毕业论文-多功能梯子的结构设计VIP

金华职业技术学院JINHUACOLLEGEOFPROFESSIONANDTECHNOLOGY毕业综合项目成果（2015届）题目多功能梯子的结构设计学院机电工程学院专业机械制造与自动化班级机制124学号201231020010406姓名徐伟丽指导教师林雪/黄鹏程2014年12月25日金华职业技术学院毕业综合项目成果目录摘要1引言11多功能梯子简介111研究背景112多功能梯子方案设计12多功能梯子主要材料的确定221梯架材料的选用222踏板材料的选用33多功能梯子双杆结构设计531双杆结构分析532连接器1设计633前杆、后杆的组合结构64梯子踏板联动结构设计741踏板1的设计742踏板2的设计743联动条的设计85移动系统的设计951万向轮结构952三星轮结构设计953三星轮的安装106铲板结构设计117适用范围128总结129谢辞13参考文献13附件1二维图纸141多功能梯子的结构设计机电工程学院机械制造与自动化徐伟丽摘要由于市场上的梯子在使用过程中存在诸多不便，设计了一款可变换形态、，具有攀爬、搬运、放置物品、铲物等功能的梯子。解决了目前人们日常生活中货物搬运、工具携带等方面的不便，以及占用空间过大等问题。在设计中融入了人性化、实用性设计理念，在多功能基础上进行了创新设计，提高了产品的实用性。关键词梯子多功能变换形态引言随着我国国民经济与生活水平的发展，很多单一的常规产品已经不能再满足人们多元化的生活需要。功能单一的产品由于其功能的局限性,让人们不得不购买很多只有单一功能的产品，浪费金钱、占用空间、使用不方便、给人们生产、生活带来很多不便。梯子、手推车、平板车、铲车是人们常用的工具，是大型超市和轻工业工厂必备的工具。这些常用工具只具有单一的功能，且搬运麻烦，放置需占较大空间。针对这一现象，本文设计了一种多功能梯子，实现了梯子、手推车、平板车、铲车等工具的功能，并具有攀爬台阶的功能，给人们带来更多的方便。1多功能梯子简介11研究背景相关机构的调查表明，发现基本上每家企业、超市等都会使用梯子、手推车、平板车。而且大家所使用的这些大多都是只能实现单纯的攀爬，搬运功能。若要同时进行搬运，攀爬，则必须同时使用多种工具。这样不仅耗费时间、人力，更是占用空间。所以我对梯子的结构进行了改良，可以实现多种功能。本设计的目的在于,吸收了常用的梯子、手推车、平板车、铲车的功能特点，将它进行了功能合成，成为多功能梯子，使梯子不但具有以上四种功能，并且加入了攀爬台阶的功能，让一种产品具有五种功能，使用方便、便于存放、节省空间。现有梯子具有以下不足之处（1）功能单一。现有的梯子只有攀爬功能，只能用于拿取或放置物品。（2）便携性缺失。在需要使用梯子时，只能通过人力来将梯子搬运到相关位置。这对于女性和力气较小的人来说是一件困难事。2（3）现有的梯子、手推车放置时占用空间大。12多功能梯子方案设计该梯子定位于多功能梯子，通过将多个单一功能产品的功能进行合理拆组，来实现攀爬、搬运货物。移动货物、上下台阶等多种功能。多功能梯子结构图，如图1所示1铲板2后杆3联动条4前杆5后杆轴6连接器7万向轮轮架8踏板19前杆轴10踏板211连接架12三星轮轮架13子轮图1多功能梯子结构图针对现有梯子的上述不足，设计的多功能梯子具有以下四种功能形态（1）梯子形态。将前后杆展开一定角度，将踏板拉开，把踏板1的凹槽扣在后杆的后杆轴上，旋转调整三星轮位置，使得前杆杆脚与后杆杆脚立于地面上。（2）平板车形态。收起踏板，使踏板合拢到前杆，再将前杆与后杆合拢在一起，调整三星轮位置，然后将三星轮与万向轮平放在地面上。（3）手推车形态。在平板车的基础上，将后杆抬起。（4）铲车形态。在平板车的基础上，将万向轮一端抬起，三星轮接触地面，并将铲板展开。2多功能梯子主要材料的确定21梯架材料的选用铝合金是梯子常用的材料，但是铝合金材料有多种型号，表1列举以下几种3表1铝合金材料特性表型号特性典型应用范围1050极佳的成形加工性，、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。广泛应用于强度要求不高的产品，如化工仪器、焊接零件、厨具、装饰品等2024强度高，有一定的耐热性。广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮等3105成形性、溶接性、耐蚀性良好、塑性一般、焊接性良好。主要用于制造油箱、汽油或润滑油导管，厨具、食物和化工产品的贮存装置5084耐蚀性好、焊接性优良、冷加工性较好。中等强度。用于制造飞机油箱、交通车辆、船舶的钣金件，仪表、五金制品等。6005加工性能极佳、优良的焊接性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高、强度高及加工后不变形、材料致密无缺陷。