毕业设计（论文）-自动晾衣架设计（全套图纸三维）.pdf

1 自动晾衣架设计 摘要：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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2 目目 录录 摘要 . 1 1 绪论 . 4 1.1 自动晾衣架在生产和生活中的作用和意义 . 4 1.2 自动晾衣架国内研究发展情况 . 4 1.3 自动晾衣架国外发展现状和发展趋向 . 4 1.4 课题条件 . 8 2 自动晾衣架设计方案及方案的对比和确定 . 9 2.1 方案一 . 9 2.2 方案二 . 12 2.3 方案的对比和确定 . 16 第 3 章 自动晾衣架设计主要结构的计算 . 17 3.1 自动晾衣架的设计参数要求 . 17 3.2 步进电机的选型 . 17 3.3 蜗轮蜗杆减速器的计算 . 17 3.4 剪叉式自动晾衣架结构分析 . 20 3.5 剪叉式自动晾衣架的运动分析 . 20 3.6 剪叉式自动晾衣架的动力分析 . 23 3.7 剪叉式自动晾衣架参数的确定 . 24 3.7.1 基本几何尺寸的确定 . 24 3.8 剪叉式自动晾衣架的校核 . 25 3 3.8.1 各铰接点的受力分析 . 25 3.8.2 各铰接点销的选择与校核 . 27 3.8.3 剪叉臂的强度校核 . 28 4 自动晾衣架设计三维建模及仿真动画 . 32 4.1 三维建模 . 32 4.2 运动学分析的简介 . 32 4.3 仿真动画 . 33 总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4 1 绪论绪论 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%的品牌都停 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毕竟是镶在天花板上，不像小家电一样容易 5 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。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 6 和各类中高端住宅小区；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：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。 7 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 8 机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电行业。 1.4 课题条件课题条件 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，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。 9 2 自动晾衣架设计方案及方案的对比和确定自动晾衣架设计方案及方案的对比和确定 2.1 方案一方案一 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，或者人工手柄的形式。图 3 蜗轮蜗杆传动： 10 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 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。 11 图 5 图 6 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。 工作原理工作原理 过程一： 过程二： 电动机 减速器 蜗杆 衣 架 转 手柄 蜗杆 蜗轮 圆盘 晒 衣 杆 滑 12 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。 机构运动简图（图机构运动简图（图 7 图 7 2.2 方案二方案二 设计思路设计思路 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： 13 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） 14 图 12 右侧机构 图 13 为整个晾衣架的斜视图： 图 13 运动原理运动原理 升降过程：升降过程： 伸缩过程：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 电动机 圆锥齿轮旋转丝杆转伸缩机架升 手 柄 转旋转丝杆转活动基座升晾衣杆伸缩 15 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 16 2.3 方案的对比和确定方案的对比和确定 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，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 17 第第 3 章章 自动晾衣架设计主要结构的计算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/s 3.2 步进电机的选型步进电机的选型 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 输入电流 110TD-1 220V 50HZ 60r/min 0.6A 输入功率 转矩 外形尺寸 110W 2.92Nm 230 135 112 3.3 蜗轮蜗杆减速器的计算蜗轮蜗杆减速器的计算 选取传动比62i =（自锁） ，蜗杆头数1z = ，蜗杆分度圆直径 1 35.5dmm=，蜗轮齿数 2 62z =，变位系数 2 0.125xmm= +，模数2mmm=，中心距80amm=。 计算得蜗轮蜗杆以下数据: 蜗轮分度圆直径 2212 22124dmzadx mmm= 齿顶圆直径 1111 2235.52 1 239.5 aa ddhadh mmm =+=+=+ = 蜗牛杆齿根圆直径 ()() 11 235.521 1.2230.7 fa ddhc mmm =+= += 蜗杆齿根高 ()() 1 1 0.222.4 fa hhc mmm =+=+= 蜗牛杆齿顶高 11 22.44.4 fa hhhmm=+=+= 蜗杆轴向齿距26.28 L pmm= 蜗杆导程角: 1 1 z tg q =， 1 35.5 17.7517.8 2 d qmmmm m =， 1 1 3.22 17.8 tg = 蜗杆宽度 1 62bmm= 18 蜗轮齿顶高 ()() 22 210.1252.25 fa hm hxmm =+=+= 蜗轮齿高 222 2.252.154.4 af hhhmm=+=+= 蜗轮齿根高 ()() 22 21 0.1250.22.15 fa hm hcxmm =+=+= 蜗轮齿根圆直径 221 21242 2.15119.7 ff ddhmm= = 蜗轮齿宽 () 2 20.5119.32bmqmm+= 蜗轮齿宽角 2 1 2arcsin65.95 b d = 材料选择：表面淬火， # 45 钢，硬度 HRC50: 55。 齿面接触强度计算： 3 1000/ HEZA Z ZT Ka = limmin / HpHhnH Z ZS= E Z 材料弹性系数，表2.5 1，147 E ZMp= Z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() 1/ da 查图2.59，2.7Z= a啮合中心距，80amm= Z T 蜗牛轮矩，2.07 Z TN m= A K 使用系数，查表2.240，1.5 A K = Hp 使用接触应力 limH 蜗牛轮轮齿材料接触疲劳极限，查表2.5-1， lim 265 Ha Mp= h Z 寿命系数， 625000/ 1.6 hh ZL=,取1.3 h Z = n Z 转速系数， () 1 8 2/8 1 0.76 1 n Z n = + minH S最小安全系数， min 11.3 H S= :，取 min 1.2 H S= 计算 3 1472.7 1000 2.07 1.5/8030.91 Ha Mp= 265 1.3 0.76/1.2218.2 Hpa Mp= 即 HHp ,齿面接触强度符合条件。 