多自由度可調(diào)桌子機(jī)械裝置的設(shè)計(jì).doc

摘 要2Abstract3第一章 緒論41.1背景介紹41.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀5第二章 多自由度可調(diào)桌子方案的提出112.1 多自由度可調(diào)桌子的要求112.2 多自由度可調(diào)桌子的設(shè)計(jì)核心112.3 方案一112.4方案二122.5方案三132.6三方案分析與對(duì)比14第三章 最優(yōu)方案?jìng)鲃?dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)的確定143.1 選擇電動(dòng)機(jī)143.1.1電動(dòng)機(jī)所需輸入功率的確定143.1.2電機(jī)所需輸出功率的確定143.1.3電機(jī)額定功率的確定153.1.4電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定153.1.5電機(jī)型號(hào)的確定153.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定163.2.1傳動(dòng)裝置參數(shù)的計(jì)算163.2.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定16第四章 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算174.1 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算174.1.1錐齒輪材料的確定174.1.2錐齒輪齒數(shù)和模數(shù)的確定174.1.3錐齒輪各參數(shù)的計(jì)算174.1.4錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算184.2普通直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算194.2.1選定齒輪類型和精度等級(jí)194.2.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算194.2.3圓柱齒輪各尺寸的計(jì)算214.3軸的設(shè)計(jì)與校核214.4桌面角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算23總 結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)27摘 要在科學(xué)技術(shù)手段迅猛發(fā)展的新時(shí)代，人們?cè)谵k公室中處理工作解決問(wèn)題的情況越來(lái)越多，與此相伴的是辦公書桌與我們相伴的時(shí)間也越發(fā)的增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的辦公桌子往往存在許多方面的問(wèn)題，而多自由度可調(diào)桌子恰好能解決這方面的問(wèn)題，所以多自由度可調(diào)桌子的出現(xiàn)與發(fā)展是時(shí)代所需的。多自由可調(diào)桌子主要擁有能夠進(jìn)行升降可調(diào)，角度和多自由度可調(diào)的特性，能夠?yàn)槿藗兊纳顜?lái)方便。我通過(guò)對(duì)多自由度可調(diào)桌子進(jìn)行調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料，設(shè)計(jì)了三套不同的多自由度可調(diào)桌子機(jī)械裝置方案，并對(duì)它們進(jìn)行分析對(duì)比和建模仿真。我從中選取了一套最優(yōu)方案，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。該方案中運(yùn)用了步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿運(yùn)動(dòng)，并且利用了錐齒輪結(jié)構(gòu)以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：多自由度，可調(diào)桌子，機(jī)械裝置AbstractIn the new era with the rapid development of science and technology,the situation that people work to solve problems in the office become more and more, and this is accompanied by the time that we stay with the desk is more growth.The traditional office table always have some problems,but more degrees of freedom adjustable table can solve this problem,so that more degrees of freedom adjustable table is the emergence and development of the times required.Many free adjustable desks have some characteristics,such as lift angle adjustable,multiple degrees of freedom adjustable and so on,it can bring convenience to peoples life.I passed on the multiple degrees of freedom