自动晾衣架毕业设计方案说明书

1、金华职业技术学院JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY毕业综合项目成果（20 届）自动晾衣架设计题 目学 院专 业班 级学 号姓 名指导教师自动晾衣架设计* 学院 * 专业学生姓名摘要：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

2、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 充分利用阳光资源但不能解决费力这个问题。金华职业技术学院毕业综合项目成果目录摘要 1 1 绪论 5 1.1 自动晾衣架在生产和生活中的作用和意义 5.1.2 自动晾衣架国内研究发展情况 5.1.3 自动晾衣架国外发展现状和发展趋向 5.1.4 课题条件 92 自动晾衣架设计方案及方案的对比和确定 1.02.1 方案一 1.0.2.2 方案二 1.3.2.3 方案的对比和确定 1.7.第 3 章 自动晾衣架设计主要结构的

3、计算 1.83.1 自动晾衣架的设计参数要求 1.83.2 步进电机的选型 1.8.3.3 蜗轮蜗杆减速器的计算 1.9.3.4 剪叉式自动晾衣架结构分析 2.13.5 剪叉式自动晾衣架的运动分析 2.23.6 剪叉式自动晾衣架的动力分析 2.53.7 剪叉式自动晾衣架参数的确定 2.63.7.1 基本几何尺寸的确定 2.63.8 剪叉式自动晾衣架的校核 2.6.3.8.1 各铰接点的受力分析 2.73.8.2 各铰接点销的选择与校核 2.93.8.3 剪叉臂的强度校核 2.9.4 自动晾衣架设计三维建模及仿真动画 3.34.1 三维建模 3.3.4.2 运动学分析的简介 3.3.4.3 仿真

4、动画 3.5.总结 3.7.致 谢 3.8.参考文献 3.9.1绪论1.1自动晾衣架在生产和生活中的作用和意义自动晾衣架不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。给我们带来的利益是非常的多。自动晾衣架的功能特色是非常多的，自动晾衣架就如电梯的性能 大同小异，我们在使用自动晾衣架的时候也可以针对自己的需求对自动晾衣架进行设 置。可见自动晾衣架对我们作用是相当的大。自动晾衣架在我们生产中的应用已经非常 的普遍了，而且在我们生产中有着重要的作用，尤其是货物高空操作。现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，所以自动晾衣架在我 们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。自动

5、晾衣架就是上下操作，而且可 以给我们提供一个安全稳定。1.2 自动晾衣架国内研究发展情况据权威媒体调查统计：自动升降晾衣架市场需求量将以每年 30%的速度复数增长，这将是家装建材行业最后一块蛋糕”。自动升降晾衣架现代家庭必需品，有房就有晾衣 架，发展潜力非常大。随着中国城市化进程的快速推进，在城市生活的人口将越来越多， 城市里每一套房子都将会安装自动升降晾衣架，市场容量巨大。随着市场竞争水平不断的提高，行业内真正有市场运作能力的企业将有机会形成强 势突围，引领行业从价格竞争到品牌竞争的良性发展，最终成为行业内核心领导品牌。国内现有自动升降晾衣架配件生产厂商约 2000家，市场品牌良莠不齐，99

6、%勺品牌都停 留在拼价格、拼成本的低端竞争水平，现有晾衣架品牌厂商几乎都以生产为主（一个企业的配件种类就多大几千种，生产管理杂乱，缺少管理人才，更缺少市场营销人才），很少关注市场竞争，市场竞争大多停留在低价格的自然销售状态，代理商个人能力决定品牌在当地的市场占有率。1.3 自动晾衣架国外发展现状和发展趋向在中国，晾衣架”一般意指“升降晾衣架 ”，或所谓的自动晾衣架。分手动、 电动两种。手动（手摇）较为普及。电动之所以未能普及推广，这是由于整个晾衣架行 业技术上的不成熟以及售后服务的局限一一毕竟是镶在天花板上，不像小家电一样容易 搬移去维修保养。因而目前，还是手动（手摇）为市场的主导。晾衣架行业

