1、本科毕业论文（20届）多功能椅子设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要随着生活质量的不断提高，人们越来越追求物品外观、结构的时尚性，在这种背景下，产品的多功能往往吸引越来越多消费者的青睐。椅子，作为生活必需品，具有多功能用途显得格外重要。很多设计师针对椅子多功能设计出各色各样有趣味的椅子，这不仅符合设计要求的创新性，同时适应生活的多样性。对此，本文介绍一种新型多功能椅子，该椅子与高楼逃生装置结合，不仅在平时可作为座椅使用，同时在紧急状况下可作为逃生器使用。此外，椅子通过灵活转换可以成为桌凳组合体，以实现椅子“一物三用”的功能。本文首先就椅子设计要求
2、作简要介绍，然后在椅子三种功能、结构、尺寸、装配等方面进行详细说明，再针对扶手、坐面、靠背等结构进行受力分析，以计算的方式选择螺栓等零配件，同时分析计算椅子各部位应力情况，校核各组件的强度，以确定各零件尺寸与材料。最后就此方案的可行性在优势与经济效益两方面进行简要阐述。关键词多功能；椅子；设计；逃生IIABSTRACTASTHEQUALITYOFLIFEBEINGONTHERISE,PEOPLEAREPURSUINGTHEAPPEARANCEANDSTRUCTUREOFGOODSBEINGFADDISHAGAINSTTHISBACKGROUND,THEMULTIFUNCTIONALIZATIO
3、NOFGOODSISDRAWINGMOREANDMORECONSUMERSFORCHAIRS,ASONEOFLIFESNECESSITIES,BEINGMULTIFUNCTIONALISPARTICULARLYIMPORTANTLOTSOFDESIGNERSHAVEDESIGNEDVARIOUSINTERESTINGCHAIRSTHATNOTONLYCOMPLYWITHINNOVATIONTHATDESIGNREQUIRES,BUTMEETDIVERSIFICATIONINLIFEHERETHEARTICLEWILLINTRODUCEANEWMULTIFUNCTIONALCHAIRITSCOM
4、BINEDWITHLIFEEQUIPMENT,WITHWHICHTHEUSERSCANGETAWAYFROMDANGERWHENINEMERGENCYBESIDES,ITCANBECONVERTEDINTOTHEGROUPOFDESKANDSTOOLTHETEXTWILLINTRODUCEDESIGNREQUIREMENTSABOUTCHAIRBRIEFLY,THENPUTANIMPORTANTINTRODUCEONTHETHREEFUNCTIONS,STRUCTURE,SIZEANDASSEMBLINGOFTHENEWCHAIRNEXTITWILLCALCULATEANDANALYZETHE
5、INTENSIONONTHEARMREST,CUSHION,BACKRESTANDSOON,INORDERTOCONFIRMCHAIRSSIZEANDMATERIALFINALLY,ITWILLEXPOUNDADVANTAGEANDECONOMICBENEFITOFTHECHAIRTOPROVETHEDESIGNSFEASIBILITYKEYWORDSMULTIFUNCTIONALCHAIRDESIGNLIFESAVERIII目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111座椅设计要求112多功能椅子设计要求213多功能椅子设计方案的提出22椅子功能设计介绍321作为座椅使用功能3211座
6、椅结构设计3212座椅尺寸确定422作为逃生器使用功能5221逃生使用功能介绍5222与现有逃生器优势比较9223逃生椅主要技术参数10224适用范围1023桌凳组合功能10231使用方法10232桌凳组合结构设计113多功能椅子装配方法1331座椅装配方法1332缓降器装配方法144多功能椅子强度计算分析1641螺纹连接件的选择16411靠背组螺栓组的选择16412缓降器螺栓选择1842椅子钢管支架、靠背支架强度校核2043缓降器轴的校核2344有关速度控制系统的设计265经济可行性分析31IV51优势分析3152经济效益分析326小结33参考文献34致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。
