1、1 机械原理课程设计 说明书 设计题目: 半自动晾衣架 班 级: 组 别: 学 号: 姓 名: 时 间: 2010 年 5 月 31 号6 月 11 号 2010 年 6 月 11 日 目录 2 一、设计任务书 1.1 基本目的 1.2 设计要求 二、设计题目简介 三、设计方案及方案的对比和确定 3.1 方案 1 3.2 方案 2 3.3 方案的对比和确定 四、设计方案分析 4.1 位移功能运动分析 4.2 受力分析 4.3 强度校核 五、心得体会 六、参考文献 3 一、设计任务书 1.1 基本目的： 1） 使学生初步了解机械设计的全过程，得到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，初步 具备的机
2、构选型、组合和确定运动方案的能力； 2）以机械系统运动方案设计为切入点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进 一步巩固和加深所学的理论知识； 3)使学生掌握机械运动方案设计的内容，方法，步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的 概念； 4)进一步提高学生运算，绘图以及运用计算机和技术资料的能力； 5)通过编写说明书，培养学生表达，归纳，总结的能力； 6)培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。 1.2 设计要求 1)晾衣架能自动升降以缓解举手晾衣的麻烦； 2)晾衣架能自动伸出和缩回，既充分利用了阳光，减少事故隐患又不影响整个小去区的总体 美观； 3)
3、足够的承载力； 4)操作方便，省力。 二、设计题目简介 晾晒衣服是生活中经常会遇到的活动，针对这一频繁而单调的工作，如果晾衣架是固定 的，无疑增加了辛苦程度，而且还伴有危险。以前，晾衣架最简单的一种是一根竹竿固定或 悬挂在屋顶板下、窗外等地方；现在的居民很多是在天花板下焊接一根铁管作为晾衣架的挂 具，晾衣服时，必须将衣服一件一件地穿上衣架，再用杈子将衣服挂在铁管上，工作效率低， 又不方便，时常将衣服掉地弄脏，而且还不能充分利用阳光。而目前市场上所卖的自动晾衣 架只能满足单一的升降或单一的收缩功能，但升降功能只能解决挂衣服费力的问题却不能很 好的利用阳光资源，而收缩功能刚好相反，只能解决充分利用
4、阳光资源但不能解决费力这个 问题。针对目前这种情况，我们小组通过这学期对机械原理的学习，设计一款实用的半 自动晾衣架， 希望能为所有的家庭主妇带来方便。 4 三、设计方案及方案的对比和确定 3.1 方案 1 1、设计思路 从既可以升降又可以收缩这一方向，我们首先想到的是四杆机构，如图 1 通过双摇杆机 构（1）与（3）带动（2）由竖直位置转动到水平位置，以实现升降的过程， （2）上带有导轨， 可以实现收缩的功能，在水平位置时，通过（4）挡板，使其固定。 图 1 讲到固定的问题，我们又想到了四杆机构中的死点，如图 2 用摇杆作为原动件可以使其 固定在阳台外侧。 图 2 5 传动问题，我们想到可以
5、用直齿轮传动、蜗轮蜗杆、斜齿轮传动等。原动力的提供，可 以通过电机，或者人工手柄的形式。图 3 蜗轮蜗杆传动： 图 3 综合以上的想法，我们有了初步的目标，即通过电动机的带动，使蜗轮蜗杆传动，带动 四杆转动，从而带动衣架上升，再利用死点使其固定在最高点。再通过拉动绳索通过滑轮使 装在带有导轨的连杆上的晾衣杆运动。 图 4 是在最低点时挂衣服状态。 图 4 6 挂好衣服后，通电后，电动机工作，带动晾衣架转动到最高点。图 5 是在最高点并且在 阳台外侧晾晒的状态。若为阴天，则可以通过手动的方式，转动手柄，利用摩擦力的作用， 使得绳子带动晾衣杆（2）运动到阳台内侧，避免淋雨。 图 5 图 6 7 图
6、 6 侧为俯视图，此时晾衣杆在阳台内侧。右侧的图为手动机构以解决滑动的问题。 2、工作原理 过程一： 过程二： 过程一通过（9）综合箱体（含有电动机和减速器）的作用，带动（10）蜗杆运动，从而 带动（8）涡轮的运动。焊接在蜗轮上的（5）摇杆也随着蜗轮运动，就带动整个晾衣架的运 动，现升降的问题。在最高点时处于在阳台外侧工作状态。 阴天时，不让衣物在阳台外侧，通过过程二，通过手柄的摇动，使蜗杆转动，带动蜗轮 转动，黏贴在蜗轮上的（14）圆盘也随着涡轮的转动而转动， （18）绷直的绳子在摩擦力的作 用下带动（2）杆（晒衣杆）滑动。从而实现收缩的功能。 3、机构运动简图（图 7 图 7 电动机 减速