7、历史及现状晾衣架是中国一大特色产品，该晾衣架行业形成至今已有十多年时间，从开创至 今技术不断改进和变革，其基本组成为：手摇器（负责升降、自锁） ，钢丝，转向器， 顶座，晾杆，衣架。手摇器是晾衣架”的核心部件， 相当于汽支架的发动机！ 备受关注 经历了数年的磨合，晾衣架行业质量逐渐趋向稳定。晾衣架作为每天使用的家居用品，如今已经成为许多家庭的生活必需品。作为消费 者来说，选择品牌关键是货真价实。其结构、用料、做工等均是不可或缺的商品组成部 分，质量和售后服务更是该晾衣架行业生产商生存与发展的永恒构成。晾衣架如今，已经不仅仅是一个晾衣服的工具。 晾衣架，发展到今天，已经不仅仅是一个晾衣服的工具。除

8、了实用性很强外，更是 一个颇具装饰性的。晾衣架行业发展及未来晾衣架不仅仅是一个装饰品，更是一个功能性的产品。目前晾衣架的功能”已经 普遍得到消费者的认可，已经形成一个晾衣架行业。回归产品本身走质量、特色路 线：不断改良、创新，引领晾衣架行业重新重视质量。实用的产品，质量才是永恒的。 只有质量被大众接收，晾衣架行业才可持续健康发展。换言之，只要功能、质量普遍被 认可，晾衣架将会成为居民生活一个必需品。而竞争激烈的未来，特色将是吸引顾客的 重要要素！电动晾衣架 - 来自钢丝绳手摇晾衣架的华丽蜕变，使用电机驱动，且功能多样，又称电 动晾衣机。根据“潇湘”网友的研究，电动晾衣架最精辟的定义就是升降机械

9、。作为家 电，它的正式名称应该叫电动晾衣机。第一代电动晾衣架由主机系统、 升降系统、晾衣系统三部分组成。 主机组要由吸顶承重、 动力系统、控制系统、照明等组成；升降系统由钢丝绳和铝制 XX 伸缩架构成；晾衣系 统由架托和晾杆组成。 电动晾衣架的基本功能是为家庭和旅馆等各类用户提供自动化的 晾衣、晾被等解决方案。第一代电动晾衣架对现代生活最大的贡献是高品质生活的舒适性。 一旦使用过电动晾衣 架晾衣，人类就会习惯于现代生活 “懒惰性 ”的惬意。对老人、小孩、孕妇、弱势人群而 言这是一种现代必需型家电。电动晾衣架集成照明、居家装饰、安全防护等增值功能；适用于别墅、度假村、公寓楼 和各类中高端住宅小区

10、；一般安装在阳台或者靠近窗户的屋顶上。它是一个颇具装饰性 的产品，已经成为阳台上一道亮丽的风景线。第一代电动晾衣架的散件成本大约为三百到四百元，销售价格最高为三千多元，它 创造了家电行业百分之一千利润神话。 毒品级的利润吸引了大量的粗制烂造的手工作坊 加入，他们唯一的目的就是捞一把就走。根据未经证实的国家统计局资料，2010年电动晾衣架销售60万台，2013年预测将达91 万台，2014年将超过百万规模。目前，第二代电动晾衣架已经出现。产品高品质高性能低成本，这是革命性的创造 发明。第一代电动晾衣架经销商普遍采用 懒人”营销模式，夸大产品功能，隐瞒产品缺 陷，谋求低成本低品质高暴利高价格的营销

11、模式。他们往往推出了各种光怪华丽的技术 和功能指标。1、尽量包装电动晾衣架的外壳。为了让消费者多掏钱，采用豪华的设计，用铝镁合金 材质制作机身，外观看上去经典简约、流线时尚；晾杆采用航空铝材或者不锈钢增加视 觉冲击效果。2、 最求高利润千方百计提升利润来源。增加各种名称的技术”如：智能技术、消毒、 风干、防风架、矢量平衡升降技术、负离子净化等等，这些功能繁杂完全是废物功能甚 至危害人身健康。3、漏洞百出的宣传，缺乏专业营销广告。没有任何一家企业经过信用评估，没有任何 一家企业请过国家质检总局测试过产品性能。为了识别无良厂商和黑心经销商的宣传， 特向广大消费者提供第一代产品功能的善意提 示。A

