機械原理課程設計-半自動晾衣架

/機械原理課程設計設計題目：半自動晾衣架目錄一簡介二設計概述1.基本目的2.設計要求與基本條件三設計方案及方案的確定1.設計方案一的原理及結(jié)構簡圖2.設計方案二的原理及結(jié)構簡圖3.設計方案三的原理及結(jié)構簡圖4.設計方案四的原理結(jié)構見圖及相關的構件尺寸四方案的具體說明與分析1零件的詳細說明2桿件分析3方案的功能與運動分析五心得體會六參考文獻一簡介：晾曬衣服是頻繁而單調(diào)的工作。面對現(xiàn)在市場上一些所謂的自動晾衣架.其實在很多方面并沒有完全自動化甚至符合生活需求.只是適當?shù)臏p少了工作量。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。即便近期出現(xiàn)的自動晾衣架.大多也只能通過升降來簡化涼衣服的工作量.還不能同時實現(xiàn)升降并且伸縮屋內(nèi)外這兩方面的功能。根據(jù)這樣的現(xiàn)實情況我們小組決定運用《機械原理》的知識設計一款實用的半自動晾衣架.我們希望為所有的家庭主婦們帶來便利?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多款自動或半自動晾衣架.但它們僅僅能實現(xiàn)衣服放入自動的升降.不能使衣服伸出或縮回.所以這種晾衣架注定不會受到廣大家居人的追捧。因此一種功能全面的自動晾衣架必將應運而生。我們按照晾衣架的總體功能要求.分析了現(xiàn)代家庭式陽臺的主要的格局以及相應的尺寸.在保證自動晾衣架的升降和伸縮功能的前提下盡量保證了陽臺的美觀.設計出一種平穩(wěn)的半自動晾衣架。下面我將介紹我們設計的詳細過程。二設計概述1.基本目的1使學生初步了解機械設計的全過程.得到根據(jù)功能需要擬定機械運動方案的訓練.初步具備的機構選型、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的理論知識；3>使學生掌握機械運動方案設計的內(nèi)容.方法.步驟.并對動力分析與設計有一個較完整的概念；4>進一步提高學生運算.繪圖以及運用計算機和技術資料的能力；5>通過編寫說明書.培養(yǎng)學生表達.歸納.總結(jié)的能力；6>培養(yǎng)學生綜合運用所學知識.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。2.設計要求和條件：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。三設計方案及方案的確定1.方案一〔1機構組成:機構的主體是四桿的曲柄搖桿機構。其主要構件包括：桿1×2、桿2×2、桿3×2、齒輪1、齒輪2和晾衣桿A。齒輪1上裝有搖把.齒輪2與桿1是相對靜止的。連接處均為鉸鏈連接?！?結(jié)構簡圖：〔側(cè)面圖〔3工作原理：此機構的主要工作機構是有桿1、2、3與陽臺墻面組成曲柄搖桿機構.曲柄桿1是主動件.桿3為連桿.桿2為搖桿。晾衣桿A由桿2帶動實現(xiàn)升降與伸縮。次四桿機構利用它的"頂死"特性.當桿2和桿1處于在同一條直線上時.晾衣桿處于最外最高處.此時在干2的頂端檔子阻止桿1繼續(xù)沿順時針轉(zhuǎn)動.但可以倒轉(zhuǎn).這樣就可以實現(xiàn)頂死。使桿1主動是通過一對嚙合的齒輪1、2的傳動來實現(xiàn).考慮到時桿1轉(zhuǎn)動的力特別大.所以設計齒輪1的齒數(shù)要遠大于齒輪2的齒數(shù)。這樣搖動齒輪1是會非常省力。2.方案二〔1機構組成:此種設計主要用到錐齒輪1、2、3、4.導軌、絲杠、滑輪、繩索、桿1、螺母.可繞繩的滑輪導槽及固定機構、晾衣桿A。桿與滑輪的鏈接為鉸鏈連接?！?機構簡圖：〔側(cè)面圖〔3工作原理：此機構的工作部分是由可繞繩的滑輪、導軌、絲杠、繩索、定滑輪、桿1與晾衣桿組成?？衫@繩滑輪的前進一方面纏繞繩索.另一方面使桿1前進。纏繞的繩索通過定滑輪將晾衣桿A上提.這樣就實現(xiàn)衣架的前進和上升。