機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)半自動(dòng)晾衣架

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：半自動(dòng)晾衣架 目錄一 簡介二 設(shè)計(jì)概述 1.基本目的 2.設(shè)計(jì)要求與基本條件三 設(shè)計(jì)方案及方案的確定 1.設(shè)計(jì)方案一的原理及結(jié)構(gòu)簡圖 2.設(shè)計(jì)方案二的原理及結(jié)構(gòu)簡圖3.設(shè)計(jì)方案三的原理及結(jié)構(gòu)簡圖 4.設(shè)計(jì)方案四的原理結(jié)構(gòu)見圖及相關(guān)的構(gòu)件尺寸四 方案的具體說明與分析 1零件的詳細(xì)說明 2桿件分析 3 方案的功能與運(yùn)動(dòng)分析五 心得體會(huì)六 參考文獻(xiàn)一 簡介：晾曬衣服是頻繁而單調(diào)的工作。面對現(xiàn)在市場上一些所謂的自動(dòng)晾衣架，其實(shí)在很多方面并沒有完全自動(dòng)化甚至符合生活需求，只是適當(dāng)?shù)臏p少了工作量。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

2、在天花板下焊接一根鐵管作為晾衣架的掛具，晾衣服時(shí)，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(shí)常將衣服掉地弄臟，而且還不能充分利用陽光。即便近期出現(xiàn)的自動(dòng)晾衣架， 大多也只能通過升降來簡化涼衣服的工作量，還不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)升降并且伸縮屋內(nèi)外這兩方面的功能。根據(jù)這樣的現(xiàn)實(shí)情況我們小組決定運(yùn)用機(jī)械原理的知識(shí)設(shè)計(jì)一款實(shí)用的半自動(dòng)晾衣架，我們希望為所有的家庭主婦們帶來便利?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多款自動(dòng)或半自動(dòng)晾衣架，但它們僅僅能實(shí)現(xiàn)衣服放入自動(dòng)的升降，不能使衣服伸出或縮回，所以這種晾衣架注定不會(huì)受到廣大家居人的追捧。因此一種功能全面的自動(dòng)晾衣架必將應(yīng)運(yùn)而生。我們按照晾

3、衣架的總體功能要求，分析了現(xiàn)代家庭式陽臺(tái)的主要的格局以及相應(yīng)的尺寸，在保證自動(dòng)晾衣架的升降和伸縮功能的前提下盡量保證了陽臺(tái)的美觀，設(shè)計(jì)出一種平穩(wěn)的半自動(dòng)晾衣架。下面我將介紹我們設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程。二 設(shè)計(jì)概述1.基本目的1） 使學(xué)生初步了解機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程，得到根據(jù)功能需要擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練，初步具備的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力；2）以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，把機(jī)械原理課程各章的理論和方法融會(huì)貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識(shí)；3) 使學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，方法，步驟，并對動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念；4) 進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算，繪圖以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)和技術(shù)資料的能

4、力；5) 通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)，歸納，總結(jié)的能力；6) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立思考與分析問題的能力和創(chuàng)新能力。2.設(shè)計(jì)要求和條件： 1) 晾衣架能自動(dòng)升降以緩解舉手晾衣的麻煩；2) 晾衣架能自動(dòng)伸出和縮回，既充分利用了陽光，減少事故隱患又不影響整個(gè)小去區(qū)的總體美觀；3) 足夠的承載力；4) 操作方便，省力。三 設(shè)計(jì)方案及方案的確定1.方案一（1）機(jī)構(gòu)組成:機(jī)構(gòu)的主體是四桿的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。其主要構(gòu)件包括：桿1×2、桿2×2、桿3×2、齒輪1、齒輪2和晾衣桿A。齒輪1上裝有搖把，齒輪2與桿1是相對靜止的。連接處均為鉸鏈連接。（2）結(jié)構(gòu)簡圖