12、:紫外消毒功能。紫外线本身适用于餐具消毒，对衣服等消毒能力很差，这是设计者 无知用错了地方。紫外消毒必须垂直辐射接触面，衣服的褶皱和垂直挂塞影响消毒效果， 至于衣物内面更是无法消毒。在家电里面，最佳的消毒方式是在洗衣机中洗涤的同时，靠洗涤液或者消毒液对衣 物从内到外的全方位消毒。电动晾衣架的紫外消毒灯发出的高强度辐射对人或者动物的 眼睛有严重危害，紫外线对皮肤有致癌作用，辐射还会对高档毛料、丝绸、皮草造成老 化、脆化等危害。不要听信厂商欺骗宣传，为了自身安全千万不要选用。如果遇到伤害 可以索取赔偿。B :风干和烘干系统。没有正确利用水汽蒸发原理，靠电脑风扇吹干衣服，这是一种笑 话。电动晾衣架的

13、本质是利用阳光晾晒衣服，人工干衣完全可以用高效率的烘干机。C:障碍安全问题：晾杆升降过程中可能会遇到障碍物或者拉扯，这个时候要及时停机 保护。目前的机械式遇阻停机功能仅能部分实现失载停机。如果遇到障碍物体重压式的 晾杆障碍，还是会造成人或者机器损伤。D:风阻安全问题：钢丝绳和伸缩架组成的悬吊结构，纵向和横向摆动大。遇到大风不 管哪种摆动都可能照成衣服吹落，晾杆砸坏阳台玻璃或者伤人的问题。E:产品质量问题：电动晾衣架的行业平均全寿命使用故障在10%左右，家电标准是千分之三。独立的消费者组织评估，家电在实际使用过程中存在在不可抗拒外在力量和顾 客非法操作的情况，这不是产品本身设计缺陷，国际水准的家

14、电的实际使用故障率不超 过 1%。F:负离子功能。阳台空气经常流通，质量不差，怕的是外来污染空气。负离子根本无 法有效净化空气中的有毒有害成分。 目前家庭级的空气净化装置从效率和成本来说都没 有有效解决手段。这又是一个废物功能。G:红外遥控功能。一种最普通的家电技术，包装后诡称为智能控制技术，不知道智能 在哪一点。H :节能环保。很多生产商连环保科学定义都不知道，省电不等于环保，第一代电动晾 衣架企业没有任何一家有能力设计出节电技术。 第一代电动晾衣架行业的企业非常弱小，绝大多数企业都是几个人十几个人的手工作 坊，最多企业的年产不过数万台。从业人员良莠不齐，缺乏国际水准的设计人员。相比 家电行

15、业百万的入门门槛，整个行业都是弱、小、散的发展状态。 这些微小型企业严重缺乏信用机制的建立， 无论广告和产品都等同于保健产品的信用等 级，消费者千万要注意自我保护。国内具备电动晾衣机生产能力的厂家成百上千。大多数企业既做手摇晾衣架、同时 又做着电动晾衣架。 多数企业主是文盲和半文盲， 绝大多数企业都是代工和贴牌， 不 懂 技术研发，不懂研发管理，有个业余级的外观设计就以为很有实力。没有一家企业达到 家电企业的标准， 没有一家企业能够做到 3C 整机认证， 没有一家企业为自 己的信用过 失和技术过失向消费者道过谦。 行业发展从开拓期走向大规模制造的启动期，技术研发成了竞争胜负的关键。电动晾衣 机

16、本质是白色家电中低档制造工业，技术水平不需要很高。目前行业内最领先的设计师，有人第一个完成电动晾衣架工业行业各种定义理论研究。 一门学科能成为科学，它的第一个定义必须科学。目前有人把电动晾衣架行业理论研究 从经验积累提高到现代工科水准。有优秀的设计师第一个规划新一代产品的主要性能指标和发展方向。采用欧美国家研发竞争模式已经开发出第二代、第三代、第四代电动晾衣架核心机并申请专利。新的换代产品升降平稳迅速，安全性能达到欧美以人为本的标准，产品质量等够达到家电 行业标准，成本一代比一代低，这是无法逾越的竞争优势。我们期待这个行业能成为中国原产第一个的新型家电行业，也期待中国人为世界贡献了第一个新的家