adjustable table to conduct investigation and study,literature and data collection,design three different sets of multiple degree of freedom mechanical apparatus for adjustable table,they were analyzed and compared with modeling and simulation.I selected a set of optimal scheme from them and made a detailed design of it.This scheme use the stepper motor drives the screws motion,and use the bevel gear structure to meet the design requirements.Keywords: multiple degrees of freedom, adjustable table, mechanical device第一章 緒論1.1背景介紹 隨著家庭物質(zhì)條件的改善，追求生活享受已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。如今市場(chǎng)上各種家具如同雨后春筍般不斷的涌現(xiàn)。他們所展現(xiàn)的能力都獨(dú)具一格，滿足人們現(xiàn)代生活的舒適要求。就市場(chǎng)上所出現(xiàn)的可升降多自由度桌子而言，目前常見(jiàn)的多用于學(xué)習(xí)、辦公和上網(wǎng)等方面。其升降和調(diào)節(jié)方式一般分為電動(dòng)、手動(dòng)、液壓、氣動(dòng)等。就現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的手動(dòng)升降調(diào)節(jié)式，需要用手施加一定的力來(lái)提拉某些按鈕來(lái)達(dá)到升高調(diào)節(jié)自由度的目標(biāo)，而去所升高度和自由度調(diào)節(jié)范圍有限。其桌面高度和自由度的固定采用增大壓力提高摩擦的形式。目前網(wǎng)上所出售的大多類似產(chǎn)品做工普通，形單影只，很容易倒。常見(jiàn)的是那種中間一根立柱，底盤桌面窄小。電動(dòng)升降可調(diào)桌子，有單柱和雙柱倆種形式。升降和調(diào)節(jié)方式有手控和遙控倆種方式?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)此類產(chǎn)品的廠家主要是榻榻米。此產(chǎn)品價(jià)格不菲，單雙柱價(jià)位都在23千以上，國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格更高。對(duì)于仍然以二三線城市居多的中國(guó)來(lái)說(shuō)，此產(chǎn)品并不大時(shí)候且該產(chǎn)品多用于辦公場(chǎng)所，與家庭生活并不匹配。對(duì)于由氣動(dòng)液壓控制升降與調(diào)節(jié)的桌子。國(guó)內(nèi)很少，即使有廠家生產(chǎn)價(jià)格也很高。但是在技術(shù)上國(guó)內(nèi)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，譬如01274078.0號(hào)實(shí)用型專利設(shè)計(jì)。通過(guò)安裝升降氣壓棒來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)高度和角度。但是上述設(shè)計(jì)需要好幾次才能達(dá)到滿意高度和合適角度，不同的使用者都需要站起來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，十分的費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在科學(xué)技術(shù)手段迅猛發(fā)展的新時(shí)代，人們?cè)谵k公室中處理工作解決問(wèn)題的情況越來(lái)越多，與此相伴的是辦公書桌與我們相伴的時(shí)間也越發(fā)的增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的辦公桌子高度角度固定，多數(shù)情況小與工作人員的身高不相符合，不僅不能使不同的工作者感到舒適愜意，在相差太大的情況下還會(huì)干擾惡化心情，嚴(yán)重影響工作效果。即使尺寸大小合適，長(zhǎng)期保持一中姿勢(shì)進(jìn)行工作也會(huì)對(duì)工作人員的身心帶來(lái)壓力，在工作之外帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。利用不同的桌椅進(jìn)行配置，既占空間，又搬移不方便?；谑袌?chǎng)上出現(xiàn)的產(chǎn)品不足，為了滿座家庭更多成員的使用，一種合理的新型的多自由度可升降桌子十分需要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于多自由度可調(diào)桌子機(jī)械裝置方面的論文和專利比較少，其中完全結(jié)合桌子高度升降和自由度調(diào)節(jié)的例子更是少之又少。在多自由度可調(diào)桌子方面，國(guó)內(nèi)研究水平相比國(guó)外研究水平又明顯存在一定差距！通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料得知，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于多自由度可調(diào)桌子機(jī)械裝置方面的設(shè)計(jì)大致可以從以下幾個(gè)方向進(jìn)行分類。