5、：（側(cè)面圖）（3）工作原理： 此機(jī)構(gòu)的主要工作機(jī)構(gòu)是有桿1、2、3與陽臺(tái)墻面組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄桿1是主動(dòng)件，桿3為連桿，桿2為搖桿。晾衣桿A由桿2帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降與伸縮。次四桿機(jī)構(gòu)利用它的“頂死”特性，當(dāng)桿2和桿1處于在同一條直線上時(shí)，晾衣桿處于最外最高處，此時(shí)在干2 的頂端檔子阻止桿1繼續(xù)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，但可以倒轉(zhuǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)頂死。使桿1主動(dòng)是通過一對嚙合的齒輪1、2的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，考慮到時(shí)桿1轉(zhuǎn)動(dòng)的力特別大，所以設(shè)計(jì)齒輪1的齒數(shù)要遠(yuǎn)大于齒輪2的齒數(shù)。這樣搖動(dòng)齒輪1是會(huì)非常省力。2.方案二（1）機(jī)構(gòu)組成:此種設(shè)計(jì)主要用到錐齒輪1、2、3、4，導(dǎo)軌、絲杠、滑輪、繩索、桿1、螺母，可繞繩的滑輪導(dǎo)

6、槽及固定機(jī)構(gòu)、晾衣桿A。桿與滑輪的鏈接為鉸鏈連接。（2）機(jī)構(gòu)簡圖：（側(cè)面圖）（3）工作原理：此機(jī)構(gòu)的工作部分是由可繞繩的滑輪、導(dǎo)軌、絲杠、繩索、定滑輪、桿1與晾衣桿組成?？衫@繩滑輪的前進(jìn)一方面纏繞繩索，另一方面使桿1前進(jìn)。纏繞的繩索通過定滑輪將晾衣桿A上提，這樣就實(shí)現(xiàn)衣架的前進(jìn)和上升。傳動(dòng)方面依靠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)來是螺母前進(jìn)和后退來推動(dòng)繞繩滑輪的前后移動(dòng)。而絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)則是靠錐齒輪的的傳動(dòng)。另外絲杠有自鎖特性，因此不用設(shè)置制動(dòng)裝置。但它運(yùn)動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)，不容易控制，容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。3 方案三（1）機(jī)構(gòu)組成：機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件為桿件，包括驅(qū)動(dòng)桿桿EG、從動(dòng)桿ED、DH、DB、AC，C處為晾衣桿。各桿件連接均為

7、鉸鏈連接。（2）結(jié)構(gòu)簡圖：（側(cè)面圖） （3）工作原理： 這種設(shè)想主要用到連桿的“頂死”特性，轉(zhuǎn)動(dòng)桿EG推動(dòng)從動(dòng)桿AC到達(dá)AC1位置，使桿GE1、E1D1桿CD、BD都處于相應(yīng)的各同一直線上，出現(xiàn)頂死。但此種機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)急回現(xiàn)象而且占地面積過大且不是非常美觀。另外這種機(jī)構(gòu)是非常費(fèi)力的。4方案四（1）結(jié)構(gòu)簡圖：（側(cè)面圖）（2）機(jī)構(gòu)組成： 此機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作部分。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部分包括搖把、錐齒輪、連桿、絲杠和螺母。工作部分包括滑輪、導(dǎo)軌，折疊衣架。（3）工作原理： 本機(jī)構(gòu)運(yùn)用折疊桿自由伸縮和前后移動(dòng)的特性來實(shí)現(xiàn)晾衣架的升降和伸縮。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有錐齒輪的相互嚙合來實(shí)現(xiàn)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母前后

8、移動(dòng)給工作部分提供做夠的動(dòng)力。它的工作部分主體是折疊桿件，螺母將與折疊桿件鉸接，螺母的移動(dòng)帶動(dòng)折疊桿件左端的鏈接桿的移動(dòng)，再而帶動(dòng)滑輪的移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)晾衣架的升降和伸縮。 5 方案的確定 四種方案的比較：方面方案美觀程度運(yùn)動(dòng)難以程度 造價(jià) 效率方案一較美觀但破壞陽臺(tái)的整體性需要的動(dòng)力較大且運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定造價(jià)合理 較低方案二 較美觀運(yùn)動(dòng)比較困難且運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定 造價(jià)適中 較低方案三有點(diǎn)難看且占地面較大運(yùn)動(dòng)比較困難且運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定很難實(shí)現(xiàn)造價(jià)合理 一般方案四較美觀運(yùn)動(dòng)比較容易且穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)急回 造價(jià)合理 還行經(jīng)過上面的比較我們確定方案四維為最終的方案。四 方案的具體說明與分析1零件的詳細(xì)說明（1）驅(qū)動(dòng)部分：其主

