自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工制作

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1、自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工制作 摘 要 本文是參加第五屆首都高校機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的參賽作品－自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的設(shè)計(jì)與模擬，詳細(xì)介紹了自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究與開發(fā)。 本文對自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置做了較為全面的介紹，介紹了避難裝置的基本結(jié)構(gòu)和原理。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件Pro/ENGINEER Wildfire對避難裝置的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)造型、裝配設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真。文中還對自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的加工制造工藝及調(diào)試運(yùn)行進(jìn)行了簡要的敘述，并提出了該自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置使用維護(hù)的注意事項(xiàng)。文末對自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 本文設(shè)計(jì)過程參照機(jī)械設(shè)計(jì)手

2、冊及國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)等。所設(shè)計(jì)的自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置體現(xiàn)了設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、選材經(jīng)濟(jì)、自主創(chuàng)新、適用范圍廣等特點(diǎn)，具有一定的市場開發(fā)價(jià)值。 關(guān)鍵詞：應(yīng)急避難裝置，結(jié)構(gòu)分析，創(chuàng)新，三維造型 VI Abstract This article is the fifth capital of universities to participate in creative design contest entries - Automatic retractable emergency evacuation device design and simulation, detail

3、s of the automatic retractable emergency evacuation device research and development of innovative designs. This installation of automatic telescopic emergency shelter to do a more comprehensive, describing the evacuation device basic structure and principles. Used in the design of three-dimensional

4、 design software Pro / ENGINEER Wildfire parts of the refuge unit for structural modeling, assembly design and motion simulation. The paper also automatically retractable emergency shelters device manufacturing process and debugging are briefly described, and proposed expansion of the emergency eva

5、cuation devices automatically maintain precautions. At last, the automatic retractable emergency evacuation device of the techno-economic analysis. This reference design process and mechanical design handbook mechanical drawing national standards. The design of the automatic retractable device embo

6、dies the emergency shelter designed, advanced structure, selection of economic, innovation, wide range of applications and so on, have some economic value. Keywords: emergency shelter equipment, structural analysis, innovative, three-dimensional modeling 目 錄 第一章 概述 1 1.1 問題的提出. 1 1.2 應(yīng)急

7、避難裝置的研究狀況. 1 1.3 課題來源與研究意義 5 1.3.1 課題的來源 5 1.3.2 研究意義 5 1.3.3 市場前景 5 1.3.4 研究的基本內(nèi)容 6 第二章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 7 2.1 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的創(chuàng)新功能設(shè)計(jì)思路 7 2.2 橫向平行四邊形機(jī)構(gòu)A的設(shè)計(jì) 9 2.3 縱向平行四邊形機(jī)構(gòu)B的設(shè)計(jì) 12 2.4 鉸蓋的設(shè)計(jì) 15 2.5 保護(hù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16 第三章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的強(qiáng)度校核 18 3.1 螺栓桿的抗剪強(qiáng)度計(jì)算. 18 3.2 螺栓桿的擠壓強(qiáng)度計(jì)算. 18 3.3 Ansys受力分析. 18 第

8、四章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的三維實(shí)體建模 25 4.1 Pro/Engineer Wildfire的介紹 25 4.2 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置零部件實(shí)體造型. 27 4.3 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置實(shí)體裝配模型 28 4.4 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的零件圖 31 4.5 實(shí)物加工圖片 32 第五章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的加工 34 5.1 UG 的簡介. 34 5.2 UG 加工仿真. 34 第六章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的使用與維護(hù) 41 6.1 產(chǎn)品說明書 41 6.2 使用說明 41 6.2.1 用戶須知 41 6.2.2 使用方法 41 6.2.3 注意事項(xiàng) 42

9、6.3 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的日常維護(hù)和保養(yǎng) 42 6.4 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的常見故障及排除 42 第七章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 43 7.1 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的技術(shù)分析 43 7.2 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的經(jīng)濟(jì)分析 43 7.3 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的結(jié)論與展望 43 參考文獻(xiàn) 44 致謝 46 第一章 概述 1.1 問題的提出 地震作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的安定以及人民的生活質(zhì)量造成了極大的危害。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)汶川地震遇難人數(shù)為 69225，受傷人數(shù)為374640。玉樹地震遇難人數(shù)為 2203。尤其是 1996 年唐山地

10、震遇難人數(shù)達(dá) 242000， 受傷人數(shù)為 164000。另外，我國是煤礦的大國，煤碳開采量已達(dá)世界第一。但是，由于生產(chǎn)技術(shù)落后，礦難時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重危害了大量弱勢群體的生命安全。2009 年 11 月 21 日 黑龍江新興，108 人死亡。2007 年 12 月 6 日 山西洪洞，105 人死亡。2007年8月 17 日 山東新汶，死亡 181 人 。在礦難和地震等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí) ，人們會(huì)無意識(shí)的尋找狹小的避難場所，但往往不能保護(hù)人的生命安全。所以我們希望能設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)急避難裝置：可以在突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)伸展出一個(gè)空間，供人們暫時(shí)避難，防止被落下的物體砸傷，從而使生命得到保障。 1.2 應(yīng)急避難

11、設(shè)備的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代的避難逃生裝置多種多樣，各有優(yōu)點(diǎn)，就現(xiàn)在的地震避難逃生裝置做一下簡單介紹。 1） 地震救生床（如圖 1 所示） 圖 1 地震救生床 一種地震救生床，由鋼管、角接頭和部分鋼板按立柱橫梁式結(jié)構(gòu)組成，其特征是在該床的前撐上套裝并鎖緊著帶有導(dǎo)槽的前靠，后撐上套裝并鎖緊著帶有導(dǎo)槽的后擋，縱＊上套裝著交錯(cuò)穿插的床側(cè)翻板和帶有導(dǎo)槽的導(dǎo)向板，橫＊上套裝 42 著帶有鎖緊孔的實(shí)施板，床的前后橫梁的中段焊接著電磁離合器支撐板、電磁離合器就裝在該板上、床的前撐和后撐的下部焊有卷簧箱，作為動(dòng)力的兩卷簧分別裝在該兩箱中，卷簧箱的下面是導(dǎo)向輪組，導(dǎo)向輪組的下面是床底板連接板，帶

