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1 金 華 職 業(yè) 技 術 學 院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 畢業(yè)綜合項目成果 20 屆 自動晾衣架設計 題 目 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 年 月 日 2 自動晾衣架設計 學院 專業(yè) 學生姓名 摘要 晾曬衣服是生活中經常會遇到的活動 針對這一頻繁而單調的工作 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 3 金華職業(yè)技術學院畢業(yè)綜合項目成果 目 錄 摘要 1 1 緒論 5 1 1 自動晾衣架在生產和生活中的作用和意義 5 1 2 自動晾衣架國內研究發(fā)展情況 5 1 3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向 5 1 4 課題條件 9 2 自動晾衣架設計方案及方案的對比和確定 10 2 1 方案一 10 2 2 方案二 13 2 3 方案的對比和確定 17 第 3 章 自動晾衣架設計主要結構的計算 18 3 1 自動晾衣架的設計參數(shù)要求 18 3 2 步進電機的選型 18 3 3 蝸輪蝸桿減速器的計算 18 3 4 剪叉式自動晾衣架結構分析 21 3 5 剪叉式自動晾衣架的運動分析 21 3 6 剪叉式自動晾衣架的動力分析 24 3 7 剪叉式自動晾衣架參數(shù)的確定 25 3 7 1 基本幾何尺寸的確定 25 3 8 剪叉式自動晾衣架的校核 26 3 8 1 各鉸接點的受力分析 26 3 8 2 各鉸接點銷的選擇與校核 28 3 8 3 剪叉臂的強度校核 29 4 自動晾衣架設計三維建模及仿真動畫 33 4 1 三維建模 33 4 2 運動學分析的簡介 33 4 4 3 仿真動畫 34 總結 37 致 謝 38 參考文獻 39 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 5 1 緒論 1 1 自動晾衣架在生產和生活中的作用和意義 自動晾衣架不論是在工業(yè)生產還是我們的日常生活中都有著重要的作用 給我們 帶來的利益是非常的多 自動晾衣架的功能特色是非常多的 自動晾衣架就如電梯的 性能大同小異 我們在使用自動晾衣架的時候也可以針對自己的需求對自動晾衣架進 行設置 可見自動晾衣架對我們作用是相當?shù)拇?自動晾衣架在我們生產中的應用已 經非常的普遍了 而且在我們生產中有著重要的作用 尤其是貨物高空操作 現(xiàn)在經濟不斷的發(fā)展 順應社會的需求 生產力不斷的加大 所以自動晾衣架在 我們進行高空操作的時候就給我們帶來的重要的作用 自動晾衣架就是上下操作 而 且可以給我們提供一個安全穩(wěn)定 1 2 自動晾衣架國內研究發(fā)展情況 據(jù)權威媒體調查統(tǒng)計 自動升降晾衣架市場需求量將以每年 30 的速度復數(shù)增長 這將是家裝建材行業(yè)最后一塊蛋糕 自動升降晾衣架現(xiàn)代家庭必需品 有房就有晾衣 架 發(fā)展?jié)摿Ψ浅４?隨著中國城市化進程的快速推進 在城市生活的人口將越來越 多 城市里每一套房子都將會安裝自動升降晾衣架 市場容量巨大 隨著市場競爭水平不斷的提高 行業(yè)內真正有市場運作能力的企業(yè)將有機會形成 強勢突圍 引領行業(yè)從價格競爭到品牌競爭的良性發(fā)展 最終成為行業(yè)內核心領 導品 牌 國內現(xiàn)有自動升降晾衣架配件生產廠商約 2000 家 市場品牌良莠不齊 99 的品 牌都停留在拼價格 拼成本的低端競爭水平 現(xiàn)有晾衣架品牌廠商幾 乎都以生產為主 一個企業(yè)的配件種類就多大幾千種 生產管理雜亂 缺少管理人才 更缺少市場營銷 人才 很少關注市場競爭 市場競爭大多停留在低價格的自 然銷售狀態(tài) 代理商個 人能力決定品牌在當?shù)氐氖袌稣加新?1 3 自動晾衣架國外發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨向 在中國 晾衣架 一般意指 升降晾衣架 或所謂的自動晾衣架 分手動 電 動兩種 手動 手搖 較為普及 電動之所以未能普及推廣 這是由于整個晾衣架行 業(yè)技術上的不成熟以及售后服務的局限 畢竟是鑲在天花板上 不像小家電一樣容 6 易搬移去維修保養(yǎng) 因而目前 還是手動 手搖 為市場的主導 晾衣架行業(yè)歷史及現(xiàn)狀 晾衣架是中國一大特色產品 該晾衣架行業(yè)形成至今已有十多年時間 從開創(chuàng)至 今技術不斷改進和變革 其基本組成為 手搖器 負責升降 自鎖 鋼絲 轉向器 頂座 晾桿 衣架 手搖器是晾衣架 的核心部件 相當于汽支架的發(fā)動機 備受關 注 經歷了數(shù)年的磨合 晾衣架行業(yè)質量逐漸趨向穩(wěn)定 晾衣架作為每天使用的家居用品 如今已經成為許多家庭的生活必需品 作為消 費者來說 選擇品牌關鍵是貨真價實 其結構 用料 做工等均是不可或缺的商品組 成部分 質量和售后服務更是該晾衣架行業(yè)生產商生存與發(fā)展的永恒構成 晾衣架 如今 