17、电行业。1.4 课题条件自随着经济的发展，科学技术的进步，社会竞争也越来越激烈，为了提高企业生产 速度，减轻工人的劳动强度，并且实现生产过程的自动化，人们设计了可以减少人力物 力并且能够出色完成任务的自动晾衣架。自动晾衣架的种类比较繁多，根据不同的用途、 自动晾衣架的结构、动力传递形式以及规格会有不同的选择和设计。机械传动方式的特点是零件加工相对要求不高、结构较简单、加工容易、维修方便、适应环境能力强、抗冲击性能好、可实现准确到位，并有自锁功能、不污染环境。研制 安全、可靠的电机驱动的剪叉式自动晾衣架，将有利于保证高空作业的安全，具有一定 的实用价值。具体研究内容及要求包括：1. 查找相关文献

18、，分析自动晾衣架的研究现状和发展趋势。2. 设计剪叉式自动晾衣架的机械结构，并根据设计要求选用元器件和校核结构件 强度。2自动晾衣架设计方案及方案的对比和确定 2.1方案一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传动问题，我们想到可以用直齿轮传动、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

19、柄的形式。图 3蜗轮蜗杆传动：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i-LLI l LLI l Ll-l-L-J 匚l-LLLLLXI«LCI1LLL LLLLLLLLL U-1441 fLLffLLLLLL 5匕U iLU_Jkt-LLJ_LL|_L Ll_l_LI_lrL_.LlL.L> LLLL LL Ll_L LLLkCLLLjX 丄LL匚-L ELLSoLL qL rLLiCLL<U

20、 Z百 jrt.U_LIUULILLLIIU»l_lLun LLLILLLI U-l-luuu LLLI LL.LIH U_l_lLLLILLLll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。b世H.uhkbLLLLLuU阳秤内图517图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。工作原理过程一:过程二:手柄 => 蜗杆 i=> 蜗轮圆盘 => 晒 衣杆滑过程一通过（9）综合箱

21、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。机构运动简图（图7图72.2 方案二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&图8但上诉的机构只能满足伸缩的要求，所以我

22、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）图12右侧机构图13为整个晾衣架的斜视图:运动原理升降过程:电动机 伸缩过程:U旋转丝杆转=>

23、图13旋转丝杆转=> 伸缩机架升活动基座升=> 晾衣杆伸缩伸缩，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

24、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）

25、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。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） X口D图152.3方案的对比和确定具体方案 比较内容容'、万案一万案一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

26、和运动难易程度问题，决定在第2种方案进行改进,通过电动机进行控制操作。实物图片第 3 章 自动晾衣架设计主要结构的计算3.1 自动晾衣架的设计参数要求载重量为 50Kg上升高度最小为 0.5m上升速度 0.2m/s3.2 步进电机的选型根据 P=FV=50X10X0.2m/s=100W所以可以选择下面的 步进电机步进电机型号电压频率转速110TD-1220V50HZ60r/min输入功率转矩外形尺寸110W2.92N m230 135 1123.3蜗轮蜗杆减速器的计算蜗杆头数z输入电流0.6A选取传动比i 62 （自锁）Z262，变位系数X21，蜗杆分度圆直径0.125mm，模数 m 2mm，

27、中心距ad135.5mm，80mm。蜗轮齿数计算得蜗轮蜗杆以下数据：蜗轮分度圆直径d2 mz22ad-i 2x2m 124mm齿顶圆直径da1 d1 2ha-id12ham 35.5 2 139.5mm蜗杆齿根咼hf1hac m 1 0.22 2.4mm蜗牛杆齿顶咼hhf1ha12 2.4'4.4mm蜗杆轴向齿距Pl26.28mm蜗杆导程角：tg 1 m，q q4 葩517.75mmm21 117.8mm，tg -17.8蜗杆宽度b162mm蜗轮齿顶咼hf2m hax2210.1252.25mm蜗轮齿高h2ha2hf 22.25 2.154.4mm蜗轮齿根高hf2m hacx221 0

