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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目: 半自動(dòng)晾衣架 班 級(jí): 組 別: 學(xué) 號(hào): 姓 名: 時(shí) 間: 2010年5月31號(hào)—6月11號(hào) 2010年 6月11日 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1基本目的 1.2設(shè)計(jì)要求 二、設(shè)計(jì)題目簡介 三、設(shè)計(jì)方案及方案的對(duì)比和確定 3.1方案1 3.2方案2 3.3方案的對(duì)比和確定 四、設(shè)計(jì)方案分析 4.1位移功能運(yùn)動(dòng)分析 4.2受力分析 4.3強(qiáng)度校核 五、心得體會(huì) 六、參考文獻(xiàn) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1基本目的： 1） 使學(xué)生初步了解機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程，得到根據(jù)功能需要擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練，初步具備的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力； 2）以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，把機(jī)械原理課程各章的理論和方法融會(huì)貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識(shí)； 3)使學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，方法，步驟，并對(duì)動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念； 4)進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算，繪圖以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(dá)，歸納，總結(jié)的能力； 6)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立思考與分析問題的能力和創(chuàng)新能力。 1.2設(shè)計(jì)要求 1)晾衣架能自動(dòng)升降以緩解舉手晾衣的麻煩； 2)晾衣架能自動(dòng)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(gè)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(jì)題目簡介 晾曬衣服是生活中經(jīng)常會(huì)遇到的活動(dòng)，針對(duì)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(xiǎn)。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(shí)，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(shí)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(dòng)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(fèi)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(fèi)力這個(gè)問題。針對(duì)目前這種情況，我們小組通過這學(xué)期對(duì)《機(jī)械原理》的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)一款實(shí)用的半自動(dòng)晾衣架， 希望能為所有的家庭主婦帶來方便。 三、設(shè)計(jì)方案及方案的對(duì)比和確定 3.1 方案1 1、設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，如圖1通過雙搖桿機(jī)構(gòu)（1）與（3）帶動(dòng)（2）由豎直位置轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，以實(shí)現(xiàn)升降的過程，（2）上帶有導(dǎo)軌，可以實(shí)現(xiàn)收縮的功能，在水平位置時(shí)，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(jī)構(gòu)中的死點(diǎn)，如圖2用搖桿作為原動(dòng)件可以使其固定在陽臺(tái)外側(cè)。 圖2 傳動(dòng)問題，我們想到可以用直齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿、斜齒輪傳動(dòng)等。原動(dòng)力的提供，可以通過電機(jī)，或者人工手柄的形式。圖3蝸輪蝸桿傳動(dòng)： 圖3 綜合以上的想法，我們有了初步的目標(biāo)，即通過電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)，使蝸輪蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)四桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)衣架上升，再利用死點(diǎn)使其固定在最高點(diǎn)。再通過拉動(dòng)繩索通過滑輪使裝在帶有導(dǎo)軌的連桿上的晾衣桿運(yùn)動(dòng)。 圖4是在最低點(diǎn)時(shí)掛衣服狀態(tài)。 圖4 掛好衣服后，通電后，電動(dòng)機(jī)工作，帶動(dòng)晾衣架轉(zhuǎn)動(dòng)到最高點(diǎn)。圖5是在最高點(diǎn)并且在陽臺(tái)外側(cè)晾曬的狀態(tài)。若為陰天，則可以通過手動(dòng)的方式，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，利用摩擦力的作用，使得繩子帶動(dòng)晾衣桿（2）運(yùn)動(dòng)到陽臺(tái)內(nèi)側(cè)，避免淋雨。 圖5 圖6 圖6側(cè)為俯視圖，此時(shí)晾衣桿在陽臺(tái)內(nèi)側(cè)。右側(cè)的圖為手動(dòng)機(jī)構(gòu)以解決滑動(dòng)的問題。 2、工作原理 過程一： 衣架轉(zhuǎn)動(dòng) 蝸桿 減速器 電動(dòng)機(jī) 過程二： 曬衣桿滑動(dòng) 圓盤 蝸輪 蝸桿 手柄 過程一通過（9）綜合箱體（含有電動(dòng)機(jī)和減速器）的作用，帶動(dòng)（10）蝸桿運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)（8）渦輪的運(yùn)動(dòng)。焊接在蝸輪上的（5）搖桿也隨著蝸輪運(yùn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)晾衣架的運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)升降的問題。在最高點(diǎn)時(shí)處于在陽臺(tái)外側(cè)工作狀態(tài)。 陰天時(shí)，不讓衣物在陽臺(tái)外側(cè)，通過過程二，通過手柄的搖動(dòng)，使蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，黏貼在蝸輪上的（14）圓盤也隨著渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，（18）繃直的繩子在摩擦力的作用下帶動(dòng)（2）桿（曬衣桿）滑動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)收縮的功能。 3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（圖7 圖7 下圖為在平臺(tái)所搭建的實(shí)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(dòng)機(jī)) 1440r/min 100w 2 10蝸桿 80（外徑）100（長）i=31:1 3 11固定機(jī)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(jì)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(jī)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(jī)構(gòu)裝置在帶有螺紋的桿件上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)桿件使得整個(gè)機(jī)構(gòu)上升。如圖9示： 圖9 綜上所述，我們小組所想的第二個(gè)方案可分為兩個(gè)部分：一是通過手柄控制晾衣架的收縮，二是通過電機(jī)帶動(dòng)控制晾衣架的升降。如圖10，該圖為裝在墻壁的左側(cè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為整個(gè)晾衣架機(jī)構(gòu)收縮的主動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過手柄帶動(dòng)左側(cè)的絲桿（13）轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩邊的連桿活動(dòng)基座（9）上升，從而帶動(dòng)伸縮。