已經不僅僅是一個晾衣服的工具 晾衣架 發(fā)展到今天 已經不僅僅是一個晾衣服的工具 除了實用性很強外 更 是一個頗具裝飾性的 晾衣架行業(yè)發(fā)展及未來 晾衣架不僅僅是一個裝飾品 更是一個功能性的產品 目前晾衣架的功能 已經 普遍得到消費者的認可 已經形成一個晾衣架行業(yè) 回歸產品本身 走質量 特色 路線 不斷改良 創(chuàng)新 引領晾衣架行業(yè)重新重視質量 實用的產品 質量才是永恒 的 只有質量被大眾接收 晾衣架行業(yè)才可持續(xù)健康發(fā)展 換言之 只要功能 質量 普遍被認可 晾衣架將會成為居民生活一個必需品 而競爭激烈的未來 特色將是吸 引顧客的重要要素 電動晾衣架 來自鋼絲繩手搖晾衣架的華麗蛻變 使用電機驅動 且功能多樣 又稱 電動晾衣機 根據(jù) 瀟湘 網友的研究 電動晾衣架最精辟的定義就是升降機械 作 為家電 它的正式名稱應該叫電動晾衣機 第一代電動晾衣架由主機系統(tǒng) 升降系統(tǒng) 晾衣系統(tǒng)三部分組成 主機組要由吸頂承 重 動力系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 照明等組成 升降系統(tǒng)由鋼絲繩和鋁制 XX 伸縮架構成 晾衣系統(tǒng)由架托和晾桿組成 電動晾衣架的基本功能是為家庭和旅館等各類用戶提供 自動化的晾衣 晾被等解決方案 第一代電動晾衣架對現(xiàn)代生活最大的貢獻是高品質生活的舒適性 一旦使用過電動晾 衣架晾衣 人類就會習慣于現(xiàn)代生活 懶惰性 的愜意 對老人 小孩 孕婦 弱勢人 群而言這是一種現(xiàn)代必需型家電 電動晾衣架集成照明 居家裝飾 安全防護等增值功能 適用于別墅 度假村 公寓 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 7 樓和各類中高端住宅小區(qū) 一般安裝在陽臺或者靠近窗戶的屋頂上 它是一個頗具裝 飾性的產品 已經成為陽臺上一道亮麗的風景線 第一代電動晾衣架的散件成本大約為三百到四百元 銷售價格最高為三千多元 它創(chuàng)造了家電行業(yè)百分之一千利潤神話 毒品級的利潤吸引了大量的粗制爛造的手工 作坊加入 他們唯一的目的就是撈一把就走 根據(jù)未經證實的國家統(tǒng)計局資料 2010 年電動晾衣架銷售 60 萬臺 2013 年預測將達 91 萬臺 2014 年將超過百萬規(guī)模 目前 第二代電動晾衣架已經出現(xiàn) 產品高品質高性能低成本 這是革命性的創(chuàng) 造發(fā)明 第一代電動晾衣架經銷商普遍采用 懶人 營銷模式 夸大產品功能 隱瞞產 品缺陷 謀求低成本低品質高暴利高價格的營銷模式 他們往往推出了各種光怪華麗 的技術和功能指標 1 盡量包裝電動晾衣架的外殼 為了讓消費者多掏錢 采用豪華的設計 用鋁鎂合金 材質制作機身 外觀看上去經典簡約 流線時尚 晾桿采用航空鋁材或者不銹鋼增加 視覺沖擊效果 2 最求高利潤千方百計提升利潤來源 增加各種名稱的 技術 如 智能技術 消毒 風干 防風架 矢量平衡升降技術 負離子凈化等等 這些功能繁雜完全是廢物功能 甚至危害人身健康 3 漏洞百出的宣傳 缺乏專業(yè)營銷廣告 沒有任何一家企業(yè)經過信用評估 沒有任何 一家企業(yè)請過國家質檢總局測試過產品性能 為了識別無良廠商和黑心經銷商的宣傳 特向廣大消費者提供第一代產品功能的善意 提示 A 紫外消毒功能 紫外線本身適用于餐具消毒 對衣服等消毒能力很差 這是設計者 無知用錯了地方 紫外消毒必須垂直輻射接觸面 衣服的褶皺和垂直掛塞影響消毒效 果 至于衣物內面更是無法消毒 在家電里面 最佳的消毒方式是在洗衣機中洗滌的同時 靠洗滌液或者消毒液對 衣物從內到外的全方位消毒 電動晾衣架的紫外消毒燈發(fā)出的高強度輻射對人或者動 物的眼睛有嚴重危害 紫外線對皮膚有致癌作用 輻射還會對高檔毛料 絲綢 皮草 造成老化 脆化等危害 不要聽信廠商欺騙宣傳 為了自身安全千萬不要選用 如果 遇到傷害可以索取賠償 8 B 風干和烘干系統(tǒng) 沒有正確利用水汽蒸發(fā)原理 靠電腦風扇吹干衣服 這是一種笑 話 電動晾衣架的本質是利用陽光晾曬衣服 人工干衣完全可以用高效率的烘干機 C 障礙安全問題 晾桿升降過程中可能會遇到障礙物或者拉扯 這個時候要及時停機 保護 目前的機械式遇阻停機功能僅能部分實現(xiàn)失載停機 如果遇到障礙物體重壓式 的晾桿障礙 還是會造成人或者機器損傷 D 風阻安全問題 鋼絲繩和伸縮架組成的懸吊結構 縱向和橫向擺動大 遇到大風不 管哪種擺動都可能照成衣服吹落 晾桿砸壞陽臺玻璃或者傷人的問題 E 產品質量問題 電動晾衣架的行業(yè)平均全壽命使用故障在 10 左右 家電標準是千 分之三 獨立的消費者組織評估 家電在實際使用過程中存在在不可抗拒外在力量和 顧客非法操作的情況 這不是產品本身設計缺陷 國際水準的家電的實際使用故障率 不超過 1 F 負離子功能 陽臺空氣經常流通 質量不差 怕的是外來污染空氣 負離子根本無 法有效凈化空氣中的有毒有害成分 目前家庭級的空氣凈化裝置從效率和成本來說都 沒有有效解決手段 這又是一個廢物功能 G 紅外遙控功能 一種最普通的家電技術 包裝后詭稱為智能控制技術 不知道智能 在哪一點 H 節(jié)能環(huán)保 很多生產商連環(huán)?？