機(jī)械原理課程設(shè)計設(shè)計助殘自動疊展被裝置

1、機(jī)械原理課程設(shè)計機(jī)械原理課程設(shè)計設(shè)計說明書設(shè)計說明書設(shè)計題目：設(shè)計題目： 助殘自動疊展被裝置助殘自動疊展被裝置專專 業(yè)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及自動化學(xué)學(xué) 號號： *設(shè)設(shè) 計計 者者： *指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師： * 大 學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院20*年 6 月助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁目 錄1 1 設(shè)計題目設(shè)計題目.1 11.1 工作原理及工藝動作過程.11.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求.11.3 設(shè)計方案提示.11.4 設(shè)計任務(wù).12 2 理論設(shè)計方案理論設(shè)計方案.3 32.1 裝置預(yù)期的功能要求.42.2 功能原理設(shè)計.42.3 運(yùn)動規(guī)律設(shè)計.52.3.1 工藝動作分解.72.3

2、.2 運(yùn)動方案的選擇.82.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)行使設(shè)計.92.3.4 運(yùn)動和動力分析.82.3.5 執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動簡圖.93 3 計算內(nèi)容計算內(nèi)容.9 94 4 個人小結(jié)個人小結(jié).10105 5 參考資料參考資料.1111助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁1題目：助殘自動疊展被裝置1.1 工作原理及工藝動作過程對于殘疾人來說正常人認(rèn)為很簡單的一件事-疊被子,會使得他們十分為難。為了幫助他們解決這個困難，設(shè)計了一款自動疊展被裝置來幫助他們。具體疊被過程可以分為以下幾步：1) 固被機(jī)構(gòu)。將疊被機(jī)構(gòu)與被褥緊密連接在一起。2) 疊被機(jī)構(gòu)。通過此結(jié)構(gòu)將平鋪被褥折疊，并翻轉(zhuǎn)放置床邊。

3、3) 展被機(jī)構(gòu)。將折疊被褥展開，平鋪到床上。1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求1) 被褥。普通棉被、空調(diào)被、毛毯等，長度范圍：20002200mm，寬度范圍：16001800mm，自然厚度范圍：5060mm。2) 操作時間。疊被時間 56 秒，展被時間 78 秒。3) 設(shè)計要求：裝置簡單、體積小、重量輕、工作性能可靠、成本低、操作系統(tǒng)方便、人性化、外觀美觀得體，疊被效果好，展被平穩(wěn)1.3設(shè)計方案的提示1）在設(shè)計動力機(jī)構(gòu)時，要用一個電動機(jī)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，降低裝置成本。2）用同一執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成疊被、展被過程，精簡裝置機(jī)構(gòu)。3）裝置作用在柔性材料（被褥） ，在疊被成型過程中，可以用剛性桿件對被褥進(jìn)行剛性結(jié)合，進(jìn)而

4、在外界動力輸入時，柔性被褥可隨著剛性桿件自然成型。4）要保證疊被展被間的，疊被速度快，展被速度適中，保證高效疊被，舒適鋪被。1.4設(shè)計任務(wù)1) 根據(jù)工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖；2) 進(jìn)行固被、疊被、展被三個機(jī)構(gòu)的選型，實(shí)現(xiàn)三個機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)配合；3) 機(jī)械運(yùn)動方案的評定與選擇；4) 根據(jù)選定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案；5) 畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖（機(jī)械運(yùn)動示意圖） ；6) 對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸分析計算。助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁2 運(yùn)動方案設(shè)計2.1 機(jī)械預(yù)期的功能要求1）

5、本裝置可以針對普通被褥（首次需要將被褥固定于裝置的折疊臂上）進(jìn)行自動折疊，鋪展。作用的對象（被褥）范圍較為廣泛，具有普遍實(shí)用性。2）在被褥與折疊臂固定后，被褥與折疊臂結(jié)合較緊，折疊被褥效果良好；鋪展被褥后，被褥不再像折被時那樣與折疊臂相對結(jié)合較緊，被褥被松散的平鋪在床上，不會使使用者感覺不適，影響其睡眠質(zhì)量。3）在其控制方面要人性化，針對殘疾人的身體上的不同缺陷，盡可能地保證多方位的開關(guān)控制。4）工作過程噪音小，動作柔和，性能可靠。2.2 功能原理設(shè)計通常情況下，一部機(jī)器需要通過電動機(jī)帶動一系列復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這其中涉及到很多簡單且基本的機(jī)械機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，也可以直接通過電動機(jī)帶動整部機(jī)

