旋转开合式桌子设计机械原理课程设计.doc

机械原理课程设计 旋转开合式桌子设计院 系：机械班 级：设计者：指导教师目 录1、选题12、选型及分析22.1外围桌面设计22.2中间桌面设计52.3基准板的转动73、机构总体方案及运动分析74、避免桌面间干涉的措施95、尺寸设计96、仿真设计137、设计及仿真中的不足168、参考文献169、人员分工16旋转开合式桌子设计一、选题：我们原本的选题为多功能茶几，主要想完成以下几项功能：高度的升降、茶几面的折叠、角度改变和茶几面的回转。后来我们无意间想到桌子。考虑到机构运动的协调性、美观及设计合理性等因素，我们放弃了以前杂而粗的想法，选择了专而精的路线，决定设计可以开合改变大小的桌子，考虑到当前市场上可以变换大小的桌子大多数采用的折叠的方法，由正方形展开变为圆形，不仅不是很方便，而且也不够美观，变换的前后改变了桌子的形状，有时候不足以实现我们的要求。所以我们选择了旋转开合式桌子，仅仅通过旋转桌子就可以实现桌子大小的变化，操作简单实用，而且变化的比例也可以在制作时在较大范围内变化，解除了从前的正方形变圆形对尺寸变化比例的限制。题目简介：桌子打开效果图桌子闭合效果图俯视图侧视图该桌子共有三层，可以通过旋转改变桌面大小，以上两图为桌子开、合时的两种状态，其实现运动如下：1、旋转闭合的桌子时：最上面一层桌子（即右图红色部分）作为主动件带动桌子旋转，并完成桌面的向外和向下的平移动作，最后和中间桌面达到水平；中间一层桌面（即右图白色部分）和桌子一同旋转，并实现向外的平移运动；最下面一层（即右图中心蓝色部分）开始时只随桌子一起旋转，最后实现上升运动，达到和中间一层桌子水平。运动结束后，由闭合达到展开，实现桌面的变大。2、反向旋转打开的桌子时：三层桌面实现反向的运动，运动结束后达到闭合状态，即左图所示状态。二、选型及分析：本设计主要实现的是桌面不同部分的平移和升降功能，设想方案如下：1、外围桌面设计：（最外层红色部分桌面及中间层白色部分桌面）方案一：平行四杆机构：利用平行四杆机构可以很容易实现最外层桌面所要求的移动同时下降（上升）的运动要求。但是在将桌子中轴的旋转运动转化为杆的运动时我们遇到了困难，而且杆占用的空间较大，而且与其他桌面在运动时很容易发生干涉，故否定了该方案。方案二：圆柱凸轮机构：该机构能实现较为复杂的往复直线运动，将圆柱凸轮的直径无限放大就变成平面机构，将该平面机构作为基准，通过改变槽的深浅和方向既可以很好的实现桌面所需的运动。针对此方案我们又想出了两个小的方案。方案：基准板方案该方案的主要部分由上下两层组成，其中处于下方的基准板固定;上面的桌面部分如上文分成不同的部分，桌面部分整体可以随着受力方向转动，其中被分隔的各个部分桌面相对于可以转动的桌面部分可以进行径向和竖直方向的运动，桌面各个部分下方的固定连杆进入到基准板的槽内，桌面相对于基准板旋转时杆受到基准板上槽方向和深浅的限制而改变方向和高度从而带动相应的桌面完成预定的运动。该方案的优点在于机构较为简单、轻巧，只需简单的杆即可实现既定运动。但是该方案也有较大的缺点，槽的方向为不规则曲线，进行具体设计时很难精确的设计桌面的运动，而且我们认为如此多槽型凸轮，一旦工艺达不到很高的要求，摩擦力一定很大，容易卡死或者活动不畅，故最后否定了该方案。方案：基准板方案该方案桌面转动带动基准板一起转动。该基准板只为桌面的移动提供导向作用，并使桌面实现上下运行，并不提供桌面前后移动的动力，该动力由基准板上的其他机构提供。该方案增加了系统机构，但是该基准板上的槽都为直槽，只需改变深浅即可满足要求，大大简化了计算，也可以提高运动的精度。方案三：在基准板方案基础上，主要实现的是杆沿着槽方向的直线运动，即将桌面的旋转运动最终转换成直线运动。为实现这一目的我们首先想到的就是螺旋机构，但是桌面移动所需要的螺纹传动方向与桌面提供的旋转法向方向不一致。需要使用空间的交错轴传递转距，将桌面的旋转转化成桌面移动所需要的传动方向。为此，我们设计了如下的机构：中间层桌面机构简图最外层桌面机构简图传动过程如下：转动桌面，桌面旋转通过杆和直槽传递给基准板，带动基准板转动，使大锥齿轮同小锥齿轮啮合，实现交错轴转距的传递。小锥齿轮带动螺杆旋转，实现螺纹传动，带动桌面前后移动。桌面前后移动的同时通过槽深浅的改变实现高低的变化。中间一层与最外层相似，只不过槽没有深浅的变化，只是实现平移运动。