7、11绪论椅子是人类生活中最主要的家具，长期以来很多设计大师对椅子设计情有独钟。开始，椅子设计主要集中于舒适方面，随着人们生活水平的提高，人们越来越追求外观视觉的冲击，但现在，一张成功的椅子设计与制造的质量和使用功能紧密联系在一起。任何一个设计师设计作品时都演绎着椅子本身特殊的功能需求。在实用设计方面，椅子设计与人类心理、生理有必然的联系；另一方面，椅子设计要涉及制造、工艺、结构等各方面的内容。在功能方面，随着世界物质多功能性的概念的提出，椅子多功能性也越来越被被人们所追求。但是在功能上要求越多，椅子对结构、性能、制造和外观要求也越高，因此，在设计多功能椅子前，我们应该对椅子设计要求进行伸入探讨
8、。11座椅设计要求多功能椅子设计首先要保证人体可倚靠其中并达到休息目的的功能。座椅设计需要考虑功能、结构、造型、色彩、材料、生产等多方面因素，并要负荷人体生理、心里及人体活动规律，最大限度减轻人体疲劳，达到安全、舒适、方便、美观的目的。根据人机工程学原理2，可得出一般椅子大概尺寸要求。坐高，即地面至坐垫垂直距离，能够使人在平直坐立下，双脚能轻松地平贴地面，尽量使大腿与小腿弯曲角度为90。这样大腿与小腿的肌肉处于放松状态，减少脚酸痛、肿胀等状况。市场上一般坐高为406445MM之间。坐宽，即坐垫面横向长度或者两扶手之间的距离，一定要适中，避免过宽与过窄的情况。扶手间距离过大会导致人手臂处于悬空状
9、态，过小，人会感觉退步会有挤压、紧张的不舒适感，长时间对人体肌肉骨骼可能造成伤害。一般坐宽为380500MM。扶手高度与长度，在身体坐正的条件下，最好能够支撑前臂。扶手轮廓曲线最好是平滑无棱角，避免表面凹凸棱角给手臂带来不舒适感。座椅扶手宽度一般为50MM左右，长度一般为200400MM之间。坐深，即坐垫外边至靠背之间距离，应保证人背部靠在靠背上，双脚能够轻松平贴地面，以让腰部、腿部肌肉放松。一般坐深为380480MM。2靠背高度与倾斜角度，即坐面至靠背顶端垂直高度及靠背与竖直面之间夹角，主要用于放松身体的腰部、背部、肩膀与头部。靠背高度分为低靠、中靠、高靠三种类型，可根据使用场合、使用对象灵
10、活设计，而靠背角度一般为51012多功能椅子设计要求多功能椅子在保证“坐”的功能之外，最大亮点为达到“一物多用”的目的。多功能椅子可包括很多功能，例如集各种家具功能于一体。一物多功能的实现方式有多种，主要有增加配件与灵活转换的方式。增加配件，即所谓在椅子上增加另一种装备，比如翻转电脑桌、小抽屉甚至一些高科技控制系统9。灵活转换，即将通过连杆机构连接，以有趣灵活变换的方式转换成另一种物件或者装备，例如灵活转换成桌子、书柜、躺椅等。而这种转换是通过机构连接，则在设计上对连接部位有严格强度、精度要求。13多功能椅子设计方案的提出随着物质生活水平的提高，人们对家具的要求越来越高，而椅子设计更趋向于多功
11、能，以满足人们个性化需求与多功能需求，这种多功能性设计也给生活添加了无限的趣味。本设计首先利用人机工程学原理设计椅子的尺寸，力求设计一种舒适美观的座椅。同时，将椅子与高楼逃生器结合起来，让一把普通的椅子不仅可以作为家具使用，而且可在紧急情况中作为逃生器使用。此外，设计椅子靠背，使其灵活转换成一把凳子，从而实现了桌凳组合。这样，通过对椅子结构功能方面进行研究设计，以设计一种“一物三用”的椅子。32椅子功能设计介绍21作为座椅使用功能在外观设计方面，扶手与坐面借鉴了传统中国式座椅风格，简单朴素；在结构设计方面，脚架支撑参照现有椅子“L”型椅脚的固定方式。其三维效果如图211，结构尺寸如附件1CAD
12、二维图图211椅子整体效果图211座椅结构设计其主要结构（如图212所示）包括“L”型窗台支架、夹紧装置、箱体、箱体盖、靠背组件、箱体支架、“L”型椅子脚架、椅子支撑脚架、缓降器组件。1“L”型窗台支架2夹紧装置3箱体4箱体盖5靠背组件6箱体支架7“L”型椅子脚架8支撑脚垫9缓降器组件图212椅子主要结构4图213椅子主要尺寸212座椅尺寸确定按照人机工程学原理确定椅子的主要尺寸，如图213尺寸标注坐高H1可通过卡紧装置进行调节，可适用于老人、小孩等不同人群，其调节范围为18256625MM之间；坐宽L1取484MM；坐深L2为466MM；扶手距离L3为365MM；椅脚长L4为510MM466
