半自动晾衣架机械原理课程设计

机械原理课程设计说明书设计题目: 半自动晾衣架 班 级: 组 别: 学 号: 姓 名: 时 间: 2010年5月31号6月11号 2010年 6月11日 目录一、设计任务书1.1基本目的1.2设计要求二、设计题目简介三、设计方案及方案的对比和确定 3.1方案13.2方案23.3方案的对比和确定四、设计方案分析4.1位移功能运动分析 4.2受力分析4.3强度校核 五、心得体会 六、参考文献一、设计任务书1.1基本目的：1） 使学生初步了解机械设计的全过程，得到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，初步具备的机构选型、组合和确定运动方案的能力；2）以机械系统运动方案设计为切入点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深所学的理论知识；3)使学生掌握机械运动方案设计的内容，方法，步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念；4)进一步提高学生运算，绘图以及运用计算机和技术资料的能力；5)通过编写说明书，培养学生表达，归纳，总结的能力；6)培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。1.2设计要求1)晾衣架能自动升降以缓解举手晾衣的麻烦；2)晾衣架能自动伸出和缩回，既充分利用了阳光，减少事故隐患又不影响整个小去区的总体美观；3)足够的承载力；4)操作方便，省力。二、设计题目简介晾晒衣服是生活中经常会遇到的活动，针对这一频繁而单调的工作，如果晾衣架是固定的，无疑增加了辛苦程度，而且还伴有危险。以前，晾衣架最简单的一种是一根竹竿固定或悬挂在屋顶板下、窗外等地方；现在的居民很多是在天花板下焊接一根铁管作为晾衣架的挂具，晾衣服时，必须将衣服一件一件地穿上衣架，再用杈子将衣服挂在铁管上，工作效率低，又不方便，时常将衣服掉地弄脏，而且还不能充分利用阳光。而目前市场上所卖的自动晾衣架只能满足单一的升降或单一的收缩功能，但升降功能只能解决挂衣服费力的问题却不能很好的利用阳光资源，而收缩功能刚好相反，只能解决充分利用阳光资源但不能解决费力这个问题。针对目前这种情况，我们小组通过这学期对机械原理的学习，设计一款实用的半自动晾衣架， 希望能为所有的家庭主妇带来方便。三、设计方案及方案的对比和确定3.1 方案11、设计思路从既可以升降又可以收缩这一方向，我们首先想到的是四杆机构，如图1通过双摇杆机构（1）与（3）带动（2）由竖直位置转动到水平位置，以实现升降的过程，（2）上带有导轨，可以实现收缩的功能，在水平位置时，通过（4）挡板，使其固定。图1讲到固定的问题，我们又想到了四杆机构中的死点，如图2用摇杆作为原动件可以使其固定在阳台外侧。图2传动问题，我们想到可以用直齿轮传动、蜗轮蜗杆、斜齿轮传动等。原动力的提供，可以通过电机，或者人工手柄的形式。图3蜗轮蜗杆传动：图3综合以上的想法，我们有了初步的目标，即通过电动机的带动，使蜗轮蜗杆传动，带动四杆转动，从而带动衣架上升，再利用死点使其固定在最高点。再通过拉动绳索通过滑轮使装在带有导轨的连杆上的晾衣杆运动。图4是在最低点时挂衣服状态。图4挂好衣服后，通电后，电动机工作，带动晾衣架转动到最高点。图5是在最高点并且在阳台外侧晾晒的状态。若为阴天，则可以通过手动的方式，转动手柄，利用摩擦力的作用，使得绳子带动晾衣杆（2）运动到阳台内侧，避免淋雨。图5图6 图6侧为俯视图，此时晾衣杆在阳台内侧。右侧的图为手动机构以解决滑动的问题。 2、工作原理过程一：衣架转动蜗杆减速器电动机 过程二：晒衣杆滑动 圆盘蜗轮蜗杆手柄过程一通过（9）综合箱体（含有电动机和减速器）的作用，带动（10）蜗杆运动，从而带动（8）涡轮的运动。焊接在蜗轮上的（5）摇杆也随着蜗轮运动，就带动整个晾衣架的运动，现升降的问题。在最高点时处于在阳台外侧工作状态。