傳動方面依靠絲杠的轉(zhuǎn)動來是螺母前進和后退來推動繞繩滑輪的前后移動。而絲杠的轉(zhuǎn)動則是靠錐齒輪的的傳動。另外絲杠有自鎖特性.因此不用設置制動裝置。但它運動很難實現(xiàn).不容易控制.容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。3方案三〔1機構組成：機構的主要構件為桿件.包括驅(qū)動桿桿EG、從動桿ED、DH、DB、AC.C處為晾衣桿。各桿件連接均為鉸鏈連接?！?結(jié)構簡圖：〔側(cè)面圖〔3工作原理：這種設想主要用到連桿的"頂死"特性.轉(zhuǎn)動桿EG推動從動桿AC到達AC1位置.使桿GE1、E1D1桿CD、BD都處于相應的各同一直線上.出現(xiàn)頂死。但此種機構不穩(wěn)定.會出現(xiàn)急回現(xiàn)象而且占地面積過大且不是非常美觀。另外這種機構是非常費力的。4方案四〔1結(jié)構簡圖：〔側(cè)面圖〔2機構組成：此機構包括驅(qū)動傳動機構和工作部分。驅(qū)動傳動部分包括搖把、錐齒輪、連桿、絲杠和螺母。工作部分包括滑輪、導軌.折疊衣架?！?工作原理：本機構運用折疊桿自由伸縮和前后移動的特性來實現(xiàn)晾衣架的升降和伸縮。傳動機構有錐齒輪的相互嚙合來實現(xiàn)絲杠的轉(zhuǎn)動.從而使螺母前后移動給工作部分提供做夠的動力。它的工作部分主體是折疊桿件.螺母將與折疊桿件鉸接.螺母的移動帶動折疊桿件左端的鏈接桿的移動.再而帶動滑輪的移動從而實現(xiàn)晾衣架的升降和伸縮。5方案的確定四種方案的比較：方面方案美觀程度運動難以程度造價效率方案一較美觀但破壞陽臺的整體性需要的動力較大且運動不穩(wěn)定造價合理較低方案二較美觀運動比較困難且運動不穩(wěn)定造價適中較低方案三有點難看且占地面較大運動比較困難且運動的穩(wěn)定很難實現(xiàn)造價合理一般方案四較美觀運動比較容易且穩(wěn)定不會出現(xiàn)急回造價合理還行經(jīng)過上面的比較我們確定方案四維為最終的方案。四方案的具體說明與分析1零件的詳細說明〔1驅(qū)動部分：其主要依靠錐齒輪的傳動.錐齒輪如下圖：其工作圖如下：1搖把2、4、5、6錐形齒輪3連桿〔2傳動機構部分：6導軌7輪子8動力輸入齒輪9絲杠10螺母11箱體12軸承13頂桿〔3衣架的工作部分：折疊晾衣桿的桿件與傳動件〔螺母與滑輪連接的桿長為〔250+300mm.而中間的長連桿長為〔250+250mm.連接掛衣桿的的短桿長250mm。桿件的截面均為20×10mm2。桿件的材料為鋁合金A213.其許用應力[σ]=315-345<Mp>。〔4構件尺寸的確定：1<梯形齒>絲杠的選擇：梯形絲桿系列代號梯形絲桿基本尺寸公稱直徑導程／螺距〔單條線ＳＣＴＲＣＳ３０３０mm６mm螺母前進490mm,絲桿一定要旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n=490\6=822>軸承的選擇：Ｄ＝４７ｍｍＢ＝９ｍｍｄ＝３０ｍｍ3>頂桿：在晾衣服的過程中不起作用.收衣服時保證機構回到原始狀態(tài)〔構件13。4>梯形齒螺母的選擇：〔5錐齒輪的選擇;Z2:Z4=4:1Z5:Z6=7:12桿件分析<1>對衣架兩邊支撐桿的力的分析及強度的分析。由上圖可知其簡化過程.得F=G/<2sina>,Fx=F×cosa=G/<2tana>,同理可得Fy=G/2.由上圖可解O點處的受力情況：F1+Fycosa-Fycosa-2Fxsina=o;F2+2Fxcosa+Fysina-Fysina=0;M+0.55Fycosa+0.25Fxsina-0.30Fxsina=0由上式可得：F1=2Fxsina=Gcosa;F2=-2Fxcosa=-<G/sina-Gsina>;M=-0.55Fycosa+0.055Fxsina=-0.25Gcosa;綜上所述.桿BC的受力情況為：Fx,Fy,F1,F2,M；它們都是夾角a的函數(shù).夾角a的范圍是17?