2、中间桌面设计（最下层蓝色桌面部分的旋转与升降）：方案一：最下层桌面开始时只随着桌面一起旋转，并没有垂直位移，最后时刻才实现升降，运动具有间歇性。故想到用不完全齿轮和齿条机构将旋转运动转化为往复间歇直线运动，但是这种计算很复杂，同步性也不好保证，故放弃了该方案。方案二：螺纹机构通过滑块和连杆将最上层桌面的杆与最下层桌面的杆连接起来，其中后者的杆上有一小段螺纹。打开时，当最上层桌面下滑时，螺纹与螺母相接触，实现螺纹传动，使最下层桌面上升。闭合时，开始实现螺纹传动，最下层桌面下降，当最上层桌面上升时，螺纹与螺母脱开。该方案螺母与螺纹传动时很容易与最下层桌面本身的转动干涉，而且，螺母与螺纹脱开时也不能保证最下层桌面的同步转动。这样可能导致三层桌面间发生错位。故舍弃了这个方案。方案三：凸轮机构花键系杆系杆的转动带动凸轮的转动，花键保证了桌面能顺利地上下滑动。两凸轮同时旋转到高点时，桌面升起；高点错开后桌面下降。中间的轴保持桌面轴与支柱同心，使机构更稳定。虽然花键结构有些复杂，但该机构能很好的保证三层桌面转动的同时性，故最后选用了该方案。3、基准板的转动：方案一：止推轴承使用止推轴承虽然能实现基准板转动的要求，但是基准板与底座间磨损较大，会降低桌子的使用寿命，同时也会发出很大噪声，故放弃该方案。基准板底座方案二：滚珠轴承基准板该方案虽然成本会高一些，但是能很好的实现既定要求，并且磨损小，噪音低。底座滚珠轴承三、机构总体方案及运动分析：要打开桌面时，选桌面6为主动件，当其旋转时，通过杆带动基准板7运动。基准板7带动其他桌面一起旋转。主轴不动，故小锥齿轮绕大锥齿轮转动，并带动螺杆转动，通过螺母1实现桌面2的远离运动。当桌面6下的杆向下运动时，桌面6向下运动，与桌面2达到水平。基准板转动时还带动系杆4转动，进而带动花键5转动，花键5与桌面3刚性连接，这样就实现了三种桌面的同步转动，角速度都等于驱动力的角速度。因为主轴不动，花键5开始只是同步转动，当花键5转过一定角度时，两个圆柱高点接触，实现桌面3的上升，最后与桌面2达到水平。实现整张桌子的打开，形成一个大桌子。要闭合桌面时，同样选桌面6为主动件，过程与上述过程基本类似，不过顺序相反，桌面3首先下降，然后两层桌面逐渐闭合，形成一个小桌子。此外我们还在基座上加了一个千斤顶的装置，转动手柄就能实现桌子的升降功能。四、避免桌面间干涉的措施：1、桌面3的上升时要最后升出，下降时要最早下降。这需要设计形状突变较大两个凸轮。同理6桌面下面的凹槽突变也要很大。2、桌面展成大桌面后，所有桌面紧密地拼在一起。为了闭合时，桌面不至于卡死，能够顺利地运动，故将桌子接触处做成斜坡状，这样桌子就能顺利升起。五、尺寸设计（图中尺寸为真实尺寸的1/10）：1、桌面闭合时直径为1.1米，展开时直径为1.6米。2、桌面6和桌面2前后移动距离a=(1.6-1.1)/2=0.25米。3、大齿轮与小齿轮的传动比为1：40，大齿轮转过3/4圈时，小齿轮转了30圈，螺纹导程l=a/308mm/r。桌面6尺寸小齿轮尺寸桌面3尺寸桌面2尺寸轴套尺寸大齿轮及桌腿尺寸基准面尺及系杆寸图装配示意图六、仿真设计：桌面3，下降至最下层桌面2，实现直线运动桌面6，升起同时实现直线运动打开时的桌面（三层桌面以相同速度旋转）闭合时的桌面螺纹杆，实现外围桌面的直线运动轴套：实现螺纹传递，并保证桌面6能顺利上下移动凸轮槽凸轮槽截面图，实现桌面6上下移动小齿轮绕大齿轮公转同时自转，将桌面的旋转运动传给螺纹杆大齿轮固定在底座上不转动齿轮近景图滚子凸轮桌面三升起时系杆花键桌面3位于最下层时滚子固定在主轴上不动，花键带动桌面3转动，实现中间桌面的升降七、设计及仿真中的不足：1、尺寸设计时，由于中间大齿轮大小的限制，所以齿轮间的传动比设计的很大，不知道具体实践中能否实现，且小齿轮的齿数很少，很容易发生根切。2、因为学习的还不够，具体齿轮的传动无法实现。在仿真中采用的是利用添加约束的方法来模拟齿轮和螺杆的运动。3、没有力和强度的校核，无法知道具体实现时的安全情况。八、参考文献：1、机械原理教程清华大学出版社，第2版，申永胜主编2、Inventor2008机械设计高级应用实例机械工业出版社，胡仁喜等编八、人员分工：收集素材：董方亮、杨一粟素材整理：刘辉邦运动方案设计：刘辉邦、杨一粟、董方亮零件尺寸设计、画图：杨一粟、董方亮运动状态仿真：刘辉邦报告编写：杨一粟外观设计：董方亮