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毕业设计报告 论文 报告 论文 题目 两种多功能折叠床的设计 作者所在系部 机电工程学院 作者所在专业 机械设计制造及其自动化 作者所在班级 B13113 作 者 姓 名 张琳怡 作 者 学 号 20134011302 指导教师姓名 刘卫 完 成 时 间 2017 年 5 月 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院毕业论文 摘摘要要 折叠床 是一种利用关节原理设计 为了方便和节省体积空间 通过各种折叠方式可 以折叠收放的简易床 它方便实用 存放方便 折叠床的问世给人们带来了生活的便利 多功能折叠床由床架 支撑铰链 床腿 床板 转动端盖等组成 其特征在于 将以上各 件组合在一起 可以形成多种功能 常用于各类公共场所 医院 公司 家庭等场所 本课题两种多功能折叠床的设计 首先查阅相关折叠床的发展 现状及研究的资料 提出该课题的设计的方案 对其进行理论设计计算 及对关键零部件进行强度刚度校核 满足实际使用要求 结构坚固耐用 然后采用三维软件对该折叠穿进行三维建模 及模拟 折叠床的各个展开及折叠状态 对功能进行仿真 关键词折叠床结构设计三维建模 北华航天工业学院毕业论文 Abstract Folding bed is a kind of use joint principle design in order to facilitate and save volume space through various fold way can fold the simple bed that puts up It is convenient and convenientforstorage Theadventoffoldingbedsbroughtconveniencetopeople Multi function folding bed is supported by frame hinge bed leg and bedplate turn the end cover etc whose character is the above all the pieces together can form a variety of functions Used for all kinds of public places hospitals companies families etc This topic two multi function folding bed design first to consult the relevant folding bed present situation and the development of research data put forward the design scheme of the subject on the theory of design and calculation and the strength of key parts for rigidity and satisfy the use requirement the structure is strong and durable and then use 3 d software for the folding wear 3 d modeling and simulation of folding bed and folding status the function simulation Keywordsfolding bedstructure designthree dimensional modeling 北华航天工业学院毕业论文 目目录录 摘要 Abstract 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 折叠床的历史及研究现状 1 1 3 本课题研究的目的和现状 3 1 4 发展趋势 3 1 5 本文研究内容 4 第第 2 2 章章 多功能折叠床机械结构原理及运动分析多功能折叠床机械结构原理及运动分析 5 2 1 多功能折叠床机构运动原理设计 5 2 2 自由度计算 6 2 3 折叠床机械结构运动功能分析 6 第第 3 章章 多功能折叠床结构设计计算及分析多功能折叠床结构设计计算及分析 9 3 1 折叠床床身强度计算 9 3 2 