19 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 2 b 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。 2 2 tA P F K UU mb = 115 88.5 1.3 P UU= 2t F 蜗轮的圆周力， 2 2 1 2.07 116.6 /235.5/2 t T FN d = A K 使用系数，1.5 A K = m 蜗杆轴向模数，2m = 2 b 蜗轮齿宽， 2 19.32bmm= p U 许用系数 lim U轮齿弯曲计算时的极限U系数，查表25-1, lim 115U= minF S弯曲强度的最小安全系数，取 min 11.7 F S= :,取 min 1.3 F S= 计算 116.6 1.5 4.53 2 19.32 U = 115 88.5 1.3 P U = 可见 P UU，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，造成偏载，加剧磨损，故应验算蜗杆轴的刚 度。 蜗杆轴的最大挠度（mm） () 3 11 lim 1 48 tr FFL yy E I + = 1t F 蜗杆圆周力（N） ， 1 1 1 2 116.6 t T FN d = 1r F 蜗杆径向力（N） ， 3 11tan 33.25 tan2012.1 10 rx FFN= 1 E 蜗杆材料的弹性模量，对于钢 1 206000 a EMp= I 蜗杆危险截面处的惯性矩， 44 4 1 2 25.5 49632 6464 md Imm = L蜗杆轴承间的跨距，计算时可以取()1.3 1.5La=:，取1.3a 20 lim y极限挠度，淬硬蜗杆 lim 0.0040.008ymmmm= 计算 ()() 3 22 116.612.11.3 80 0.00027 48 206000 49632 ymm I + = lim y 蜗杆刚度条件符合。 3.4 剪叉式自动晾衣架结构剪叉式自动晾衣架结构分析分析 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剪叉式自动晾衣架的运动分析分析 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=0+；因为剪式机构的运动带动点 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B和H； 点 D 的水平和垂直速度分别为Dx和Dy； 支架厢支撑台面的水平和垂直平移速度分别为X和Y。 21 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B： lVB= r r ()()+=+= 00 sinsinlVV BBX （4-1） 图 4.2 剪叉式自动晾衣架运动分析简图 ()()+=+= 00 coscoslVV BBY （4-2） 点 H 分别相对于点 A、F 以相同的角速度转动，其中点 A 又以速度A 水平移动,而点 F 静止不动，于是可得： H 点相对于点 F 的运动速度HF： lVHF= r r 2 1 ()+= 0 sin 2 1 lV X HF （4-3） ()+= 0 cos 2 1 lV Y HF （4-4） H 点相对于点 A 以角速度运动的速度HA： lVV AHA += r rr 2 1 22 ()+= 0 sin 2 1 lVV AHAX （4-5） () 0 cos 2 1 +=lV Y HA （4-6） 则点 H 的水平和垂直速度 X H V和 Y H V: AHFHAH VVVV XXX =+= （4-7） ()+=+= 0 coslVVV YYY HFHAH （4-8） 且 XX HAHF VV=， YY HFHA VV= 则： ()+= 0 sin2lVV X HFA （4-9） D 点相对于 B 点以角速度转动，则 D 点速度 D V : lVV BD += r rr ()+= 0 sinlVV XX BD （4-10） ()+= 0 coslVV YY BD （ 4-11） 将 式 （4-1） 、 （4-2）代入上式可得： () += = 0 cos22 0 lVV V YY X BD D （4-12） 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 ()+= 0 cos2lVV Y DY （4-13） 由于等臂双级剪式机构的运动特点点 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 23 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 X V ： AX VV= 又因为滑快 A 由油缸直接水平推动，所以油缸活塞的运动速度 塞 V ： ()+= 0 sinlVV A塞 则： () += 0 tan 2 1 Y VV塞 （4-14） () += 0 cot2 塞 VVY （4-15） 0 1 sin = l V塞 （4-16） 3.6 剪叉式自动晾衣架的动剪叉式自动晾衣架的动力分析力分析 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： 0 1 = = n i rii F （4-17） 式中 Fi和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，支架厢质量 m1，支架厢 支撑台面质量 m2）和水平油缸的水平推力 FN。 由虚位移原理可得 0. 1 = = n i rii F 0= rgrfN GF （4-18） 上式中两虚位移的关系 () () 00 00 sinsin2 coscos + + = l l rg rf 则： () () + + = 00 00 coscos sinsin 2GFN （4-19） 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 24 平推力 N F 随角度（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基本几何尺寸的确定 如图 4.4 所示，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lBDCEAE=，初始位置 0 =BFA，当到达最大升程时 1 =BFA； 由几何关系可得： () 01max sinsin2 = lS （4-20） () 10 coscos = la （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： d Hl 0 sin2 （4-22） Ll 0 cos （4-23） 取500sin2 0 =l，联立（4-20） 、 （4-21） 、 （4-22） 、 （4-23）求解并圆整 得： 25 = = = = 8 . 21 9 . 3 106 157 1 0 mma mml 3.8 剪叉式自动晾衣架的校核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： cos cos 2 = l klG FCY （4-25） cos2 = l kG FDY （ 4-26） f l kG fFFF DYDXCX = cos2 （4-27） 将剪式机构看作一个整体，根据力学定理可得 A、F 点的受力情况： cos cos 2 = l klG FAY （ 4-28） f l klG fFF AYAX = cos cos 2 （4-29） cos2 = l kG FFY （ 4-30） Pf l klG PFF AXFX = cos cos 2 （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： 26 0= X F =+ = 0 0 EXAXHX EXGXCX FFFP FFF 则： += = AXHXEX GXCXEX FFPF FFF （4-32）