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機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目: 半自動晾衣架 班 級: 組 別: 學(xué) 號: 姓 名: 時 間: 2010年5月31號—6月11號 2010年 6月11日 目錄 一、設(shè)計任務(wù)書 1.1基本目的 1.2設(shè)計要求 二、設(shè)計題目簡介 三、設(shè)計方案及方案的對比和確定 3.1方案1 3.2方案2 3.3方案的對比和確定 四、設(shè)計方案分析 4.1位移功能運動分析 4.2受力分析 4.3強度校核 五、心得體會 六、參考文獻 一、設(shè)計任務(wù)書 1.1基本目的： 1） 使學(xué)生初步了解機械設(shè)計的全過程，得到根據(jù)功能需要擬定機械運動方案的訓(xùn)練，初步具備的機構(gòu)選型、組合和確定運動方案的能力； 2）以機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計為切入點，把機械原理課程各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識； 3)使學(xué)生掌握機械運動方案設(shè)計的內(nèi)容，方法，步驟，并對動力分析與設(shè)計有一個較完整的概念； 4)進一步提高學(xué)生運算，繪圖以及運用計算機和技術(shù)資料的能力； 5)通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達，歸納，總結(jié)的能力； 6)培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題的能力和創(chuàng)新能力。 1.2設(shè)計要求 1)晾衣架能自動升降以緩解舉手晾衣的麻煩； 2)晾衣架能自動伸出和縮回，既充分利用了陽光，減少事故隱患又不影響整個小去區(qū)的總體美觀； 3)足夠的承載力； 4)操作方便，省力。 二、設(shè)計題目簡介 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。針對目前這種情況，我們小組通過這學(xué)期對《機械原理》的學(xué)習(xí)，設(shè)計一款實用的半自動晾衣架， 希望能為所有的家庭主婦帶來方便。 三、設(shè)計方案及方案的對比和確定 3.1 方案1 1、設(shè)計思路 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(dǎo)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(biāo)，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(dǎo)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。 2、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。 3、機構(gòu)運動簡圖（圖7 圖7 下圖為在平臺所搭建的實物圖： 4、規(guī)格數(shù)量表： 名稱 規(guī)格（mm） 數(shù)量 1帶導(dǎo)軌的平行框 200050x2000 1 2桿（管） 302500 1 3滾輪 50 2 4鋼繩 2 5搖桿 20x900 2 6連桿 20x970 2 7曲柄 20x440 2 8蝸輪 300（外徑）50（厚度） 3 9綜合箱(電動機) 1440r/min 100w 2 10蝸桿 80（外徑）100（長）i=31:1 3 11固定機架 2 12滑塊 2 13滑輪 50 1 14圓盤 200 1 15手柄 1 16導(dǎo)桿 20x200 2 17連接桿 20x2500 2 18繩子 2 注：材料為：鋁合金 許用應(yīng)力：315Mpa 3.2 方案2 1、設(shè)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 下圖為在平臺所搭建的實物圖： 2、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(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）構(gòu)成；在主機架（4）的前端面上，上部導(dǎo)向軌固定基座（5）和下部導(dǎo)向軌固定基座（11）分別將左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)向軌（20）固定，左側(cè)導(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)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(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)向軌（10）和右側(cè)導(dǎo)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。 