12、有導(dǎo)槽的床底板通過螺栓與其相連接，前靠和后擋的中心線上各有一中心孔，孔中有一端與蓬蓋鏈板的前端接頭相連接，另一端與卷簧相連接的拉索，兩塊蓬蓋鏈板以其兩端的兩組導(dǎo)向頭組嵌裝在相關(guān)部件的導(dǎo)槽中，平時(shí)，彈簧電磁鐵組的鐵心穿過實(shí)施板的鎖緊孔后，又穿過一端與蓬鏈板尾端接頭相連的第二拉索的另一端的鎖緊孔、再穿過一端與導(dǎo)向輪組鎖索相連的第三拉索的另一端鎖緊孔，將蓬蓋鏈板鎖緊定位在床側(cè)下，地震時(shí)因斷電彈簧電磁鐵組的鐵心會(huì)從所有的鎖緊孔中拉回，導(dǎo)向輪伸出。卷簧通過與之相連接的拉索會(huì)將兩塊蓬蓋鏈板拉到前靠與后擋的導(dǎo)槽中，通過鎖緊扣件在床面上形成一個(gè)三角形棚架，與之同時(shí)失去了鐵心控制的實(shí)施板會(huì)下翻，引起了以實(shí)施板為

13、依托的兩床側(cè)翻板也下翻在床面下與兩床端端板，床底板一起形成一個(gè)床盆，棕繃床面會(huì)很安全地落下到該床盆中。 本救生床由床身、套裝在床身前、后撐上帶導(dǎo)槽的前靠、后檔、套裝在縱梁 上的翻板，有導(dǎo)槽的導(dǎo)向板、套裝在橫梁上有鎖緊孔的實(shí)施板、裝在橫梁中段的電磁鐵、裝在床端底箱中的卷簧、在前靠、后擋中心孔中與卷簧和篷蓋鏈板相連的拉索，有導(dǎo)槽的底板，裝在導(dǎo)槽中的篷蓋鏈板等組成。平時(shí)篷蓋鏈板由電磁鐵鎖定在床側(cè)下，與一般睡床一樣，見摘要附圖，地震時(shí)因斷電松鎖篷蓋鏈板由卷簧經(jīng)拉索拉到前靠與后擋的導(dǎo)槽中在床上形成棚架，翻板在床下與兩端板、底板組成床盆共同抵御打擊，實(shí)行救生。 2） 抗震避難逃生裝置（如圖 2 所示

14、） 圖2 抗震避難逃生裝置 一種抗震避難逃生裝置，包括殼體（１），殼體（１）的壁上設(shè)有至少一個(gè)通氣孔（２），殼體（１）內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)應(yīng)急物品儲(chǔ)藏室（３），殼體（１）的正面設(shè)有人員入口，人員入口處設(shè)有逃生門（４）。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，可打開逃生門（４）進(jìn)入到殼體（１）內(nèi)避險(xiǎn)，平時(shí)則可作為衣柜或床使用。其目的是提供一種平時(shí)可作為衣柜或床使用，在發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)可以讓人們迅速方便的躲避進(jìn)去安全逃生的抗震避難逃生裝置。 3） 地震安全防護(hù)逃生架（如圖 3 所示） 地震安全防護(hù)逃生架，其為利用拱橋原理及Ｋ架剛性結(jié)構(gòu)，由鋼管以全滲透焊接方式焊接而成，包括頂斜桿、上弦桿、垂直桿、傾側(cè)桿、橫桿、端側(cè)桿

15、、拱形桿、端撐桿、側(cè)桿以及承座板，其特征是：上弦桿分別跨接于兩相對的垂直桿的端腳處，并共同焊接于一承座板上以為桌腳；拱形桿頂與上弦桿中央并壘焊結(jié)； 在上弦桿與垂直桿焊結(jié)的交角處焊接有端撐桿并與拱形桿相連結(jié)，呈一拱形穩(wěn)固架構(gòu)體；又設(shè)位于上弦桿中央的橫桿為焊接于拱形桿與上弦桿的側(cè)面結(jié)合處；在桌體結(jié)構(gòu)的水平面上的交角處焊接有頂斜桿、兩桌側(cè)的垂直面上的交角處焊接有傾斜桿而構(gòu)成為整體桁架拱形結(jié)構(gòu)。 圖 3 地震安全防護(hù)逃生架 本實(shí)用新型涉及鋼架子。解決地震安全逃生問題。由多根鋼管按拱橋原理及Ｖ架剛性結(jié)構(gòu)焊固。兩側(cè)設(shè)各四根垂直桿、上面設(shè)四根上弦桿、再以橫桿、端側(cè) 桿及拱形

16、桿組成。桌腳底端設(shè)有防滑墊，用于地震安全逃生。4）地震避難桌（如圖 4、5 所示） 一種地震避難桌，涉及逃生裝置技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有課桌抗沖擊能力差的技術(shù)問題。該避難桌包括桌腿和桌面，其特征在于：所述桌腿上端固定安裝一矩形框架，其中一組平行框邊上固定安裝一根橫桿；所述桌面由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)單元拼合而成，所述旋轉(zhuǎn)單元包括一塊長板、一塊短板、一塊豎板和一根彈簧，所述長板位于短板上方，其一側(cè)邊與短板鉸接，該側(cè)邊的對側(cè)邊與另一旋轉(zhuǎn)單元的長板鉸接，所述短板活動(dòng)安裝于框架上，并能沿橫桿的軸線移動(dòng)，所述豎板固定于短板上，所述彈簧套設(shè)于橫桿上，其兩端分別抵住豎板板面及框邊，所述框架上設(shè)有觸動(dòng)開關(guān)，用于卡住或松開

17、彈簧。本實(shí)用新型提供的地震避難桌，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固， 抗沖擊能力高，可用于地震時(shí)臨時(shí)避難。 圖 4 地震避難桌 圖 5 地震避難桌 1.3 課題來源與研究意義 1.3.1 課題的來源 本課題是代表北京石油化工學(xué)院參加首都高校第四屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的參賽作品。本論文是參賽作品的一部分。 由于本屆的主題為“珍愛生命，奉獻(xiàn)社會(huì)”；內(nèi)容為“在突發(fā)災(zāi)難中，用于救援、破障、逃生、避難的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作”。我們本著逃生避難的目標(biāo)來設(shè)計(jì)研究自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置，可作為在地震、礦難等突發(fā)性災(zāi)難的保護(hù)生命的設(shè)備，方便人民群眾在緊急情況下保護(hù)好自己的生命。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽

18、的目的在于引導(dǎo)高等學(xué)校在教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合設(shè)計(jì)能力和協(xié)作精神；加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和工程實(shí)踐的訓(xùn)練；吸引、鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。因此本人對這項(xiàng)畢業(yè)設(shè)計(jì)充滿濃厚的興趣。 1.3.2 研究意義 隨著世界人口的不斷增長和城市化速度的加快,地震災(zāi)害問題在社會(huì)中越發(fā)顯得突出, 地震作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、人民生活質(zhì)量的提高以及國家安全的影響是巨大的。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)汶川地震遇難人數(shù)為 69225，受傷人數(shù)為 374640。玉樹地震遇難人數(shù)為 2203。尤其是 1996 年唐山地震遇難人數(shù)達(dá) 242000，受傷人

19、數(shù)為 164000。另外，我國是煤礦的大國，煤碳開采量已達(dá)世界第一。但是，由于生產(chǎn)技術(shù)落后，礦難時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重危害了大量弱勢群體的生命安全。2009 年 11 月 21 日 黑龍江新興，108 人死亡。2007 年12 月 6 日 山西洪洞，105 人死亡。2007年8月 17 日 山東新汶，死亡 181 人 。在礦難和地震等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí) ，人們會(huì)無意識(shí)的尋找狹小的避難場所，但往往不能保護(hù)人的生命安全。我們希望能設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)急避難裝置：可以在突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)伸展出一個(gè)空間，供人們暫時(shí)避難，防止被落下的物體砸傷，從而使生命得到保障。 1.3.3 市場前景 地震災(zāi)害問題在社會(huì)中越發(fā)顯得突

20、出, 地震作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、人民生活質(zhì)量的提高造成極大危害。另外我國作為煤炭生產(chǎn)的大國，煤炭開采量已達(dá)世界第一，但由于生產(chǎn)技術(shù)極為落后，致使煤礦 坍塌時(shí)有發(fā)生，礦難對大量弱勢群體的生命造成了嚴(yán)重的危害。目前我國的應(yīng)急避難裝置還比較缺乏，現(xiàn)有的避難裝置也都是價(jià)格不菲，而我們設(shè)計(jì)的自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置采用 40 號剛，成本低廉又能保證強(qiáng)度。在礦難和地震等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí) ，自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置可以在上述突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)伸展出一個(gè)空間，供人們暫時(shí)避難，防止被落下的物體砸傷，從而使生命得到保障。 1.3.4 研究的基本內(nèi)容 本人研究的內(nèi)容為自動(dòng)伸縮應(yīng)急避

21、難裝置的總體就夠設(shè)計(jì)，本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： （1） 具有自動(dòng)伸縮功能，占地小，運(yùn)輸攜帶方便。 （2） 機(jī)構(gòu)簡單、承載能力強(qiáng)，受力均勻。 （3） 具有自動(dòng)識(shí)別的功能。 在機(jī)械結(jié)構(gòu)上增加了驅(qū)動(dòng)部分和電路控制系統(tǒng)，裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而控制系統(tǒng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的伸展和收縮。 本課題研究的內(nèi)容寬泛，涵蓋了各類跨學(xué)科知識(shí)，綜合性強(qiáng)、實(shí)踐意義突出。 第二章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的創(chuàng)新功能設(shè)計(jì)思路 現(xiàn)有的應(yīng)急避難裝置如地震救生床、抗震避難逃生裝置、地震安全防護(hù)逃生架、地震避難桌等都存在著缺陷；比如救生床的缺陷為該裝置會(huì)自動(dòng)

22、識(shí)別，只有在斷電的情況下才會(huì)自動(dòng)打開，這樣就會(huì)有 2 個(gè)問題，第一就是輕微地震，已經(jīng)有物體開始掉落，可是還沒有斷電，該裝置就無法啟動(dòng)，也無法保證人的生命安全；第二，平時(shí)的日常生活也會(huì)出現(xiàn)斷電的情況，所以在平時(shí)生活中，一旦斷電， 該裝置就會(huì)啟動(dòng)，人們還需要時(shí)間去把它調(diào)回原來的狀態(tài)以備地震時(shí)的使用。抗震避難逃生裝置平時(shí)可以當(dāng)做衣柜使用，可這也是它的缺陷，一旦地震等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生，該裝置內(nèi)存有大量的衣物，人們很難躲進(jìn)該裝置避難，如果該裝置內(nèi)不存放衣物，那該裝置平時(shí)也沒有其他的作用，還要占據(jù)很大的面積。地震安全防護(hù)逃生架在日常生活中沒有其他的用途，而且占地面積大，加工要求精度高。這樣該裝置的成本也會(huì)很

23、高，無法普及。 參考這些應(yīng)急避難裝置，設(shè)計(jì)一種可以折疊的裝置，這樣就方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存， 而且該裝置在展開后要機(jī)構(gòu)簡單、承載能力強(qiáng)，展開后受力均勻，要有自動(dòng)識(shí)別的功能，可以在地震時(shí)自動(dòng)展開出一個(gè)空間可供人們避難。根據(jù)這些，查閱相關(guān)的資料并借鑒機(jī)械模型，所借鑒的模型采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，可以伸縮，經(jīng)過測量，模型截面展開和伸縮時(shí)的內(nèi)徑比約為 5：1，外徑比約為 1.25:1?？梢娖渫鈴降淖兓苄?，但其內(nèi)徑的變化確很大。通過咨詢老師，認(rèn)為平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活，可以折疊，而且受力均勻，承載能力大。很適合做折疊避難裝置，所以最后選用平行四邊形機(jī)構(gòu)。 圖 6 橫向連接桿示意圖 采用平