首先從應(yīng)用的場(chǎng)所和范圍上來(lái)劃分可分為：A大型會(huì)議用桌 B日?；蚣矣棉k公桌 其次從驅(qū)動(dòng)升降調(diào)節(jié)的力和保持高度和角度的方式來(lái)劃分，日常或家用辦公桌又可以分為：A液壓驅(qū)動(dòng)與支持 B電機(jī)遙控驅(qū)動(dòng)與支持 C手動(dòng)驅(qū)動(dòng)與增大摩擦支持 D手動(dòng)驅(qū)動(dòng)與利用空間構(gòu)件支持。下面便對(duì)如上類型進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹！A大型會(huì)議用桌如下圖所示圖1-1 美國(guó)專利US6739670B2中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案可升降會(huì)議桌核心部分圖圖1-1是來(lái)自美國(guó)專利US6739670B2中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案中大型可升降會(huì)議桌的核心部分，是位于圓桌中心的較大的圓形升降柱。在中心圓形升降柱升降的同時(shí)，會(huì)帶動(dòng)圓形升降柱周圍的葉片狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)圓形會(huì)議桌周邊的桌面的升降。如圖1-2所示。圖1-2 升降柱周圍的葉片結(jié)構(gòu)圖由于此類設(shè)計(jì)體型較大且僅僅涉及桌子桌面的升降，因而與我們多自由度可調(diào)機(jī)械裝置的課題關(guān)聯(lián)不大，所以不做更深的探討，知足簡(jiǎn)單的了解。B手動(dòng)驅(qū)動(dòng)與利用空間構(gòu)件支持如圖1-3所示圖1-3 美國(guó)專利US6935250B1中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案圖圖1-3是來(lái)自美國(guó)專利US6935250B1中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案的原理是：通過(guò)人工用手搖動(dòng)手柄，帶動(dòng)橫桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)由錐齒輪，圓柱齒輪等所組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用順時(shí)針或者逆時(shí)針的搖動(dòng)手柄，控制桌面的升降和幅度。當(dāng)桌面調(diào)整到合理的位置的時(shí)候，停止搖動(dòng)手柄，利用螺紋的自鎖原理，保持桌面所調(diào)節(jié)的高度，承擔(dān)桌面所施加的壓力。當(dāng)桌面高度需要進(jìn)行重新調(diào)節(jié)的時(shí)候，只需要利用解鎖裝置，解除螺紋的自鎖，便可前述程序進(jìn)行重新調(diào)節(jié)。利用一定的裝置將單一手柄與四根升降立柱相聯(lián)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了桌子桌面的整體的穩(wěn)定上升。整體樣式如圖1-4所示。圖1-4 整體樣式圖由于該設(shè)計(jì)方案采用了手動(dòng)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，就必然存在了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn)，在升級(jí)裝置內(nèi)部機(jī)械裝置在長(zhǎng)期工作磨損之后，便更加加大了人工手動(dòng)驅(qū)動(dòng)桌子桌面升降的難度。由于利用了大量的齒輪和螺紋結(jié)構(gòu)，也必然需要重視潤(rùn)滑的作用。如若存在潤(rùn)滑不充分的問(wèn)題，長(zhǎng)期磨損工作，有可能影響桌子的自鎖效果，使整個(gè)升降桌存在工作安全隱患。因而還是存在一定需要改進(jìn)的地方。C液壓驅(qū)動(dòng)與支持如圖1-5所示圖1-5 美國(guó)專利US3179071中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案圖圖1-5是來(lái)自美國(guó)專利US3179071中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵建構(gòu)是液壓升降柱。其具體結(jié)構(gòu)如圖1-6所示 圖1-6美國(guó)專利US3179071中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案的具體結(jié)構(gòu)圖該設(shè)計(jì)方案的原理是：通過(guò)踩動(dòng)腳踏板，壓縮機(jī)械升降裝置內(nèi)的液體，驅(qū)動(dòng)升降柱的升降，進(jìn)而帶動(dòng)桌子桌面的升降。當(dāng)調(diào)整到合適理想高度的時(shí)候，停止踩動(dòng)腳踏板，停止壓縮機(jī)械升降裝置內(nèi)的液體。升降柱停止升降，此時(shí)與升降柱外側(cè)相連的凸點(diǎn)落入環(huán)形外壁的凹槽里，利用液壓與機(jī)械構(gòu)件相結(jié)合的方式支持桌面保持在現(xiàn)有理想高度。當(dāng)桌面高度需要重新進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，只需反向搬動(dòng)腳踏板，對(duì)壓縮液體采取泄壓，升降柱外側(cè)相連的凸點(diǎn)脫離環(huán)形外壁的凹槽，升降柱下降，進(jìn)而桌子桌面下降。