13、MM,保证使用时椅子不向后翻转；靠背选用高靠，H2为557MM，可保证一般人坐于其中，头部可靠在靠背顶部倾斜部分，让人更加舒适；靠背顶部选择较流畅的曲线，平均靠背倾斜度7。在材料选用方面，结合座椅与高楼逃生器所需的强度，“L”型窗台支架、箱体支架与“L”型椅子脚架选择GB/T81621999合金钢管Q345，外径为32，管厚2MM，经过压铸成型。由于支撑脚垫起到支撑椅子平放、保护“L”型支撑脚架与减震的作用，则其应使用软质材料，类似橡胶，我们选择ABS材料，经过注塑成型。522作为逃生器使用功能据公安部消防局统计，近年来全国每年发生火灾约为15万起，其中家庭火灾约占总数的三分之一，死亡近800
14、余人，占火灾死亡人数的70以上。从以上数据中我们可以发现，家庭火灾死亡人数占总的死亡人数的三分之二以上，这有很大原因是遇难者没有一种可靠的应急逃生装置。在日常的生活中存在着多种安全隐患，这样不仅仅要提高人们日常的安全防范意识还应该在灾害发生时可以尽量的减少损失，应急逃生器也就是生活中必不可少的。我们的作品就是针对这种需求，设计产生的。该作品是与逃生器功能有效结合的椅子。此多功能椅子不仅可以在日常生活中充当家居用品，而且可以在发生灾害的时候起到救人的作用。该设计的最大特点是将逃生器与座椅结合起来，在现有的逃生器基础上，设计一种便于存放、使用方便、操作简单、安全可靠的逃生器。克服了现有逃生器不易收
15、纳、不易发现、使用存在心里障碍以及使用故障，达到安全、高效的目的。在结构上，通过挂钩固定式和手控开关增加稳定性；在使用上，采用安全垫代替安全带，增加人的舒适度，同时缓解紧张情绪来克服心里障碍；在存放时，将座椅与逃生器有效结合达到存取方便，便于发现。221逃生使用功能介绍与逃生装置结合的椅子，其主要通过椅子框架卡紧窗台方式固定方式，将箱体中速度控制装置缓降器固定于窗台，从而代替传统缓降器固定方式，其逃生使用状态如图221所示。图221逃生使用示意图61窗台卡紧方式。椅子框架材料为合金钢Q345，功能卡紧窗台，作为逃生器固定的装置。椅子框架可承受150KG的重量，逃生时，椅子框架可形成类似于逃生梯
16、卡钩，将缓降器固定于窗台如图222所示。夹紧装置图223，与折叠自行车座位、车头高度调节方式类似。当发生事故时，打开开关，即可调节调节脚架与箱体之间的距离，使其与窗台紧密结合，增加安全性，此代替传统缓降器固定装置，避免螺钉固定墙面易松散的弊端。椅子脚架与箱体之间距离D1可调节范围为148441MM之间，墙体厚度一般为200340MM之间，故可适用与任何宽度的窗台。图222窗台卡紧方式图223窗台宽度调节72速度控制系统箱体，材料为木料，内装有缓降器、绳索、“逃生衣”等。功能椅子的靠墙支撑面和存放缓降器。同时箱体又是椅子的支撑面，主要承力面。缓降器置于箱体中，固定方式如图224所示，通过带有“V
17、”形底座与外盖固定于“L”型支撑架上。此种方法解决了逃生器存放问题，与椅子结合，既实用又雅观，同时避免缓降器与绳子分离。图224缓降器固定示意图同时对原有缓降器进行改装，将原有四个齿轮改为三个齿轮，减轻缓降器重量和体积。底座与外盖增加“V”形支撑架，解决缓降器与椅子固定问题。，缓降器结构图225所示，二维尺寸与选用材料如附件2CAD图纸有三个齿轮，磨擦轮毂，两个摩擦块、轴等。工作时，通过主机内的行星轮减速机构及磨擦轮毂内的磨擦块的作用，保证使用者依靠自重始终保持一定速度安全降至地面。滑降绳索采用优质软钢丝绳内芯，外层编护层组成，具有抗拉强度高，耐燃性好，安全性能好，柔软舒适等特点。当挂重100
18、千克时，其滑降速度05米秒08米秒；加快滑降速度09米秒25米秒。81绳索2外盖3轴4摩擦块5摩擦轮毂6连杆7转盘8底座9销10内齿轮11大外齿轮12小外齿轮13螺栓14螺帽15导向轮16导向轮轴图225缓降器结构示意图3“安全衣”图226所示材料为纤维布料，带有三个安全带，一长两短，每个安全带上联接一个挂钩。功能平时放在椅子坐垫下，可承载150KG以内重量，整体美观、大方、舒适；逃生时，两短带分别绑住两大腿，长带绑住腰部，这时垫子类似于一件衣服，将挂钩挂在逃生绳上，就可代替一般逃生安全带，同时解决了逃生安全带勒住人体腰部，所有力作用于腰部的缺点，增加了舒适度和安全感，小孩、老人都可适用。图2
