畢業(yè)論文-多功能梯子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院JINHUACOLLEGEOFPROFESSIONANDTECHNOLOGY畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果（2015屆）題目多功能梯子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械制造與自動(dòng)化班級機(jī)制124學(xué)號201231020010406姓名徐偉麗指導(dǎo)教師林雪/黃鵬程2014年12月25日金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果目錄摘要1引言11多功能梯子簡介111研究背景112多功能梯子方案設(shè)計(jì)12多功能梯子主要材料的確定221梯架材料的選用222踏板材料的選用33多功能梯子雙桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)531雙桿結(jié)構(gòu)分析532連接器1設(shè)計(jì)633前桿、后桿的組合結(jié)構(gòu)64梯子踏板聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)741踏板1的設(shè)計(jì)742踏板2的設(shè)計(jì)743聯(lián)動(dòng)條的設(shè)計(jì)85移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)951萬向輪結(jié)構(gòu)952三星輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)953三星輪的安裝106鏟板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)117適用范圍128總結(jié)129謝辭13參考文獻(xiàn)13附件1二維圖紙141多功能梯子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造與自動(dòng)化徐偉麗摘要由于市場上的梯子在使用過程中存在諸多不便，設(shè)計(jì)了一款可變換形態(tài)、，具有攀爬、搬運(yùn)、放置物品、鏟物等功能的梯子。解決了目前人們?nèi)粘Ｉ钪胸浳锇徇\(yùn)、工具攜帶等方面的不便，以及占用空間過大等問題。在設(shè)計(jì)中融入了人性化、實(shí)用性設(shè)計(jì)理念，在多功能基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的實(shí)用性。關(guān)鍵詞梯子多功能變換形態(tài)引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)與生活水平的發(fā)展，很多單一的常規(guī)產(chǎn)品已經(jīng)不能再滿足人們多元化的生活需要。功能單一的產(chǎn)品由于其功能的局限性,讓人們不得不購買很多只有單一功能的產(chǎn)品，浪費(fèi)金錢、占用空間、使用不方便、給人們生產(chǎn)、生活帶來很多不便。梯子、手推車、平板車、鏟車是人們常用的工具，是大型超市和輕工業(yè)工廠必備的工具。這些常用工具只具有單一的功能，且搬運(yùn)麻煩，放置需占較大空間。針對這一現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種多功能梯子，實(shí)現(xiàn)了梯子、手推車、平板車、鏟車等工具的功能，并具有攀爬臺階的功能，給人們帶來更多的方便。1多功能梯子簡介11研究背景相關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查表明，發(fā)現(xiàn)基本上每家企業(yè)、超市等都會使用梯子、手推車、平板車。而且大家所使用的這些大多都是只能實(shí)現(xiàn)單純的攀爬，搬運(yùn)功能。若要同時(shí)進(jìn)行搬運(yùn)，攀爬，則必須同時(shí)使用多種工具。這樣不僅耗費(fèi)時(shí)間、人力，更是占用空間。所以我對梯子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改良，可以實(shí)現(xiàn)多種功能。本設(shè)計(jì)的目的在于,吸收了常用的梯子、手推車、平板車、鏟車的功能特點(diǎn)，將它進(jìn)行了功能合成，成為多功能梯子，使梯子不但具有以上四種功能，并且加入了攀爬臺階的功能，讓一種產(chǎn)品具有五種功能，使用方便、便于存放、節(jié)省空間?，F(xiàn)有梯子具有以下不足之處（1）功能單一?，F(xiàn)有的梯子只有攀爬功能，只能用于拿取或放置物品。（2）便攜性缺失。在需要使用梯子時(shí)，只能通過人力來將梯子搬運(yùn)到相關(guān)位置。