茖W定義都不知道 省電不等于環(huán)保 第一代電動晾 衣架企業(yè)沒有任何一家有能力設計出節(jié)電技術 第一代電動晾衣架行業(yè)的企業(yè)非常弱小 絕大多數(shù)企業(yè)都是幾個人十幾個人的手工作 坊 最多企業(yè)的年產不過數(shù)萬臺 從業(yè)人員良莠不齊 缺乏國際水準的設計人員 相 比家電行業(yè)百萬的入門門檻 整個行業(yè)都是弱 小 散的發(fā)展狀態(tài) 這些微小型企業(yè)嚴重缺乏信用機制的建立 無論廣告和產品都等同于保健產品的信用 等級 消費者千萬要注意自我保護 國內具備電動晾衣機生產能力的廠家成百上千 大多數(shù)企業(yè)既做手搖晾衣架 同 時又做著電動晾衣架 多數(shù)企業(yè)主是文盲和半文盲 絕大多數(shù)企業(yè)都是代工和貼牌 不 懂技術研發(fā) 不懂研發(fā)管理 有個業(yè)余級的外觀設計就以為很有實力 沒有一家企 業(yè)達到家電企業(yè)的標準 沒有一家企業(yè)能夠做到 3C 整機認證 沒有一家企業(yè)為自 己 的信用過失和技術過失向消費者道過謙 行業(yè)發(fā)展從開拓期走向大規(guī)模制造的啟動期 技術研發(fā)成了競爭勝負的關鍵 電動晾 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 9 衣機本質是白色家電中低檔制造工業(yè) 技術水平不需要很高 目前行業(yè)內最領先的設計師 有人第一個完成電動晾衣架工業(yè)行業(yè)各種定義理論研究 一門學科能成為科學 它的第一個定義必須科學 目前有人把電動晾衣架行業(yè)理論研 究從經驗積累提高到現(xiàn)代工科水準 有優(yōu)秀的設計師第一個規(guī)劃新一代產品的主要性能指標和發(fā)展方向 采用歐美國 家研發(fā)競爭模式已經開發(fā)出第二代 第三 代 第四代電動晾衣架核心機并申請專利 新的換代產品升降平穩(wěn)迅速 安全性能達到歐美以人為本的標準 產品質量等夠達到 家電行業(yè)標準 成本一代比一代低 這是無法逾越的競爭優(yōu)勢 我們期待這個行業(yè)能 成為中國原產第一個的新型家電行業(yè) 也期待中國人為世界貢獻了第一個新的家電行 業(yè) 1 4 課題條件 自隨著經濟的發(fā)展 科學技術的進步 社會競爭也越來越激烈 為了提高企業(yè)生 產速度 減輕工人的勞動強度 并且實現(xiàn)生產過程的自動化 人們設計了可以減少人 力物力并且能夠出色完成任務的自動晾衣架 自動晾衣架的種類比較繁多 根據(jù)不同 的用途 自動晾衣架的結構 動力傳遞形式以及規(guī)格會有不同的選擇和設計 機械傳動方式的特點是零件加工相對要求不高 結構較簡單 加工容易 維修方 便 適應環(huán)境能力強 抗沖擊性能好 可實現(xiàn)準確到位 并有自鎖功能 不污染環(huán)境 研制安全 可靠的電機驅動的剪叉式自動晾衣架 將有利于保證高空作業(yè)的安全 具 有一定的實用價值 具體研究內容及要求包括 1 查找相關文獻 分析自動晾衣架的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 設計剪叉式自動晾衣架的機械結構 并根據(jù)設計要求選用元器件和校核結構件 強度 10 2 自動晾衣架設計方案及方案的對比和確定 2 1 方案一 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 如圖 1 通過雙 搖桿機構 1 與 3 帶動 2 由豎直位置轉動到水平位置 以實現(xiàn)升降的過程 2 上帶有導軌 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 圖 2 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 11 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 即通過電動機的帶動 使蝸輪蝸桿傳動 帶動四桿轉動 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 帶動晾衣架轉動到最高點 圖 5 是在最高點 并且在陽臺外側晾曬的狀態(tài) 若為陰天 則可以通過手動的方式 轉動手柄 利用摩 擦力的作用 使得繩子帶動晾衣桿 2 運動到陽臺內側 避免淋雨 12 圖 5 圖 6 圖 6 側為俯視圖 此時晾衣桿在陽臺內側 右側的圖為手動機構以解決滑動的問 題 工作原理 過程一 過程二 電動機 減速器 蝸桿 衣架轉 動 手柄 蝸桿 蝸輪 圓盤 曬衣桿滑 動 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 13 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工作狀態(tài) 陰天時 不讓衣物在陽臺外側 通過過程二 通過手柄的搖動 使蝸桿轉動 帶動 蝸輪轉動 黏貼在蝸輪上的 14 圓盤也隨著渦輪的轉動而轉動 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 機構運動簡圖 圖 7 圖 7 2 2 方案二 設計思路 通過在網上的資料收集 