9、要依靠錐齒輪的傳動(dòng)，錐齒輪如下圖：其工作圖如下：1搖把 2、4、5、6錐形齒輪 3連桿（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分：6導(dǎo)軌7輪子8動(dòng)力輸入齒輪9絲杠10螺母11箱體12軸承13頂桿（3）衣架的工作部分： 折疊晾衣桿的桿件與傳動(dòng)件（螺母與滑輪）連接的桿長為（250+300）mm，而中間的長連桿長為（250+250）mm，連接掛衣桿的的短桿長250mm。桿件的截面均為20×10mm2。桿件的材料為鋁合金A213，其許用應(yīng)力=315-345(Mp)。（4）構(gòu)件尺寸的確定：1）(梯形齒)絲杠的選擇： 梯形絲桿系列代號(hào)梯形絲桿基本尺寸公稱直徑導(dǎo)程螺距（單條線）mmmm螺母前進(jìn)490mm,絲桿一定要旋轉(zhuǎn)圈

10、數(shù)n=4906=82 2)軸承的選擇： 3)頂桿：在晾衣服的過程中不起作用，收衣服時(shí)保證機(jī)構(gòu)回到原始狀態(tài)（構(gòu)件13）。4)梯形齒螺母的選擇： （5）錐齒輪的選擇; Z2:Z4=4:1 Z5:Z6=7:12桿件分析(1)對衣架兩邊支撐桿的力的分析及強(qiáng)度的分析。由上圖可知其簡化過程，得F=G/(2sin a),Fx=F×cos a=G/(2tan a),同理可得Fy=G/2.由上圖可解O點(diǎn)處的受力情況：F1+Fycos a- Fycos a-2Fxsin a=o;F2+2Fxcos a+Fysina- Fysina=0;M+0.55Fycosa+0.25Fxsina-0.30Fxsina

11、=0由上式可得：F1=2Fxsin a=Gcosa;F2=-2Fxcos a=-(G/sina-Gsina);M=-0.55Fycosa+0.05 5Fxsina=-0.25Gcosa;綜上所述，桿BC的受力情況為：Fx,Fy,F1,F2,M；它們都是夾角a的函數(shù)，夾角a的范圍是17 -39，BC桿 的剪力和彎矩的情況如圖：F1=Gcosa;F=Gcosa; M=-0.25Gcosa ;則BC桿的剪力圖如下： BC桿的彎矩圖如下：而BC桿的軸向受力:CO段內(nèi)力Fco=Fxcosa-Fysina=G/sina-Gsina/2;OB段內(nèi)力Fob=F=G/(2sina).而桿的截面面積A=2

12、5;10-4m2;則F coMax= 200/ sin39 -100sin39（N）=254.9N.F obMax =100/ sin39 (N)=158.9N;則Max1=FcoMax/A=254.9/2×10 4=1.27(Mp).但是BC桿受但彎曲變形，其彎矩MMax=0.25×200×cos39=38.9(N.m)；則Ma2x=MMax/W.其中W=bh2/12=1/3×10-6m3;則Max2= MMax/W=116.7(Mp).即總=Max1+Max2=117.97(Mp).而鋁合金的許用應(yīng)力=315(Mp) 即所用的材料與尺寸符合強(qiáng)度要求。