-39?.BC桿的剪力和彎矩的情況如圖：F1=Gcosa;F’=Gcosa;M=-0.25Gcosa;則BC桿的剪力圖如下：BC桿的彎矩圖如下：而BC桿的軸向受力:CO段內(nèi)力Fco=Fxcosa-Fysina=G/sina-Gsina/2;OB段內(nèi)力Fob=F=G/<2sina>.而桿的截面面積A=2×10-4m2;則FcoMax=200/sin39?-100sin39?〔N=254.9N.FobMax=100/sin39?<N>=158.9N;則σMax1=FcoMax/A=254.9/2×104=1.27<Mp>.但是BC桿受但彎曲變形.其彎矩MMax=0.25×200×cos39?=38.9<N.m>；則σMa2x=MMax/W.其中W=bh2/12=1/3×10-6m3;則σMax2=MMax/W=116.7<Mp>.即σ總=σMax1+σMax2=117.97<Mp>.而鋁合金的許用應力[σ]=315<Mp>即所用的材料與尺寸符合強度要求?？梢?桿件產(chǎn)生的應力主要是由于彎矩引起的.因此折疊衣架的其他桿件的強度一定符合要求?！?對絲桿上螺母及焊接桿的力分析與強度分析。其受力情況如下圖：M’=0.1×Fx=G/<20sina>,即此力矩就是螺母對絲杠的矩。當a=17?時.M’有最大值.M’Max=200/<20×sin17?>=34.2<Mp>.此力矩的大小對螺母連桿產(chǎn)生的彎曲作用是在可允許范圍內(nèi)。3方案的功能與運動分析〔1傳動機構及工作部分：1軸承、2螺母、3絲杠、4頂桿、5驅(qū)動桿、6導軌、7滑輪上圖為傳動機構位置尺寸以及部分機構尺寸。其說明了機構整體的大小和運動范圍。下圖為傳動機構和工作機構的實際運行的初始位置和最終位置。如上圖.桿L1的長度為550.桿子L2的長度為250.而且裝置的其實位置時的夾角為39?.而終了角度為17?.支撐輪子的導軌長度S為393mm.滾輪的直徑d為50mm所以衣架的水平運動L與豎直方向H的距離很容易可以得到：L=S-d+L1×〔Cos17?-Cos39?=438-50+300×<Cos17?-Coa39?>=441.7mm.H=<L1+6L2><Sin39?-Sin17?>=<300+6×250>×0.337=606.5mm〔2機構的運行分析：我們的這種設計主要考慮了晾衣架的平穩(wěn)性和升降伸縮功能的實現(xiàn).采用了錐齒輪的驅(qū)動傳動和絲杠的傳動。首先手搖錐齒輪來給自動晾衣架提供動力。錐齒輪的轉(zhuǎn)動來帶動絲杠的的轉(zhuǎn)動.絲杠轉(zhuǎn)動促使螺母的前進和后退.螺母的移動帶動了折疊衣架驅(qū)動桿的上端的移動來實現(xiàn)衣桿的升降和伸縮。我們在設計的過程中.遇到了研究障礙。在想在給衣桿掛衣服時.隨著重量的增加.滑輪會自動向前滾動可能會是衣服觸地帶來不便。我們想的方法就是在折疊架上加了一個頂桿〔如上圖中的13頂桿的一段固定在桿上.這樣就是斜桿與水平向的角度最大只能到39?.這樣問題就解決了。在衣架工作的時候.衣服先進行水平移動一段距離.然后再平穩(wěn)的上升和進一步前移；當絲杠是螺母回移時.頂桿會推動滑輪后移。這種運動的設計的最大的特點就是衣服伸縮和升降的過程非常穩(wěn)定。五心得體會通過這次課程設計我切身的感覺到自己學到了很多的東西.又一次真正的機會把自己平時所學的課本知識運用到實踐中去.作為一名機械系的學生本身就需要很強的動手能力.但是在學校的大部分時間里我們都是撲在書本文化知識上.真正的檢驗自己的機會很少。所以我認為進行這樣的設計活動是十分有意義的。在這次課程設計中我們小組密切合作.之所以選擇自動晾衣架這個課題是因為我們感覺從事機械行業(yè)的根本立足點就是服務大眾.解決人們?nèi)粘Ｉ钪械牟槐?通過機械的設計能夠減輕人們的負擔.而且自動晾衣架在設計的過程中用到了平時《機械原理》課程中的許多的內(nèi)容.比如齒輪.連桿機構等等。這次設計是次挑戰(zhàn).但是我們更愿意把它當成一次機會.一次檢驗自己的機會.所以我們?nèi)耐度?在設計的過程中遇到困難也絕不放棄.力爭做到設計完美.用吹毛求疵的態(tài)度來進行審視.不斷地查閱資