多功能折叠床转动轴强度 刚度的校核 13 3 2 1 多功能折叠床转动轴的结构设计 13 3 2 2 多功能折叠床转动轴强度校核 14 3 3 多功能折叠床转动轴承的选择 17 第第 4 4 章章 多功能折叠床传动选型设计计算多功能折叠床传动选型设计计算 20 4 1 电动机的设计计算 20 4 1 1 电动机的选择 20 4 1 2 折叠床床身转动电动机的选择 20 4 24 2 减速器的设计选型减速器的设计选型 21 4 2 1 减速器的选择 21 4 2 2 减速机的校核计算 22 第第 5 章章 多功能多功能折叠床三维建模与设计折叠床三维建模与设计 24 5 1 多功能折叠床三维模型的建立 24 5 2 多功能折叠床三维模型的组装 28 第第 6 6 章章 两种多功能折叠床的展示两种多功能折叠床的展示 32 6 1 第一种多功能折叠床 32 6 2 第二种多功能折叠床 33 致谢 35 参考文献 36 北华航天工业学院毕业论文 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 课题背景课题背景 当今世界房价飞的比子弹还快 工资还是如海平面一样保持不动 住房面积有减小的 趋势 床是每个家庭必备的家具 但在 蜗居 一样的房子里占据了很大的空间 设计一 款可折叠的床 不仅一物多用 而且节省空间 本文所研究的主要对象是折叠床 多功能折叠床的诞生方便了由于当今世界房价飞 涨 买不起大房子 使住房面积有减小的趋势 床是每个家庭必备的家具 但在 蜗居 一样的房子里占据了很大的空间 设计一款可折叠的床 不仅一物多用 而且节省空间 本文主要针对折叠床的功能 折叠机构的运动形式的研究和当代全球房价飞涨的现状以及 我国多功能折叠床的设计过程中所面临的问题进行研究 1 2 折叠床的历史及研究现状折叠床的历史及研究现状 据相关书籍记载 我国最早的折叠床是战国晚期出现的 它的结构大体上分为床身 床栏和床屉三部分构成 每半边床身分别由床档 床枋 档枋连绞木等组成 这样的床可 以折叠折叠 折叠后床架的长和宽都会变小很多 在用料上一般都采用较坚硬的木材 折叠床在国内的设计研究尚处于初级阶段 产品的功能 结构 造型有待进一步的完 善 国外折叠床的研究以德国 日本为代表 各种护理功能正在逐步完善 成熟 从近年 来的发展来看 国内的发展迅速 各种结构 功能等等各异的折叠床层出不穷 发展方向 主要向机器人模块化的自动控制方向发展 随着科学技术的不断发展 我们的生活水平也 在逐渐的提高 很多高科技物品代替了我们的劳动力 给我们带来了一个舒适 轻松 时 尚的生活环境 而这次多功能折叠床的设计也是为了迎合这一理念 目前市面上销售的床 不管是木质结构还是金属结构 都改变不了占地面积大 笨重 搬运不方便等缺点 从而 不少厂家生产了各种床 尽管这些床使我们生活更加轻松 舒适 但是依然存在不足的地 方 如今多功能医用折叠床的各种类型 北华航天工业学院毕业论文 2 图 1 多功能医用折叠床的各种类型 图 2 家用折叠床 图 3 旅游用折叠床 北华航天工业学院毕业论文 3 图 4 办公室休息用折叠床 从上述折叠床的应用及研究可以看出 折叠床应用于不同场合 可以具有不同功能要 求 适合不同的人的需求 因此 投入该领域的研究将大大加强 研发更加实用 耐用 美观的折叠床的前景会非常可观 1 3 本课题研究的目的和现状本课题研究的目的和现状 通过本课题的设计 了解机械设计的基本内容及课题研究的设计思路 加深对所学知 识的巩固 同时学习机械设计所需用到的 CAD 软件 通过对本课题论文的撰写 使得学生 能加深理论知识 巩固其理论基础 本课题多功能折叠床研究方法 首先查阅相关折叠床 的发展及研究的资料 提出该课题的设计方案 对其进行理论设计计算 及对关键零部件 进行强度刚度校核 满足实际使用要求 结构坚固耐用 然后采用三维软件对该折叠穿进 行三维建模 及模拟折叠床的各个展开及折叠状态 对功能进行仿真 1 4 发展趋势发展趋势 目前 小户型房屋市场中 房屋空间相对有限 折叠家具因其节省空间 轻便灵巧等 颇受欢迎 折叠床市场处于不断的扩大之中 折叠床在医院市场 户外家具市场有一定的 销售额 此外 上班族午休市场折叠床潜力巨大 午休单人折叠床 沙滩简易折叠床 行 军露营床 躺椅简易床 简易铁艺床等价格基本在 300 元以下 占整个折叠床市场份额一 般以上 占比在 52 左右 价格位于 300 元 800 元之间的折叠床占比约为 29 而价格在 800 元以上的高端产品占整个折叠床份额的 17 左右 