19、26“安全衣”使用示意图94使用方法当发生火灾等紧急情况时，逃生者首先打开箱体盖，取出“安全衣”，将椅子翻转后固定在窗台或阳台等承重构件上，再打开卡紧装置，调节箱体与脚架之间距离，直至夹紧窗台。再取出箱体中绳索，将其抛出。再穿上将“安全衣”，将“安全衣锁扣与缓降器绳索另一段连接。在准备好后，爬过窗台，在攀爬时，人可用手抓住椅子扶手等部位，提高安全系数，放手后，人将随着缓降器的运转缓缓安稳得下降，第一人着地，第二个人穿上另一“安全衣”以同样方法逃生，如此往复。该作品的受力分析，经过了严密的计算与试验，保证了使用的安全性。222与现有逃生器优势比较与逃生功能结合的主要优势有1、该作品为与家具功能有
20、效结合，实用性和美观灵活性比市场上已有的椅子、逃生器好。2、相对于一般逃生器，由于在日常的生活中经常接触到它，那在使用时必定也就不会感觉到太过于陌生，甚至在灾害发生时可以轻易想起还有这样一个逃生器。3、在整体的外观设计上会尽量的使其看起来有人性化，不会太过于机械化，这样会给逃生的人一个较具有亲和力的心理暗示。4、这个逃生器在设计时在其与建筑接触的地方进行改进，使其既可以适应阳台不同的宽度，也可以适应窗台的窗框的宽度，这样就可以在逃生时增加梯子的稳定性，使人更加有安全感。5、缓降器的设计，可以实现平稳的下滑速度，增加安全性。绳索可以实现往复式使用，为更多人的逃生提供了保障。同时包裹式的“安全衣”
21、，让人在心理上感觉安全。10223逃生椅主要技术参数主要参数如表1表1逃生椅主要参数使用工作高度1030米使用载荷重量10100千克每次承载人数1人速度控制系统强度3822牛顿椅子挂钩强度10000牛顿绳索强度3822牛顿100千克负载下降次数15米高，200次主机重量6千克缓降速度负载35千克039米/秒负载65千克052米/秒负载100千克064米/秒224适用范围产品主要适用于居住楼和办公楼等建筑，考虑到实用性和作品本生逃生效率的局限性。另外就建筑高度和建筑形式而言，因为绳索的长度有限，考虑到逃生安全和人的心里接受能力，一般适用于10层以下的建筑的用户，适用墙体的厚度在148厘米441厘
22、米范围内。建筑形式上要求建筑外围存在类似窗台或者坚固的阳台构件，用于逃生时的固定，外围只有玻璃幕墙等非承重构建的建筑是不能使用该产品的。23桌凳组合功能椅子靠背可灵活转换为凳子，椅子可调节高度成为桌子。在需要情况下，使用者可轻易将椅子变为桌椅组合使用。此外凳子也可代替一般电脑桌使用。231使用方法主要通过转换的方式，将椅子灵活变成桌椅组合。使用效果如图231所示，首先将多功能椅子靠背取下，再将靠背中脚架打开并调整位置，即可成为一把灵巧的凳子。同时打开椅子上卡紧装置，调节箱体与“L”型脚架之间距离H1至合适高度，这样就成为桌子。如此就达到椅子变换为桌凳组合目的。如图232为靠背折叠与打开状态三维
23、图。11图231桌凳组合示意图图232折叠与打开状态232桌凳组合结构设计靠背组合的结构图233所示包括靠背、脚架、固定板螺栓、螺帽。其中靠背材料选为木材，承载能力为150千克以内，如图234所示，凳长L1为484MM，凳宽L2为253MM不包括边缘弧度部分。脚架材料为合金钢Q345钢管，外径为20MM，壁厚15MM，凳高H1取314MM，脚架下端支撑宽度L3220MM。脚架分别用4个固定板固定，同时可绕其中心线旋转。固定板分别用螺栓组件固定，经计算选用M6的螺栓。其装配图如附件3。121靠背2脚架3固定板4螺栓组件图233结构图图234凳子尺寸图133多功能椅子装配方法31座椅装配方法椅子二
24、维装配图及尺寸如附录1。椅子装配步骤如图311所示。图311座椅装配步骤装配步骤1如图所示，首先将箱体放入箱体支架中，再如图所示将缓降器组件置于箱体内，注意两“V”型支架分别穿过箱体前孔，其孔中心并与支架球形孔中心对齐；142如图所示，将两根“L”型窗台支架以箱体支架上球形孔缓降器“V”型支架孔箱体支架下球形孔的顺序分别对称插入，并调整好高度；3如图所示，将“L”型脚架两齿端分别插入两“L”型支架下端，并使齿进入对应的支架孔中。4如图所示，首先将四只脚垫放入7090开水中浸泡1030S时间，再将其装配至“L”型脚架相对应位置上；5如图所示，将卡紧装置配件一一装配至箱体支架的上球形相对应位置上；