13、可見，桿件產(chǎn)生的應(yīng)力主要是由于彎矩引起的，因此折疊衣架的其他桿件的強(qiáng)度一定符合要求。（2）對絲桿上螺母及焊接桿的力分析與強(qiáng)度分析。其受力情況如下圖：M=0.1×Fx=G/(20sina),即此力矩就是螺母對絲杠的矩。當(dāng)a=17時(shí)，M有最大值，MMax=200/(20×sin17)=34.2(Mp).此力矩的大小對螺母連桿產(chǎn)生的彎曲作用是在可允許范圍內(nèi)。 3 方案的功能與運(yùn)動(dòng)分析 （1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及工作部分：1軸承、2螺母、3絲杠、4頂桿、5驅(qū)動(dòng)桿、6導(dǎo)軌、7滑輪 上圖為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位置尺寸以及部分機(jī)構(gòu)尺寸。其說明了機(jī)構(gòu)整體的大小和運(yùn)動(dòng)范圍。下圖為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行的初始

14、位置和最終位置。 如上圖，桿L1的長度為550，桿子L2的長度為250，而且裝置的其實(shí)位置時(shí)的夾角為39，而終了角度為17，支撐輪子的導(dǎo)軌長度S為393mm，滾輪的直徑d為50mm所以衣架的水平運(yùn)動(dòng)L與豎直方向H的距離很容易可以得到： L=S-d+L1×（Cos17-Cos39）=438-50+300×(Cos17-Coa39)=441.7mm. H=(L1+6L2)(Sin39-Sin17)=(300+6×250) ×0.337=606.5mm（2）機(jī)構(gòu)的運(yùn)行分析： 我們的這種設(shè)計(jì)主要考慮了晾衣架的平穩(wěn)性和升降伸縮功能的實(shí)現(xiàn)，采用了錐齒輪的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)和絲

15、杠的傳動(dòng)。首先手搖錐齒輪來給自動(dòng)晾衣架提供動(dòng)力。錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)絲杠的的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)促使螺母的前進(jìn)和后退，螺母的移動(dòng)帶動(dòng)了折疊衣架驅(qū)動(dòng)桿的上端的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)衣桿的升降和伸縮。 我們在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了研究障礙。在想在給衣桿掛衣服時(shí)，隨著重量的增加，滑輪會(huì)自動(dòng)向前滾動(dòng)可能會(huì)是衣服觸地帶來不便。我們想的方法就是在折疊架上加了一個(gè)頂桿（如上圖中的13）頂桿的一段固定在桿上，這樣就是斜桿與水平向的角度最大只能到39，這樣問題就解決了。在衣架工作的時(shí)候，衣服先進(jìn)行水平移動(dòng)一段距離，然后再平穩(wěn)的上升和進(jìn)一步前移；當(dāng)絲杠是螺母回移時(shí)，頂桿會(huì)推動(dòng)滑輪后移。這種運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)的最大的特點(diǎn)就是衣服伸縮和升降的過程

16、非常穩(wěn)定。五 心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)我切身的感覺到自己學(xué)到了很多的東西，又一次真正的機(jī)會(huì)把自己平時(shí)所學(xué)的課本知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，作為一名機(jī)械系的學(xué)生本身就需要很強(qiáng)的動(dòng)手能力，但是在學(xué)校的大部分時(shí)間里我們都是撲在書本文化知識(shí)上，真正的檢驗(yàn)自己的機(jī)會(huì)很少。所以我認(rèn)為進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)活動(dòng)是十分有意義的。 在這次課程設(shè)計(jì)中我們小組密切合作，之所以選擇自動(dòng)晾衣架這個(gè)課題是因?yàn)槲覀兏杏X從事機(jī)械行業(yè)的根本立足點(diǎn)就是服務(wù)大眾，解決人們?nèi)粘Ｉ钪械牟槐悖ㄟ^機(jī)械的設(shè)計(jì)能夠減輕人們的負(fù)擔(dān)，而且自動(dòng)晾衣架在設(shè)計(jì)的過程中用到了平時(shí)機(jī)械原理課程中的許多的內(nèi)容，比如齒輪，連桿機(jī)構(gòu)等等。這次設(shè)計(jì)是次挑戰(zhàn)，但是我們更愿意把它當(dāng)成一次機(jī)會(huì)，一次檢驗(yàn)自己的機(jī)會(huì)，所以我們?nèi)耐度耄谠O(shè)計(jì)的過程中遇到困難也絕不放棄，力爭做到設(shè)計(jì)完美，用吹毛求疵的態(tài)度來進(jìn)行審視