由此可以看出 我国的折叠床应用 市场需求还是以中低端层次产品为主 由于目前折叠床技术还没有成熟 需要解决的问题 还有很多 折叠床的折叠机构不灵活 导致不能任意调整倾斜角度 机构繁琐 床身重量 较重 成本较高 折叠床的舒适度不佳 机构不能自锁 结构不稳定 折叠床的安全承重 范围较小 4 5 北华航天工业学院毕业论文 4 1 5 本文研究内容本文研究内容 课题内容主要包括 1 折叠床的发展的相关资料 了解折叠床的设计内容 2 根据折叠床设计及功能要求 提出折叠床的机械结构方案 3 折叠床的重要零部件 型材刚度及强度 设计计算及校核 4 主要零件设计计算及选型 包括销轴 轴承选型计算 5 折叠床的三维设计及绘制 CAD 工程图 6 编写设计说明书 我设计了两种多功能折叠床 第一种是利用关节原理的折叠 既能当床 也可以当椅 子 第二种是利用简单的机械结构折叠 既可以当床 又可当写字电脑桌 本文主要讨论第二种多功能折叠床的总体方案设计 折叠床的机械结构 承载能力设 计计算 折叠方便 节省空间 第一种折叠床校核设计类似 北华航天工业学院毕业论文 5 第第 2 2 章章 多功能折叠床机械结构原理及运动分析多功能折叠床机械结构原理及运动分析 2 1 多功能折叠床机构运动原理设计多功能折叠床机构运动原理设计 有折叠写字桌的床的作用是 在床可以正常舒服睡觉的基础上 同时也能使用写字桌 并便捷的折叠 躺在床上可随时使用写字桌 不需要的时候可以把写字桌通过转动轴折叠 到床底 节省空间 方便实用 其结构原理简图如图 2 1 所示 图 2 1 折叠床机构运动原理简图 1 5 床身 2 6 脚支撑推杆 3 7 脚支撑连杆 4 8 床脚 9 折叠办公桌 10 中间支撑脚 11 12 中间支撑连杆 13 靠板 14 电机 如上图所示 首先将电脑板放置好 然后折叠床身 床身的折叠可以通过 14 电机的 控制来实现 床身折叠好之后 将被子即夹在中间槽里面 被子收好 然后将支撑铰链折 叠收藏 再将床脚收藏 折叠过程完成 若将右边床脚折叠 床的右边下面弄块硬板 当 右边床身在电机驱动下逆时针转动 45 90 度 这样折起来后就能当椅子或者办公桌用了 人可以靠在该椅子上 在 9 折叠办公桌上摆放手提 可以进行工作及游戏 将此折叠床的单边床脚结构进行简化 把支撑脚的支撑结构等效成一个四杆机构 在 支撑脚 4 处于竖直位置时 连杆 2 和 3 成了一条直线 四杆机构处于死点位置 1 3 该四 杆机构在该位置处于自锁状态 如图 2 2 所示 北华航天工业学院毕业论文 6 图 2 2 折叠床的单边床脚结构简化示意图 2 2 自由度计算自由度计算 上图 2 2 中的机构运动原理简图中 含 3 个活动机构 N 3 4 个低副 4 L P 高副 0 H P 自由度数为 F 3X3 2X4 1 原动件数为 1 原动件数目等于机构自由度数 所示机构具有确定的运动 6 9 当杆件 2 转动到与杆 件 3 成一条直线时 可以对杆件 2 进行限位 可以采用机械限位的方式 这样整个杆件处 于自锁状态 2 3 折叠床机械结构运动功能分析折叠床机械结构运动功能分析 一 折叠床腿折叠运动分析 折叠床起始位置设置如上图 2 1 所示 折叠床脚打开 折叠床可以使用 电机具有自 锁功能 在图 2 1 状态时 折叠床能够坚固地站稳 人可以躺在床上睡觉 当折叠床需要 收起来的时候 折叠床的床脚将实现折叠功能 10 12 如下图 2 3 所示 北华航天工业学院毕业论文 7 1 床身 2 脚支撑推杆 3 脚支撑连杆 4 床脚 图 2 3 折叠床床腿折叠示意图 首先将脚支撑推杆往上推 脚支撑推杆旋转 带动脚支撑连杆运动 将床脚往右拉动 床脚绕支点旋转实现折叠运动 中间支撑脚的折叠运动跟上图分析的折叠床脚运动基本上 差不多 二 折叠床床身折叠运动分析 折叠床床身折叠运动采用电机进行驱动 电机具有自锁功能 转动轴转动到某一位置 时能够自动抱死 锁紧 折叠床折叠运动示意图如下图 2 4 所示 1 5 床身 2 6 脚支撑推杆 3 7 脚支撑连杆 4 8 床脚 9 折叠办公桌 10 中间支撑脚 11 12 中间支撑连杆 13 靠板 14 电机 图 2 4 折叠床床身折叠示意图 首先将折叠床床脚折叠 折叠过程如上所述 然后启动旋转电机 电机带动右边折叠 床床身往上旋转 根据使用者的生活习惯及工作需要 可以自动调节右边床身的倾斜角度 北华航天工业学院毕业论文 8 折叠床折叠状态示意图如上图 电机及减速机的选用需综合考虑折叠床自身的重量及人靠 在折叠床上重量 设计的时候得考虑二者 