25、6如图所示，分别将箱体盖与靠背装配至相对应位置上。为了灵活、方便装配，将椅子零配件设计成各种配合状态，可按如图所示装配多功能椅子。此种方法避免了钢管焊接造成承受力降低的弊端，同时在未装配的情况下，运输、存放方便。32缓降器装配方法根据速度控制原理，设计结构包括齿轮、摩擦块、轴、底座、外盖等，如图321所示为缓降器装配步骤图，其二维装配图及尺寸如附录2，装配时应该齿轮之间、齿轮与连杆、连杆与摩擦轮毂之间应留有011MM之间的间隙，以防止之间产生摩擦，同时在轴、齿轮等运动接触部位均匀涂适量润滑油。15图321缓降器装配步骤装配步骤1如图所示，将2个摩擦块分别装配至摩擦轮毂两边凹槽中，并水平放入外盖
26、中，同时将轴插入轮毂与外盖对应轴孔中；2如图所示，将连杆装配至轴上，再如图所示将小外齿轮装入轴上，将大外齿轮轴插入连杆孔中；3如图，将内齿轮装配至转盘中，并分别使用四个插销固定四周；4如图所示，将已装配好内齿轮的转盘装入外盖中。如图，再将绳索套在转盘V槽中，注意绳子两端应置于外盖端口中；5如图所示，将底座装配至外盖中，并用四套螺栓组件固定，并拧紧；6如图所示，将3个导向轮分别装入外盖端口中，并用3个轴连接。164多功能椅子强度计算分析41螺纹连接件的选择411靠背组螺栓组的选择靠背组件中每个脚架由两个固定板固定，固定板分别由两个螺钉固定，既每个脚架由4个螺栓固定。螺栓材料选择40CR，其受力简
27、图与螺栓分布图图411所示图411螺栓组受力图与螺栓分布图1、螺栓组结构设计采用如图所示的结构，螺栓数Z8，两边分布，Z4，对称分布。2、螺栓受力分析1以150KG人体重计算，在总载荷F1500N的作用力下，螺栓组链接承受以下各力作用轴向力N1412TAN5TAN1500TANTANFF2222H。横向力N1500FFV倾覆力矩M925MMFH130425N/MM2在轴向力作用下，各螺栓所受拉力大小为N836/4FFHA173在倾覆力矩M的作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，故上面螺栓受力大，所受载荷为4231414214251304MLMAXF222Z1IMAXIL41
28、故所受最大轴向工作载荷FAFMAXF602N4在横向力VF的作用下，底板链接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移的条件VMFCSHBM0KFCCFZF42查参考文献17表55得接合面摩擦系数F016，并取02CCBBMC，则MCBMCC08，去防滑系数KS12，则各螺栓所需要的预紧力为5644N1500N080161411241FCCFKZ1FHBMS0MVCF435螺栓所受最大拉力FFCCFFBB02MC56440260257644N443、确定螺栓直径选取螺栓材料为40CR、性能等级为46的螺栓，查参考文献17表510得材料屈服极限S240MPA，安全系数S15，故螺栓材料的许用应力S
29、S160MPA求得螺栓危险截面的直径为D1160143445763141342F24MM45按粗牙普通螺纹标准GB/T2911988，选用公称直径M6的螺栓。18412缓降器螺栓选择底座与顶盖的固定是由四个螺栓连接，且四周分布均匀。由于需要承受变载荷，故材料选择为40CR。受力简图与螺栓分布图图412所示图412缓降器螺栓受力与分布图1、螺栓组结构设计采用如图所示的结构，四周分布，Z4，对称分布。2、螺栓受力分析1以150KG人体重计算，在总载荷F1500N的作用力下，螺栓组链接承受以下各力作用轴向力N30002150002FFH横向力N150045TANFF0V倾覆力矩M115MM512FH
30、VF178950N/MM192在轴向力作用下，各螺栓所受拉力大小为N75/4FFHA3在倾覆力矩M的作用下，4个螺栓都受到加载作用，由公式41计算得下面两螺栓受到加载作用最大所受载荷为13810N6565265178950MLMAXF222Z1IMAXIL故所受最大轴向工作载荷FAFMAXF13885N4在横向力VF的作用下，底板链接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移的条件公式42VMFCSHBM0KFCCFZF查得接合面摩擦系数F016，并取02CCBBMC，则MCBMCC08，去防滑系数KS12，则由公式43得各螺栓所需要的预紧力为28725N300N0801615001241FCC