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 構裝置在帶有螺紋的桿件上 通過轉動桿件使得整個機構上升 如圖 9 示 14 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機 構 該機構為整個晾衣架機構收縮的主動機構 通過手柄帶動左側的絲桿 13 轉動 使兩邊的連桿活動基座 9 上升 從而帶動伸縮 左右兩側都裝有電動機 是對升降 提供動力 圖 11 圖 12 分別是中間機構和右側機構 圖 10 左側機構 圖 11 中間機構 晾衣架 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 15 圖 12 右側機構 圖 13 為整個晾衣架的斜視圖 圖 13 運動原理 升降過程 伸縮過程 伸縮 主要由主機架 4 衣架連桿 6 旋轉絲桿 13 連桿活動基座 9 橫向晾衣桿 15 以及左側導向軌 10 和右側導向軌 20 構成 在主機架 4 的 前端面上 上部導向軌固定基座 5 和下部導向軌固定基座 11 分別將左側導向軌 10 和右側導向軌 20 固定 左側導向軌 10 和右側導向軌 20 同時穿過連 電動機 圓錐齒輪 傳動 旋轉絲桿轉 動 伸縮機架升 降 手柄轉 動 旋轉絲桿轉 動 活動基座升 降 晾衣桿伸縮 16 桿活動基座 9 內部的光孔 連桿活動基座 9 可以在左側導向軌 10 和右側導 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 旋轉絲桿 13 穿過連桿活動基座 9 側面的螺紋孔 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 轉動旋轉輪 3 可以帶動旋轉絲桿 13 旋轉 在旋轉絲桿 13 螺紋摩擦力的作用下 連桿活動基座 9 在左側導向軌 10 和右側導向軌 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 與長旋轉絲桿 26 配合 在電動機 23 的帶動下 使圓錐齒輪 25 轉動 再帶動圓錐齒輪 22 從而使長旋轉絲桿運動 使得 伸縮裝置可以升降 機構運動簡圖 伸縮機構運動簡圖 圖 14 圖 14 升降機構運動簡圖 圖 15 圖 15 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 17 2 3 方案的對比和確定 具體方案 比較內容 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 決定在第 2 種方案進行改進 通過電動機進行控制操作 實物圖片 18 第 3 章 自動晾衣架設計主要結構的計算 3 1 自動晾衣架的設計參數(shù)要求 載重量為 50Kg 上升高度最小為 0 5m 上升速度 0 2m s 3 2 步進電機的選型 根據(jù) P FV 50X10X0 2m s 100W 所以可以選擇下面的步進電機 步進電機 型號 電壓 頻率 轉速 輸入電流 110TD 1 220V 50HZ 60r min 0 6A 輸入功率 轉矩 外形尺寸 110W 2 92N m 23015 3 3 蝸輪蝸桿減速器的計算 選取傳動比 自鎖 蝸桿頭數(shù) 蝸桿分度圓直徑 蝸輪齒數(shù)62i z 135 dm 變位系數(shù) 模數(shù) 中心距 26z0 15x 2m80a 計算得蝸輪蝸桿以下數(shù)據(jù) 蝸輪分度圓直徑 2124dmzadx 齒頂圓直徑 1135 1239 5ah 蝸牛桿齒根圓直徑 0 7facm 蝸桿齒根高 10 2 4facm 蝸牛桿齒頂高 1fh 蝸桿軸向齒距 26 8Lp 蝸桿導程角 1ztgq 135 7 1 8dm 13 278tg 蝸桿寬度 162b 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 19 蝸輪齒頂高 2210 25 fahmxm 蝸輪齒高 54f 蝸輪齒根高 22 215fac 蝸輪齒根圓直徑 11597ffdh 蝸輪齒寬 20 59 3bmqm 蝸輪齒寬角 21arcsin6 5bd 材料選擇 表面淬火 鋼 硬度 HRC50 55 4 齒面接觸強度計算 310 HEZATKa limin HphHZS 材料彈性系數(shù) 表 E2 51 47EMp 接觸系數(shù) 根據(jù)蝸桿的類型及蝸桿分度圓直徑與中 心距比 值 查圖 1 da 92 Z 嚙合中心距 a80m 蝸牛輪矩 ZT2 7ZTN 使用系數(shù) 查表 AK4 1 5AK 使用接觸應力Hp 蝸牛輪輪齒材料接觸疲勞極限 查表 2 5 1 limli265HaMp 壽命系數(shù) 取hZ0 1 6hhZL 3hZ 轉速系數(shù) n 82 7n 最小安全系數(shù) 取minHSmin1 3HS min1 2HS 計算 31472 0 715 80 91H aMp 653 2 p a 20 即 齒面接觸強度符合條件 Hp 蝸輪輪齒的彎曲強度計算 由于蝸牛輪輪齒的齒形比較復雜 要精確計算比較困難 實踐經驗證明 齒根 彎曲強度主要與模數(shù) m 和齒寬 這兩個主要的幾何參數(shù)有關 故可用簡單條件計算法2b 來校核 2tAPFKU 158 3PU 蝸輪的圓周力 