6、器運(yùn)轉(zhuǎn)，這完全取決于及其所完成的工作以及設(shè)計該機(jī)器時所面臨的種種實(shí)際情況。針對折疊質(zhì)地為柔性的被褥，而且要求不影響使用者的睡眠，那么原理上只能從被褥的兩側(cè)進(jìn)行固定。兩側(cè)折疊臂通過鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)對被褥成型折疊。鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)與被褥的連接緊密性是可以調(diào)節(jié)的，原理上應(yīng)該由折疊臂在伸縮來自動調(diào)節(jié)，這樣實(shí)現(xiàn)自動、人性化。疊展被的傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿足將轉(zhuǎn)動(電動機(jī))轉(zhuǎn)化為復(fù)合運(yùn)動（折疊臂的翻轉(zhuǎn)和收縮） ，將高速運(yùn)動轉(zhuǎn)化為低速運(yùn)動。由于疊被機(jī)構(gòu)尺寸較長（2000mm 左右） ，對其的傳動機(jī)構(gòu)也需要有較大尺寸。對于較大距離的動力傳輸，一般才有鏈?zhǔn)?、桿式、繩式傳動機(jī)構(gòu)，但在展被過程中，該機(jī)構(gòu)還需要逆向運(yùn)動，這樣就最選用

7、桿式傳動結(jié)構(gòu)。如下圖 2.2.1 所示：助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁圖 2.2. 12.3 運(yùn)動規(guī)律設(shè)計2.3.1 工藝動作分解根據(jù)裝置的功能，其工藝動作可分為：a疊被；b展被。但在裝置完成其工藝動作之前，還需要將被褥與裝置的折疊臂相結(jié)合，這就涉及到裝置的一個輔助動作：c固被。具體如下圖 2.3.1 所示：2.3.2 運(yùn)動方案的選擇1)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計與選定減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計：如下表方案機(jī)構(gòu)簡圖優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)a蝸桿在蝸輪下方嚙合處的冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便但當(dāng)蝸桿圓周速度高時，攪油損失大b蝸桿在蝸輪上，蝸桿的圓周速度可高些蝸桿軸承潤滑不太方便助殘自動疊展被裝置減

8、速機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖 2.3. 1助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁c結(jié)構(gòu)簡單但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度d與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜針對以上列出的四種減速機(jī)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計要求，及在實(shí)際安裝時距離的要求，減速機(jī)構(gòu)的最佳選擇時減速機(jī)構(gòu)方案 a 與方案 c 的搭配使用。如圖2.3.2.0 所示：圖 2.3.2. 02)傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與選定在傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計中，主要從機(jī)構(gòu)的緊湊性、性能的穩(wěn)定性、工作效率和安全性等方面考慮，由如下三種設(shè)計方案：助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共

9、 21 頁a曲柄滑塊搖桿機(jī)構(gòu)（如圖 2.3.2.1 所示）圖 2.3.2. 1動力輸入軸為 e 軸，即 e 軸為本機(jī)構(gòu)主動軸。機(jī)構(gòu)的兩個極限位置如下圖圖 2.3.2.2 所示：圖 2.3.2. 2助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁b曲柄滑槽搖桿機(jī)構(gòu)（如圖 2.3.2.3 所示）圖 2.3.2. 3動力輸入軸為 e 軸，即 e 軸為本機(jī)構(gòu)主動軸。機(jī)構(gòu)的兩個極限位置如下圖圖 2.3.2.4 所示：圖 2.3.2. 4助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁c曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)（如圖 2.3.2.5 所示）圖 2.3.2. 5動力輸入軸為 e 軸，即 e 軸

10、為本機(jī)構(gòu)主動軸。機(jī)構(gòu)的兩個極限位置如下圖圖 2.3.2.6 所示：圖 2.3.2. 6助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁以上幾種設(shè)計方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表：方案簡圖優(yōu)缺點(diǎn)a曲柄滑塊搖桿機(jī)構(gòu)相比 c，滑塊可以有效減小 3 桿的長度，機(jī)構(gòu)較為緊湊；相比 b，導(dǎo)軌比滑槽制造更為簡單，滑塊與導(dǎo)軌需要潤滑，這樣使得機(jī)構(gòu)不便床上用品b曲柄滑槽搖桿機(jī)構(gòu)相比 c，小滾子在滑槽中，取代了 3 桿，機(jī)構(gòu)最為緊湊，但滑槽和滾輪的制造成本較高，滾輪和滑槽需要定期潤滑，這樣使得機(jī)構(gòu)不便床上用品c曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)較、方案來說，機(jī)構(gòu)更為簡單輕便，性能更為穩(wěn)定；在制造和維護(hù)方面較為容易，成本較低，跟換