31、FKZ1FHBMS0MVCF5螺栓所受最大拉力F，由公式43得FCCFFBB02MC28725021388556495N3、确定螺栓直径选取螺栓材料为40CR、性能等级为46的螺栓，查参考文献17表510得材料屈服极限S240MPA，安全系数S15，故螺栓材料的许用应力SS160MPA由公式43求得螺栓危险截面的直径为D1160143564953141342F75MM按粗牙普通螺纹标准（GB/T2911988），选用公称直径M8的螺栓。2042椅子钢管支架、靠背支架强度校核钢管规格选用322MM的规格，材料为Q345钢，表面经过磷化处理，再进行喷塑处理，不易生锈。作为逃生器使用时的受力分析如图
32、421所示，受力与弯矩分布如图422所示。图421逃生时椅子与缓降器受力分析21图422受力与弯矩分布情况1、应力的校核钢管的允许应力215N/2MM钢管的弹性模量E210000N/2MM322MM钢管的截面几何特征1截面积A153452MM2抗弯截面模量31515MM3463钢管所受最大的弯矩MX45150G4抗弯计算209472、剪切应力校核钢管的允许应力177N/2MM钢管剪切应力校核1500/1884N/2MM8N/2MM177N/2MM22图423缓降器受力分析底座剪切应力校核750/45N/2MM333N/2MM177N/2MM图424脚架连接方式23钢管2剪切应力校核A22269
33、MM114134360160）（1500/6923N/2MM43缓降器轴的校核根据缓降原理，轴结构如图431所示图431轴结构图根据轴的简图作出轴的弯矩图和扭矩图图432所示1受力简图242弯矩图AB25C图432弯矩与扭矩分析图在A图中168436057755DZBZAZCZBZDZAZCZBZFFFFFFFFF48已知BZF1500N得CZF1065NAZF324NDZF2889NMB124300NMMMC163900NMM在B图中MMNFBZMA82500551684360DYBYAYBYCYDYAYFFFFFFF已知BYF1500NCYF435N得AYF123NBYF942NMB224
34、300NMMMC356520NMM载荷水平面（A）垂直面B支反力FNFNFBZAZ3241500NFNFBYAY4351500弯矩MMB124300NMMMC163900NMMMB224300NMMMC356520NMM总弯矩MMNMCMCMMMNMBMBM57040316340021222221扭矩MMNT825001263按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面即危险截面B的强度，根据式155及上表中的数值，并取60，轴的计算应力MPA241810570406063400WTM3222121CAMPA49前已选定轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献17
35、表151查得MPA061。因此1CA，故该轴安全。44有关速度控制系统的设计一、下降时所受转矩NKGNKGG1500/10150二、减速器各零件的速度设定人体下降速度为人随绳子的速度人下降速度SMV/501转盘的速度SMRRVV/32702112内齿轮的速度SMVV/327023大外齿轮的线速度SMRRVV/65405335小外齿轮的线速度SMVV/654056摩擦轮毂的速度SMRRVV/9825667三、齿轮设计以下资料由参考文献17提供1、选定齿轮类型，选取精度等级、材料及齿数1按所用传动方案，选用直齿圆柱齿轮2选用7级齿轮MNRGT/756310285150031273材料选择查表101
36、，小齿轮选用的材料均为40CR并经调质及表面淬火处理，齿面硬度为280HBS，大齿轮为45钢并经调质及表面淬火处理，齿面硬度为240HBS，两者相差40HBS4小齿轮齿数1Z8，大齿轮齿数2Z12由于其都小于17，则选择变位齿轮。2、按齿面接触疲劳强度计算1由设计公式4102确定各计算数值试选载荷系数KT13计算小齿轮传递的转矩MNRGT51271由表107选取齿宽系数40D由表106查得弹性影响系数218189MPAZE由图1021D按齿面硬度查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限MPAMPAHH550,6002LIM1LIM由图1019查得查得接触疲劳寿命系数9001HNK，9502HNK计