這對于女性和力氣較小的人來說是一件困難事。2（3）現(xiàn)有的梯子、手推車放置時(shí)占用空間大。12多功能梯子方案設(shè)計(jì)該梯子定位于多功能梯子，通過將多個(gè)單一功能產(chǎn)品的功能進(jìn)行合理拆組，來實(shí)現(xiàn)攀爬、搬運(yùn)貨物。移動(dòng)貨物、上下臺階等多種功能。多功能梯子結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示1鏟板2后桿3聯(lián)動(dòng)條4前桿5后桿軸6連接器7萬向輪輪架8踏板19前桿軸10踏板211連接架12三星輪輪架13子輪圖1多功能梯子結(jié)構(gòu)圖針對現(xiàn)有梯子的上述不足，設(shè)計(jì)的多功能梯子具有以下四種功能形態(tài)（1）梯子形態(tài)。將前后桿展開一定角度，將踏板拉開，把踏板1的凹槽扣在后桿的后桿軸上，旋轉(zhuǎn)調(diào)整三星輪位置，使得前桿桿腳與后桿桿腳立于地面上。（2）平板車形態(tài)。收起踏板，使踏板合攏到前桿，再將前桿與后桿合攏在一起，調(diào)整三星輪位置，然后將三星輪與萬向輪平放在地面上。（3）手推車形態(tài)。在平板車的基礎(chǔ)上，將后桿抬起。（4）鏟車形態(tài)。在平板車的基礎(chǔ)上，將萬向輪一端抬起，三星輪接觸地面，并將鏟板展開。2多功能梯子主要材料的確定21梯架材料的選用鋁合金是梯子常用的材料，但是鋁合金材料有多種型號，表1列舉以下幾種3表1鋁合金材料特性表型號特性典型應(yīng)用范圍1050極佳的成形加工性，、高耐腐蝕性、良好的焊接性和導(dǎo)電性。廣泛應(yīng)用于強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品，如化工儀器、焊接零件、廚具、裝飾品等2024強(qiáng)度高，有一定的耐熱性。廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、卡車輪等3105成形性、溶接性、耐蝕性良好、塑性一般、焊接性良好。主要用于制造油箱、汽油或潤滑油導(dǎo)管，廚具、食物和化工產(chǎn)品的貯存裝置5084耐蝕性好、焊接性優(yōu)良、冷加工性較好。中等強(qiáng)度。用于制造飛機(jī)油箱、交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、五金制品等。6005加工性能極佳、優(yōu)良的焊接性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性高、強(qiáng)度高及加工后不變形、材料致密無缺陷。廣泛用于建筑型材，灌溉管材以及供車輛、臺架、家具、柵欄等7075固溶處理后塑性好、熱處理強(qiáng)化效果好、超高強(qiáng)度。用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及期貨。根據(jù)以上鋁合金型號的特性及應(yīng)用范圍，選擇符合要求的鋁合金。雙桿是梯子的主要組成部分，起到承重的作用，需要較高的強(qiáng)度和較好的塑性以及良好的加工性能，所以選擇厚壁圓管6005鋁合金，其特性是加工性能好，具有優(yōu)良的焊接性能，高強(qiáng)度，加工后不易變形。這樣不僅取材方便，而且價(jià)格相對便宜。22踏板材料的選用為了縮減成本，踏板選用塑料，但是塑料有多種型號，表2列舉以下幾種表2常用塑料特性表名稱特性典型應(yīng)用范圍塑料ABS較高強(qiáng)度和沖擊韌度，良好的耐磨性和耐熱性，較高的化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性，易成形，機(jī)械加工性。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)4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。尼龍6PA6熱塑性、輕質(zhì)、韌性好、耐化學(xué)品和耐久性好廣泛用于結(jié)構(gòu)部件和制造軸承。聚甲基丙烯酸甲酯壓克力有機(jī)玻璃PMMA較好的透明性、化學(xué)穩(wěn)定性，力學(xué)性能和耐候性，易染色，易加工，外觀優(yōu)美。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）。尼龍66PA66疲勞強(qiáng)度和鋼性較高，耐熱性較好，摩擦系數(shù)低，耐磨性好。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。聚碳酸酯PC高強(qiáng)度及彈性系數(shù)、高沖擊強(qiáng)度、使用溫度范圍廣，無味無臭對人體無害符合衛(wèi)生安全。電氣和商業(yè)設(shè)備（計(jì)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）。聚乙烯PE高壓聚乙烯柔軟、透明、無毒；低壓聚乙烯剛硬、耐磨、耐蝕、電絕緣性好。