电机必须得有自锁功能 北华航天工业学院毕业论文 9 第第 3 章章 多功能折叠床结构设计计算及分析多功能折叠床结构设计计算及分析 3 1折叠床床身强度计算折叠床床身强度计算 1 多功能折叠床在工作过程中外载荷复杂多变 工作装置各构件的内力随各组及运动 变量的改变而变化 因此 合理的确定计算工况是进行工作装置强度计算的前提 2 图 3 1 折叠床床身危险截面 图 3 2 折叠床床身截面图 3 截面图形的几何性质 截面 1 截面面积F 304 5 2 cm 截面对参数轴的静矩 2 cm5 983 X S 北华航天工业学院毕业论文 10 截面形心cm F S Y X 23 3 c 截面的惯性矩 4 6 3795 cmJX 抗弯截面模数 3 max cm6 313 1 12 6 3795 y J W x x 截面的惯性矩 4 3 3218 cmJy 抗弯截面模数 3 max 5 214 15 3 3218 cm x J W y y 截面 2 截面面积F 154 5 2 cm 截面的惯性矩 3 3 34445 cmJX 抗弯截面模数 3 max 7 4592 5 7 3 34445 cm x J W x x 截面的惯性矩 4 3 5853 cmJy 抗弯截面模数 3 max y 3 296 75 19 3 5853 cm y J Wy 截面 3 截面面积F 126 2 cm 截面对参数轴的静矩 2 cm1 863 X S 截面形心cm F S Y x c 85 6 126 1 863 截面的惯性矩 3 2 19979 cmJX 抗弯截面模数 3 max 9 1331 15 2 19979 cm x J W x x 截面的惯性矩 4 y 5 4549 cmJ 抗弯截面模数 3 max y 6 606 5 7 5 4549 cm y J Wy 折叠床床身材料选择为 45 北华航天工业学院毕业论文 11 根据图示的折叠床床身的受情况 折叠床床身上截面 1 截面 2 截面 3 应力值为 1 截面 1 弯矩 3 cos 4 9 10 xbda c MP llap hg brR lNSNm 3 3 28 10 y MNm 轴力 5 4 8 10NN 切力 4 7 63 10QN 截面 1 的应力 3 2 3 3 2 3 5 2 2 4 2 2 4 9 10 1563 7 313 6 3 28 10 1531 2 214 5 4 8 10 1582 6 304 5 7 63 10 250 6 304 5 x x x y y y N MNm N cm Wcm M Nm N cm Wcm NN N cm Fcm QN N cm Fm 按第四强度理论其合成应力 为 22222 4 346773 250 64697 01 46 9 r N cmMPa 2 截面 2 弯矩 5 4 01 10 x MNm 6334 y MNm 轴力 5 3 47 10NN 切力 5 1 13 10QN 截面 上的应力 北华航天工业学院毕业论文 12 5 2 3 2 3 5 2 2 5 2 2 4 01 10 8736 4592 7 6334 2138 296 3 3 47 10 2250 154 5 1 13 10 735 154 5 x x x y y y N MNm N cm Wcm M Nm N cm Wcm NN N cm Fcm QN N cm Fcm 按第四强度理论其合成应力 为 222242 4 3131243 7351 32 10 132 r N cmMPa 3 截面 3 弯矩 4 8 32 10 x MNm 4 1 05 10 y MNm 轴力 5 2 36 10NN 切力 4 7 25 10QN 截面 上的应力 4 2 3 4 2 3 5 2 2 4 2 2 8 32 10 6250 1331 9 1 05 10 1763 606 6 2 36 10 1873 126 7 25 10 576 126 x x x y y y N MNm N cm Wcm M Nm N cm Wcm NN N cm Fcm QN N cm Fcm 按第四强度理论其合成应力 为 22222 4 398863 5769936 99 36 r N cmMPa 从以上四个截面应力可知 用 45 为材料强度极限 2 18000 cmN b 180Mpa 各截面应力均小于 b 强度要求可以满足 北华航天工业学院毕业论文 13 3 2 多功能折叠床转动轴强度 刚度的校核多功能折叠床转动轴强度 刚度的校核 多功能折叠床转动轴的强度 