24、行四邊形機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)裝置的縮放。模型中有 2 種連接桿，根據(jù)這 2 種桿的形狀及其孔的位置，將其放大 3 倍，但這樣得出的桿的長度都不是正數(shù)， 角度也不是整數(shù)，這樣不方便加工制造，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的應(yīng)急避難裝置要制作出成品， 考慮到最后的加工和裝配，裝置需要很高的加工精度，所以對桿件進(jìn)行了改良， 把桿的長度都設(shè)計(jì)成整數(shù)，角度也設(shè)計(jì)成整數(shù)。這樣就方便加工制造。但由于對桿件的尺寸進(jìn)行了修改，很可能最后無法裝配出一整個(gè)圓。經(jīng)過對模型的研究， 發(fā)現(xiàn)模型中有 8 個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，這樣每個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)對應(yīng)的角度應(yīng)為45 度。所以將所設(shè)計(jì)的桿先在 Pro/E 中繪制出三維模型，然后裝配，再測量設(shè)計(jì)的平行四邊形

25、機(jī)構(gòu)的角度。 第一次所設(shè)計(jì)的桿 AB 段過長，無法滿足這個(gè)角度的要求。于是將 AB 段改短，但∠ABC 的度數(shù)又大了，仍然無法滿足角度的要求。經(jīng)過若干次的調(diào)試，終于可以滿足角度要求。AB 段長度為 120mm，BC 段長度為 100mm?！螦BC 的度數(shù)為157 度。這樣由四根連接桿組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)就在任意時(shí)刻角度均為 45 度。由 8 個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)就可以組成一整圈標(biāo)準(zhǔn)的圓。這樣 4 根連接桿 A 組成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu) A，4 根連接桿 B 組成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu) B, 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 用來實(shí)現(xiàn)裝置的截面積的變化，平行四邊形機(jī)構(gòu) B 用來實(shí)現(xiàn)裝置縱向的尺寸的變化。這樣 2 種平

26、行四邊形機(jī)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)裝置的伸展和收縮。又設(shè)計(jì)一種鉸蓋， 用來連接 2 種連接桿，這樣就由著 3 種零件組成了一個(gè)形狀像“桶”的應(yīng)急避難裝置。在發(fā)生地震等突發(fā)性災(zāi)難時(shí)，人們可以躲進(jìn)“桶”的內(nèi)部避難，防止被倒下的重物砸傷，從而保證人的生命安全。由于做的是應(yīng)急避難裝置，主要是在突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)可以提供一個(gè)空間用來保護(hù)人的生命安全。裝置現(xiàn)在只是一個(gè)架 子，中間還存在著空隙，在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，會(huì)有重物從空隙中插入裝置，會(huì)對裝置內(nèi)的人造成很大的傷害。所以又對裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要是設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)機(jī)構(gòu)，保護(hù)機(jī)構(gòu)的一端焊接在鉸蓋上，另一端上裝有高強(qiáng)度的防護(hù)緩沖材料。這樣就能把整個(gè)的裝置都包裹在防護(hù)緩沖材

27、料里，這樣就可以更好的保護(hù)人的生命安全。 下面將介紹我所設(shè)計(jì)的橫向連接桿 A、縱向連接桿 B、鉸蓋和保護(hù)機(jī)構(gòu)。 2.2 橫向平行四邊形機(jī)構(gòu) A 的設(shè)計(jì) 圖 7 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 示意圖 圖 8 連接桿A 示意圖 圖 9 橫向連接桿 A 工程圖 平行四邊形機(jī)構(gòu) A（如圖 7 所示）由 4 根連接桿 A 組成，4 根連接桿 A（見圖 8 、9 所示）用螺栓連接。平行四邊形機(jī)構(gòu) A 的夾角始終為 45（見圖 10 所示），這樣由 8 個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)就組成了一圈 360的圓周。 圖 10 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 的夾角 圖 1

28、1 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 原理示意圖 經(jīng)過計(jì)算及驗(yàn)證（見圖 11 所示）： 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 在任意時(shí)刻夾角都為固定值（45），這樣保證了一周 8個(gè)平行四邊形能夠組成 360整圓。證明如下： 連接桿 AOF（黑色的桿）與 BOC（綠色的桿），因?yàn)檫B接桿 AOF 與 BOC 的長度相等（AO=BO,OF=OC）而且∠AOF=∠BOC,所以上圖中，連接桿 BOC 相當(dāng)于是連接桿 AOF 繞點(diǎn) O 旋轉(zhuǎn)了一定的角度，所以∠AOB=∠COF.又因?yàn)?AO=BO,OC=OF，所以∠OAB=∠OBA, ∠OCF=∠OFC,綜上幾點(diǎn)，可以推導(dǎo)出三角形 AOB 與三角形 COF 相似，所以∠OAB=∠O

29、BA=∠OCF=∠OFC。 圖中藍(lán)色的桿件為連接桿 BOC 轉(zhuǎn)到的另一個(gè)位置（HOI），要想證明四桿機(jī)構(gòu)在任意位置夾角都為固定值，只需證明∠AEC=∠AGF。所以需要證明∠GAE=∠GFE。又 ∠GAE=∠GAO-∠EAO ；∠GFE=∠EFO-∠GFO ∠EFO=∠ECO+∠FOC=180-∠OFC=180-∠ECO 又 根據(jù)前邊的證明，可以知道，三角形 AOH 與三角形 OCI 相似，且∠OAH=∠ OHA=∠OIF=∠OFI. 所以 ∠GAO+∠GFO=180 所以，∠GAE=180-∠GFO-∠EAO ∠GFE=180-∠GFP-∠EAO 可以推出，∠GAE=∠GFE

30、所以，平行四邊形 A 在任意時(shí)刻夾角都為固定值，保證了其在任意時(shí)刻都為圓形，受力均勻且伸展靈活。 如圖 所示，連接桿 A 為彎曲的桿，桿上有 3 個(gè)孔，分別用來與另外的連接桿 A 和鉸蓋連接。桿的尺寸是根據(jù)裝置的大小來定的，所以只要滿足平行四邊形的角度要求，修改桿的尺寸，即可實(shí)現(xiàn)裝置的體積的變化。 2.3 縱向平行四邊形機(jī)構(gòu) B 的設(shè)計(jì) 圖 12 平行四邊形機(jī)構(gòu) B 示意圖 圖 13 縱向連接桿 B 圖 14 橫向連接桿 B 工程圖 縱向平行四邊形機(jī)構(gòu) B（如圖 12 所示）由 4 根連接桿 B（如圖 13、14 所示） 組成?？v向的連接桿也是參照模型所設(shè)計(jì)的。