重復(fù)操作便可以達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。整個(gè)機(jī)械裝置浸沒(méi)在液壓油之中，因而可以得到充分的潤(rùn)滑，很少會(huì)存在機(jī)械零件的磨損情況的出現(xiàn)。但是由于是利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行工作，因而整個(gè)升降結(jié)構(gòu)的密封性便顯得相當(dāng)重要，如若出現(xiàn)液壓油泄露，便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)升降機(jī)構(gòu)的崩潰。同時(shí)由于利用凸點(diǎn)與凹槽結(jié)合的方式進(jìn)行支持，桌面所能夠升降的高度必然與凹槽的大小和分布存在很大聯(lián)系。且升降機(jī)構(gòu)所能夠升降的高度，會(huì)是零散的間隔的跳躍性的進(jìn)行變化，而不是連續(xù)性的進(jìn)行變化，因而也不利于使用者在使用過(guò)程中調(diào)節(jié)到最佳合理的位置。D手動(dòng)驅(qū)動(dòng)與增大摩擦支持如下圖所示圖1-7 美國(guó)專利US6119605中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案圖圖1-7是來(lái)自美國(guó)專利US6119605中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案，與其他設(shè)計(jì)方案相比較，該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。支持桌面的桌腿分別位于倆個(gè)長(zhǎng)型深槽內(nèi)。桌腿與深槽之間形成間隙配合，可以靈活的進(jìn)行上下移動(dòng)。在調(diào)整桌子桌面高低的過(guò)程中，只需要手動(dòng)上下拉動(dòng)桌面，使桌面能夠達(dá)到一個(gè)合適理想的位置。至于桌子桌面高度的固定主要依靠與桌面平行的彈簧施壓裝置。其具體的結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。圖1-8 美國(guó)專利US6119605中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案具體結(jié)構(gòu)圖通過(guò)調(diào)節(jié)與桌面平行的彈簧裝置的松緊程度，彈簧裝置將給倆側(cè)施加不同的壓力，壓力將桌子桌腿與深槽內(nèi)壁緊緊接觸，提供較大的摩擦力，進(jìn)而使其保持相對(duì)位置。在需要重新進(jìn)行調(diào)節(jié)高度的時(shí)候，同樣只需要調(diào)節(jié)彈簧裝置，使其對(duì)倆側(cè)施加的壓力減小，進(jìn)而減小桌腿與深槽之間的摩擦力，使其又可在此進(jìn)行靈活的移動(dòng)。通過(guò)分析，很易得出：此設(shè)計(jì)方案單純的依靠摩擦力方法進(jìn)行保持高度，必定存在一定的限度。當(dāng)桌子桌面承受較大的壓力的時(shí)候，長(zhǎng)此以往，桌子的工作狀態(tài)必然很難維持。而且此方案高度的調(diào)節(jié)更加單純的依靠手動(dòng)，在調(diào)節(jié)過(guò)程之中往往依靠直覺(jué)，單單依靠一人進(jìn)行調(diào)節(jié)，往往會(huì)存在較大誤差。且在制造過(guò)程之中對(duì)倆側(cè)的桌腿和深槽精度要求較大。否則很有可能出現(xiàn)桌子桌面傾斜不平整的情況出現(xiàn)。D電動(dòng)遙控驅(qū)動(dòng)與支持如下圖所示圖1-9 美國(guó)專利US5224429中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案圖圖1-9是來(lái)自美國(guó)專利US5224429中的一個(gè)設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但是主觀很明顯，該設(shè)計(jì)方案完全脫離了單純手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，在升降結(jié)構(gòu)之中與電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)與升降的電子控制。不僅能夠?qū)嵙?xí)桌子桌面高度的連續(xù)性調(diào)節(jié)，而且實(shí)現(xiàn)了桌子桌面角度的調(diào)整。省時(shí)省力，能夠服務(wù)于更為廣闊的人群。因而此類設(shè)計(jì)方案是我們學(xué)習(xí)和參照的重點(diǎn)對(duì)象，也是多自由度可調(diào)桌子機(jī)械裝置設(shè)計(jì)的正確方向。第二章 多自由度可調(diào)桌子方案的提出2.1 多自由度可調(diào)桌子的要求面對(duì)當(dāng)今時(shí)代現(xiàn)狀，舒適的工作環(huán)境是人們的追求。對(duì)于不同身高的人群來(lái)說(shuō)，固定款式、固定高度的桌子不一定能夠滿足所有人們的需要。多自由度可調(diào)桌子恰好能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，它能夠自由輕松的調(diào)節(jié)桌子高度，能夠滿足不同身高人群的要求。但在設(shè)計(jì)多自由度可調(diào)桌子前，我們應(yīng)該要注意兩方面的要求：功能要求和尺寸要求。功能要求 多自由度可調(diào)桌子是為大眾而研發(fā)的產(chǎn)品，它應(yīng)該要滿足大眾的需求，能夠生產(chǎn)后在生活中進(jìn)行普遍。