7、器 蜗杆 衣架转动 手柄 蜗杆 蜗轮 圆盘 晒衣杆滑动 8 下图为在平台所搭建的实物图： 4、规格数量表： 名称 规格（mm） 数量 1 带导轨的平行框 200050x2000 1 2 杆（管） 302500 1 3 滚轮 50 2 4 钢绳 2 5 摇杆 20x900 2 9 6 连杆 20x970 2 7 曲柄 20x440 2 8 蜗轮 300（外径） 50（厚度） 3 9 综合箱 (电动机) 1440r/min 100w 2 10 蜗杆 80（外径） 100（长）i=31:1 3 11 固定机架 2 12 滑块 2 13 滑轮 50 1 14 圆盘 200 1 15 手柄 1 16 导
8、杆 20x200 2 17 连接杆 20x2500 2 18 绳子 2 注：材料为：铝合金 许用应力：315Mpa 10 3.2 方案 2 1、设计思路 通过在网上的资料收集，我们小组发现目前市场上卖的伸缩晾衣架大部分是用几组杆铰 接而成的，如图 8。 图 8 但上诉的机构只能满足伸缩的要求，所以我们想到螺孔与螺钉的配合，把伸缩机构装置 在带有螺纹的杆件上，通过转动杆件使得整个机构上升。如图 9 示： 图 9 综上所述，我们小组所想的第二个方案可分为两个部分：一是通过手柄控制晾衣架的收 缩，二是通过电机带动控制晾衣架的升降。如图 10，该图为装在墙壁的左侧机构，该机构为 整个晾衣架机构收缩的主
9、动机构，通过手柄带动左侧的丝杆（13）转动，使两边的连杆活动 基座（9）上升，从而带动伸缩。左右两侧都装有电动机，是对升降提供动力。图 11，图 12 11 分别是中间机构和右侧机构。 图 10（左侧机构） 图 11 中间机构（晾衣架） 12 图 12 右侧机构 图 13 为整个晾衣架的斜视图： 图 13 13 下图为在平台所搭建的实物图： 2、运动原理 升降过程： 伸缩过程： 伸缩，主要由主机架（4） 、衣架连杆（6） 、旋转丝杆（13） 、连杆活动基座（9） 、横向晾 衣杆（15）以及左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）构成；在主机架（4）的前端面上，上 部导向轨固定基座（5）和下部导向
10、轨固定基座（11）分别将左侧导向轨（10）和右侧导向轨 （20）固定，左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）同时穿过连杆活动基座（9）内部的光孔， 连杆活动基座（9）可以在左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）垂直滑动上；衣架连杆中心 销轴（7）穿过衣架连杆（6）上的衣架连杆中心轴孔（8）将两个衣架连杆（6）相铰连，两 个相互铰连后的衣架连杆（6）又通过衣架连杆端部连接轴孔（16）和横向晾衣杆（15）相互 铰连，最后，铰连后的衣架连杆（6）一端与上部导向轨固定基座（5）相铰连，另一端与连 电动机 圆锥齿轮 传动 旋转丝杆转动 伸缩机架升降 手柄转动 旋转丝杆转动 活动基座升降 晾衣杆伸缩 14
11、 杆活动基座（9）相铰连；旋转丝杆（13）穿过连杆活动基座（9）侧面的螺纹孔，并通过丝 杆上端固定基座（14）和丝杆下端固定基座（19）固定在主机架（4）的右侧端面上；使用时， 先利用水平固定架（1）和垂直固定架（12）将主机架（4）固定，将需要晾晒的衣物放置在 横向晾衣杆（15）上，转动旋转轮（3）可以带动旋转丝杆（13）旋转，在旋转丝杆（13）螺 纹摩擦力的作用下，连杆活动基座（9）在左侧导向轨（10）和右侧导向轨（20）垂直滑动上， 连杆活动基座（9）又带动了铰连后的衣架连杆（6）之间的铰连运动，从而实现了晾衣架可 以伸缩的目的。 升降，把伸缩的主机架（4）固定于升降机架，把带有螺纹瞳孔
12、的水平固定架（1）与长 旋转丝杆（26）配合，在电动机（23）的带动下，使圆锥齿轮（25）转动，再带动圆锥齿轮 （22） ，从而使长旋转丝杆运动，使得，伸缩装置可以升降。 3、机构运动简图 伸缩机构运动简图：（图 14） 图 14 升降机构运动简图：（图 15） 图 15 15 3.3 方案的对比和确定 具体方案 比较内容 方案一 方案二 美观程度 一般 较美观 运动难易程度 较容易 较费力 性价比 较高 较低 效率 较高 中等 占地空间 较大 较小 通过比较，主要考虑成本问题和运动难易程度问题，我们小组选择了方案一做为最终的 方案。 四、设计方案分析 4.1 位移功能运动分析 在由最低点上升