37、算接触疲劳许用应力，失效概率1，安全系数1SMPAMPASKHNH540600901LIM11MPAMPASKHNH55225509502LIM224113试算小齿轮分度圆直径TD1，代入H中较小的值32111KHZDTTZUUTD212MM412计算圆周速度SMSMV/3050/857851504计算齿宽B416111TDDB计算齿宽与齿高之比HB，模数38211ZDMTT齿高MMMHT3555252132HB23111322HZDTZUUKTD285计算载荷系数V0305M/S，7级精度，查得动载系数051VK，直齿轮1FHKK由表102查得使用系数001AK，7级精度、小齿轮悬臂布置，1
38、451HK,由132HB，1451HK，查得061FK，故载荷系数2021HHVAKKKKK6按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径MMMMKKDDTT20631/2021212/33117计算模数MMMMMZDMN2588206112、按齿根弯曲强度设计1弯曲强度设计公式32121COS2FSAFADNYYZYKTM4132确定公式内各计算数值查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPAFE5001，大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPAFE3802，取弯曲疲劳寿命系数8501FNK,8802FNK3计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数41S，得MPASKFEFNF57303111MPASKFEFNF862
39、382224计算载荷系数K1131FFVAKKKKK5由表105查得齿形系数6521FAY，22622FAY6由表105查得应力校正系数5811SAY，76412SAY7计算大、小齿轮的FSAFAYY，并加以比较29013790111FSAFAYY016440222FSAFAYY大齿轮数值大8设计计算MMYYZKTMFSAFAD15223211414对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数M的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关取模数MMM52按接触强度算得分度圆直径D12
40、06小齿轮齿数8220611NMDZ大齿轮齿数12823122ZIZ这样设计的齿轮既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4、由于两齿轮齿数小于17，为了不产生根切现象，取两齿轮为等变位齿轮。已知1Z8，2Z12，M25，221DDA30，A32，201啮合角/COSARCCOSAA28244152确定变为系数TAN2/2121ZZINVINVXX1204MM4161X2X0602MM05317817MINXX，故不会加工齿轮不会发生根切。3确定中心距变位系数YMAA/084确定齿顶高降低系数YY21XX04045确定齿轮的几何尺寸MMDD625COSCO
41、S11MMDD438COSCOS22MMMYXHDDA0030211A1MMMYXHDDA0042222A230MMMCXHDDA7620211F1MMMCXHDDA2427222F2MMDD5522COS1B1MMDD8333COS2B24、齿轮宽度MMDBD1024256041，取MMBB10215、结构设计由于大小齿轮的齿顶圆直径MMDA160，均做成实心结构齿轮直齿圆柱齿轮尺寸如表2表2齿轮规格名称符号小齿轮大齿轮齿数Z812模数M25变位系数X0602压力角2824分度圆直径D256384齿顶高AH4005齿根高F162齿顶圆直径AD3042齿根圆直径FD20762724315经济可