左右兩側(cè)都裝有電動(dòng)機(jī)，是對(duì)升降提供動(dòng)力。圖11，圖12分別是中間機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)。 圖10（左側(cè)機(jī)構(gòu)） 圖11中間機(jī)構(gòu)（晾衣架） 圖12右側(cè)機(jī)構(gòu) 圖13為整個(gè)晾衣架的斜視圖： 圖13 下圖為在平臺(tái)所搭建的實(shí)物圖： 2、運(yùn)動(dòng)原理 升降過程： 伸縮機(jī)架升降 旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng) 圓錐齒輪傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī) 伸縮過程： 晾衣桿伸縮 活動(dòng)基座升降 手柄轉(zhuǎn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng) 伸縮，主要由主機(jī)架（4）、衣架連桿（6）、旋轉(zhuǎn)絲桿（13）、連桿活動(dòng)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(jī)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(shí)穿過連桿活動(dòng)基座（9）內(nèi)部的光孔，連桿活動(dòng)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(dòng)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(gè)衣架連桿（6）相鉸連，兩個(gè)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(dòng)基座（9）相鉸連；旋轉(zhuǎn)絲桿（13）穿過連桿活動(dòng)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(jī)架（4）的右側(cè)端面上；使用時(shí)，先利用水平固定架（1）和垂直固定架（12）將主機(jī)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(dòng)旋轉(zhuǎn)輪（3）可以帶動(dòng)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(dòng)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(dòng)上，連桿活動(dòng)基座（9）又帶動(dòng)了鉸連后的衣架連桿（6）之間的鉸連運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了晾衣架可以伸縮的目的。 升降，把伸縮的主機(jī)架（4）固定于升降機(jī)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(dòng)機(jī)（23）的帶動(dòng)下，使圓錐齒輪（25）轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)圓錐齒輪（22），從而使長旋轉(zhuǎn)絲桿運(yùn)動(dòng)，使得，伸縮裝置可以升降。 3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：（圖14） 圖14 升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：（圖15） 圖15 3.3方案的對(duì)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(yùn)動(dòng)難易程度 較容易 較費(fèi)力 性價(jià)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(yùn)動(dòng)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(jì)方案分析 4.1位移功能運(yùn)動(dòng)分析 在由最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的過程中，晾衣桿的X軸方向的位移圖如圖16所示,這個(gè)過程中，伸出了1015mm的距離，且露出陽臺(tái)的長度在600-700mm之間，可以使衣服充分接觸陽光，達(dá)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(tái)的豎直空間一般為3000，所以機(jī)架的固定應(yīng)該選擇適中的位置。若機(jī)架固定的過高，則會(huì)導(dǎo)致最低點(diǎn)過高，而此時(shí)就不能保證最低點(diǎn)處于一個(gè)合適的位置可以使晾衣服的過程比較不費(fèi)力。如果機(jī)架的位置太低的話，在最低點(diǎn)的時(shí)候，晾衣桿的位置較低，衣物會(huì)拖地又弄臟了。所以選擇一個(gè)適中的位置裝置機(jī)架以及電動(dòng)機(jī)。 4.2受力分析 在由最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)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(qiáng)度校核 晾衣桿受力分析： 彎矩圖： 計(jì)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(huì) 兩周的實(shí)習(xí)接近尾聲了，想想這兩個(gè)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(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)的興趣。 首先談?wù)勥@個(gè)課程設(shè)計(jì)的意義吧。我覺得通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們把整個(gè)學(xué)期對(duì)機(jī)械原理的學(xué)習(xí)放到實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)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(duì)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(gè)課程，對(duì)期末考試的復(fù)習(xí)方向也有一定的幫助。還有，這個(gè)課程設(shè)計(jì)為我們以后學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)也增加了不少的基礎(chǔ)，對(duì)以后的課程設(shè)計(jì)也有著不曉得作用。 另外，這個(gè)課程設(shè)計(jì)在鍛煉了我們能力的同時(shí)，對(duì)我們的自身素質(zhì)也有一定的提高，比如在溝通方面，在團(tuán)隊(duì)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(huì)因?yàn)橐庖姷牟煌a(chǎn)生摩擦，鬧矛盾等，通過交流，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)自己能夠更加的去聽取別人的意見，對(duì)自己所說的話也有所顧及，不會(huì)莽撞。在團(tuán)隊(duì)合作上面，其實(shí)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摹５阶詈?，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(jì)實(shí)習(xí)，我們相互學(xué)習(xí)，相互給對(duì)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(gè)題目相對(duì)會(huì)比較簡單，其實(shí)不然。我們就是因?yàn)橛X得簡單，所以在開始的一段時(shí)間內(nèi)并沒有對(duì)這個(gè)課題查尋較多的資料，慢慢的在不斷進(jìn)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(dòng)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(jì)的并不是具有相當(dāng)大的創(chuàng)新性，這一點(diǎn)還是要改進(jìn)的。還有，沒有考慮到實(shí)際生活中人們對(duì)晾衣架的一個(gè)看法，所以設(shè)計(jì)出的晾衣架實(shí)用性可能并不太大。最后，在編寫課程設(shè)計(jì)說明書過程中，由于接觸這種說明書的機(jī)會(huì)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(jì)實(shí)習(xí)，給了我一個(gè)機(jī)會(huì)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(xiàn) [１] 孫桓，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006 [２] 張策．機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)（上、下）．北京：高等教育出版社，2004 [３] 陳忠良，潘白樺.機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)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] 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