阴天时，不让衣物在阳台外侧，通过过程二，通过手柄的摇动，使蜗杆转动，带动蜗轮转动，黏贴在蜗轮上的（14）圆盘也随着涡轮的转动而转动，（18）绷直的绳子在摩擦力的作用下带动（2）杆（晒衣杆）滑动。从而实现收缩的功能。3、机构运动简图（图7图7下图为在平台所搭建的实物图： 4、规格数量表：名称规格（mm）数量1带导轨的平行框200050x200012杆（管）30250013滚轮5024钢绳25摇杆20x90026连杆20x97027曲柄20x44028蜗轮300（外径）50（厚度）39综合箱(电动机)1440r/min 100w210蜗杆80（外径）100（长）i=31:1311固定机架212滑块213滑轮50114圆盘200115手柄116导杆20x200217连接杆20x2500218绳子2注：材料为：铝合金 许用应力：315Mpa 3.2 方案21、设计思路通过在网上的资料收集，我们小组发现目前市场上卖的伸缩晾衣架大部分是用几组杆铰接而成的，如图8。 图8但上诉的机构只能满足伸缩的要求，所以我们想到螺孔与螺钉的配合，把伸缩机构装置在带有螺纹的杆件上，通过转动杆件使得整个机构上升。如图9示： 图9 综上所述，我们小组所想的第二个方案可分为两个部分：一是通过手柄控制晾衣架的收缩，二是通过电机带动控制晾衣架的升降。如图10，该图为装在墙壁的左侧机构，该机构为整个晾衣架机构收缩的主动机构，通过手柄带动左侧的丝杆（13）转动，使两边的连杆活动基座（9）上升，从而带动伸缩。左右两侧都装有电动机，是对升降提供动力。图11，图12分别是中间机构和右侧机构。图10（左侧机构） 图11中间机构（晾衣架）图12右侧机构图13为整个晾衣架的斜视图：图13下图为在平台所搭建的实物图： 2、运动原理升降过程：伸缩机架升降旋转丝杆转动圆锥齿轮传动电动机 伸缩过程：晾衣杆伸缩活动基座升降手柄转动旋转丝杆转动 伸缩，主要由主机架（4）、衣架连杆（6）、旋转丝杆（13）、连杆活动基座（9）、横向晾衣杆（15）以及左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）构成；在主机架（4）的前端面上，上部导向轨固定基座（5）和下部导向轨固定基座（11）分别将左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）固定，左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）同时穿过连杆活动基座（9）内部的光孔，连杆活动基座（9）可以在左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）垂直滑动上；衣架连杆中心销轴（7）穿过衣架连杆（6）上的衣架连杆中心轴孔（8）将两个衣架连杆（6）相铰连，两个相互铰连后的衣架连杆（6）又通过衣架连杆端部连接轴孔（16）和横向晾衣杆（15）相互铰连，最后，铰连后的衣架连杆（6）一端与上部导向轨固定基座（5）相铰连，另一端与连杆活动基座（9）相铰连；旋转丝杆（13）穿过连杆活动基座（9）侧面的螺纹孔，并通过丝杆上端固定基座（14）和丝杆下端固定基座（19）固定在主机架（4）的右侧端面上；使用时，先利用水平固定架（1）和垂直固定架（12）将主机架（4）固定，将需要晾晒的衣物放置在横向晾衣杆（15）上，转动旋转轮（3）可以带动旋转丝杆（13）旋转，在旋转丝杆（13）螺纹摩擦力的作用下，连杆活动基座（9）在左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）垂直滑动上，连杆活动基座（9）又带动了铰连后的衣架连杆（6）之间的铰连运动，从而实现了晾衣架可以伸缩的目的。升降，把伸缩的主机架（4）固定于升降机架，把带有螺纹瞳孔的水平固定架（1）与长旋转丝杆（26）配合，在电动机（23）的带动下，使圆锥齿轮（25）转动，再带动圆锥齿轮（22），从而使长旋转丝杆运动，使得，伸缩装置可以升降。3、机构运动简图伸缩机构运动简图：（图14）图14升降机构运动简图：（图15）图153.3方案的对比和确定具体方案比较内容 方案一方案二美观程度一般较美观运动难易程度较容易较费力性价比较高较低效率较高中等占地空间较大较小通过比较，主要考虑成本问题和运动难易程度问题，我们小组选择了方案一做为最终的方案。