)建機構(gòu)。創(chuàng)建機構(gòu)與零件裝配都是將單個零部件組裝成一個完整的機構(gòu)模型。因此兩者有很多相似之處。、 機構(gòu)運動仿真與零件裝配，兩者都在組建模式下進行。創(chuàng)建機構(gòu)是利用操控板中的“預定義連接集”列表選擇預定義的連接集，而零件裝配是利用操控板中的“用戶定義飛連接集”來安裝各個零部件。由零件裝配得到的裝配體，其內(nèi)部的零部件之間沒有相對運動，而由連接得到的機構(gòu)，其內(nèi)部的構(gòu)件之間家可以產(chǎn)生一定的相對運動。 以下就簡單介紹一下機構(gòu)運動仿真的基本術(shù)語： UCS：用戶坐標系 WCS：全局坐標系。組件的全局坐標系，它包括用于組件及該組件內(nèi)所有主體的全局坐標系。 放置約束：組建中放置元件并限制該元件在組件中運動的圖元。 環(huán)連接：添加后使連接主體鏈中形成環(huán)的連接。 自由度：確定一個系統(tǒng)的運動（或狀態(tài)）所必須的獨立參變量。連接的作用是約束主體之間的相對運動，減少系統(tǒng)可能的總自由度。 主體：機構(gòu)模型的基本元件。主體是受嚴格控制的一組零件，在組內(nèi)沒有自由度。 基礎：不運動的主體，即大地或者機架。其他主體相對于基礎運動。在仿真 時，可以定義多個基礎。 預定義的連接集：預定義的連接集可以定義實用哪些放置約束在模型中放置元件、限制主體之間的相對運動、減少系統(tǒng)可能的總自由度及定義元件在機構(gòu)中可能具有的運動類型。 拖動：在圖形窗口上，用鼠標拾取并移動機構(gòu)。 回放：記錄并重放分析運動的操作技能。 伺服電動機：定義一個主體相對于另一個主體運動的方式。 執(zhí)行電動機：作用于旋轉(zhuǎn)或平移運動軸上而引起運動的力。 在機械設計運動研究中，用戶可以通過對機構(gòu)添加運動，使其隨伺服電動機一起移動，并且在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析其運動。使用運動分析可以觀察機構(gòu)的運動，并測量主體位置、速度和加速度的改變。然后用圖標表達這些測量，或者創(chuàng)建軌跡曲線和運動包絡。 根據(jù)以上分析，機械運動仿真總體上可以分為六個部分：創(chuàng)建圖元、檢測模型、添加建模圖元、準備分析、分析模型和獲取結(jié)果[9]。 4.3 仿真動畫 首先定義伺服電動機，確定運動軸及運動方向，其次是定義輪廓中的速度，此速度為小齒輪也就是主動輪的轉(zhuǎn)速（單位為），此速度是根據(jù)從動輪的轉(zhuǎn)速來確定的： 圖4-1電機轉(zhuǎn)速 然后在類型中選定運動學，在分析定義中輸入周期1.25，為了測量精確，把幀數(shù)改為100，則最小間隔為0.01，然后點擊運行即可運行，接著就是測出位移、速度、加速度曲線，只需要點擊測量結(jié)果即可繪出曲線。 具體步驟如下圖6-2所示： 圖 4-2分析定義 總結(jié) 經(jīng)過幾個月的時間，我的畢業(yè)設計終于完成了。這段時間里，我們付出了很多，也收獲了很多，我們遇到了很多困難，也得到了很多幫助，大學就這樣要過去了，我們能有這樣的付出和收獲，我們感到滿足。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，使大學四年里學到的東西重新得到鞏固并在一些方面有了更新的認識。剛拿到這個題目時不知道這是什么，只記得以前做實驗時用過，也沒注意具體是什么結(jié)構(gòu)。經(jīng)過開始一段時間的調(diào)研，上網(wǎng)查找，到實驗室實地觀察，請教老師，一系列問題得到解決，具體方案越來越清晰。到最后各結(jié)構(gòu)的設計等，這些將以前學過的東西全都融合起來，使我們對所接觸到的知識的理解更加深入。 在畢業(yè)設計過程中，XX老師和同學們給了很大的幫助，很多以前自己忽略的東西經(jīng)過老師、同學的提示有了新的體會，使所學知識更加鞏固。畢業(yè)后就要參加工作，應該會遇到更多的困難，我們相信在大學里學到的這些知識，能夠使我們更容易接受新的知識，學習新的技能，更快的適應新的工作，新的環(huán)境。 感謝學院各位老師的培養(yǎng)，感謝老師的評閱。 致 謝 我要感謝我的指導教師XX老師。老師雖身負教學、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院所有教過我的老師，是你們讓我成熟成長；感謝學院的各位工作人員，他細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心之感卻揮之不去。論文寫作的過程并不輕松，工作的壓力時時襲擾，知識的積累尚欠火候，于是，我只能一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮筆疾書。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一篇具有一定學術(shù)價值的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品嘗。 四年的艱苦跋涉，幾個月的精心準備，畢業(yè)論文終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負，敲完最后一個字符，重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果，但對我而言，是寶貴的。它是無數(shù)教誨、關愛和幫助的結(jié)果。 謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關懷，是我前進的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。 參考文獻 [1]現(xiàn)代機械傳動手冊，機械工業(yè)出版社。 [2]全國最新機電產(chǎn)品大全，北京笠學技術(shù)出版社。 [3]機械設計，潭慶昌 編，高等教育出版社。 [4]機械設計圖冊，成大先 編，化學工業(yè)出版社。 [5]常用軸承技術(shù)手冊，卜炎 編，機械工業(yè)出版社。 [6]滾動軸承產(chǎn)品樣本，中國工業(yè)出版社。 [7]中國機電產(chǎn)品目錄，國家機械工業(yè)局 編，機械工業(yè)出版社。 [8]機械設計手冊，機械工業(yè)出版式社。 [9]材料力學，吉林科學出版社。 [10]機械設計/譚慶昌，趙洪志主編.－北京：高等教育出版社，2004.7 [11]工程分析及電子樣機模擬：CATIA V5在工程實踐中的應該/高秀華等編著.－北京：化學工業(yè)出版社，2004.8 [12]材料力學/聶毓琴，孟廣偉主編.－北京：機械工業(yè)出版社，2004.2 [13]機電傳動控制/鄧星鐘 主編 武漢：華中科技大學出版社，2001.3