28、.125 0.22.15mm蜗轮齿根圆直径d f 2d2 2hf1 1242 2.15119.7mm蜗轮齿宽b22mi 0.5、q 119.32mm蜗轮齿宽角2arcsin b 65.95d1材料选择：表面淬火，45#钢，硬度HRC50 55。2ha cm 35.5 213.22齿面接触强度计算:蜗牛杆齿根圆直径df1 d11.22 30.7mmZe 材料弹性系数，表2.5 1，Ze 147、.、Mpz 接触系数，根据蜗杆的类型及蜗杆分度圆直径与中心距比值d1/a查图2.5 9，Z2.7a 啮合中心距，a 80mmTz 蜗牛轮矩，Tz 2.07N mKa 使用系数，查表2.2 40， Ka1.

29、5Hp 使用接触应力Hlim 蜗牛轮轮齿材料接触疲劳极限,查表2.5-1，Hlim265MpaZh 寿命系数,Zh625000/Lh1.6,取 Zh 1.3乙一转速系数,1_18陽80.76Sh min 最小安全系数，Sh mimin1.3，取 SHmin 1.2计算 h 1472.7,1000 2.07 1.5/80330.91MpaHp 2651.3 0.76/1.2218.2Mpa即HHp,齿面接触强度符合条件。蜗轮轮齿的弯曲强度计算：由于蜗牛轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算比较困难，实践经验证明，齿根弯 曲强度主要与模数m和齿宽b2这两个主要的几何参数有关，故可用简单条件计算法来校 核

30、。Ft2KA115U A Up U Up88.5mb21.3Ft 2 蜗轮的圆周力，Ft2T?207 116.6 Nd1/235.5/2Ka 使用系数，Ka 1.5m 蜗杆轴向模数，m 2b2 蜗轮齿宽，b219.32mmUp 许用系数Uim 轮齿弯曲计算时的极限U系数，查表25-1, Uim 115Sf min 弯曲强度的最小安全系数，取SFmin1： 1.7 ,取Sf min1.3计算U116.6 1.52 19.324.53U P 11588.51.3可见U Up，蜗轮轮齿弯曲强度条件符合。蜗杆轴的刚度计算刚度不足会导致蜗杆副的不常啮合, 度。造成偏载，加剧磨损，故应验算蜗杆轴的刚蜗杆轴

31、的最大挠度（mm）48巳1ylimFt1 蜗杆圆周力（N）, Ft1 2T1 116.6Nd13FM 蜗杆径向力（N），FM F/an33.25 tan20 12.1 10 NE1 蜗杆材料的弹性模量，对于钢 巳206000 Mp aI 蜗杆危险截面处的惯性矩，I mdL 2 25.5 49632mm46464L 蜗杆轴承间的跨距，计算时可以取 L 1.3 1.5a，取1.3 aylim 极限挠度，淬硬蜗杆 ylim 0.004mm0.008mm223、116.62 12.12 1.3 80计算 y0.00027mm yim48 206000 49632I蜗杆刚度条件符合。3.4 剪叉式自动晾

32、衣架结构分析为了保证工作更加安全，剪叉臂与水平的最大允许角度为45如图4.1所示，臂AE、CE、BD BF均相等，剪叉臂AE和BF通过H点 铰接，臂BD和F点与铰接，C点与托架铰接；铰接点A在N的作用下能够在 水平滑槽中移动，另外铰接点D也能水平移动，且与A点的运动方向相反。 由于点A和D的移动，从而支架厢在垂直面内升降并伴随有少量水平位移。3.5 剪叉式自动晾衣架的运动分析在上升过程中以一定的速度推动滑快A向后移动，A点的速度为v a；由 于A点的水平移动带动双级剪式机构运动，从而使得/ BFA发生变化，即由 初始位置的© 0变为© 1= ©卄B ;因为剪式机构