广泛用于建筑型材，灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栅栏等7075固溶处理后塑性好、热处理强化效果好、超高强度。用于制造飞机结构及期货。根据以上铝合金型号的特性及应用范围，选择符合要求的铝合金。双杆是梯子的主要组成部分，起到承重的作用，需要较高的强度和较好的塑性以及良好的加工性能，所以选择厚壁圆管6005铝合金，其特性是加工性能好，具有优良的焊接性能，高强度，加工后不易变形。这样不仅取材方便，而且价格相对便宜。22踏板材料的选用为了缩减成本，踏板选用塑料，但是塑料有多种型号，表2列举以下几种表2常用塑料特性表名称特性典型应用范围塑料ABS较高强度和冲击韧度，良好的耐磨性和耐热性，较高的化学稳定性和绝缘性，易成形，机械加工性。汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机4壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。尼龙6PA6热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好广泛用于结构部件和制造轴承。聚甲基丙烯酸甲酯压克力有机玻璃PMMA较好的透明性、化学稳定性，力学性能和耐候性，易染色，易加工，外观优美。汽车工业（信号灯设备、仪表盘等），医药行业（储血容器等），工业应用（影碟、灯光散射器，日用消费品（饮料杯、文具等）。尼龙66PA66疲劳强度和钢性较高，耐热性较好，摩擦系数低，耐磨性好。同PA6相比，PA66更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品。聚碳酸酯PC高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广，无味无臭对人体无害符合卫生安全。电气和商业设备（计算机元件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等）。聚乙烯PE高压聚乙烯柔软、透明、无毒；低压聚乙烯刚硬、耐磨、耐蚀、电绝缘性好。POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，特别适合于制作齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性，因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。聚丙烯PP强度、硬度、弹性均高于聚乙烯，密度小，耐热性良好，电绝缘性能和耐蚀性能优良。汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。聚氯乙烯PVC较高的强度和较好的耐蚀性。软质聚氯乙烯，其伸长率高，制品柔软，耐蚀性和电绝缘性良好废弃排污排毒塔、气体液体输送管，离心泵、通风机、接头；软质PVC薄膜、雨衣、耐酸碱软管、电缆包皮等。根据以上塑料的特性及应用范围，我选择ABS塑料，其特性完全符合踏板的要求较高强度和冲击韧度，良好的耐磨性和耐热性，较高的化学稳定性和绝缘性，5易成形。而且ABS塑料取材方便，价格便宜。3多功能梯子双杆结构设计31双杆结构分析多功能梯子主要由前杆和后杆支撑。前后杆通过连接器1连接。前杆，如图2所示杆身长1200MM，宽500MM,杆管直径25MM。杆脚长30MM，在距离杆脚255MM、555MM、855MM处分别有一对空，是安装前杆和踏板之间的连接轴的位置，孔直径10MM。在距离杆脚1075MM处有一对孔，是安装前后杆连接器的位置。前杆的顶端是手推车形态下的扶手，两端采用圆弧结构。图2前杆结构图3前杆二维图后杆，如图3所示杆身长1065MM，宽500MM，杆管直径25MM。距离杆脚855MM处，是安装梯子形态下踏板1的后杆轴，轴直径10MM。距离杆顶端10MM处有一对孔，是安装连接前杆后杆的连接器的位置。6图4后杆结构图5后杆二维图32连接器1的设计连接器1的作用是连接前后杆。如图6所示图6连接器二维图33前杆、后杆的组合结构将前杆、后杆上方用连接器连接在一起。连接器与双杆采用螺栓连接。如图7所示71后杆2连接器3前杆图7前杆、后杆连接示意图4梯子踏板联动结构设计在梯子使用过程中安全是一个重要的问题，梯子形态的脚踏板必须充分体现安全设计理念。根据建筑学楼梯设计理论，舒适的楼梯，台阶高度以15CM为宜，若超过18CM，登楼梯时就会感觉累了，台阶深度以2730CM为宜。然而梯子和楼梯不同，因此考虑到本设计具体情况，踏板数订为3，最上面的踏板由于是站立平台，因此要比下面两个踏板深度要大。41踏板1的设计踏板1是梯子形态下的3个踏板中最上方的踏板，除了踏板功能，也为使用者提供了站立的平台。