刚度及临界转速可以采用传统的计算方法进行校核 凭 工程技术人员的经验进行结构修改 通过校核结果来校正设计 重复多次计算 费时费力 还可以采用工程上广泛应用的 CAE 软件 ANSYS 来对轴进行强度 刚度及临界转速 的校核 即利用建立的有限元模型来进行校核 可以大大缩短轴结构设计的周期 从而减少 设计成本 并有利于多种型产品的开发 13 18 多功能折叠床转动轴的功率 P1 转速 n1 转矩 T1 P 52 8kw n 1200r min T 350 2N m 2 估算轴的最小直径 由 机械设计 第八版 P370 表 15 3 取 0 A 110 33 min0 52 8 11025 1200 P dAmm n 传动 传动 由于需要考虑轴上的键槽放大 d0 61 min d 26mm 3 2 1 多功能折叠床转动轴的结构设计多功能折叠床转动轴的结构设计 1 多功能折叠床转动轴的结构图 图 3 3 平台转动轴示意图 1 12 段段为安装轴承段 右端采用定位轴肩 有所选择轴承的内径和强度的要求 2 23 段此处如果两零件的间距较大时 不宜采用套筒定位 以免增大套筒的质量及 北华航天工业学院毕业论文 14 材料用量 因套筒与轴的配合较松 如轴的转速较高时 也不宜采用套筒定位 取 23 d 20mm 23 l 25mm 3 34 段此处如果为轴向采用轴肩及轴套定位 周向采用平键定位 因此该段需开 有键槽 可能削弱轴的强度及刚度 取 23 d 20mm 23 l 25mm 4 45 段为安装轴承段 左端采用非定位轴肩 右端采用定位轴肩 有所选择轴承 的内径和强度的要求 可得 mm15mm20 DL 3 2 2 多功能折叠床多功能折叠床转动轴转动轴强度校核强度校核 1 材料及热处理 选择轴的材料为45号钢 并且进行表面淬火处理 硬度达到56 62HRC 由表6 1 1 13 查得 11 735MPa 540MPa 355MPa 200MPa bs 2 主轴的结构设计 轴向定位采用套筒和轴肩 3 确定轴的输入端直径 轴的输入端直径已确定 D 30mm 4 计算主轴的支反力 弯矩和扭矩 1 主轴的受力简图 水平面及垂直面弯矩图如图 3 4 所示 北华航天工业学院毕业论文 15 BA F F F F F F R FF RR y z t r z Ax t y Ay r By R 4261N m 受力简图 水平面受力图 水平面弯矩图 垂直面受力图 垂直面弯矩图 总弯矩图 扭矩图 3811 1N m 1167 5N m 1704 6N m 639 5N m 3408 7N m 977 3N m 图 3 4 主轴弯矩扭矩图 2 支座反力的计算 前面已算出 4261 N14203 N28406 TFF yZ N m 则 1 2 1 c a FR ZAx 5 4343 300 120 1 28406 2 1 N c a FR ZBx 2 1 5681 300 120 28406 2 1 N 1 2 1 c a FR yAy 9942 300 120 1 14203 2 1 N c a FR yBy 2 1 6 2840 300 120 14203 2 1 N d T Ft 2000 6 40435 280 42612000 N tr FF5 0152186 404355 0 N 3 弯矩计算 水平方向 北华航天工业学院毕业论文 16 面 3 977102255 434310225 33 1 Ax RM mN 面 7 3408101202840610120 33 2 Z FM mN 垂直方向 面 5 639102256 284010225 33 1 By RM mN 面 6 1704101201420310120 33 2 y FM mN 总弯矩 面 5 11675 6393 977 22 2 1 2 11 MMM mN 面 1 38116 17047 3408 22 2 2 2 22 MMM mN 4 扭矩计算 4621 31 15 95509550 j n P T 6 轴的静强度校核 9242462122 max TT mN 2 76221 381122 2max MM mN 由表 5 1 24 15 到表 5 1 26 15 查得截面模数 60 100 540MPa ps ZZ 0 580 58 540313 2MPa ss 弯曲平均应力 2 max 2 3 P ax S S Z T Z M S 62 2 100 9242 3 60 2 7622 540 22 SP S 5 2 静强度校核通过 7 轴的疲劳强度校核 N m SP