2t 21 0716 35 tTFNd 使用系數(shù) AK 5AK 蝸桿軸向模數(shù) m2m 蝸輪齒寬 2b219 3b 許用系數(shù)pU 輪齒彎曲計算時的極限U系數(shù) 查表25 1 lim lim15U 彎曲強度的最小安全系數(shù) 取 取inFS in 7FS in1 3F 計算 16 54 329U 58 P 可見 蝸輪輪齒彎曲強度條件符合 P 蝸桿軸的剛度計算 剛度不足會導致蝸桿副的不常嚙合 造成偏載 加劇磨損 故應驗算蝸桿軸的 剛度 蝸桿軸的最大撓度 m 31li48trFLyyEI 蝸桿圓周力 N 1t 126 tTFNd 蝸桿徑向力 N rF 31an3 5ta201 rx N 蝸桿材料的彈性模量 對于鋼1E16EMp 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 21 蝸桿危險截面處的慣性矩 I 444125 96326mdIm 蝸桿軸承間的跨距 計算時可以取 取1 3L La 極限撓度 淬硬蝸桿limylim0 408y 計算 3216 180 27480496yI li 蝸桿剛度條件符合 3 4 剪叉式自動晾衣架結構分析 為了保證工作更加安全 剪叉臂與水平的最大允許角度為 45 如 圖 4 1 所 示 臂 AE CE BD BF 均 相 等 剪 叉 臂 AE 和 BF 通 過 H 點 鉸 接 臂 BD 和 F 點 與 鉸 接 C 點 與 托 架 鉸 接 鉸 接 點 A 在 N 的 作 用 下 能 夠 在 水 平 滑 槽 中 移 動 另 外 鉸 接 點 D 也 能 水 平 移 動 且 與 A 點 的 運 動 方 向 相 反 由 于 點 A 和 D 的 移 動 從 而 支 架 廂 在 垂 直 面 內 升 降 并 伴 隨 有 少 量 水 平 位 移 3 5 剪叉式自動晾衣架的運動分析 在 上 升 過 程 中 以 一 定 的 速 度 推 動 滑 快 A 向 后 移 動 A 點 的 速 度 為 A 由 于 A 點 的 水 平 移 動 帶 動 雙 級 剪 式 機 構 運 動 從 而 使 得 BFA 發(fā) 生 變 化 即 由 初 始 位 置 的 0 變 為 1 0 因 為 剪 式 機 構 的 運 動 帶 動 點 D 同 時 向 上 22 和 向 前 移 動 所 以 臺 面 DF 在 整 個 過 程 中 向 上 向 后 移 動 傾 斜 做 準 備 其 中 點 B 和 點 H 的 瞬 時 速 度 分 別 為 B 和 H 點 D 的 水 平 和 垂 直 速 度 分 別 為 Dx 和 Dy 支 架 廂 支 撐 臺 面 的 水 平 和 垂 直 平 移 速 度 分 別 為 X 和 Y 桿 BF 上 B 點 H 點 的 瞬 時 轉 動 中 心 都 為 F 點 從 而 可 求 得 取 移 動 的 方 向 為 正 方 向 即 水 平 向 右 和 垂 直 向 上 為 正 向 其 運 動 簡 圖 如 圖 4 2 所 示 B 點 的 運 動 速 度 B lV 4 1 00sinsinlX 圖 4 2 剪叉式自動晾衣架運動分析簡圖 4 2 00coscoslVBY 點 H 分 別 相 對 于 點 A F 以 相 同 的 角 速 度 轉 動 其 中 點 A 又 以 速 度 A 水 平 移 動 而 點 F 靜 止 不 動 于 是 可 得 H 點 相 對 于 點 F 的 運 動 速 度 HF lVF 21 4 3 0sinXH 4 4 colYF 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 23 H 點 相 對 于 點 A 以 角 速 度 運 動 的 速 度 HA lVA 21 4 5 0sinHX 4 6 co lYA 則 點 H 的 水 平 和 垂 直 速 度 和 XHVY 4 7 AFAVVXXX 4 8 0coslYYY 且 XXHYYHF 則 4 9 0sin2lVXFA D 點 相 對 于 B 點 以 角 速 度 轉 動 則 D 點 速 度 DVlB 4 10 0siX 4 11 將 式 colVYD 4 1 4 2 代 入 上 式 可 得 4 12 0cslYYXBD D 點 的 升 降 速 度 與 支 架 廂 支 撐 臺 面 的 升 降 速 度 一 致 因 此 臺 面 上 升 速 度 4 13 0os2lVY 由 于 等 臂 雙 級 剪 式 機 構 的 運 動 特 點 點 A B C 始 終 在 一 條 垂 直 線 上 24 同 樣 點 D E F 也 始 終 在 同 一 鉛 垂 線 上 從 上 述 計 算 中 可 以 發(fā) 現(xiàn) 在 支 架 廂 被 舉 升 的 整 個 過 程 中 點 D E F 沒 有 發(fā) 生 位 移 即 D E F 三 點 只 在 垂 直 方 向 上 有 位 移 那 么 支 架 廂 在 舉 升 過 程 中 的 水 平 移 動 量 只 取 決 于 點 A 的 水 平 移 動 量 則 臺 面 的 水 平 運 動 速 度 XVA 又 因 為 滑 快 A 由 油 缸 直 接 水 平 推 動 所 以 油 缸 活 塞 的 運 動 速 度 塞V 0sinl塞 則 4 14 0tan21YV塞 4 15 co塞 4 16 01si l塞 3 6 剪叉式自動晾衣架的動力分析 剪 式 剪 叉 式 自 動 晾 衣 架 不 計 剪 式 機 構 的 重 力 