先进设计系统课程设计——能上下楼梯的小推车

一 先进设计系统课程设计任务书1本课程设计的目的先进系统课程设计是先进设计系统课程的重要教学环节，是一次重要的专业设计训练。要达到的基本目的是：使学生学会先进设计系统(戴庆辉编著, 电子工业出版社，2009)提供的产品设计基本理论，加深对新产品规律和特点的认识，树立正确的设计思想，培养学生独立从事整机设计和创新设计的初步能力。通过上机、计算、绘图、运用设计资料、手册，熟悉国家标准、规范，培养学生具有初步的机构选型、组合和确定运动方案、进行产品系统设计的基本技能，以及运用计算机、现代设计方法和技术资料诸方面的能力。强化本课程的理论知识，培养学生综合运用所学知识，独立分析、解决工程实际问题的能力，使学生得到一次较完整的设计过程的基本训练，为今后从事设计工作打下良好的基础。2. 本课程设计的工作内容在规定的时间内，要求每个学生完成以下工作:反映产品总体结构的装配图一张。关键零件的零件工作图二张。设计说明书一份，其中必须有设计对象的工作原理图和计算说明。3. 本课程设计的工作计划 本课程设计的一般过程是:首先明确设计任务，编写设计任务书，项目包括产品功能；允许的最高费用; 制造方面的要求；使用方面的要求。然后进行功能分析， 确定功能结构， 完成原理方案设计。接着进行结构设计和必要的计算。最后以图样和计算说明书表达设计结果。 本课程设计的工作计划是： 第一阶段，完成概念设计，画出工作原理图 (或机械系统运动方案设计简图) 。 第二阶段，完成结构设计，绘制总体装配图。第三阶段，绘制零件工作图，整理说明书，准备答辩。4. 课程设计答辩答辩的目的是让学生对设计工作作全面的回顾和总结，分析此次设计中存在的问题，以提高今后的设计能力。通过答辩也可检查学生实际掌握的设计知识情况，作为评定成绩的主要依据之一。 在答辩前，应做好两方面的工作： 按要求完成规定的作业。把图样叠好，说明书订好。 作好回顾和总结。从功能设计到结构设计中各方面的具体问题，做一个全面的回顾和总结，进一步把不懂的、不清楚的或尚未考虑到的问题弄懂、弄透。 答辩不以选题所涉及的内容为限，主要有：功能实现、方案制定、理论计算、结构设计、材料选择、加工工艺、尺寸、公差和制图等方面的问题。 5. 考核方式根据所完成设计的图样和说明书的质量，特别是对教材的实际学习情况，平时设计过程中的学习态度、工作能力、方案制订，诸方面综合评定，重在全程参与，有所创新。成绩先分为优、良、中、及格、不及格5个等级，后排序计分。二 先进设计系统课程设计说明书能上下楼梯的小推车设计说明书一、设计说明（1） 设计目标及要求 1. 目标：能上下楼梯的小推车根据调查分析以及自己现有水平的限制，设计的小推车主要是比较简单的类似于超市的购物车大小的小推车，在超市购物车的基础上来改进前腿和后轮使得小推车能够便捷的上下楼梯。2. 要求：1） 必达要求：能够使小推车在载满货物的时候自由的上下楼梯，不发生安全事故。 2） 最低要求：能够使得小推车实现装载货物的功能，在平地上面也能够平稳的前进，不至于只能上楼梯反而不能在平地上前进。3） 附加要求：设计小推车的时候要综合的考虑小推车的美观、便捷、轻便和人因工程的方面，使小推车更加的人性化，尽可能的让小推车能够减少震动和噪音让其成为一个与周围环境和谐的一件事物。（2） 设计概况小推车是针对中等的重量的货物设计的，因而体积不会太大。之所以这样是因为，第一：如果只能够装载一些小的物件的话，如果装载的货物还没有车子本身的重量大呢，那么人们就不会费事来推这样一个小车子了，虽然可能人们提着货物会稍微觉得累，但是相对于推着一个车子来回走动，相信更多的人愿意选择前者。第二“如果货物太重的话，人们在平地上面推着都费劲，那就更不要指望推着这些货物上楼梯了，更何况一般来说货物重量达到那个程度的时候，体积一般都比较大了，现在的楼梯间都比较小，货物在里面可能根本就拐不过弯儿来，更不要说推着货物上楼梯了。因此，选择的货物的重量应该是中等的5kg60kg。这个货物的重量范围正好可以包括了家里一般用的东西的重量，小到从菜市场买来的蔬菜、水果，大到搬运一袋子米、面，或者是一罐天然气。这一个小推车基本上可以解决了所有日常需要的来回搬运。这个小推车主要应用了滑轮装置、弹簧装置、以及折叠装置，主要运用机械的知识完成这一能够上下楼梯的小推车。