33、的运动带动点D同时向上和向 前移动，所以台面DF在整个过程中向上向后移动（倾斜做准备）。其中点B 和点H的瞬时速度分别为v B和v H ；点D的水平和垂直速度分别为v Dx和v Dy ； 支架厢支撑台面的水平和垂直平移速度分别为v X和v Yo杆BF上B点、H点的瞬时转动中心都为F点，从而可求得（取移动的 方向为正方向，即水平向右和垂直向上为正向），其运动简图如图4.2所示。B点的运动速度v B：VBlVBX VB sin 0l sin 0（ 4-1 ）VBYVB cos 0l cos0(4-2 )F以相同的角速度3转动，其中点A又以速度V A 水平移动，而点F静止不动，于是可得：H点相对于点

34、F的运动速度V HF：121212点H分别相对于点A、VhfVhFxVhfyVhaVHAxVHAysin 0cos 0H点相对于点Va1 I21Val2sin(4-3 )(4-4 )A以角速度3运动的速度V HA：(4-5 )l cos(4-6 )（ 4-7 ）（ 4-8 ）（ 4-9 ）（ 4-10 ）（ 4-11 ） 将 式4-12 ）VDVBlVDxVBxl sin 0VDYVBYl cos 0（ 4-1 ）、（4-2 ）代入上式可得:VDx0VDY2VBY 2 l cos 04-13 ）则点H的水平和垂直速度VH和VH :H XHYVHXVHAXVHFXVAVHYVHAY VHFYlc

35、os 0且 VHFXVHAX ， VHAYVHFY则：VA2VHFXlsin 0D点相对于B点以角速度转动，则D点速度Vd：D点的升降速度与支架厢支撑台面的升降速度一致，因此台面上升速度vVY V DY 2 l cos由于等臂双级剪式机构的运动特点一点A、B、C始终在一条垂直线上， 同样点D、E、F也始终在同一铅垂线上。从上述计算中可以发现，在支架厢 被举升的整个过程中，点D E、F没有发生位移，即D E、F三点只在垂直 方向上有位移；那么支架厢在举升过程中的水平移动量只取决于点A的水平 移动量，则台面的水平运动速度Vx :VXVA又因为滑快A由油缸I直接水平推动，所以油缸I活塞的运动速度V塞

36、：(4-14 )(4-15 )(4-16 )V塞Va l sin oV塞VY tan 02Vy2V塞 cot o.i V塞 sinl3.6 剪叉式自动晾衣架的动力分析剪式剪叉式自动晾衣架，不计剪式机构的重力和各种摩擦力，则该质点 系具有理想约束，因此可以用虚位移原理求解其所受各力的相互关系。虚位移原理：又称分析静力学的原理是所有作用在质点系上的主动力对 其作用点的虚位移所作的虚功之和为零。对n个质点组成的质点系，其数学 表达式为：nFi ri 0（4-17 ）i 1式中Fi和S ri分别表示第i个力和它的虚位移。图4.3中双级剪式剪叉式自 动晾衣架所受的主动力为重力G（包括装载质量me，支架厢

37、质量m，支架厢 支撑台面质量mi）和水平油缸的水平推力Fn。由虚位移原理可得nFi. ri 0i 1FNrfGrg0(4-18 )上式中两虚位移的关系rfl COs o COs org 2 l sin osin o则：sin osin 。F n 2G4-19 )COS o COS o由式（4-19 ）可知，在一定装载质量的情况下，油缸活塞对滑块A的水 平推力Fn随角度B B为杆BF绕点F转过的角度）变化而变化。根据设计 要求的荷重和剪叉机构的结构尺寸，可求出在整个升程范围内油缸活塞的推 力，以此作为油缸选择设计的依据。3.7 剪叉式自动晾衣架参数的确定3.7.1 基本几何尺寸的确定如图4.4所

38、示，AC、CE、BD、BF为杆长相等的四杆，AE与BF, CE与BD 铰接与中点H、G A、D为滑动铰接。设AE CE BD l，初 始位置 BFA 。，当到达最大升程时 BFA由几何关系可得：Smax 2l sin 1 sin 0（ 4-20 ）a l cos 0 cos 1（ 4-21 ）为了使整个剪叉式自动晾衣架不底部安装空间， 需满足：2l sin 0 Hd（4-22 ）l cos 0 L 取 2l sin刁曰得：（ 4-23 ）0 500， 联立（ 4-20 ）、（ 4-21 ）、 （ 4-22 ）、 （ 4-23 ） 求解 并圆 整l 157mma 106mm0 3.91 21.8