它的功能要求可歸納為以下幾點(diǎn)：(1) 省時(shí)省力，盡力能夠?yàn)槭褂谜咛峁┖?jiǎn)單便利的使用程序；(2) 不占用過(guò)多外部空間，讓使用者能方便使用；(3) 在實(shí)現(xiàn)升降功能的同時(shí)，盡可能多的實(shí)現(xiàn)角度和自由度的調(diào)節(jié)；(4) 機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)合理，具有較為安全的工作性能；(5) 能夠?qū)崿F(xiàn)電子遙控，且盡量做到環(huán)保低耗能；(6) 設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)單化，制造成本不高，價(jià)格便宜，實(shí)用性強(qiáng)。尺寸要求 多自由度可調(diào)桌子是為大眾而研發(fā)的，應(yīng)該適應(yīng)所有人群使用。桌子太高或太低往往會(huì)帶來(lái)不必要的麻煩，桌子的合適高度為500800mm，所以設(shè)置多自由度可調(diào)桌子的可調(diào)高度為最低500mm，最高800mm。2.2 多自由度可調(diào)桌子的設(shè)計(jì)核心對(duì)于人們而言，一個(gè)桌子是否合適，絕大部分是先取決于桌子的高度是否合適，再考慮其它方面的因素。傳統(tǒng)的辦公桌子高度固定，大多數(shù)情況與工作人員的身高不相符合，這不僅不能使不同的工作者感到舒適愜意，甚至在相差太大的情況下還會(huì)干擾惡化心情，嚴(yán)重影響工作效果。要想讓使用者用的舒服，心情愉快，合適的高度是非常重要的，所以多自由度可調(diào)桌子的設(shè)計(jì)中高度可調(diào)裝置是設(shè)計(jì)中的核心部分。2.3 方案一圖2-1方案一結(jié)構(gòu)圖 圖2-1為方案1，采用液壓或氣壓控制系統(tǒng)，運(yùn)用了剪叉式升降機(jī)構(gòu)。該方案通過(guò)液（氣）壓控制系統(tǒng)控制液（氣）缸活塞桿輸出推力或拉力來(lái)控制剪叉式升降機(jī)構(gòu)的升降，剪叉式機(jī)構(gòu)右下角和左上角均采用滑輪機(jī)構(gòu)，而剪叉式機(jī)構(gòu)右上端和左下端都采用鉸鏈固定，升降過(guò)程是利用活塞桿推拉剪叉式機(jī)構(gòu)中間連接桿來(lái)帶動(dòng)帶滑輪的桿運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)。2.4方案二圖2-2方案二結(jié)構(gòu)圖 圖2-2為方案二，采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的斜面塊，一根桿固定在兩側(cè)面上，且兩側(cè)面通過(guò)上面一面結(jié)合在一起。本方案通過(guò)一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)控制斜面塊左右運(yùn)動(dòng)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)給斜面塊一向右的驅(qū)動(dòng)力，使得斜面塊向右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)斜面使桿向上提，然后帶動(dòng)兩側(cè)面和上面一平面的上升；當(dāng)驅(qū)動(dòng)撤銷驅(qū)動(dòng)力向左回縮時(shí)，桌面依靠桌子自身重力使得桌面下降。從而本方案通過(guò)以上途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)桌子的升降。2.5方案三2-3方案三結(jié)構(gòu)圖 圖2-3為方案三，本方案采用了伺服電機(jī)，普通圓柱齒輪，錐齒輪，滾珠絲桿，以及一高度調(diào)節(jié)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。本方案利用伺服電機(jī)給出驅(qū)動(dòng)，輸出桿轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入到普通圓柱齒輪減速，再傳到錐齒輪減速轉(zhuǎn)向，通過(guò)絲桿輸出傳到桿1，桿1擠壓2、3桿，推動(dòng)4、5桿，帶動(dòng)6、7桿，8,、9桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到桌子降的過(guò)程；讓伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)給出驅(qū)動(dòng)，輸出桿轉(zhuǎn)動(dòng)，與正轉(zhuǎn)時(shí)相反，同樣通過(guò)圓柱齒輪，錐齒輪，絲桿輸出到桿1，桿1往上拉動(dòng)2、3桿，再通過(guò)2、3桿推動(dòng)4、5桿，帶動(dòng)6、7桿，8、9桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)桌子升的構(gòu)成。2.6三方案分析與對(duì)比方案一桌子高度可調(diào)范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，但是它不穩(wěn)定，在升降過(guò)程中左右不平衡，控制高度還要借用其他的設(shè)備。方案二桌子高度可調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，占用空間小，但是它非常不穩(wěn)定，桌子一直受到一個(gè)向右的傾斜力；桌子上升過(guò)程還正常，但下降過(guò)程靠得是重力，震動(dòng)撞動(dòng)大，下降過(guò)程中對(duì)桌子損害大。