42、行性分析随着社会的高速发展，人们不再仅仅追求产品实用性和耐用性，也开始关注产品的外观和个性，如何使实用与个性更好地合作和相互促进，是值得思考的问题。而多功能性极大地体现出人类物质需求的个性。商品多功能越来越受人们的青睐，对于椅子这种生活必需品，实现多功能，为人们节省了家具所占空间，带来方便的同时，也为生活添加一份趣味。51优势分析针对此种状况，设计了一款“一物三用”的多功能椅子，“三用”包括座椅、逃生、桌凳组合三大功能。该设计有效考虑了社会的发展趋势，从人性化的角度出发进行设计和思考，结合了机械结构的可靠性、实用性以及美观性，实现了一把普通的椅子可多用的功能。在结构方面经过严密的计算，考虑了安
43、全性和稳定性；在舒适方面，尺寸符合人体工程学原理，在外观方面，也考虑了美观性、实用性以及人心理与视觉效果。（1）多功能椅子基本功能是“座椅”功能。此种座椅严格按照人体工程学设计，基本满足人们对舒适的要求，同时坐垫可根据人的高矮程度调节到舒适高度，适用老人、小孩使用。（2）其第二大功能，是可作为高楼逃生器使用。在现有的逃生器基础上，设计一种便于存放、使用方便、操作简单、安全可靠的座式逃生器。该设计的最大特点是克服了现有逃生器不易收纳、不易发现、使用存在心里障碍以及使用故障，将逃生器与座椅结合起来，达到“一物多用”、安全、高效的目的。在结构上，通过挂钩固定式和手控开关增加稳定性；在使用上，采用安全
44、垫代替安全带，增加人的舒适度，同时缓解紧张情绪来克服心里障碍；在存放时，将座椅与逃生器有效结合达到存取方便，便于发现。（3）第三功能，可灵活转换成桌凳组合。增加此种功能，相对于普通座椅来说，为人们增加了另一种家具，不仅不会影响椅子的实用性，还具有存放方便，节省空间等优点。3252经济效益分析据统计，我国火灾年平均损失近200亿元，并有近2300多民众伤亡。市面上，已有很多种的逃生装置，但是还存在很多不足之处，在逃生时不能发挥作用。由此可见，轻便、经济、性能稳定的逃生装置在逃生时可以发挥极大作用，而这样的装置出世也是十分必需的。逃生装置的普及将会极大减少火灾伤亡人数。此外，现在地越来越少，楼房越
45、来越高，随着楼层价加高，安全系数越小，逃生装置的预备更是显得重要。有此种多功能椅子可以减少人们对高层楼房火灾发生时无处逃生的担心，可以促进高层楼房的销售，具有间接的效益。装置有三用功能，消除用户“买来无用”的顾虑。发生火灾可能性非常小，逃生装置往往是作为闲置品，但又不美观，且占位置，所以居民一般会认为没必要买逃生梯。而此研究的装置，平日里，可充当椅子的功能，一旦发生火灾，又可作为逃生装置使用达到逃生目的。所以其可消除用户买来只能作为闲置品的顾虑，同时其价格合理，相对其他逃生装置，消费者会有更大的购买欲望。相对于其他椅子，其多功能性是赢得消费者青睐的最大优势。相对其他逃生器，在性能上有更大的竞争
46、力。在性能上，吸取了很多逃生器的优点，同时改善其不足之处，比如，其他逃生器相当机械，而与逃生器结合的椅子在外观上有很大突破，因此其在市场上有相当大的发展潜力。336小结本设计主要针对椅子多功能性进行设计计算。在功能上，巧妙地将其与逃生器结合，为使用者在紧急情况下提供逃生的途径，同时集合多种家具功能，通过转换的方式将椅子组合成桌凳的结构。此种设计实现了“一物三用”目的，在生活中，方便、美观、实用。在结构方面，主要结合人体工程学与机械性能要求进行严格的设计计算，可保证使用者在“坐”的状态、“逃生”时，多功能椅子不发生松动、出现裂纹、断裂等危险，保证使用者的安全。34参考文献1许美琪椅子在日常使用中
47、的受载分析J家具,2008640422晏群,秦苏基于人机工程学理念的新型座椅设计J人类功效学，2007244473胡名芙，论材料与技术对现代椅子的影响J科技资讯,2008272734耿晓杰记十把20世纪中期的椅子佳作J家具与环境,2006223275王克刚,郭宗和,徐宗刚一种新型机动车多自由度减振座椅J山东理工大学学报，200912166杨卫芳小论椅子设计J平原大学学报,200761281297付丽华介绍一种病房专用多功能椅J医疗卫生装备,20051074768何明“动坐”概念的椅子设计J中国新技术新产品,200924819高英强，浅谈趣味座椅设计，林业机械与木工设备，200711354010
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