39、3.8 剪叉式自动晾衣架的校核本次设计的双级剪式剪叉式自动晾衣架各铰接点均采用同型号的双头 螺纹销连接，因此在对该机构进行校核的时候，除了要对剪叉臂进行强度校 核外，还要对各铰接点的销轴进行强度校核。由于在该机构的运动过程中各铰接点的受力在不断变化，只需最大受力点进行校核3.8.1各铰接点的受力分析结合双级剪式剪叉式自动晾衣架的结构和运动特点，对其进行整体受力分 析，如图4.5所示。设货物重心与C点的距离K, A、D点的滑动摩擦系数f， 不计双级剪式机构的自身重力和内部摩擦力。将货物对该机构的作用力分解到C、D两点上根据力学定理可得：2 Gl cos k2 lcos,GkF DXFdy f2

40、l cos将剪式机构看作一个G lcosk2l cosG l coskF AYff2 l cosGkF CYF DYF CXF AYF AXFfyFfxG l cos k2 l cosFax P(4-25)(4-27)Gl cos kl cos(4-26)整体，根据力学定理可得A、F点的受力情况：(4-28)(4-29)(4-31)对臂AHE及CGE隔离受力分析，如图4.6所示，根据力学定理可得:图4.6剪叉臂受力简图（a）(4-30)PF hxFaxF ex 0则：FexF cxFgxFexPF hxF axF CYFeyFgy0F ayFeyF hy0则：FeyF GYF CYFeyF h

41、yF AY联立式（4-32 ）和（4-33 ）,得F ayFhy对E点取矩，M0Fcy l COSF cxl sinFay l COSF axl sinF hxFx 0Fy 0（4-32 ）（4-33 ）（4-34 ）FgyCOSFgxsin0212（4-35 ）P llsinFhx 一lsinFhycos0221PFexG f -42Gl cos kGFeyf tg2l cos4以臂BGD为隔离研究对象,（4-38 ）如图4-7所示。将式（4-25 ）、（ 4-26 ）、（ 4-28）、（4-29 ）及（4-34 ）代入式（4-35 ），则lcoskGF GYG -f tgl cos4（4-

42、36 ）Gk f1PF gxG f2 lcos42lcosk1 rF HYG -G f tgl cos4（4-37 ）G lcoskr 1 r3,F hxfG fP2l cos42图4.7剪叉臂受力简图（b）1小上PG f 一42Gl cos kG1Gf tg2l cos24(4-39)3.8.2 各铰接点销的选择与校核考虑到整体布局需要，以及结合装配草图，根据摩擦副的特性，取f 0.3。对上述各铰接点在任意角度时的计算公式的分析计算，可知H点承受的 作用力最大，且当 3.9时作用在H点的力最大。由式（4-37 ）知，当 3.9时Fhx 416.7 KNFhy39.9 KN销轴均用45钢制造，

43、作调质处理，其屈服强度s=355MPa，选择安全 系数为2，其许用剪切应力=0.5 s=177.5MPa。考虑到生产制造的方便、节省制造工时，在使用材料允许的条件下，该机构交接的双头螺纹销均采用同一直径，取 60 mmFR2PR2 416.7239.923.14 30210 6148.2 MPa因此，该机构所有铰接点选用的销均满足强度要求剪叉臂的强度校核由图3-9和图3-10可知，内剪叉臂aed受力要远大大于外剪叉臂 bec,所以这里只校核外臂。外剪叉臂受力如图3-1所示。又由图4-8可知，的角度越小，则推力T的值越大。若T取最大值时满足强度要求，则该剪叉臂即满足强度要求。当机构在最低位 置时

44、，的值最小，即T值最大。参照图3-1,剪叉臂所受的力都与剪叉臂有一定的夹角，为方便受力分析，将所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式 子：FciFcySi nFcx cOS (7.1)Fc2Fcy COSFcxSin (7.2)F“Fey sinFex cos (7.3)Fe2Fey cOSFexS in (7.4)Fgifcos()(7.5)Fg2舟 Si n()(7.6)Fd1Fdx cosFdyS in(7.7)F d2FdxSinFdy cOS (7.8)图3-1内剪叉臂aed受力图各力分解后的受力图如图3-2(a)所示，弯矩图见图3-2(c)Faie Fei k Fg