方案三雖然也有一定的缺陷，例如結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但它升降穩(wěn)定，震動(dòng)可以精確控制，桌子左右可一直保持平衡，可在隨時(shí)在任何高度停止固定且無(wú)需其他機(jī)構(gòu)，高度調(diào)節(jié)范圍符合要求，維修方便。第3章 最優(yōu)方案?jìng)鲃?dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)的確定3.1 選擇電動(dòng)機(jī)我們平常用的桌子放上物品后重量應(yīng)該不超過(guò)50kg，所以將載荷力看作500N。桌子的調(diào)節(jié)高度為500800mm，有300mm的升降調(diào)節(jié)量，可以設(shè)置從桌子最低點(diǎn)調(diào)到最高點(diǎn)的時(shí)間為10s，那么桌子的升降速度為0.03m/s。一般家具的使用期限為10年。3.1.1電動(dòng)機(jī)所需輸入功率的確定電動(dòng)機(jī)所需輸入功率：(工作機(jī)效率，取)3.1.2電機(jī)所需輸出功率的確定電機(jī)所需的輸出功率：(，?。粷L珠絲桿傳動(dòng)效率，取，)3.1.3電機(jī)額定功率的確定確定電動(dòng)機(jī)額定功率：根據(jù)生活需要，選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)。3.1.4電機(jī)轉(zhuǎn)速的確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：可取滾珠絲桿導(dǎo)程為絲桿螺桿轉(zhuǎn)過(guò)角度，螺母將沿軸向移動(dòng)s（單位：mm）滿足；式中：為絲桿導(dǎo)程，mm。上述公式可演化為：；式中：為齒輪轉(zhuǎn)速，r/min。那么可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速其中，可選轉(zhuǎn)速為4800r/min，則3.1.5電機(jī)型號(hào)的確定可選伺服電機(jī)型號(hào)型號(hào)額定功率滿載功率同步轉(zhuǎn)速90SL00221W68W4800r/min3.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定3.2.1傳動(dòng)裝置參數(shù)的計(jì)算傳動(dòng)軸功率絲桿功率總傳動(dòng)比，；其中和分別為錐齒輪和普通齒輪傳動(dòng)比。在圓錐齒輪減速器的傳動(dòng)比范圍內(nèi)可選，則可得根據(jù)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比范圍可取，則絲桿軸轉(zhuǎn)速傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩絲桿軸轉(zhuǎn)矩3.2.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)列表如下：表3-1運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)參數(shù)電動(dòng)機(jī)軸傳動(dòng)軸絲桿軸轉(zhuǎn)速r/min4800957.6360功率P/W16.615.7714.98轉(zhuǎn)矩T/Nm0.0330.1570.397傳動(dòng)比i效率0.950.95第4章 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1錐齒輪材料的確定根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，齒輪的精度選用8級(jí)精度。選擇小齒輪材料為45號(hào)鋼，調(diào)制處理，平均硬度為235HBS；選擇大齒輪材料為45號(hào)鋼，正火處理，平均硬度為190HBS。4.1.2錐齒輪齒數(shù)和模數(shù)的確定由于直齒錐齒輪大端的尺寸最大，測(cè)量方便。因此，規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準(zhǔn)。大端的模數(shù)m的值為標(biāo)準(zhǔn)值，按下表選取。在GB12369-90中規(guī)定了大端的壓力角，齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.2。則 錐齒輪不產(chǎn)生更切的最小齒數(shù)，最小齒數(shù)=16.選取錐齒輪中小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)表4.1錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（摘自GB/T 123681990）錐齒輪模數(shù).11.1251.251.3751.51.755544.555.566.5錐齒輪各參數(shù)的計(jì)算 由前面計(jì)算得錐齒輪傳動(dòng)比i=2.66選取模數(shù)m=4，分錐角：小齒輪， 大齒輪；齒頂高：；齒根高：；分度圓直徑：小齒輪， 大齒輪；齒頂圓直徑：小齒輪， 大齒輪；齒根圓直徑：小齒輪， 大齒輪；錐距：；齒根角：；頂錐角：小齒輪， 大齒輪；根錐角：小齒輪， 大齒輪；頂隙：；分度圓齒厚：；當(dāng)量齒數(shù)：小齒輪， 大齒輪；齒寬： 取整后有。4.1.4錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)兩軸交角為90度時(shí)，齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的校核公式為：;經(jīng)校核齒輪強(qiáng)度足夠。