和 各 種 摩 擦 力 則 該 質 點 系 具 有 理 想 約 束 因 此 可 以 用 虛 位 移 原 理 求 解 其 所 受 各 力 的 相 互 關 系 虛 位 移 原 理 又 稱 分 析 靜 力 學 的 原 理 是 所 有 作 用 在 質 點 系 上 的 主 動 力 對 其 作 用 點 的 虛 位 移 所 作 的 虛 功 之 和 為 零 對 n 個 質 點 組 成 的 質 點 系 其 數(shù) 學 表 達 式 為 4 17 01 niriF 式 中 Fi 和 ri 分 別 表 示 第 i 個 力 和 它 的 虛 位 移 圖 4 3 中 雙 級 剪 式 剪 叉 式 自 動 晾 衣 架 所 受 的 主 動 力 為 重 力 G 包 括 裝 載 質 量 me 支 架 廂 質 量 m1 支 架 廂 支 撐 臺 面 質 量 m2 和 水 平 油 缸 的 水 平 推 力 FN 由 虛 位 移 原 理 可 得0 1 niriF 4 18 rgfNG 上 式 中 兩 虛 位 移 的 關 系 00sinsi2co lrgf 則 4 19 00cosinsi2GFN 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 25 由 式 4 19 可 知 在 一 定 裝 載 質 量 的 情 況 下 油 缸 活 塞 對 滑 塊 A 的 水 平 推 力 隨 角 度 為 桿 BF 繞 點 F 轉 過 的 角 度 變 化 而 變 化 根 據(jù) 設 計NF 要 求 的 荷 重 和 剪 叉 機 構 的 結 構 尺 寸 可 求 出 在 整 個 升 程 范 圍 內 油 缸 活 塞 的 推 力 以 此 作 為 油 缸 選 擇 設 計 的 依 據(jù) 3 7 剪叉式自動晾衣架參數(shù)的確定 3 7 1 基本幾何尺寸的確定 如 圖 4 4 所 示 AC CE BD BF 為 桿 長 相 等 的 四 桿 AE 與 BF CE 與 BD 鉸 接 與 中 點 H G A D 為 滑 動 鉸 接 設 初 始 位 置 當 到 達 最 大 升 程 時 lBDCEA 0 BFA1 BFA 由 幾 何 關 系 可 得 4 20 01maxsini2 lS 4 21 0co 為 了 使 整 個 剪 叉 式 自 動 晾 衣 架 不 底 部 安 裝 空 間 需 滿 足 4 22 dHl 0sin 4 23 Lc 取 聯(lián) 立 4 20 4 21 4 22 4 23 求 解 并 圓 整50i2 l 得 26 8 21930657 mal 3 8 剪叉式自動晾衣架的校核 本 次 設 計 的 雙 級 剪 式 剪 叉 式 自 動 晾 衣 架 各 鉸 接 點 均 采 用 同 型 號 的 雙 頭 螺 紋 銷 連 接 因 此 在 對 該 機 構 進 行 校 核 的 時 候 除 了 要 對 剪 叉 臂 進 行 強 度 校 核 外 還 要 對 各 鉸 接 點 的 銷 軸 進 行 強 度 校 核 由 于 在 該 機 構 的 運 動 過 程 中 各 鉸 接 點 的 受 力 在 不 斷 變 化 只 需 最 大 受 力 點 進 行 校 核 3 8 1 各鉸接點的受力分析 結 合 雙 級 剪 式 剪 叉 式 自 動 晾 衣 架 的 結 構 和 運 動 特 點 對 其 進 行 整 體 受 力 分 析 如 圖 4 5 所 示 設 貨 物 重 心 與 C 點 的 距 離 K A D 點 的 滑 動 摩 擦 系 數(shù) f 不 計 雙 級 剪 式 機 構 的 自 身 重 力 和 內 部 摩 擦 力 將 貨 物 對 該 機 構 的 作 用 力 分 解 到 C D 兩 點 上 根 據(jù) 力 學 定 理 可 得 4 25 cos2 lkGFCY 4 26 D 4 27 flkfDYXC cos2 將 剪 式 機 構 看 作 一 個 整 體 根 據(jù) 力 學 定 理 可 得 A F 點 的 受 力 情 況 4 28 cos2 lGFAY 4 29 flkfX 4 30 cs lkFY 4 31 PflkGPAX cos2 對 臂 AHE 及 CGE 隔 離 受 力 分 析 如 圖 4 6 所 示 根 據(jù) 力 學 定 理 可 得 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 27 0 XF 0EXAHXGCFPF 則 4 32 AXHEXGC 0 YF 0HYEAYGCF 則 4 33 AYHEYCG 聯(lián) 立 式 4 32 和 4 33 得 4 34 AYCGYHXXFFP 對 E 點 取 矩 0M 4 35 0cos2sin2sinsicosco lFllPlFl l HYHXAXAY GGYC 將 式 4 25 4 26 4 28 4 29 及 4 34 代 入 式 4 35 則 圖 4 6 剪叉臂受力簡圖 a 28 4 36 241cos2PfGlfkFtglGXY 4 37 fflktgHXY 2341cos2 4 38 tgfGlkFPfEYX4cos241 以 臂 BGD 為 隔 離 研 究 對 象 如 圖 4 7 所 示 則 4 39 tgfGlkGFPfBYX412cos241 3 8 2 各鉸接點銷的選擇與校核 考 慮 到 整 體 布 局 需 要 以 及 結 合 裝 配 草 圖 根 據(jù) 摩 擦 副 的 特 性 取 3 0 f 對 上 