45、i FdidaAjL + ff fFas 1!Fe2 iqLqN111vrFd2FS tFd2gr丿/deFa2+Fe2（b）剪力图M/X*m .as i a a-七 n wma n - w na a a a a i三Fd2 * 11+ lq)K +qlQ (l+lq/2)(c)弯矩图"m图3-2内剪叉臂aed的轴向及径向分解受力图b 20mm，3-3 (b)是剪叉臂的g处由于是有一个肋板作用，可看作力T/2作用在剪叉臂上为均布载荷q 由图3-2（c）中可知，最大弯矩发生在k点处，但需校核e、k两点处的强度，且图中 有lq 200mm，l 106mm，q lq Fg2。又已知剪叉臂的

46、横截面宽和高分别为 h 60mm， d 20mm，如图3-3所示，图3-3 （a）是e点处的截面图，图 k点处的截面图。e点处的抗弯截面系数为ww2需鬆警黑2Z1z2h b 也2 20 109m3 10.676 66 310 mk点处的抗弯截面系数为229bh 20 60103“ 6m 12 106 6因为当图3-3剪叉臂e、k两点处的截面图6时，此时e、k两点的弯矩最大，且由式（7.8）得Fd2 2291 N ,Fg2 6833.967N，则Mkmax Fd2 (lq l) Fg2(l lq/2) 2291 0.306N m 6833.967 0.206N m 2108.843N memax

47、kmaxM kmaxWk12 10175.74MPaemax825.867emaxWe610.67 10Pa77.4MPaFa2 L/21376.445 0.6N m 825.867N m选择材料为Q235，参照参考文献1， b 225MPa，所以是安全的4自动晾衣架设计三维建模及仿真动画4.1三维建模把自动晾衣架各个零件装配起来组成一个整体的结构图，如下图图5-20自动晾衣架模型图4.2运动学分析的简介机构是由构建组合而成的，而每个构件都以一定的方式至少与另一个构件相连接。这种连接，既使两个构件直接接触，又使两个构件能产生一定的相对运动。进行机构运动仿真的前提就是要创建机构。创建机构与零件装

48、配都是将单个零部件 组装成一个完整的机构模型。因此两者有很多相似之处。 、机构运动仿真与零件装配，两者都在组建模式下进行。创建机构是利用操控板中的 “预定义连接集 ”列表选择预定义的连接集，而零件装配是利用操控板中的 “用户定义飞 连接集 ”来安装各个零部件。由零件装配得到的装配体，其内部的零部件之间没有相对 运动，而由连接得到的机构，其内部的构件之间家可以产生一定的相对运动。以下就简单介绍一下机构运动仿真的基本术语：UCS:用户坐标系WCS:全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内所有主体的全 局坐标系。放置约束:组建中放置元件并限制该元件在组件中运动的图元。 环连接:添加后使

49、连接主体链中形成环的连接。自由度:确定一个系统的运动（或状态）所必须的独立参变量。连接的作用是约束 主体之间的相对运动，减少系统可能的总自由度。主体:机构模型的基本元件。主体是受严格控制的一组零件，在组内没有自由度。 基础:不运动的主体，即大地或者机架。其他主体相对于基础运动。在仿真 时，可以定义多个基础。预定义的连接集:预定义的连接集可以定义实用哪些放置约束在模型中放置元件、 限制主体之间的相对运动、 减少系统可能的总自由度及定义元件在机构中可能具有的运 动类型。拖动:在图形窗口上，用鼠标拾取并移动机构。 回放:记录并重放分析运动的操作技能。伺服电动机:定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。 执行电动机:作用于旋转或平移运动轴上而引起运动的力。 在机械设计运动研究中，用户可以通过对机构添加运动，使其随伺服电动机一起移 动，并且在不考虑作用于系统上的力的情况下分析其运动。使用运动分析可以观察机构 的运动，并测量主体位置、速度和加速度的改变。然后用图标表达这些测量，或者创建 轨迹曲线和运