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。聚丙烯PP強(qiáng)度、硬度、彈性均高于聚乙烯，密度小，耐熱性良好，電絕緣性能和耐蝕性能優(yōu)良。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）。聚氯乙烯PVC較高的強(qiáng)度和較好的耐蝕性。軟質(zhì)聚氯乙烯，其伸長率高，制品柔軟，耐蝕性和電絕緣性良好廢棄排污排毒塔、氣體液體輸送管，離心泵、通風(fēng)機(jī)、接頭；軟質(zhì)PVC薄膜、雨衣、耐酸堿軟管、電纜包皮等。根據(jù)以上塑料的特性及應(yīng)用范圍，我選擇ABS塑料，其特性完全符合踏板的要求較高強(qiáng)度和沖擊韌度，良好的耐磨性和耐熱性，較高的化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性，5易成形。而且ABS塑料取材方便，價(jià)格便宜。3多功能梯子雙桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31雙桿結(jié)構(gòu)分析多功能梯子主要由前桿和后桿支撐。前后桿通過連接器1連接。前桿，如圖2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處分別有一對空，是安裝前桿和踏板之間的連接軸的位置，孔直徑10MM。在距離桿腳1075MM處有一對孔，是安裝前后桿連接器的位置。前桿的頂端是手推車形態(tài)下的扶手，兩端采用圓弧結(jié)構(gòu)。圖2前桿結(jié)構(gòu)圖3前桿二維圖后桿，如圖3所示桿身長1065MM，寬500MM，桿管直徑25MM。距離桿腳855MM處，是安裝梯子形態(tài)下踏板1的后桿軸，軸直徑10MM。距離桿頂端10MM處有一對孔，是安裝連接前桿后桿的連接器的位置。6圖4后桿結(jié)構(gòu)圖5后桿二維圖32連接器1的設(shè)計(jì)連接器1的作用是連接前后桿。如圖6所示圖6連接器二維圖33前桿、后桿的組合結(jié)構(gòu)將前桿、后桿上方用連接器連接在一起。連接器與雙桿采用螺栓連接。如圖7所示71后桿2連接器3前桿圖7前桿、后桿連接示意圖4梯子踏板聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在梯子使用過程中安全是一個(gè)重要的問題，梯子形態(tài)的腳踏板必須充分體現(xiàn)安全設(shè)計(jì)理念。根據(jù)建筑學(xué)樓梯設(shè)計(jì)理論，舒適的樓梯，臺階高度以15CM為宜，若超過18CM，登樓梯時(shí)就會感覺累了，臺階深度以2730CM為宜。然而梯子和樓梯不同，因此考慮到本設(shè)計(jì)具體情況，踏板數(shù)訂為3，最上面的踏板由于是站立平臺，因此要比下面兩個(gè)踏板深度要大。41踏板1的設(shè)計(jì)踏板1是梯子形態(tài)下的3個(gè)踏板中最上方的踏板，除了踏板功能，也為使用者提供了站立的平臺。如圖8所示踏板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(dòng)桿，凹槽是用來搭建在后桿上的橫軸處。在踏板1的頂面，有4條防滑凸紋。在踏板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。8圖8踏板142踏板2的設(shè)計(jì)踏板2、3完全一樣，是梯子形態(tài)下的3個(gè)踏板中的中、下方的踏板。如圖9所示踏板長400MM，寬170MM，高30MM。在橫截面上有兩空，分別是連接前桿和聯(lián)動(dòng)桿。在踏板2、3的頂面，有4條防滑凸紋。在踏板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。9圖9踏板243聯(lián)動(dòng)條的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)踏板的聯(lián)動(dòng)，需要兩根聯(lián)動(dòng)條，如圖10所示。分別安裝在3個(gè)臺階的兩側(cè)。因?yàn)槁?lián)動(dòng)條是用于連接三個(gè)踏板的，這關(guān)系到攀爬者的安全問題，所以在聯(lián)動(dòng)條材料的選用方面需要考慮聯(lián)動(dòng)條的強(qiáng)度及承重能力。我選擇45鋼作為聯(lián)動(dòng)條的材料。圖10聯(lián)動(dòng)條10圖11聯(lián)動(dòng)條二維圖5移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)51萬向輪的結(jié)構(gòu)為了避免手推車、平板車在移動(dòng)過程中出現(xiàn)不方便轉(zhuǎn)彎，只能直行的現(xiàn)象，將后輪設(shè)計(jì)為帶轉(zhuǎn)向的腳輪，即萬向輪，如圖12所示。