（三）设计依据1. 机械设计基础课程设计2. 机械设计基础3. 先进设计系统（四）设计准则1.轴类结构：轴类结构的设计主要是有强度校验和刚度校验，这样不仅保证了轴类零件的抗拉，还保证了轴类零件的抗弯性。通过最大载重60Kg为依据来计算这些。为了尽量的降低小推车车的重量，也为了尽量的降低成本，在计算出来小车的轴类零件必须满足的直径之后，结合轴承的选择，尽量选取较为细一点儿的轴类零件。2. 载物筐的设计：1）首先考虑到载物筐的功能，不能够让货物从里面掉出来，同时又要结合尽量使得购物车尽量的轻便，因此总体的结构采用网格形式，这样的话就将载物筐设计分为以下的两部分设计：A四壁的设计 这些设计的网格用比较大的格子，因为如果能够碰到上面的格子的货物一般都是比较大件的货物，这样做不仅不会掉下来货物，还极大地减少了小推车的重量。B底部的设计 底部要用比较细密的小格子，这样保证了一些细小的物件不会从底部漏出去，另外设计成格子的结构还能让人多多少少的看见一些下面的路况和台阶的情况，不会盲目的推车前进，这样的话就减少了安全事故的发生。 3. 小推车材料的选用及其工艺： 1）为了解决小推车的生锈问题，我们选用的是不锈钢材料，这样的话我们的小推车不仅不会生锈，还可以有很光洁的表面，使其看起来醒目，从而减少因为别人没有注意到而发生的事故。另外看起来比较光鲜靓丽，使人们一看就有亲切感，从而激发人们的购买欲望，看起来时尚，人们也愿意推车去购物或者是搬运东邪。 2）降低振动和噪声的手段和内容：A前腿上装的弹簧，一方面是为了让前腿能够顺利的碰到下一个台阶，另外一方面也是为了减少行进过程中的振动，这样就可以使小车更加的耐用；B使用表面淬火等工艺使得小推车更加耐用结实，不会出现松动等情况，这样就避免了噪音的产生；C在小车的轮子的材质上面我选择的是现在市场上比较好的PTE材质，这种材质不仅耐磨耐用，而且能够很大程度上减少由于上楼梯的颠簸造成的噪音。D公差的选择，因为很大程度上我们的小推车出现噪音都是因为公差配合时间隙配合导致松动从而产生很大的噪音，因此这次小推车的公差的配合都选用过渡配合，这样可以尽量的减少由于松动造成的噪声，之所以不采用过盈配合是因为小推车的工作环境是属于中等冲击的，不属于平地上面的那种没有冲击，如果采用过盈配合那么小推车的寿命就没有保证了，因此综合考虑是用过渡配合。4. 小推车的外观设计：1）风格、格调：采用柔和的线条来设计小推车的整个外观，这样看起来给人一种和谐的格调，采用网格式的载物筐使小推车看起来简约，却不失力量。 2）色调控制：整个车声是不锈钢的那种亮白色，给人清新的感觉，扶手上的套垫采用红色，看起来热情，人们推车的时候不至于提不起劲儿。 3）轮子的设计颜色是黑色，给人稳重、可以信赖的感觉。二、实际设计步骤及内容（一）确定轴和轴承的参数首先是对小推车的用途来说最大载重量为60Kg，由此来为依据作为轴和轴承的设计和校验。轴的选材为不锈钢，属于合金钢，合金钢的需用应力表1表1轴的许用弯曲应力合金钢弯曲应力对称循环状态下的许用应力脉动循环下的许用应力静应力状态下的许用应力80027013075900300140801000133015090（本表摘自机械设计基础246页表143合金钢部分）强度的校验d(其中x代表的是静应力状态下的许用应力)由此算出的d接下来进行刚度的校验d得出的结果是d故而，综上可以看出这根轴直径主要取决于刚度的要求选取轴承在12mm以上的，选取轴承代号6003原轴承代号103的轴承，表134（机械设计基础课程设计一书中119页选取部分）参数如下表2表2轴承的参数 单位 mm轴承代号dDB基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速（脂润滑）极限转速（油润滑）原轴承代号60031732106.00kN3.25kN1700022000103（表中转速单位是r/min）轴承的寿命计算公式得出小推车的寿命在十五年以上，这样保证了小推车的寿命。（f1为温度系数）温度系数表3和载荷系数表4：表3温度系数f1轴承工作温度100125150200250300温度系数f110.950.900.800.700.60本例中f1=1表4载荷系数f2载荷性质无冲击、轻微冲击中等冲击强烈冲击F21.01.21.21.81.83.0本例中f2=1.5 因为轮子在上下楼梯的时候会有中等的冲击，尤其是装上货物之冲击会更加强烈，因此选用载荷性质系数比较大，这样计算出来选用的轴承更加耐用，安全系数更加高一点。