11、零配件更為方便；相比 a、b 方案，其潤滑需要不時由以上幾種設(shè)計方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，不論是從成本、穩(wěn)定性，還是制造、維護(hù)的方便性，方案 c 都有其獨(dú)特的優(yōu)勢。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副均為低副，其接觸為面接觸，壓力小承載能力大，潤滑好，摩損小，加工制造容易，形成集合封閉，工作可靠性強(qiáng)。故選擇方案 c 作為助殘自動疊被裝置的傳動機(jī)構(gòu)。助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計與選定針對執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在 2.2.功能原理設(shè)計中有簡要的介紹。具體也有三種：a 滑輪牽引鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)如圖 2.3.2.7 所示圖 2.3.2. 7輪帶拉作用于帶輪上，進(jìn)而伸鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)，使得與鏈?zhǔn)?/p>

12、四桿機(jī)構(gòu)相連接的被褥被折疊。缺點(diǎn)在于該機(jī)構(gòu)很難進(jìn)行逆向操作，即完成展被操作。如果實(shí)在要實(shí)現(xiàn)展被過程，需要再加上一組帶輪和輪帶機(jī)構(gòu)。這樣就裝置就會顯得十分復(fù)雜。而且還有就是，輪帶和帶輪組合的工作性能并不穩(wěn)定。b 滑塊牽引鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)如圖 2.3.2.8 所示圖 2.3.2. 8通過桿件將滑塊串聯(lián)起來，滑塊的導(dǎo)軌方向運(yùn)動加上滑槽的轉(zhuǎn)動，完成鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)的收縮和偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而進(jìn)行疊被。相比上一機(jī)構(gòu)來說，其逆向運(yùn)動要好實(shí)現(xiàn)一些，而且可以在同一機(jī)構(gòu)上完成。但是，該類機(jī)構(gòu)在疊被完成后，長型滑槽會立起，較為別扭，影響使用者日常生活。而且，系統(tǒng)中存在四個滑塊，阻力會較大，效率較低的同時，工作性能同樣不會長期穩(wěn)定。

13、助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁c 平行四邊形牽引鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)如圖 2.3.2.9圖 2.3.2. 9通過外動力驅(qū)動平行四邊形多桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行收縮和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，這樣就可以順利地帶動將鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)及折疊，進(jìn)而帶動被褥被反轉(zhuǎn)折疊。由于平行四邊形多桿機(jī)構(gòu)在沿其伸縮方向速度分量時線性變化，這樣對鏈?zhǔn)剿臈U機(jī)構(gòu)的牽引是十分均勻，收縮過程都會平穩(wěn)的進(jìn)行。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副均為低副，其接觸為面接觸，壓力小承載能力大，潤滑好，摩損小，加工制造容易，形成集合封閉，工作可靠性強(qiáng)。相比上述的兩種設(shè)計方案來說，該機(jī)構(gòu)在展被過程與疊被過程的運(yùn)動相逆，其受力幾乎沒有太大變化，其能夠同時保證疊被和展被的

14、完成。而且兩個過程可以直接通過傳動機(jī)構(gòu)的周期性擺動來完成。2.3.4 裝置系統(tǒng)方案的選定1) 主要機(jī)構(gòu)間的組合（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)）2.3.1-2.3.3 分別從減速機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計及選定做了詳細(xì)的敘述。選擇的最佳機(jī)構(gòu)組裝起來的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖如下圖 2.3.4.1 和圖 2.3.4.2 所示;由于機(jī)構(gòu)在折疊臂的側(cè)向可以較為完整的體現(xiàn)，為使試圖更為簡潔，筆者在此省去了較為簡單的減速機(jī)構(gòu)的表達(dá)（整體裝置機(jī)構(gòu)簡圖可詳見 2.3.5 的裝置運(yùn)動簡圖）：圖 2.3.4. 1（裝置平展被褥狀態(tài)機(jī)構(gòu)簡圖 極位）助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁注釋：在傳動機(jī)構(gòu)