31、連接桿 B 與連接桿 A 的不同之處就是中間孔的位置，連接桿 A 的中間孔是在折彎處(B 處)，而連接桿 B 的中間孔則在桿長的一端，靠近 A 端。為了使裝置在折疊時(shí)的縱向高度最小，所以連接桿在裝配時(shí)要向內(nèi)彎曲，這樣才能保證折疊后的縱向高度最小。而且中間孔在 B 點(diǎn)， 這樣使得折疊后的尺寸更小，也不會(huì)影響展開后的高度。所以采用這種設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)使得平行四邊形 B 在折疊時(shí)的縱向尺寸更小，而展開時(shí)的高度也大。下圖為 2 種連接桿連成的平行四邊形機(jī)構(gòu)的展開和伸縮時(shí)的對比圖（如圖 15、16、17、18 所示）。 圖 15 平行四邊形機(jī)構(gòu) B 折疊狀態(tài) 圖 16 平行四邊

32、形機(jī)構(gòu) B 展開狀態(tài) 圖 17 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 折疊狀態(tài) 圖 18 平行四邊形機(jī)構(gòu) A 展開狀態(tài) 縱向的平行四邊形機(jī)構(gòu)B由4 根連接桿 B 組成，每一圈有 8 對鉸蓋組成， 所以有 8 個(gè)縱向的平行四邊形機(jī)構(gòu) B 與鉸蓋連接。兩兩對應(yīng)的鉸蓋間距為最大值時(shí)，縱向平行四邊形機(jī)構(gòu) B 處于收縮狀態(tài)。兩兩對應(yīng)的鉸蓋間距為最小值時(shí)，縱向平行四邊形機(jī)構(gòu) B 處于展開狀態(tài)。 橫向的平行四邊形機(jī)構(gòu) A 和縱向的平行四邊形機(jī)構(gòu) B 通過鉸蓋連接后，形成一個(gè)可自由伸縮的筒狀結(jié)構(gòu)，將裝置水平放置后，無論是居家或在井下，災(zāi)難發(fā)生時(shí)人們躲入內(nèi)部，可防止重物的砸傷（見圖 19、20 所示）。 圖

33、 19 裝置總體示意圖 圖 20 裝置總體工程圖 2.4 鉸蓋設(shè)計(jì) 圖 21 鉸蓋示意圖 圖 22 鉸蓋工程圖 為了連接 2 種連接桿，又設(shè)計(jì)了 1 種鉸蓋（如圖 21、22），用來連接 2 種連接桿。在設(shè)計(jì)鉸蓋的形狀時(shí)，考慮到以下幾點(diǎn)。第一，為了方便加工，鉸蓋要設(shè)計(jì)成對稱的。第二，在裝置折疊時(shí)，鉸蓋是相互靠在一起的，為了不產(chǎn)生磨損， 所以鉸蓋要設(shè)計(jì)成方形的。第三，鉸蓋是用來連接桿件的，所以鉸蓋上需要打孔， 根據(jù)前邊的受力分析可知，用來連接鉸蓋與連接桿的螺栓為 M5，又需要考慮鉸 蓋的強(qiáng)度，所以需要在打孔處留出更多的位置，以保證鉸蓋的強(qiáng)度

34、。第四，鉸蓋上還需要安裝驅(qū)動(dòng)的絲杠、電機(jī)、自鎖裝置和限位裝置，所以鉸蓋的中間還需要使用。根據(jù)這些，我設(shè)計(jì)的鉸蓋如圖 所示。尺寸為 60*60*30。鉸蓋中突起的部分的高度為 15mm，四角的突起是四個(gè)正方體，在其一面的正中位置打孔，這樣就保證了鉸蓋的強(qiáng)度。中間的部分也可以利用，比如打孔安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)、絲杠、限位開關(guān)和自鎖機(jī)構(gòu)等。 2.5 保護(hù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 如圖 23、24、25 所示，保護(hù)機(jī)構(gòu)焊接在鉸蓋上，機(jī)構(gòu)上有 4 個(gè)直徑為 5 的孔，套有內(nèi)螺紋，可以和螺栓連接。防護(hù)緩沖材料我們選用的是玻璃纖維，將玻璃纖維上打孔，玻璃纖維分別于左右 2 側(cè)的保護(hù)機(jī)構(gòu)相連接，這樣就有 4 塊玻璃纖維圍住

35、裝置，然后用螺栓將玻璃纖維固定在保護(hù)機(jī)構(gòu)上，這樣就能起到保護(hù)作用。保護(hù)機(jī)構(gòu)上的突起圓柱還可以套一些有緩沖的作用的海綿等。 圖 23 保護(hù)機(jī)構(gòu) 圖 24 保護(hù)機(jī)構(gòu)焊接在整體結(jié)構(gòu)上 圖 25 保護(hù)機(jī)構(gòu)焊接在整體結(jié)構(gòu)上 玻璃纖維簡介（如圖 26 所示） 玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料。英文原名為：glass fiber或fiberglass 。成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝。最后形成各類產(chǎn)品，玻璃纖維單絲的直徑從 幾 個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的 1/20-1/5

36、，每束纖維原絲都有數(shù)百根甚至上千根單絲組成，通常作為復(fù)材料中的增強(qiáng)材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。 作為補(bǔ)強(qiáng)材玻璃纖維具有以下之特點(diǎn)： (1)拉伸強(qiáng)度高，伸長小(3%)。 (2)彈性系數(shù)高，剛性佳。 (3)彈性限度內(nèi)伸長量大且拉伸強(qiáng)度高，故吸收沖擊能量大。(4)為無機(jī)纖維，具不燃性，耐化學(xué)性佳。 (5)吸水性小。 (6)尺度安定性，耐熱性均佳。 (7)加工性佳，可作成股、束、氈、織布等不同形態(tài)之產(chǎn)品。(8)透明可透過光線. (9)價(jià)格便宜。 圖 26 玻璃纖維示意圖 第三章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝

37、置的強(qiáng)度校核 裝置在展開后，鉸接處連接件受到剪切力，所以采用受剪螺栓連接—鉸制孔用螺栓，根據(jù)尺寸，選擇 GB M5 X 35（A 級），六角頭。采用 40 號鋼，下面進(jìn)行強(qiáng)度校核。 3.1 螺栓桿的抗剪強(qiáng)度計(jì)算 螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件： 4 F S s p m d 2  [t ] 其中：Fs是剪切力，m是接觸面?zhèn)€數(shù)，d s是螺桿半徑， [t ]是許用剪切應(yīng)力。 F p md 2 [t ] s S ?4 其中：m=1，d =5 ， [t ] = s s = 335MPa = 134MPa s [s]s 2.5

38、 所以, Fs 2631.1N 3.2 螺栓桿的擠壓強(qiáng)度計(jì)算 擠壓強(qiáng)度條件： Fs dsh  [s p] s 其中：d =5，h=8， [s p] = 335 所以 F s d sh[s p ] = 1.25 5 8 335 1.25 = 10720 N 綜上所述， Fs 2631.1N 3.3 Ansys 受力分析 3.3.1 Ansys 簡介 ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限 元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS

39、 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級 CAD 工具之一。 3.3.2 ANSYS 軟件提供的分析類型 1. 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 2. 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)

40、力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 3. 結(jié)構(gòu)非線性分析 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS 程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。 4. 動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 5. 熱分析 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)

41、行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 6. 電磁場分析 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。 7. 流體動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單

42、元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。 8. 聲場分析 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。 9. 壓電分析 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處

43、理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方 便地構(gòu)造有限元模型； 3.3.3 Ansys 受力分析過程 圖 27 Ansys 導(dǎo)入模型 （1） 用 UG 建模后，保存為 IGES 格式文件，導(dǎo)入 ansys。（如圖 27 所示） （2） 設(shè)置單元類型 BEAM188（見圖 28 所示） 圖 28 設(shè)置分析單元 （3） 設(shè)置桿件的截面參數(shù)（見圖 29 所示） 圖 29 設(shè)置桿件的截面參數(shù) （4） 設(shè)置材料參數(shù)（見圖 30 所示）。材料信息材料： = Iron_40 材料屬性： 材料類型： 各向同性 質(zhì)量密度 7.192e-006 kg/mm^

44、3 楊氏模量 1.262e+008 mN/mm^2(kPa) 泊松比 0.25 熱膨脹系數(shù) 1.08e-005 1/C 導(dǎo)熱性 52000 mW/mm-C 比熱 4.47e+008 microJ/kg-K 圖 30 設(shè)置材料參數(shù) （5） 自動(dòng)劃分網(wǎng)格（見圖 31 所示） 圖 31 自動(dòng)劃分網(wǎng)格 （6） 添加約束，施加載荷。約束為地面支撐，共有 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)受力，大小均為 400N。（見圖 32 所示） 圖 32 添加約束與載荷施加 （7） 后處理并得到結(jié)果（見圖 33 所示） 圖 33 后處理結(jié)果云圖 （8） 選擇危險(xiǎn)單元和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，單元

45、 50 和 13 在節(jié)點(diǎn) 13 的受力分別為： FX FY FZ （KN） 單元 13 0.96853 -2.1139 -0.0047825 單元 50 -0.33787 0.22221 -0.0002627 所以 XOY 面上的總受力為 2.0KN 2631.1N。所以安全。下面分析單個(gè)危險(xiǎn)桿件的受力情況。 （1） 首先，將 PRO/e 中的桿件保存為 IGES 格式的文件，再導(dǎo)入 UG 中，在 UG 中進(jìn)入高級仿真，新建 FEM 和仿真，選擇 ansys。 （2） 填寫材料屬性，分 3D4 面體網(wǎng)格，單元類型選擇 SOLID92,自動(dòng)劃分網(wǎng)格。 （如

46、圖 34 所示） 圖 34 劃分網(wǎng)格 （3） 在各點(diǎn)添加約束和載荷。（如圖 35 所示） 圖 35 添加約束 （4） 求解并自動(dòng)生成 INP 文件，用 ansys 導(dǎo)入該文件，直接求解，后處理。得出個(gè)各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。最大應(yīng)力值為 329.54MPa，40 號鋼的屈服強(qiáng)度為 335MPa， 所以安全。（見圖 36 所示） 圖 36 單桿受力云圖 第四章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的三維實(shí)體建模 4.1 Pro/Engineer Wildfire的簡介 Pro/E（Pro/Engineer 操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Techno

47、logy Corporation，簡稱 PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。 Pro/E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)

48、、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 1. 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。 2. 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程

49、的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高， 產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。 Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型 棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。 Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通

50、過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然， 更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不像其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變， 其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)

51、用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用C 語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊) 具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn))，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer 功能如下： 1. 特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）； 2. 參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3. 通過零件的特征值之間，載荷/邊界條

52、件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4. 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)(規(guī)則排列的系列組件，交替排列， Pro／PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等)。 5. 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng))。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro／ENGINEER 的基本功能。 4.2 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的零部件實(shí)體造型 圖 4-1 連接桿 A 圖 4-2 連接桿 B 圖 4-3 鉸蓋 圖 4-4 套筒 圖 4-5 螺栓 圖 4-6 螺母 圖 4-7 快速接頭下部 圖 4-

53、8 快速接頭上部 圖 4-9 絲杠 圖 4-10 絲杠螺母 圖 4-11 保護(hù)機(jī)構(gòu) 4.3 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的實(shí)體裝配模型 圖 4-12 橫、縱向裝配示意圖 圖 4-13 機(jī)構(gòu)展開示意圖 圖 4-14 機(jī)構(gòu)折疊示意圖 圖 4-15 保護(hù)機(jī)構(gòu)示意圖 圖 4-16 整體結(jié)構(gòu)示意圖 4.4 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的工程圖 圖 4-17 整體結(jié)構(gòu)工程圖 4.5 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的實(shí)物加工圖片 圖 4-18 四桿機(jī)構(gòu)實(shí)物圖 圖 4-19 鉸蓋實(shí)物圖

54、 圖 4-20 機(jī)構(gòu)折疊實(shí)物圖 圖 4-21 機(jī)構(gòu)展開實(shí)物圖 第五章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的加工與調(diào)試 5.1 UG 的簡介 來自 UGS PLM 的 NX 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。