4.2普通直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1選定齒輪類型和精度等級(jí)根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，選用普通標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。齒輪的精度選用8級(jí)精度，選擇材料是鑄鋼，硬度為250HBS。小齒輪齒面強(qiáng)度為400HBS，大齒輪齒面強(qiáng)度為360HBS,兩者材料硬度相差40HBS。選取小齒輪齒數(shù)為。4.2.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算(1) 確定公式中的各計(jì)算值：查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；（2） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)：（3） 從而查到壽命系數(shù)（4） 選取疲勞安全系數(shù)S=2，,得到：（5） 選取齒寬系數(shù)（6） 選擇齒寬系數(shù)（7） 計(jì)算載荷系數(shù)K選取所以 (8)初選取,則相應(yīng)的所以,選取較大值又選取。 （9）工作轉(zhuǎn)矩 （10）代入計(jì)算得,標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的模數(shù)m已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，表4-1為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13571987所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列。在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，若無(wú)特殊需要，應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 表4-2 圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB/T 13571987） mm第一系列0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.52 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.55.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 （30） 36 45注：選用模數(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用第一系列，其次是第二系列，括號(hào)內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。所以選取m=4.（11） 進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算帶入公式，所以符合。4.2.3圓柱齒輪各尺寸的計(jì)算（1） 齒數(shù)：小齒輪，大齒輪（2） 模數(shù)：m=4（3） 傳動(dòng)比：i=5（4） 壓力角：（5） 分度圓直徑：小齒輪，大齒輪（6） 齒頂高：（7） 齒根高：（8） 齒全高：（9） 齒頂圓直徑：小齒輪，大齒輪（10） 齒根圓直徑：小齒輪，大齒輪（11） 基圓直徑：小齒輪：，大齒輪（12） 齒距：（13） 基圓齒距（法向齒距）：（14） 齒厚：（15） 齒槽寬：（16） 頂隙：4.3軸的設(shè)計(jì)與校核（1） 選擇軸的材料根據(jù)工作條件，初選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。（2） 已知1軸上的功率P1=15.71W，轉(zhuǎn)速n1=957.6r/min，轉(zhuǎn)矩T1=0.157Nm。估算軸的最小直徑.因軸最小直徑處設(shè)有鍵槽，則d1min =12.34(1+0.07)=13.20mm,取整為15mm。（3） 初定軸的直徑 d11: 最小直徑d11 =d1min=15mmd12: d12=30mmd13: d13=50mmd14: d14=70mmd15：d15=60mmd16: d15=50mm（4）各軸長(zhǎng)度設(shè)計(jì) L1=30mm，L2=10mm L3=50mm，L4=30mm L5=20mm，L6=35mm圖4-1軸的結(jié)構(gòu)圖(5)計(jì)算作用在軸上的力 圓周力 徑向力 (6)求支座反力: 水平面H:Q=6.6N (7)計(jì)算彎矩 合成彎矩(8)計(jì)算當(dāng)量彎矩軸的材料為45號(hào)鋼， (9)校核軸的強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。4.4桌面角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算不同人群在自己辦公時(shí)都會(huì)有自己適應(yīng)的坐姿，使用桌子時(shí)也有自己合適的角度，所以多自由度可調(diào)桌子中桌面角度可調(diào)是其必須要滿足的一個(gè)性能。桌面角度可調(diào)實(shí)現(xiàn)的方法有很多，我們采用了一種比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)如圖所示：左端用鉸鏈固定且可轉(zhuǎn)動(dòng)，右端用一絲桿與下板結(jié)合，上端通過(guò)滑輪頂住上板，通過(guò)旋轉(zhuǎn)絲桿來(lái)帶動(dòng)上桌板的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)桌面角度的調(diào)節(jié)。