3、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 3.3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，我們小組選擇了方案一做為最終的方案。 四、設(shè)計方案分析 4.1位移功能運動分析 在由最低點上升到最高點的過程中，晾衣桿的X軸方向的位移圖如圖16所示,這個過程中，伸出了1015mm的距離，且露出陽臺的長度在600-700mm之間，可以使衣服充分接觸陽光，達到充分晾曬的目的。 圖16 Y軸方向的位移如圖17所示： 圖17 由豎直方向的位移可以看出，上升的醉倒高度為1052mm，而陽臺的豎直空間一般為3000，所以機架的固定應(yīng)該選擇適中的位置。若機架固定的過高，則會導(dǎo)致最低點過高，而此時就不能保證最低點處于一個合適的位置可以使晾衣服的過程比較不費力。如果機架的位置太低的話，在最低點的時候，晾衣桿的位置較低，衣物會拖地又弄臟了。所以選擇一個適中的位置裝置機架以及電動機。 4.2受力分析 在由最低點上升到最高點的過程中，晾衣桿的X軸方向的受力大小如圖18所示： 圖18 晾衣桿Y軸方向的受力大小如圖19所示： 圖19 4.3強度校核 晾衣桿受力分析： 彎矩圖： 計算過程： Fymax=237.64N Mmax =1/2 X 237.64X1.25N.m=148.525N.m W=(1/32) X 3.14 X D3=1/32X3.14X302X10-6m3=8.831X10-5 m3 σ= Mmax/W=148.525/（8.831x10-5）Pa=1.7MPa [σ]=315MPa σ<[σ] 所以，晾衣桿是安全的 五、心得體會 兩周的實習(xí)接近尾聲了，想想這兩個禮拜，一開始無從下手，慢慢的通過查找資料、小組成員的討論、咨詢老師等方式，逐步去適應(yīng)這種還未涉及的挑戰(zhàn)，也逐漸的找到了對這個設(shè)計的興趣。 首先談?wù)勥@個課程設(shè)計的意義吧。我覺得通過這個課程設(shè)計，我們把整個學(xué)期對機械原理的學(xué)習(xí)放到實際應(yīng)用中，這個過程不但很好的鍛煉了我們的能力，而且可以發(fā)現(xiàn)自己對該課程學(xué)習(xí)的不足之處，讓我們更好的去學(xué)習(xí)這個課程，對期末考試的復(fù)習(xí)方向也有一定的幫助。還有，這個課程設(shè)計為我們以后學(xué)習(xí)機械設(shè)計也增加了不少的基礎(chǔ)，對以后的課程設(shè)計也有著不曉得作用。 另外，這個課程設(shè)計在鍛煉了我們能力的同時，對我們的自身素質(zhì)也有一定的提高，比如在溝通方面，在團隊合作精神上面等都有著相當(dāng)大的幫助。在溝通方面，我們小組成員之間不免會因為意見的不同產(chǎn)生摩擦，鬧矛盾等，通過交流，我們會發(fā)現(xiàn)自己能夠更加的去聽取別人的意見，對自己所說的話也有所顧及，不會莽撞。在團隊合作上面，其實我們小組想的方案有四五種，這種結(jié)果是 大家共同努力地結(jié)果，有句話說的好啊，“眾人劃槳開大船”，這句話是相當(dāng)?shù)闹匾?。到最后，我們小組的成員之間配合默契，齊心協(xié)力，很重視這次的課程設(shè)計實習(xí)，我們相互學(xué)習(xí)，相互給對方意見，為我們這次的合作都付出了好多。 最后講講這次課程中我們小組的不足之處。從一開始的選題，我們以為這個題目相對會比較簡單，其實不然。我們就是因為覺得簡單，所以在開始的一段時間內(nèi)并沒有對這個課題查尋較多的資料，慢慢的在不斷進行的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了好多不足之處，也發(fā)現(xiàn)半自動晾衣架不是那么的簡單，于是不斷地投入更多。到其中，我們發(fā)現(xiàn)我們所設(shè)計的并不是具有相當(dāng)大的創(chuàng)新性，這一點還是要改進的。還有，沒有考慮到實際生活中人們對晾衣架的一個看法，所以設(shè)計出的晾衣架實用性可能并不太大。最后，在編寫課程設(shè)計說明書過程中，由于接觸這種說明書的機會較少，故編寫的語句，條理并不是相當(dāng)?shù)拿鞔_！ 總之，這次的課程設(shè)計實習(xí)，給了我一個機會鍛煉了我自己，我自己也從這次鍛煉中里搞了自己的一些能力，使自己受益匪淺！ 六、參考文獻 [１] 孫桓，陳作模，葛文杰．機械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006 [２] 張策．機械原理與機械設(shè)計（上、下）．北京：高等教育出版社，2004 [３] 陳忠良，潘白樺.機械制圖與計算機繪圖.第2版. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006 [４] 李繼慶，李育錫.機械設(shè)計基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，2006 [５]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第四版.北京:高等教育出版社,2004 [６] 呂仲文.機械創(chuàng)新設(shè)計(第1版).北京:機械工業(yè)出版社,2004 20