萬向輪就是活動(dòng)腳輪，可以在子輪運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)360轉(zhuǎn)動(dòng)。萬向輪與梯子前桿采用螺栓螺母緊密連接。1子輪2輪架3螺栓圖12萬向輪結(jié)構(gòu)52三星輪的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)爬樓梯的功能，將前輪設(shè)計(jì)為一組星輪?，F(xiàn)在常用星輪主要是三星輪，如圖13所示。三星輪的尺寸和結(jié)構(gòu)參考現(xiàn)實(shí)生活中的樓梯進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)行樓梯臺階11的尺寸為臺階高在150170MM之間，臺階面深度為220270MM之間。以此為依據(jù)，預(yù)設(shè)三星輪直徑為150MM，由以上數(shù)據(jù)可知，在此尺寸下，爬臺階功能很容易實(shí)現(xiàn)。圖13三星輪結(jié)構(gòu)圖14三星輪爬臺階示意圖三星輪的子輪，可以采用普通常用手推車的車輪。三星輪的輪架為三角形，并在輪架上安裝3個(gè)子輪，組成三星輪。53三星輪的安裝三星輪在前桿上的安裝位置，牽涉到本設(shè)計(jì)所有形態(tài)下功能的實(shí)現(xiàn)，在前期設(shè)計(jì)中，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，這里對其進(jìn)行分析與計(jì)算證明首先列出三個(gè)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。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(shí)，才能實(shí)現(xiàn)梯子腳接觸地面，由圖可知，當(dāng)連接架長度和連接位置距離前桿桿腳125MM時(shí)，在前桿直立的情況下，前桿桿腳、三星輪均接觸地面，此時(shí)三星輪與桿腳之間距離為125，大于三星輪2中心與地面距離125MM。所以在梯子形態(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)。12基于此長度設(shè)定，即得出，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(dòng)，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。因?yàn)榇诉B接部分需要承受較大的載荷，連接部分的配合需要非常緊密，所以三星輪與前桿連接裝置采用螺紋連接。而且連接裝置的材料也需要有較強(qiáng)的硬度，所以此處的材料為45號鋼，螺紋連接的類型為螺栓連接。圖15前桿與三星輪連接示意圖6鏟板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鏟板的主要作用是放置搬運(yùn)的物品。因?yàn)殓P板需要承受一定的載荷，其材料需要具有較強(qiáng)的硬度。所以此處的材料為45鋼，鏟板與后桿的連接的方式為螺栓連接。在鏟板主體的兩側(cè)有對稱的兩個(gè)擋板，是為了在鏟板收起時(shí)可以貼在后桿上；在鏟板底部兩側(cè)有對稱的兩個(gè)擋條，此設(shè)計(jì)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Ｈ鐖D16所示13圖16鏟板結(jié)構(gòu)圖17鏟板二維圖7適用范圍（1）梯子形態(tài)可以實(shí)現(xiàn)攀爬至一定高度，拿取或放置物品的功能。（2）平板車形態(tài)可以將較大，較高物品放置在上面，從而方便搬運(yùn)物品。（3）手推車形態(tài)實(shí)現(xiàn)了不同身高的人通過調(diào)節(jié)后桿的角度而方便手推或手拉，提高了人體舒適感。（4）在梯子的前桿部位安裝了萬向輪與三星輪，不僅方便了移動(dòng)，還可以攀爬臺階，提高了梯子的實(shí)用性。由上述可得，多功能梯子適用范圍廣，可供不同群體，在不同場合使用。圖18梯子形態(tài)圖19平板車形態(tài)圖20手推車形態(tài)圖21鏟車形態(tài)8總結(jié)此次的多功能梯子的設(shè)計(jì)，鍛煉了自己在設(shè)計(jì)軟件的使用、資料收集與處理、數(shù)據(jù)分析、創(chuàng)新和實(shí)踐操作等能力，提高自己的專業(yè)技能水平，使自己能更好的將所學(xué)的知識應(yīng)用在設(shè)計(jì)中，也讓我對機(jī)械設(shè)計(jì)有了更加具體的了解，在計(jì)算方面有些數(shù)據(jù)采用了估算，沒能具體的計(jì)算，這也是一方面的不足。本次設(shè)計(jì)對我這三年的所學(xué)知識也是一個(gè)考查，設(shè)計(jì)過程自始至終都在查閱教材，這也是一個(gè)全面的回14顧，通過本課題，我學(xué)到了如何更好更快的查閱資料，從中學(xué)到了不少的知識。希望能在以后的工作中得到更大的提高，使自