述 各 鉸 接 點 在 任 意 角 度 時 的 計 算 公 式 的 分 析 計 算 可 知 H 點 承 受 的 作 用 力 最 大 且 當 時 作 用 在 H 點 的 力 最 大 9 3 由 式 4 37 知 當 時 圖 4 7 剪叉臂受力簡圖 b 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 29 KN7 416 HXF KN93Y 銷 軸 均 用 45 鋼 制 造 作 調 質 處 理 其 屈 服 強 度 355MPa 選 擇 安 全s 系 數(shù) 為 2 其 許 用 剪 切 應 力 0 5 177 5MPa 考 慮 到 生 產 制 造 的 方 便 s 節(jié) 省 制 造 工 時 在 使 用 材 料 允 許 的 條 件 下 該 機 構 交 接 的 雙 頭 螺 紋 銷 均 采 用 同 一 直 徑 取 mm 60 MPa2 1480314 9 66222 RPF 因 此 該 機 構 所 有 鉸 接 點 選 用 的 銷 均 滿 足 強 度 要 求 3 8 3 剪叉臂的強度校核 由圖 3 9 和圖 3 10 可知 內剪叉臂 aed 受力要遠大大于外剪叉臂 bec 所以這里只 校核外臂 外剪叉臂受力如圖 3 1 所示 又由圖 4 8 可知 的角度越小 則推力 的 T 值越大 若 取最大值時滿足強度要求 則該剪叉臂即滿足強度要求 當機構在最低T 位置時 的值最小 即 值最大 參照圖 3 1 剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的 T 夾角 為方便受力分析 將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解 有下 列式子 7 1 cossin1xcyF 7 2 i2 7 3 ssi1exey 7 4 inco2 7 5 s 1 TFg 7 6 in2 7 7 sico1dydx 7 8 i2F 30 圖 3 1 內剪叉臂 aed 受力圖 各力分解后的受力圖如圖 3 2 a 所示 彎矩圖見圖 3 2 c 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 31 圖 3 2 內剪叉臂 aed 的軸向及徑向分解受力圖 剪叉臂的 g 處由于是有一個肋板作用 可看作力 作用在剪叉臂上為均布載荷2 T 由圖 3 2 c 中可知 最大彎矩發(fā)生在 k 點處 但需校核 e k 兩點處的強度 且q 圖中有 又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為mlq20 l1062gqFl 如圖 3 3 所示 圖 3 3 a 是 e 點處的截面圖 bhd2 圖 3 3 b 是 k 點處的截面圖 e 點處的抗彎截面系數(shù)為 363922332121 107 1060 1 mbdhbhdIWz k 點處的抗彎截面系數(shù)為 363922 10260mbhk 圖 3 3 剪叉臂 e k 兩點處的截面圖 因為當 時 此時 e k 兩點的彎矩最大 且由式 7 8 得 6 NFd291 則NFg97 832 mmNlFlMqgqdk 843 06 097 68330 291 22maxLe 7856 045 1 32 MPaaWMkk 74 15012843 6maxax ee 7 56axax 選擇材料為 參照參考文獻 1 所以是安全的 23QPab25 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 33 4 自動晾衣架設計三維建模及仿真動畫 4 1 三維建模 把自動晾衣架各個零件裝配起來組成一個整體的結構圖 如下圖 圖 5 20 自動晾衣架模型圖 4 2 運動學分析的簡介 機構是由構建組合而成的 而每個構件都以一定的方式至少與另一個構件相連接 這種連接 既使兩個構件直接接觸 又使兩個構件能產生一定的相對運動 進行機構運動仿真的前提就是要創(chuàng)建機構 創(chuàng)建機構與零件裝配都是將單個零部 件組裝成一個完整的機構模型 因此兩者有很多相似之處 機構運動仿真與零件裝配 兩者都在組建模式下進行 創(chuàng)建機構是利用操控板中 的 預定義連接集 列表選擇預定義的連接集 而零件裝配是利用操控板中的 用戶定義 飛連接集 來安裝各個零部件 由零件裝配得到的裝配體 其內部的零部件之間沒有相 對運動 而由連接得到的機構 其內部的構件之間家可以產生一定的相對運動 以下就簡單介紹一下機構運動仿真的基本術語 UCS 用戶坐標系 WCS 全局坐標系 組件的全局坐標系 它包括用于組件及該組件內所有主體的 34 全局坐標系 放置約束 組建中放置元件并限制該元件在組件中運動的圖元 環(huán)連接 添加后使連接主體鏈中形成環(huán)的連接 自由度 確定一個系統(tǒng)的運動 或狀態(tài) 所必須的獨立參變量 連接的作用是約 束主體之間的相對運動 減少系統(tǒng)可能的總自由度 主體 機構模型的基本元件 主體是受嚴格控制的一組零件 在組內沒有自由度 基礎 不運動的主體 即大地或者機架 其他主體相對于基礎運動 在仿真 時 可以定義多個基礎 預定義的連接集 預定義的連接集可以定義實用哪些放置約束在模型中放置元件 限制主體之間的相對運動 減少系統(tǒng)可能的總自由度及定義元件在機構中可能具有的 