55、NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。 NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。 NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和

56、協(xié)同的框架中。 5.2 UG 加工仿真 使用 UG 軟件對裝置的零件進(jìn)行加工仿真。生成 G 代碼，可以導(dǎo)入數(shù)控銑床， 這樣可以用數(shù)控銑床加工零件，這樣加工效率高而且加工精度高。下面我簡單說明我用 UG 制作零件的加工 1. 創(chuàng)建程序并修改名稱 2.修改坐標(biāo)、設(shè)定安全距離 圖 37 創(chuàng)建程序 圖 38 修改坐標(biāo)、設(shè)定安全距離 3. 指定部件、毛坯、修改參數(shù) 圖 39 指定部件、毛坯、修改參數(shù) 4. 創(chuàng)建刀具并修改名稱、參數(shù)。 圖 40 創(chuàng)建刀具 5. 創(chuàng)建方法并修改部件余量 6. 創(chuàng)建操作 圖

57、41 創(chuàng)建方法 7. 生成軌跡圖 圖 42 創(chuàng)建操作 8. 加工仿真 圖 43 生成軌跡 9. 后處理生成 G 代碼 圖 44 加工仿真 圖 45 后處理生成 G 代碼 所有的零件設(shè)計(jì)校核完成后，從網(wǎng)上訂購了鋁條，將鋁條切成一段一段的鋁桿，然后將鋁桿一端夾在臺(tái)虎鉗上，另一端套上鋼管，彎曲鋁桿，最后定孔的位置打孔，由于加工的設(shè)備有限，只能盡量保證加工的精度。鉸蓋的加工先用軟件生成加工程序，然后用數(shù)控銑床加工，這樣就保證了加工精度。由于連接桿與連接桿之間有 10mm 的間隙，所以又買來塑料

58、管，將塑料管剪成 10mm 一段的短管， 用來當(dāng)套筒。裝置主要靠螺栓連接，所以買來 M5 的螺栓。將鉸蓋與連接桿裝配， 組成一整個(gè)圓。由于加工精度不高，裝配后會(huì)有一點(diǎn)的誤差，無法組成一個(gè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓。而且用鋁，模型過重，考慮到要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)又不能過大，所以很可能模型無法展開，所以決定換材料，最后選定亞克力（有機(jī)玻璃）作為模型的主要材料。從網(wǎng)上訂購了亞克力板，然后將板子切成桿件，通過加熱器使其軟化，然后彎曲變形。為了保證彎曲的精度，制作了一個(gè)模板，然后將彎曲的桿放入模板中，等桿件冷卻后,再將其拿出，這樣就可以保證精度，然后打孔。根據(jù)孔的定位尺寸，找準(zhǔn)位置，然后打孔，以保證精度。鉸蓋的材料也

59、改為有機(jī)玻璃，考慮到有機(jī)玻璃的強(qiáng)度，可能數(shù)控銑床無法銑出，可能在銑的過程中，就會(huì)出現(xiàn)斷裂。所以想到將突起的部分線切成一個(gè)個(gè)小塊，然后粘在線面的快上?？墒沁@樣無法保證鉸蓋的強(qiáng)度而且增大了工作量。所以通過咨詢數(shù)控銑床的師傅， 師傅告訴我們銑應(yīng)該沒問題，就都用數(shù)控銑床加工鉸蓋。所有的零件加工完成后， 開始裝配。經(jīng)過幾周的努力，制作的裝置可以裝成一個(gè)圓，而且裝置的重量也減小了。機(jī)構(gòu)部分完成后，為模型裝驅(qū)動(dòng)部分，為了保證強(qiáng)度，將驅(qū)動(dòng)部分連接的鉸蓋換成先前制作好的鋁制鉸蓋，把這 2 個(gè)鉸蓋的中間打孔，然后安裝電機(jī)、絲杠、絲杠螺母，聯(lián)軸器。電機(jī)和絲杠螺母是焊接在鉸蓋上的，這樣電機(jī)旋轉(zhuǎn)就可以帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)

60、，絲杠旋轉(zhuǎn)使得絲杠螺母帶動(dòng)鉸蓋發(fā)生軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)裝置的伸展和收縮。 初步做的驅(qū)動(dòng)部分只能是模型展開，而無法自動(dòng)縮回原為，為了增加這個(gè)功能就有買了開關(guān)、繼電器等元器件。又增加了限位開關(guān)。這樣模型在展開到一定位置后就會(huì)自動(dòng)停止，這樣就不會(huì)對模型產(chǎn)生破壞。在模型上安裝自鎖機(jī)構(gòu)，自鎖機(jī)構(gòu)是從五金店買的快速接頭（如圖 46 所示）。 圖 46 快速接頭 由于裝置叫自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置，所以裝置應(yīng)該有自動(dòng)識(shí)別的功能，于是從網(wǎng)上查找各種開關(guān)、繼電器等。最后買了一個(gè)震動(dòng)開關(guān)（如圖 47 所示），這個(gè)開關(guān)原理很簡單，有一個(gè)圓筒，為連接時(shí)，桶內(nèi)的球在 A 側(cè)，需要連接時(shí)，只要搖晃圓筒，桶內(nèi)

61、的球會(huì)跑到 B 側(cè)，這時(shí)線路就連接上了，但球離開 B 側(cè)后，有會(huì)斷開，所以需要增加了一個(gè)繼電器，該繼電器與震動(dòng)開關(guān)串聯(lián)，繼電器的開關(guān)又與振動(dòng)開關(guān)并聯(lián)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)繼電器的自鎖(如圖 48 所示)。裝置就具有了自動(dòng)識(shí)別的功能。 圖 47 振動(dòng)開關(guān) 圖 48 繼電器自鎖 第六章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的使用與維護(hù) 6.1 產(chǎn)品說明書 自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置，主要由鉸蓋、連接桿 A、連接桿 B、電機(jī)、螺栓、螺母、套筒、絲杠和自鎖裝置快速接頭組成。由 4 根連接桿 A 所組成的平行四邊形機(jī)構(gòu) A 用來實(shí)現(xiàn)裝置截面方向的伸縮，由 4 根連接桿 B 所組成的平行四邊形機(jī)構(gòu) B 用