S 北华航天工业学院毕业论文 17 1 确定危险截面 由弯矩图校核扭矩图可以看出 面为危险截面 2 校核危险截面的安全系数 由 表 6 1 24 15 得 截 面 模 数100 60 p ZZ 弯 曲 疲 劳 极 限355 1 MPa 200 1 MPa 查表 6 1 1 15 钢的平均应力折算系数15 0 25 0 圆角处有效应 力集中系数2 1 5 1 Z KK 不同表面粗糙度的表面质量系数1 绝对尺寸影响系数 8 0 78 0 0 0 mm 弯曲应力幅及平均应力 Z M a 5 63 60 3811 m a K S 1 87 2 025 0 78 01 5 635 1 350 扭转应力幅及平均应力 61 42 100 4261 max p a Z T m a K S 1 13 3 015 0 8 01 61 422 1 200 危险截面安全系数 22 SS SS S 16 2 13 387 2 13 387 2 22 许用安全系数 pp SSS 89 1 故轴的疲劳强度校核通过 3 3 多功能折叠床转动轴承的选择多功能折叠床转动轴承的选择 1 轴承类型及精度的选择 根据载荷分析 径向载荷与轴向载荷同时存在 所以前轴承选用 2 个深沟球轴承 前 后轴承的精度均取4P级 12 1 轴承支反力 主轴最大输出扭矩 北华航天工业学院毕业论文 18 j n n P M9550 4261 31 15 9550 N 6 2840 15 0 1 426 R M F n z N y F 0 5 z F 0 5 2840 61420 3 N 总合力 8 3175 22 yzr FFF N 前后支反力分别为 222311 c a FRA N 6352 c a FRB N 2 确定轴承的型号及基本参数 根据轴径查表 7 2 52 13 可选轴承有 9 种 初步确定前轴承型号为 6006 后支承轴 承型号 6006 2 基本额定动载荷计算校核 1 前支承 7 0 31758 22231 r F F 由表 7 2 49 查得当量动载荷计算公式 arr RFP41 167 0 526232223141 13175867 0 N 基本额定动载荷 r Tn dmh P ff fff C 式中 h f 为寿命系数 n f 为速度因数 m f 为力矩载荷因数 d f 为冲击载荷因数 T f 为温度因数 北华航天工业学院毕业论文 19 查表 7 2 4 13 到表 7 2 7 13 得 2 1 841 0 5 2 mnh fff0 1 5 1 Td ff 则 2 5 1 5 1 2 526232960 04 0 841 1 0 C 由于前支承是由两个深沟球轴承背靠背布置 则 i 3 rr CiC 7 0 0 7 31480003193 r CC满足设计要求 2 后支承 2 0 31758 6352 r B F F 由表 11 4 9 查得当量动载计算公式 Pr Fr 0 92RB 3760 2 N 基本额定动载荷 99 2011 r Tn dmh P ff fff C N 由于后支承是由两个深沟球轴承支承 则 27 2404 7 0 rr CiC N r CC满足设计要求 3 轴承的预紧 使轴承滚动体与滚道之间有一定的过盈量称为预紧 保持合理的轴承间隙或进行适当 的预紧对主轴组件的工作性能和轴承寿命有重要影响 当有过盈时 则受载的滚子数目增 多 滚子受力均匀 误差也可均化 因此 适当的预紧可以提高轴承的精度和寿命 前支 承深沟球轴承采用径向预紧 后支承轴承也采径向预紧 北华航天工业学院毕业论文 20 第第 4 4 章章 多功能折叠床传动选型设计计算多功能折叠床传动选型设计计算 4 1 电动机的设计计算电动机的设计计算 4 1 1 电动机的选择电动机的选择 折叠床转动电动机选型需考虑的问题 1 在机械与电气方面对反复起动停止的操作都应有充分的耐久性 2 应完全适合负载的速度一转矩特性 特别是起动转矩应有余裕 3 速度的可控性良好 4 惯性矩应小 体积小而重量轻 5 输出轴的转数应适宜于减速装置的结构 6 应有可靠的外壳保护结构 4 1 2 折叠床床身转动电动机的选择折叠床床身转动电动机的选择 已知条件 折叠床转动速度 V 20r min 滚动摩擦系数 0 03 折叠床床身转 动可动部分重力 W 1000 N 折叠床转动阻力 R W W2 210 N 动力传动效 率 0 9 齿轮减速电机 0 98 0 89 最高时速时需要动力 P RV 4200 0 0967 0 89 0 6kW 为保证折叠床 床身转动在安全环境下正常工作 