運動類型 拖動 在圖形窗口上 用鼠標拾取并移動機構 回放 記錄并重放分析運動的操作技能 伺服電動機 定義一個主體相對于另一個主體運動的方式 執(zhí)行電動機 作用于旋轉或平移運動軸上而引起運動的力 在機械設計運動研究中 用戶可以通過對機構添加運動 使其隨伺服電動機一起 移動 并且在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析其運動 使用運動分析可以觀察 機構的運動 并測量主體位置 速度和加速度的改變 然后用圖標表達這些測量 或 者創(chuàng)建軌跡曲線和運動包絡 根據(jù)以上分析 機械運動仿真總體上可以分為六個部分 創(chuàng)建圖元 檢測模型 添加建模圖元 準備分析 分析模型和獲取結果 9 4 3 仿真動畫 首先定義伺服電動機 確定運動軸及運動方向 其次是定義輪廓中的速度 此速 度為小齒輪也就是主動輪的轉速 單位為 此速度是根據(jù)從動輪的轉速來確定的 s 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 35 圖 4 1 電機轉速 然后在類型中選定運動學 在分析定義中輸入周期 1 25 為了測量精確 把幀數(shù) 改為 100 則最小間隔為 0 01 然后點擊運行即可運行 接著就是測出位移 速度 加速度曲線 只需要點擊測量結果即可繪出曲線 具體步驟如下圖 6 2 所示 圖 4 2 分析定義 36 自動晾衣架設計設計畢業(yè)設計論文 37 總結 經過幾個月的時間 我的畢業(yè)設計終于完成了 這段時間里 我們付出了很多 也收獲了很多 我們遇到了很多困難 也得到了很多幫助 大學就這樣要過去了 我 們能有這樣的付出和收獲 我們感到滿足 經過這次畢業(yè)設計 使大學四年里學到的 東西重新得到鞏固并在一些方面有了更新的認識 剛拿到這個題目時不知道這是什么 只記得以前做實驗時用過 也沒注意具體是什么結構 經過開始一段時間的調研 上 網查找 到實驗室實地觀察 請教老師 一系列問題得到解決 具體方案越來越清晰 到最后各結構的設計等 這些將以前學過的東西全都融合起來 使我們對所接觸到的 知識的理解更加深入 在畢業(yè)設計過程中 XX 老師和同學們給了很大的幫助 很多以前自己忽略的東西 經過老師 同學的提示有了新的體會 使所學知識更加鞏固 畢業(yè)后就要參加工作 應該會遇到更多的困難 我們相信在大學里學到的這些知識 能夠使我們更容易接受 新的知識 學習新的技能 更快的適應新的工作 新的環(huán)境 感謝學院各位老師的培養(yǎng) 感謝老師的評閱 38 致 謝 我要感謝我的指導教師 XX 老師 老師雖身負教學 科研重任 仍抽出時間 不時 召集我和同門以督責課業(yè) 從初稿到定稿 不厭其煩 一審再審 大到篇章布局的偏 頗 小到語句格式的瑕疵 都一一予以指出 是他傳授給我方方面面的知識 拓寬了 我的知識面 培養(yǎng)了我的功底 對論文的完成不無裨益 我還要感謝學院所有教過我 的老師 是你們讓我成熟成長 感謝學院的各位工作人員 他細致的工作使我和同學 們的學習和生活井然有序 但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉反側和力不從心之感卻揮之 不去 論文寫作的過程并不輕松 工作的壓力時時襲擾 知識的積累尚欠火候 于是 我只能一次次埋頭于圖書館中 一次次在深夜奮筆疾書 第一次花費如此長的時間和 如此多的精力 完成一篇具有一定學術價值的論文 其中的艱辛與困難難以訴說 但 曲終幕落后留下的滋味 值得我一生慢慢品嘗 四年的艱苦跋涉 幾個月的精心準備 畢業(yè)論文終于到了劃句號的時候 心頭照 例該如釋重負 敲完最后一個字符 重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字 我感觸頗 多 雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果 但對我而言 是寶貴的 它是無數(shù)教誨 關愛和幫助的結果 謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意 他們是我生命中永遠的依靠和支持 他們 無微不至的關懷 是我前進的動力 他們的殷殷希望 激發(fā)我不斷前行 沒有他們就 沒有我 我的點滴成就都來自他們 39 參考文獻 1 現(xiàn)代機械傳動手冊 機械工業(yè)出版社 2 全國最新機電產品大全 北京笠學技術出版社 3 機械設計 潭慶昌 編 高等教育出版社 4 機械設計圖冊 成大先 編 化學工業(yè)出版社 5 常用軸承技術手冊 卜炎 編 機械工業(yè)出版社 6 滾動軸承產品樣本 中國工業(yè)出版社 7 中國機電產品目錄 國家機械工業(yè)局 編 機械工業(yè)出版社 8 機械設計手冊 機械工業(yè)出版式社 9 材料力學 吉林科學出版社 10 機械設計 譚慶昌 趙洪志主編 北京 高等教育出版社 2004 7 11 工程分析及電子樣機模擬 CATIA V5 在工程實踐中的應該 高秀華等編著 北 京 化學工業(yè)出版社 2004 8 12 材料力學 聶毓琴 孟廣偉主編 北京 機械工業(yè)出版社 2004 2 13 機電傳動控制 鄧星鐘 主編 武漢 華中科技大學出版社 2001 3