62、來實(shí)現(xiàn)裝置縱向的收縮。電機(jī)放到設(shè)備外圈的某個(gè)鉸蓋上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連接在鉸蓋內(nèi)側(cè)的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)使得 2 個(gè)鉸蓋的間距增大或變小，從而帶動(dòng)連接桿運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)裝置的伸展和收縮 。每一周選擇均布的 8 對鉸蓋在相對的內(nèi)側(cè)安裝快速接頭，以便裝置伸展后各連接桿依靠快速接頭實(shí)現(xiàn)自鎖，快速接頭使各連接桿與鉸蓋形成具有較強(qiáng)抗壓能力的裝置，可在礦難發(fā)生時(shí)或地震中房屋倒塌時(shí)成為人們的緊急避難場所。本裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，啟動(dòng)迅速，整體造型構(gòu)思巧妙，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾笤O(shè)備抗壓能力較強(qiáng)，能夠保證人身安全，并且操作簡易成本低廉，可在危機(jī)時(shí)刻成為人們的緊急避難場所。 6.2 使用說明 6.2.1 用戶須知

63、本裝置為自動(dòng)應(yīng)急避難裝置，在地震或礦難等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)可提供一個(gè)場所供人們避難。該裝置在平時(shí)處于折疊狀態(tài)，這樣便于運(yùn)輸和存貯。該裝置由電瓶提供電源，不用外接其他電源。本裝置有 2 個(gè)開關(guān)，一個(gè)為手動(dòng)開關(guān)，當(dāng)人們按下手動(dòng)開關(guān)后，裝置會(huì)自動(dòng)打開。另一個(gè)為震動(dòng)開關(guān)，應(yīng)為該裝置為有自動(dòng)識(shí)別功能，當(dāng)裝置受到過大震動(dòng)時(shí)，裝置會(huì)自動(dòng)展開，這樣在運(yùn)輸途中裝置就有可能受到過大震動(dòng)，這時(shí)裝置就會(huì)自動(dòng)打開，這樣就不方便運(yùn)輸，所以該裝置有一個(gè)振動(dòng)開關(guān)，在運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)后，裝置不再會(huì)被移動(dòng)，這時(shí)人們按下震動(dòng)開關(guān)，這時(shí)裝置就啟動(dòng)自動(dòng)識(shí)別的功能，當(dāng)人們想移動(dòng)該裝置時(shí)，只需關(guān)掉震動(dòng)開關(guān)，再將其移動(dòng)即可。 6.2.2 使用

64、方法 當(dāng)?shù)卣鸹虻V難等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)，人們可以按下開關(guān)，裝置自動(dòng)展開，人們可以躲進(jìn)裝置內(nèi)避難；當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)，人們來不及區(qū)按下開關(guān)，這時(shí)，由于裝置有自動(dòng)識(shí)別功能，所以裝置會(huì)自動(dòng)打開，人們就可以直接躲進(jìn)裝置內(nèi)避難而不 用再去按開關(guān)。這樣更加人性化。 6.2.3 注意事項(xiàng) 1.安全檢查 裝置平時(shí)處于折疊狀態(tài)，所以在使用前，需要見車個(gè)螺栓是否有松動(dòng)，若有松動(dòng)，要及時(shí)筋骨，以保證其可以正常使用。用戶還需要測試裝置的 2 種啟動(dòng)方式是否可以正常啟動(dòng)。具體步驟如下 1.用戶先按下開關(guān)，看裝置能否自動(dòng)展開， 若不能則需要檢查裝置的線路和電瓶；2.用戶將裝置放好，然后按下震動(dòng)開關(guān)， 再

65、搖晃裝置，看裝置能否自動(dòng)展開，若不能則需要檢查裝置的線路和電瓶。裝置展開后的體積會(huì)變大，所以裝置不應(yīng)放在狹小的地方，以免裝置無法打開。 2. 嚴(yán)禁擅自修改 電氣部分尤其是控制電路和控制器，不要在沒有專業(yè)人員指導(dǎo)下拆卸，更嚴(yán)禁對裝置的卵子修改，防止不必要的麻煩和損壞。應(yīng)該到專業(yè)的銷售部門檢修。 6.3 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的日常維護(hù)和保養(yǎng) 定期檢查裝置，并留意機(jī)件的性能，可以防止有故障。裝置由電瓶提供電源， 所以要定期檢查電瓶是否有電。電瓶充電后，需要注意電瓶與裝置的線路連接， 要連接牢固，不能只是將導(dǎo)線掛在電瓶上，更不能接錯(cuò)電瓶的正負(fù)極。電瓶要定期充電，一般為半年一次。 6.4

66、自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的常見故障及排除 裝置有可能在運(yùn)輸途中有元器件連接不牢固，發(fā)生斷裂，所以需要檢查裝置的電控線路。若有連接處斷開現(xiàn)象，需要將其斷裂處連接好。裝置主要零件由螺栓連接，所以要注意螺栓是否松動(dòng)，若有松動(dòng)現(xiàn)象，需要把松動(dòng)的螺栓擰緊。以保證裝置的正常使用。 第七章 自動(dòng)伸縮應(yīng)急避難裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 7.1 自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置的技術(shù)分析 自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置中的零件都是我們自己在學(xué)校加工的，鉸蓋用的數(shù)控銑床銑的，精度高。連接桿我們用的鋸床鋸的，精度不高，在工廠大批量加工時(shí)， 可以也用數(shù)控銑床銑出或者制作一個(gè)模具，這樣方便大批量的加工。我們的自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置的零件只要是在精度要求范圍內(nèi)就可以很方便的裝配，裝配后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也能滿足要求。 7.2 自動(dòng)縮放應(yīng)急避難裝置的經(jīng)濟(jì)分析 地震災(zāi)害問題在社會(huì)中越發(fā)顯得突出, 地震作為最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、人民生活質(zhì)量的提高造成極大危害。另外我國作為煤炭生產(chǎn)的大國，煤炭開采量已達(dá)世界第一，但由于生產(chǎn)技術(shù)極為落后，致使煤礦坍塌時(shí)有發(fā)生，礦難對大量