圖4-2 調(diào)角度裝置結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)桌面可調(diào)角度對(duì)水平面夾角為，桌子寬度一般為D=0.5m，那么當(dāng)夾角為和時(shí)的右端高度差3,故桌面板水平時(shí)與下板的垂直距離差為，因鉸鏈部分也有高度，取距離差為0.15m。圖4-3 運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 通過(guò)絲桿旋轉(zhuǎn)使得滑輪在軌道中可以來(lái)回滑動(dòng)。當(dāng)桌面右端在最高或最低時(shí)，滑輪在軌道最右邊；當(dāng)桌面水平時(shí)，滑輪在軌道最左邊?；嗆壍篱L(zhǎng)度為 ，取長(zhǎng)度為2cm。總 結(jié) 在設(shè)計(jì)本過(guò)程中先經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查閱文獻(xiàn)，收集資料，寫開(kāi)題報(bào)告，然后繪制設(shè)計(jì)總圖，對(duì)各方案進(jìn)行仿真，接著開(kāi)始著手寫論文，論文的主要重頭戲就是設(shè)計(jì)的計(jì)算部分，最后根據(jù)學(xué)校的各項(xiàng)要求整理、編寫成文。本次設(shè)計(jì)考慮到多自由度可調(diào)桌子要運(yùn)用大眾生活之中。要求投入實(shí)際生產(chǎn)以后系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，符合要求。所以設(shè)計(jì)的桌子具有性能優(yōu)越，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)單，并且傳動(dòng)裝置的體積、質(zhì)量盡可能減小和降低成本。通過(guò)對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，較為理想的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)書上的要求。整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程比較平穩(wěn)，且運(yùn)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，維修容易，價(jià)格低廉。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造基礎(chǔ)等專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了鞏固和強(qiáng)化，并且熟悉各種升降裝置和多自由度可調(diào)桌子運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作原理，它們的各種結(jié)構(gòu)，掌握了設(shè)計(jì)計(jì)算思路和方法。也能夠更嫻熟地運(yùn)用三維軟件soildworks，提高了專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力。由于設(shè)計(jì)時(shí)間倉(cāng)促，資料缺乏，整個(gè)設(shè)計(jì)還存在一些問(wèn)題，一些尺寸的精度不夠。在實(shí)際應(yīng)用是要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整才能達(dá)到預(yù)期效果，望各位老師批評(píng)指正。致 謝經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們真正懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，查找相關(guān)資料，讓我們體會(huì)到理論與實(shí)際還有很大差別。這次設(shè)計(jì)正是將它們有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，給我們一次在面對(duì)工作前最好的鍛煉機(jī)會(huì)。同時(shí)我們也體會(huì)到了每一件事靠一個(gè)人是無(wú)法完成的，要集思廣益才會(huì)讓設(shè)計(jì)更加完美。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論，氣液壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制原理及應(yīng)用有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和了解。總之，這次設(shè)計(jì)為我們打開(kāi)了以后面向?qū)嶋H應(yīng)用的大門，為我們以后做各項(xiàng)工作和進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。它好比一個(gè)燈塔，為我們指明了遠(yuǎn)行的航向；好比一顆啟明星，為我們指明了前進(jìn)的道路。短暫的畢業(yè)設(shè)計(jì)就這樣在緊張有序中度過(guò)了。衷心的感謝老師在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中的精心指導(dǎo)，使我們能順利的走到現(xiàn)在。參考文獻(xiàn)1朱輝等主編.畫法幾何及工程制圖（第六版）. 上海科技出版社.20082孫桓主編. 機(jī)械原理(第七版) . 高等教育出版社.20073濮良貴主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）. 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