选择折叠床床身转动电机功率为 0 75kW 由于鼠笼形电 动机具有很多直流电动机无可比拟的优点 机构简单 价格低廉 单机容量大 对环境的 要求不苛刻且维护方便 所以占电动机总数的比例很大 因而它的调速方法和控制技术 毫无疑问将成为电动机驱动控制的关键技术 而变频器和鼠笼形电动机的结合 便是通常 交流电动机调速系统的最佳选择 这个系统具有显著的节能效果 高控制精度和宽调速范 围以及简单的维护和使用和易于实现自动控制和过程控制等优异性能 所以倍受青睐 变级多速三相异步电动机 YD90L 结构特征 自扇冷却 封闭式结构 能防止灰尘 水滴大量进入电机内部 它的主要用途 作一般用途的驱动源 即用于驱动对启动性能 调速性能及转差率无特殊要求的机器和设备 亦可用灰尘较多 水土飞溅的场所 表 4 1 电机的主要性能数据 电机型号功率 KW转速质量 kg YD90L175025 北华航天工业学院毕业论文 21 4 24 2 减速器的设计选型减速器的设计选型 4 2 1 减速器减速器的选择的选择 减速器是一种有封闭在刚性壳体内的齿轮传动 蜗杆传动或齿轮 蜗杆传动所组成的 独立部件 常用于动力机与工作机作为减速的传动装置 由于减速器机构紧凑 效率较高 传递运动准确可靠 使用维护简单 并可成批生产 故在现代机器中应用很广 目前国内 使用的堆垛机 采用电动机 制动器 外齿轮减速器 车轮的传动方式 由于减速器传动比 大 需要多级减速 使得整个减速器机构体积大 重量大 噪音大 效率低 因此本文采 用了一种新的运行机构 用异步电动机直接带动少齿差减速器 少齿差行星齿轮传动具有以下优点 1 加工方便 制造成本较低 渐开线少齿差传 动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮 不需要特殊的刀具与专 用设备 材料也可采用普通齿轮材料 2 传动比范围大 单级传动比为 10 1000 以上 3 结构形式多 应用范围广 由于其输入轴与输出轴可在同一轴线上 也可以不在同一 轴线上 所以能适应各种机械的需要 4 结构紧凑 体积小 重量轻 由于采用内啮合 行星传动 所以结构紧凑 当传动比相等时 与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比 体积 和重量均可减少 1 3 2 3 5 效率高 当传动比为 10 200 时 效率为 80 94 效率随着传动比的增加而降低 6 运转平稳 噪音小 承载能力大 由于是内啮合传动 两 啮合轮齿一为凹齿 一为凸齿 两者的曲率中心在同一方向 曲率半径义接近相等 因此 接触面积大 使轮齿的接触强度大为提高 又因采用短齿制 轮齿的弯曲强度也提高了 此外 少齿差传动时 不是一对轮齿啮合 而是 3 9 对轮齿同时接触受力 所以运转平稳 噪音小 并且在相同的模数情况下 其传递力矩比普通同柱齿轮减速器大 基于以上特点 小到机器人的关节 大到冶金矿山机械 以及从要求不高的农用 食品机械 到要求较高 的印刷和国防工业都有应用实例 少齿差行星减速器具有体积小 重量轻 结构紧凑 振 动小 噪音低等优点 主要用于轻纺 电力 钢铁 化工 电工机械 建筑 起重运输等 行业 工作环境温度为 40 45 c 低于 0 C 时 启动前润滑油应预热 高于 45 C 时应 采取降温措施 表 4 2 减速器主要性能 输出输入 减速器型号转速转矩径向力调速范围功率 SCCJW2 235 2 523202000120 13001 5 北华航天工业学院毕业论文 22 减速器的主要尺寸及图如下 表 4 3a 主要尺寸 表 4 3b 主要尺寸 地脚尺寸 AA1A0BB1B0D0H 4181003186301155303940 图 4 1 4 2 2 减速机的校核计算减速机的校核计算 按照减速器的机械强度功率选取 一般情况下计入工况系数 f1 特殊情况下还要考 虑安全系数 查表知 当负荷为 中等冲击时 f1 1 已知 电动机功率 P2 0 45kw P2m P2 f1 0 45 1 0 45kw 要求 P2m P1 折算公称公率 P1 P 1 2 n n 1 5 1300 750 0 865kw 其中 n1 减速器输入转速 外形尺寸及中心高轴伸尺寸 规格HHDLD1L1B1T1D2L2B2T2 2302656305309251302003213755821659 北华航天工业学院毕业论文 23 n2 电机转速 由于P2m P1 故 SCCJW2 23 减速器符合折叠床转动力矩要求 北华航天工业学院毕业论文 24 第第 