如图8所示踏板1长400MM，宽260MM，高30MM。在横截面上有两孔一凹槽，孔1是用来连接前杆，孔2是用来连接联动杆，凹槽是用来搭建在后杆上的横轴处。在踏板1的顶面，有4条防滑凸纹。在踏板1的顶面两端，采用了弧形结构，起到了防碰伤刮伤效果。8图8踏板142踏板2的设计踏板2、3完全一样，是梯子形态下的3个踏板中的中、下方的踏板。如图9所示踏板长400MM，宽170MM，高30MM。在横截面上有两空，分别是连接前杆和联动杆。在踏板2、3的顶面，有4条防滑凸纹。在踏板2、3的顶面两端，采用了弧形结构，起到了防碰伤刮伤效果。9图9踏板243联动条的设计为了实现踏板的联动，需要两根联动条，如图10所示。分别安装在3个台阶的两侧。因为联动条是用于连接三个踏板的，这关系到攀爬者的安全问题，所以在联动条材料的选用方面需要考虑联动条的强度及承重能力。我选择45钢作为联动条的材料。图10联动条10图11联动条二维图5移动系统的设计51万向轮的结构为了避免手推车、平板车在移动过程中出现不方便转弯，只能直行的现象，将后轮设计为带转向的脚轮，即万向轮，如图12所示。万向轮就是活动脚轮，可以在子轮运动过程中实现360转动。万向轮与梯子前杆采用螺栓螺母紧密连接。1子轮2轮架3螺栓图12万向轮结构52三星轮的设计为了实现爬楼梯的功能，将前轮设计为一组星轮。现在常用星轮主要是三星轮，如图13所示。三星轮的尺寸和结构参考现实生活中的楼梯进行设计。现行楼梯台阶11的尺寸为台阶高在150170MM之间，台阶面深度为220270MM之间。以此为依据，预设三星轮直径为150MM，由以上数据可知，在此尺寸下，爬台阶功能很容易实现。图13三星轮结构图14三星轮爬台阶示意图三星轮的子轮，可以采用普通常用手推车的车轮。三星轮的轮架为三角形，并在轮架上安装3个子轮，组成三星轮。53三星轮的安装三星轮在前杆上的安装位置，牵涉到本设计所有形态下功能的实现，在前期设计中，连接架与前杆的连接位置预设为距离前杆杆脚125MM位置，这里对其进行分析与计算证明首先列出三个需要达到的功能条件（1）在平板车、手推车形态下，前杆平行于地面；（2）在铲车形态下，前杆杆脚不可以影响铲车的运行，即不要接触地面；（3）在梯子形态下，前杆前脚接触地面，三星轮不接触地面，实现梯子的稳定。已完成结构图可知，无论安装位置如何，条件（1）都易于实现。当三星轮中心和前杆杆脚之间距离大于等于三星轮中心与地面距离时，才能实现梯子脚接触地面，由图可知，当连接架长度和连接位置距离前杆杆脚125MM时，在前杆直立的情况下，前杆杆脚、三星轮均接触地面，此时三星轮与杆脚之间距离为125，大于三星轮2中心与地面距离125MM。所以在梯子形态下，前杆前脚接触地面，三星轮不接触地面，实现了梯子的稳定，即条件（3）实现。12基于此长度设定，即得出，在推车形态下，前杆杆脚是离开地面的，也就不会影响到三星轮的运动，即条件（2）实现。根据以上分析，将前杆与轮架按照预定位置连接。因为此连接部分需要承受较大的载荷，连接部分的配合需要非常紧密，所以三星轮与前杆连接装置采用螺纹连接。而且连接装置的材料也需要有较强的硬度，所以此处的材料为45号钢，螺纹连接的类型为螺栓连接。图15前杆与三星轮连接示意图6铲板结构设计铲板的主要作用是放置搬运的物品。因为铲板需要承受一定的载荷，其材料需要具有较强的硬度。所以此处的材料为45钢，铲板与后杆的连接的方式为螺栓连接。在铲板主体的两侧有对称的两个挡板，是为了在铲板收起时可以贴在后杆上；在铲板底部两侧有对称的两个挡条，此设计是为了在铲车形态下铲板张开后保持铲板和后杆所在平面的垂直关系，便于在铲板上放置运输的物品。如图16所示13图16铲板结构图17铲板二维图7适用范围（1）梯子形态可以实现攀爬至一定高度，拿取或放置物品的功能。（2）平板车形态可以将较大，较高物品放置在上面，从而方便搬运物品。（3）手推车形态实现了不同身高的人通过调节后杆的角度而方便手推或手拉，提高了人体舒适感。（4）在梯子的前杆部位安装了万向轮与三星轮，不仅方便了移动，还可以攀爬台阶，提高了梯子的实用性。由上述可得，多功能梯子适用范围广，可供不同群体，在不同场合使用。图18梯子形态图19平板车形态图20手推车形态图21铲车形态8总结此次的多功能梯子的设计，锻炼了自己在设计软件的使用、资料收集与处理、数据分析、创新和实践操作等能力，提高自己的专业技能水平，使自己能更好的将所学的知识应用在设计中，也让我对机械设计有了更加具体的了解，在计算方面有些数据采用了估算，没能具体的计算，这也是一方面的不足。本次设计对我这三年的所学知识也是一个考查，设计过程自始至终都在查阅教材，这也是一个全面的回14顾，通过本课题，我学到了如何更好更快的查阅资料，从中学到了不少的知识。希望能在以后的工作中得到更大的提高，使自