（2） 销的选择本次设计中前轮的轴上固定用到了销，本次选用的是圆锥销，圆锥销的各项参数在表5中表5圆锥销的参数单位mm公称直径d45681012min3.954.955.957.949.9411.93max45681012a0.50.630.81.01.21.6l145518602290221202616032180本例中选取的是公称直径d=5, l=24 的销。（3） 润滑和密封由于小推车的转速很低，所以选用脂润滑，这样与前面轴承的选择相呼应，刚才上面的轴承的校验就是按照的脂润滑，密封是轮子的轴承端盖密封。与相应的轴承配套（4） 轮子的选择和设计现在的轮子有好多的供应厂家，这些轮子的质量都比较好，运用的都是现在比较先进的超静音PTE材料，这种轮子选择外购，原因如下：（1）这种材料的生产已经比较成熟，我们自己做的成本反而比外购的高。（2）这种生产是化学材料的生产，不仅会污染水源，还会污染空气，势必会引起各部门的注意和制裁，是企业的包袱。所以综上所述不用自己生产，外购就行。这些买来的轮子和自己生产的不锈钢的钢片简单组合就能组成前轮和后轮。如大图（一号图纸上面的图）所示，小推车的轮子分为前轮后轮，首先说后轮，后轮是由四个行星轮组成的一个大轮子，这四个轮子各自相隔90度，在平地上的时候，其中的两个轮子着地，上下楼梯的时候轮子的主轴随着一个行星轮碰到台阶的下部旋转，这样的话上方的那个行星轮就能够进到上面的那一个台阶上面，下面的轮子顺势就能上去。前轮的设计主要在下楼梯的时候，我们下楼梯的时候总是让前轮悬空，这样的话我们的小推车并不是很稳，尤其是当我们的小推车载满货物的时候，很容易发生意外，但是这一辆小推车的前腿很好的解决了这一隐患，在小推车下楼梯的时候，当前轮从一个台阶上下去刚悬空的时候，里面的弹簧就起到作用了，它把前轮弹出，使得前轮稳稳的落在下一个台阶上，这样就保证了小车的平稳性。我在教十一、教八、教七、还有临教楼（这是我们经常去的教学楼）还有我的宿舍学九舍分别测量了楼梯台阶的高度，都不到20cm，因此我将弹簧弹出的部分设计成了20cm以此来保证弹簧弹出的时候能够使得前轮挨得到下面的一个台阶，不至于悬空。当然，如果有的楼梯台阶实在是太高，可以在做小车的时候特别的为这种楼梯定做。（5） 对于载货筐的设计载物筐是小车的主体部分，此结构的主要功能是装载货物，我选用细细的不锈钢条来进行整个载物筐的构成，这样的好处是：（1）能够大大的降低小推车的重量，因为本来推着小推车上楼梯就不是什么轻松的活儿，因此，能够尽量减少一些重量就要减少一些。（2）使得小推车看起来不是那么的死板，线条比较柔和，使得小推车看起来比较灵巧。（3）这也符合现在的建设集约型社会的宗旨。另外，载物筐的底部的网格设计的比较密实，这是为了不让小的东西从下面的网格中漏掉，原来想着是要用一块钢板，但是最后发现钢板不仅视觉上给人一种不好的感觉，而且没有这样来的使用，这样还可以隐约的看着下面的路，不至于给人一种摸着石头过河的感觉，让人们有安全感。三、示意图的绘制（一）CAD图的绘制CAD示意图是表示工作过程的示意简图：图1小推车前腿CAD示意图图2 CAD后轮示意图三 心得体会与总结本次设计小推车，和原来的设计任务书上面稍有差别，这差别在于原来设计的小推车有一个类似于人的关节的结构在购物车的前腿上，这样的话使得小推车上楼梯的时候可以更加的轻松，因为前腿的弯曲使小推车的前轮正好卡在台阶上，只要稍微一用力就能够上去，这样节省了很多的人力，但是最后到了实际的设计阶段和画图阶段，却发现了很多的难题，首先是要使弯曲的部分独立起来，同时还要保证前腿的弹簧部分能够正常工作，这样的话只能使弹簧部分在弯曲部分的下部，这样一来就使得前腿特别的长，使整个小推车特别的不协调。其次是很难保证关节部分弯曲之后长度的相等性，这是因为金属不像人的关节一样有韧带可以伸缩，金属无法进行伸缩，在这里想过要用滑道和滚轮装置，或者是弹性材料，但是前者是因为没有那么大的空间来装配，后者是因为计算之后发现寿命不够，这样一来就放弃了这一个装置，不过这一个装置的确有它的优越性，所以如果以后要有什么机会改进我还会尽力装配。另外就是在这之中我们发现了很多的细节问题，发现设计真的不是像