梦幻休闲桌凳.doc

梦幻工图桌凳一、 项目背景及研究意义1.1 项目背景: 据相关数据统计，每年有近千万的大学生要进行工程制图、课程设计和毕业设计等与图形绘制密切相关的工作。一般的工程图绘制工作动辄就需要几个小时课程设计甚至数天，而学生在普通的工程图绘制桌上的长时间弯腰埋头画图经常会导致腰、颈等部位的疲劳酸痛，这样不仅会降低绘图效率，还会损害身体健康。另一方面，有时需要借用工图教室作为活动场地,而现今的工图桌凳占用空间大,重量重,不易挪动,导致会场布置限制极大。总而言之，现今的工图桌凳实用性不强，有许多值得改进的地方。1.2项目的研究意义： 针对现存的工图桌凳无论是在绘图过程中还是在日常活动中都存在的许多不足，我们设计出一套集学习，休闲和娱乐于一身的工图桌凳。该工图桌凳能实现画板多角度翻转调节，桌架收缩折叠，座凳可自由升降和休闲娱乐这四大功能。该作品不仅可以在绘图时根据学生的制图习惯自由调节翻转角度、高度，提高绘图效率，缓解制图疲劳，增加绘图乐趣，而且可以在平常不用或者在工图室举办活动时，将工图桌凳收起，节省空间，方便工图室作为他用。当学生累了之后，用脚踩动下面的踏板实现凳面的椭圆转动，从而活动腰部缓解疲劳。并且据调查，目前市场上还没有此类产品，如果投入运用，相信具有很大的发展前景。翻转机构收缩连杆气动支撑杆脚踏链轮传动机构转向锥形齿轮气动升降杆椭圆摇摆机构 图1.梦幻工图桌 图2.休闲升降凳二、 项目的创新之处2.1机构的创新：1) 翻转机构的巧妙设计，轻松实现桌面多角度的翻转运动；2）桌架伸缩机构有机架构，使桌子伸缩便捷；3) 摇摆机构组合设计，实现凳子的休闲健身功能2.2功能的创新：实现了桌凳的绘图基本功能和疲劳时休闲的功能,将学习与休闲相结合。2.3经济价值：材料方面采用铝合金，减轻了产品的重量、经久耐用。三、 项目的研究内容和研究目标3.1研究目标:该项目的研究目标是设计制作出一种新型的工图桌凳,它不仅能够作一般工图桌凳提供画画平台的作用,还能够实现多种人性化、休闲化的功能。该项目的整体研究目标是：设计并制作出一套集实用和休闲功能的新型工图桌凳。梦幻工图桌： 1.桌子的翻转机构：桌面设计的翻转机构实现画板的多角度（角度10至60）翻转调节，与普通翻转机构对比具有翻转简便快捷巧妙的优点; 图3. 梦幻工图桌桌面翻转对比图2. 桌子的伸缩机构：利用气动支撑杆的伸缩机构带动平行四边形连杆机构，实现工图桌的画板支架的收缩功能，达到工图桌空间缩小收缩目的; 图4.收缩机构示意图休闲升降凳： 1.凳子的动力机构：利用脚踏链轮机构驱动锥齿轮，从而带动椭圆规机构的运动，实现整体的动力驱动。 图5链轮机构2.凳面的椭圆运动：利用双滑块机构实现凳面椭圆运动机构，实现娱乐休闲，减缓腰部疲劳的功能。 图6 椭圆运动机构3. 凳子的升降机构：凳子通过开关控制气动升降杆实现凳面高度的变化，从而满足不同人以及不同时间，学生对凳子高度的需求。 图7凳子的升降机构3.2研究内容:梦幻工图桌：1）桌面翻转机构的具体设计：A、B为以转动副相连接的两个连接板。C是棘轮薄板与左B铰接，在板D上加工有两个腰形孔，销钉2与棘轮薄板C连接产生一定的摩擦力将板D暂时固定在图示位置。棘轮薄板C可沿着两个斜槽与D产生相对位移。1为固定在A板上的一个棘爪。当B相对A顺时针转动时由于重力作用棘轮薄板C齿始终与棘爪1相接触（由于齿形关系，棘轮薄板C只能相对于棘爪1作顺时针运动）。CD相对位置不变，此时就相当于棘轮棘爪的配合使机构实现单向旋转定位功能。当顺时针运动到某一极限位置时，棘爪1与板D的下侧弧形槽口的末端相碰撞，此时板D的运动受到棘爪1的限制，由于棘轮薄板C还在随着B作顺时针运动，在腰形孔的导向作用下，CD发生相对位移，即棘轮薄板C齿被板D挡住。