13、到最高点的过程中，晾衣杆的 X 轴方向的位移图如图 16 所示,这个过程 中，伸出了 1015mm 的距离，且露出阳台的长度在 600-700mm 之间，可以使衣服充分接触阳光， 达到充分晾晒的目的。 图 16 16 Y 轴方向的位移如图 17 所示： 图 17 由竖直方向的位移可以看出，上升的醉倒高度为 1052mm，而阳台的竖直空间一般为 3000，所以机架的固定应该选择适中的位置。若机架固定的过高，则会导致最低点过高，而 此时就不能保证最低点处于一个合适的位置可以使晾衣服的过程比较不费力。如果机架的位 置太低的话，在最低点的时候，晾衣杆的位置较低，衣物会拖地又弄脏了。所以选择一个适 中的
14、位置装置机架以及电动机。 4.2 受力分析 在由最低点上升到最高点的过程中，晾衣杆的 X 轴方向的受力大小如图 18 所示： 图 18 17 晾衣杆 Y 轴方向的受力大小如图 19 所示： 图 19 4.3 强度校核 晾衣杆受力分析： 弯矩图： 计算过程： Fymax=237.64N Mmax =1/2 X 237.64X1.25N.m=148.525N.m W=(1/32) X 3.14 X D3=1/32X3.14X302X10-6m3=8.831X10-5 m3 = Mmax/W=148.525/（8.831x10 -5）Pa=1.7MPa =315MPa 所以，晾衣杆是安全的 18 五
15、、心得体会 两周的实习接近尾声了，想想这两个礼拜，一开始无从下手，慢慢的通过查找资料、小 组成员的讨论、咨询老师等方式，逐步去适应这种还未涉及的挑战，也逐渐的找到了对这个 设计的兴趣。 首先谈谈这个课程设计的意义吧。我觉得通过这个课程设计，我们把整个学期对机械原 理的学习放到实际应用中，这个过程不但很好的锻炼了我们的能力，而且可以发现自己对该 课程学习的不足之处，让我们更好的去学习这个课程，对期末考试的复习方向也有一定的帮 助。还有，这个课程设计为我们以后学习机械设计也增加了不少的基础，对以后的课程设计 也有着不晓得作用。 另外，这个课程设计在锻炼了我们能力的同时，对我们的自身素质也有一定的提
16、高，比 如在沟通方面，在团队合作精神上面等都有着相当大的帮助。在沟通方面，我们小组成员之 间不免会因为意见的不同产生摩擦，闹矛盾等，通过交流，我们会发现自己能够更加的去听 取别人的意见，对自己所说的话也有所顾及，不会莽撞。在团队合作上面，其实我们小组想 的方案有四五种，这种结果是 大家共同努力地结果，有句话说的好啊， “众人划桨开大船” ， 这句话是相当的重要的。到最后，我们小组的成员之间配合默契，齐心协力，很重视这次的 课程设计实习，我们相互学习，相互给对方意见，为我们这次的合作都付出了好多。 最后讲讲这次课程中我们小组的不足之处。从一开始的选题，我们以为这个题目相对会 比较简单，其实不然。
17、我们就是因为觉得简单，所以在开始的一段时间内并没有对这个课题 查寻较多的资料，慢慢的在不断进行的过程中，我们发现了好多不足之处，也发现半自动晾 衣架不是那么的简单，于是不断地投入更多。到其中，我们发现我们所设计的并不是具有相 当大的创新性，这一点还是要改进的。还有，没有考虑到实际生活中人们对晾衣架的一个看 法，所以设计出的晾衣架实用性可能并不太大。最后，在编写课程设计说明书过程中，由于 接触这种说明书的机会较少，故编写的语句，条理并不是相当的明确！ 总之，这次的课程设计实习，给了我一个机会锻炼了我自己，我自己也从这次锻炼中里 搞了自己的一些能力，使自己受益匪浅！ 六、参考文献 19 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理第 7版北京：高等教育出版社，2006 张策机械原理与机械设计（上、下） 北京：高等教育出版社，2004 陈忠良，潘白桦.机械制图与计算机绘图.第 2版. 北京：中国农业出版社， 2006 李继庆，李育锡.机械设计基础. 北京：高等教育出版社，2006 刘鸿文.材料力学M.第四版.北京:高等教育出版社,2004 吕仲文.机械创新设计(第 1版).北京:机械工业出版社,2004 20