15、和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合中，左圖中 e 軸為減速機(jī)構(gòu)動力輸出軸（即右圖中上方從動齒輪的軸） 。2) 固被機(jī)構(gòu)的設(shè)計及與主要機(jī)構(gòu)的組合固被機(jī)構(gòu)的安裝位置可有下圖圖 2.3.4.3 所示：圖 2.3.4. 2（裝置俯視圖）在裝置整體機(jī)構(gòu)簡圖中可一看到右下角被粗實(shí)線方框圈出來的固被裝置的，其具體結(jié)構(gòu)可見改方框放大圖，如下圖 2.3.4.4 所示：圖 2.3.4. 3固被裝置分兩側(cè)作用于被褥的兩側(cè)，可手動調(diào)節(jié)折疊臂與被褥的連接緊密度。助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁2.3.5 裝置運(yùn)動簡圖a.裝置的機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2.3.5.1 所示：圖 2.3.5. 1b動力減速機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)

16、動極位圖（如圖 2.3.5.2 所示）圖 2.3.5. 2助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁c執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖（如圖 2.3.5.3 所示）圖 2.3.5. 3助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁3 3 計算內(nèi)容計算內(nèi)容1.已知機(jī)構(gòu)參數(shù)長度 a 范圍：20002200mm；寬度 b 范圍：16001800mm；厚度 c：5060mm；質(zhì)量 m 范圍：2.004.50kg；床高 h 范圍：500600mm；自鎖蝸桿傳動效率：0.400.45；1圓柱齒輪傳動效率：0.940.96；2轉(zhuǎn)動副摩擦損耗率：0.4。32.選電動機(jī)功率的的計算分析折疊臂的受

17、力圖：（如圖 3.1 所示）圖 3. 1由以下公式可估算電動機(jī)功率范圍：g=m*g ；m=g*l ；pw /t額實(shí)效率 。123=*（1-）根據(jù)已知條件可以得出電動機(jī)所需功率：123123wm*m*g*l*pt*t*t*額*（1-）*（1-）助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁的范圍： 80.45280.30wp額因此，選用額定功率為 300w 的 220v 家用交流電帶動，轉(zhuǎn)速為 710 轉(zhuǎn)/分的低噪音電動機(jī)。3. 3.傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)計算分析曲柄雙滑塊六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程：（如圖 3.2 所示）圖 3. 2根據(jù)計算機(jī)輔助設(shè)計與分析軟件分析1.桿 2 的運(yùn)動過程記錄的

18、部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：表 1 桿 2 的運(yùn)動過程記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁2.結(jié)點(diǎn) c 的運(yùn)動參考數(shù)據(jù)如下表 2 所示：表 2 結(jié)點(diǎn) c 的運(yùn)動過程記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)3.桿 4 的運(yùn)動過程部分參數(shù)記錄如下表（表 3）表 3 桿 4 的運(yùn)動過程部分參數(shù)記錄助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁4.結(jié)點(diǎn) b 的部分運(yùn)動參數(shù)如下表（表 4）表 4 結(jié)點(diǎn) b 的部分運(yùn)動參數(shù)4.裝置中各個零部件的尺寸，安裝位置及制造材料見附圖。4 4 個人小結(jié)個人小結(jié)本次課程設(shè)計，我選擇了自主性命題。我的項(xiàng)目題目是助殘自動疊展被裝置。其實(shí)這個題目在我心中已經(jīng)醞釀了

19、良久，出于一種自信，我選擇了自己單獨(dú)完成本次機(jī)械原理課程設(shè)計。但接下來的日子，我深刻地體會到這是一個錯誤的選擇。自從進(jìn)入大學(xué)以來，我一直十分向往在科技創(chuàng)新方面出成績，因此，也活躍于此類活動中。直到現(xiàn)在參加過能夠參加的所有科技創(chuàng)新競賽，提前了解過機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計的一些基本知識，見識過機(jī)械創(chuàng)新機(jī)構(gòu)、機(jī)械發(fā)明創(chuàng)造，當(dāng)然自己也寫過上十篇作品說明書。相比同類同學(xué)，自己在科技創(chuàng)新方面還是比較活躍的。在接觸機(jī)原課程設(shè)計前，我自我感覺，對我來說應(yīng)該時一件十分容易的事情。因此，滿懷信心的接受了單獨(dú)完成課程設(shè)計的挑戰(zhàn)。后來，現(xiàn)實(shí)證明，我錯了。其難易程度絕不低于一次大型競賽的項(xiàng)目，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我個人的想象范圍，但憑著自己對機(jī)械制造的強(qiáng)烈興趣，十分努力地完成了本次任務(wù)。因?yàn)楦冻隽溯^多的精力和時間，在本次課程設(shè)計中的收獲還是蠻多的。助殘自動疊展被裝置 機(jī)原課程設(shè)計說明書 第頁 /共 21 頁首先，更加熟