此时逆时针旋转B时，由于棘轮薄板C齿被挡住，所以不会被棘爪1卡住，B板可以实现逆时针运动。当B运动到接近初始水平位置的时候，棘爪1又与板D上弧形槽左端相碰撞，在腰形孔的导向作用下，CD再次发生相对位移，棘轮薄板C齿露出，被棘爪1卡回到初始状态。 图8翻转机构原理图 图9 10时的翻转机构 图10 60时的翻转机构 2）运用气动支撑杆与杆机构之间的伸缩传动来实现零压力收缩，实现收缩的便捷理念。气动支撑杆只有拉伸与收缩两种状态，当气动支撑杆是拉伸的情况通过各连杆的配合达到支撑画板的功能，当用完要将画桌收缩起来时可以通过将气动支撑杆改到收缩状态，从而带动各连杆的相互运动达到将画桌往下方折叠，从而实现减少画桌占用空间的优点。 图11 折叠机构展开简图 图12 折叠机构收缩简图休闲升降椅：3）通过踩动脚踏板带动链轮转动，链轮带动轴转动，从而带动锥齿轮转动。通过锥齿轮的转向作用后，带动传动杆圆周转动，从而推动滑块的往复运动，实现椭圆规的椭圆转动，然后带动椭圆规上方凳面的椭圆运动，最终实现凳子的摇摆功能，增加了凳子的休闲娱乐性。传动杆滑块锥齿轮链轮机构脚踏板 图13 凳子的运动简图4）采用液压升降杆来调节座凳的高低，当把调节杆上拉时，使开关栓打开，活塞上端和下端高压氮气相通，压力一样，但因活塞上端有效作用面积大于下端，作用力等于压力乘以有效面积，所以活塞上端作用力大于下端，气缸上升，从而使座凳上升。当调节杆复位时，开关栓关闭，活塞上端形成充满氮气的密闭空间，以满足座凳向下的压力，使座凳下降。通过座凳的升降来满足不同高度的人找到最适宜的画图姿势。 图14气动升降杆四、 项目研究的实施方案及拟采取研究方法和技术路线4.1实施方案1)查阅本作品所涉及到的构件的相关书籍与资料,明确机构的大小, 使用性能和相关参数,运用人机工程学的人机原理来确定机构最人性化的位置与各机构的配合，从而来对整体机构进行最合理的设计。2)市场调研，熟悉本产品所涉及到的各机构，并寻找市场上能满足我们要求的简易机构的相似机构，通过类比法来确定各机构的相关参数，从而使机构更精确。3)在电脑上设计出梦幻休闲工图桌椅的各部分机构与外观整体三维模型，对其进行相关的强度分析和运动仿真，从而确定其大小尺寸和相关参数。4) 根据确定好的准确尺寸画出二维图纸，进行加工制造，然后对其进行装配,做出成品。5）对成品进行调试,进一步优化整体结构与装置。4.2研究方法与技术路线 4.2.1研究方法1.查阅研究相关文献:通过查阅相关资料,确定各种结构的设计及相关参数,并查阅机械设计手册,尽量使用国标。2查阅人机工程学：运用人机工程学合理设计各机构的位置从而实现其人性化特点。3.实地调研：实地调研市场上面其他的画架与各种休闲座椅，并与它们进行比较，查找本设计方案存在的不足，再根据其中的不足对该设计做出相应的改进。4.三维建模与分析: 用solidworks进行模型设计,并且用solidworks的热力学分析功能进行模型的力学分析,查找设计方案的不合理点并进一步进行参数的优化。5实物制作实验：制作出实物产品，并进行实际实验，记录相关的数据及体验，查找问题并进一步进行参数的优化改进。4.2.2技术路线:五、项目的研究基础和可行性分析1.原理上:该套工图桌凳中的多种主体机构都是符合机械原理的,并且在日常生活中也得到了广泛的应用,从而使其功能多样化,人性化,趣味化的同时也符合原理上的可行性。并且翻转机构、升降机构和椭圆规双滑块机构等机构都是机械原理中常见的机械结构，本项目是将这些机构巧妙的结合。而且实现机构功能的巧妙转化，因此在原理上是可行的。2.工艺上:组成本作品的机构都是由常用的构件组成的,连接用的零部件也大多采用的是标准件,并且基本上也没有复杂的结构,个别结构设计也能在加工厂进行加工,所