四、设计方案分析4.1位移功能运动分析 在由最低点上升到最高点的过程中，晾衣杆的X轴方向的位移图如图16所示,这个过程中，伸出了1015mm的距离，且露出阳台的长度在600-700mm之间，可以使衣服充分接触阳光，达到充分晾晒的目的。图16Y轴方向的位移如图17所示：图17由竖直方向的位移可以看出，上升的醉倒高度为1052mm，而阳台的竖直空间一般为3000，所以机架的固定应该选择适中的位置。若机架固定的过高，则会导致最低点过高，而此时就不能保证最低点处于一个合适的位置可以使晾衣服的过程比较不费力。如果机架的位置太低的话，在最低点的时候，晾衣杆的位置较低，衣物会拖地又弄脏了。所以选择一个适中的位置装置机架以及电动机。4.2受力分析在由最低点上升到最高点的过程中，晾衣杆的X轴方向的受力大小如图18所示：图18晾衣杆Y轴方向的受力大小如图19所示：图194.3强度校核晾衣杆受力分析：弯矩图：计算过程：Fymax=237.64NMmax =1/2 X 237.64X1.25N.m=148.525N.mW=(1/32) X 3.14 X D3=1/32X3.14X302X10-6m3=8.831X10-5 m3 = Mmax/W=148.525/（8.831x10-5）Pa=1.7MPa =315MPa 所以，晾衣杆是安全的五、心得体会两周的实习接近尾声了，想想这两个礼拜，一开始无从下手，慢慢的通过查找资料、小组成员的讨论、咨询老师等方式，逐步去适应这种还未涉及的挑战，也逐渐的找到了对这个设计的兴趣。首先谈谈这个课程设计的意义吧。我觉得通过这个课程设计，我们把整个学期对机械原理的学习放到实际应用中，这个过程不但很好的锻炼了我们的能力，而且可以发现自己对该课程学习的不足之处，让我们更好的去学习这个课程，对期末考试的复习方向也有一定的帮助。还有，这个课程设计为我们以后学习机械设计也增加了不少的基础，对以后的课程设计也有着不晓得作用。另外，这个课程设计在锻炼了我们能力的同时，对我们的自身素质也有一定的提高，比如在沟通方面，在团队合作精神上面等都有着相当大的帮助。在沟通方面，我们小组成员之间不免会因为意见的不同产生摩擦，闹矛盾等，通过交流，我们会发现自己能够更加的去听取别人的意见，对自己所说的话也有所顾及，不会莽撞。在团队合作上面，其实我们小组想的方案有四五种，这种结果是 大家共同努力地结果，有句话说的好啊，“众人划桨开大船”，这句话是相当的重要的。到最后，我们小组的成员之间配合默契，齐心协力，很重视这次的课程设计实习，我们相互学习，相互给对方意见，为我们这次的合作都付出了好多。最后讲讲这次课程中我们小组的不足之处。从一开始的选题，我们以为这个题目相对会比较简单，其实不然。我们就是因为觉得简单，所以在开始的一段时间内并没有对这个课题查寻较多的资料，慢慢的在不断进行的过程中，我们发现了好多不足之处，也发现半自动晾衣架不是那么的简单，于是不断地投入更多。到其中，我们发现我们所设计的并不是具有相当大的创新性，这一点还是要改进的。还有，没有考虑到实际生活中人们对晾衣架的一个看法，所以设计出的晾衣架实用性可能并不太大。最后，在编写课程设计说明书过程中，由于接触这种说明书的机会较少，故编写的语句，条理并不是相当的明确！总之，这次的课程设计实习，给了我一个机会锻炼了我自己，我自己也从这次锻炼中里搞了自己的一些能力，使自己受益匪浅！六、参考文献 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理第7版北京：高等教育出版社，2006 张策机械原理与机械设计（上、下）北京：高等教育出版社，2004 陈忠良，潘白桦.机械制图与计算机绘图.第2版. 北京：中国农业出版社，2006 李继庆，李育锡.机械设计基础. 北京：高等教育出版社，2006 刘鸿文.材料力学M.第四版.北京:高等教育出版社,2004 吕仲文.机械创新设计(第1版).北京:机械工业出版社,2004