5 章章 多功能多功能折叠床三维建模与设计折叠床三维建模与设计 5 1多功能多功能折叠床三维模型的建立折叠床三维模型的建立 三维模型仿真之前 首先得建立多功能折叠床三维模型 下面将采用 Solidworks 建 立多功能折叠床的三维模型 以连杆的设计为例简要介绍 Solidworks 的使用及其工具箱 的功能 Solidworks 软件的界面如下图所示 图 5 1 Solidworks 软件的界面 下面以转动轴承为例建立三维模型 然后对补多功能折叠床进行组装 首先选取参考 面 绘制草图 操作过程如下 1 运用鼠标点击草绘按钮 选取前视基准面绘制草图如下图所示 北华航天工业学院毕业论文 25 图 5 2 绘制草图 2 绘制好该特征的草图之后 点击旋转凸台按钮进行特征生成 旋转凸台按钮里 面具有参数选择的功能 可以设置旋转角度 选取不同类型尺寸的生成 其拉伸菜单如下 图所示 图 5 3 旋转凸台菜单示意图 北华航天工业学院毕业论文 26 3 选取给定旋转角度 设置参数为 360 度 选取旋转凸台菜单里面的 系统自 动生成一特征如下图所示 图 5 4 旋转凸台生成示意图 下面再建立键槽部分特征 如下图所示 首先选取该特征的底部为参考面 然后绘制 草图 拉伸 该过程与上图的绘制基本一致 得设置一基准面 1 绘制草图 绘制草图如下图所示 草绘完成 图 5 5 键槽草绘 2 对该草绘进行拉伸切除 选择拉伸切除按钮 设置拉伸切除长度参数为完全 北华航天工业学院毕业论文 27 贯通 拉伸切除效果图如下图所示 图 5 6 拉伸切除预览示意图 同样地 再选择另一基准面建立圆柱特征及拉伸切除一个圆环槽及一键槽 这一系列 过程不再赘述 至此 整个主轴三维模型设计完成 其三维图如下所示 图 5 7 转动轴承座三维示意图 同理 其他零件如床身 脚支撑推杆 脚支撑连杆 床脚 折叠办公桌 中间支撑脚 中间支撑连杆 靠板 电机 轴套 大端盖 外六角螺栓 限位块等三维模型的建立 方 法基本一致 只是使用的特征按钮不一样 操作方法基本相同 转动齿轮如下图所示 北华航天工业学院毕业论文 28 图 5 8 床身转动铰链座的三维设计 限于篇幅 其他零件的三维图不再一一列出 零件设计好之后 将对零件进行装配 5 2 多功能折叠床三维模型的组装多功能折叠床三维模型的组装 在 Solidworks 软件里面 配合主要有重合 平行 垂直 相切 同轴心 锁定 及 距离 角度等配合功能 根据具体的配合要求选取不同的配合来完成机器的装配 使之成 为一个装配体 装配的配合界面如下图所示 图 5 9 配合界面示意图 根据该多功能折叠床装配的装配特点 其装配主要是转动副设计配合 及面与面的重 合 因此只需用到同轴心配合及重合两种装配方式 下面将以转动轴与深沟球轴承的装配配合作为重点介绍 北华航天工业学院毕业论文 29 首先在 Solidworks 软件里面建立装配体组装界面 打开装配体文件夹 具体操作过 程如下 1 点击新建 里面有文件夹形式的选取 包括零件及按钮 选取装配体文件 打开装配体界面 2 点击插入零部件按钮 选取插入转动轴关节零件 3 点击插入零部件按钮 选取插入座与深沟球轴承小腿臂零件 如下图 4 10 所示 图 5 10 转动轴与深沟球轴承的插入 4 转动轴与深沟球轴承的插入 已经完成 下面将对两零件进行装配 选取装配配 合方式 点击同轴心 然后选取两个零件的配合圆柱面进行配合 北华航天工业学院毕业论文 30 图 5 11 配合菜单 图 5 12 同轴心配合示意图 5 完成转动轴与深沟球轴承的同轴心配合之后 下面对两个零件的重合面进行设计 首先选取重合配合按钮进行装配操作 选取各自的两个重合面 点击完成 即可生成如下 装配示意图 北华航天工业学院毕业论文 31 图 5 13 装配体示意图 至此示例完成 两零件组装完成 各个部件之间的组装都与上述示例相同 不再赘述 整个装配体装配效果图如下 其余的铰链 转动副装配 基本都一致 该多功能折叠床的 装配体设计美观大方 结构紧凑 图 5 14 三维渲染效果图 北华航天工业学院毕业论文 32 第第 6 6 章章 两种多功能折叠床的展示两种多功能折叠床的展示 6 1 第一种多功能折叠床第一种多功能折叠床 图 6 1 第一种多功能床的展开 北华航天工业学院毕业论文 33 图 6 2 第一种多功能床的折叠 第一种是利用关节原理的折叠 既能当床 也可以当椅子 6 2 第二种多功能折叠床第二种多功能折叠床 图 6 3 第二种多功能床的展开 北华航天工业学院毕业论文 34 图 6 4 第二种多功能床的折叠