多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、Sanming UniversityDiploma Work (Project)Title:Grade & Major: Number: Name: Instructor:2014-5-202014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄摘要 . III1 緒論 . 11.1 背景 . 11.2 國內(nèi)外研究的狀況 . 11.2.1 國內(nèi)研究的狀況 . 11.2.2 國外研究的狀況 . 21.3研究的目的及意義 . 41.3.1 目的 . 41.3.2 意義 . 41.4研究?jī)?nèi)容 . 52 折疊餐桌結(jié)構(gòu)及其工作原理 . 62.1 常見折疊餐桌的結(jié)構(gòu) . 62.2 折疊餐桌的工作原理 .

2、62.3 小結(jié) . 73 折疊餐桌改進(jìn)的方案 . 83.1 普通折疊餐桌的不足 . 83.2 改進(jìn)方案的提出 . 83.2.1 市場(chǎng)上現(xiàn)有的折疊桌子 . 83.2.2 可行方案的提出 . 93.3 改進(jìn)方案的選定 . 93.3.1 各方案的分析 . 93.3.2 各方案的比較 . 103.3.3 改進(jìn)折疊餐桌方案的確定 . 103.4 建立各零件的三維模型 . 103.4.1 建立桌面的模型 . 103.4.2 建立桌體支撐側(cè)板的模型 . 113.4.3 建立桌體中間隔板以及后支撐板的模型 . 123.4.4 建立桌體內(nèi)部各個(gè)空間部分的模型 . 133.4.5 建立左右兩桌面的支撐翻板的模型

3、. 133.4.5 建立拓展盛物板及支承板的模型 . 143.5 零件模型的裝配 . 143.6 空間利用率分析 . 15 I黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.7 小結(jié) . 164 多功能折疊餐桌的運(yùn)動(dòng)仿真 . 174.1 機(jī)械仿真的作用和理念 . 184.2 伺服電機(jī)的建立 . 204.3 回放裝配過程進(jìn)行干涉檢測(cè) . 214.4 運(yùn)行分析 . 224.5 小結(jié) . 235 ABAQUS有限元分析 . 245.1 有限元法的基本原理及折疊餐桌的受力分析 . 245.1.1 有限元法的簡(jiǎn)介 . 245.1.2 ABAQUS有限元分析過程 . 245.2 有限元建模 . 255.3 約束與載

4、荷的施加 . 295.4 求解與結(jié)果的檢查 . 345.5 小結(jié) . 37結(jié)論 . 38致謝語 . 39參考文獻(xiàn) . 40Abstract . 41II2014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)黃茂生三明學(xué)院2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 福建三明 365004摘要 餐桌是日常生活中最基本的生活家具，由于餐桌占據(jù)廚房的一大塊面積，房?jī)r(jià)一直上漲，為緩解住房壓力，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的重新組合，使得在有限的空間中，讓其利用率達(dá)到最大化。本文根據(jù)餐桌的功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出多功能折疊餐桌，并利用Pro/E軟件的三維建模、裝配和運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)多功能折疊餐桌進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，再通過A

5、baqus軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。結(jié)果表明，該套多功能折疊餐桌設(shè)計(jì)方案在保證餐桌基本功能及強(qiáng)度要求的同時(shí)，還具有便捷折疊以達(dá)到節(jié)省空間的目的。關(guān)鍵詞 餐桌；設(shè)計(jì)；折疊；Pro/E；AbaqusII I2014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1 緒論1.1 背景隨著人們生活需求的多樣化，傳統(tǒng)的桌子只有單一功能，已不能滿足人們的需求，人們總是希望一件物品能夠能夠?qū)崿F(xiàn)功能的多樣化，且為響應(yīng)“變形空間”讓我們的空間生活更美好的主題，必須對(duì)普通餐桌進(jìn)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)，通過機(jī)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)組合，能夠?qū)Σ妥赖恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)折疊，實(shí)現(xiàn)空間的變形壓縮，讓有限空間的利用率達(dá)到最大

6、化。改變普通桌子不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)桌子具有多個(gè)功能，解決生活中的多個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的效應(yīng)。本作品的基本思路和創(chuàng)新點(diǎn)就是對(duì)折疊餐桌的空間壓縮變形，一把桌子具有多個(gè)功能，解決人們對(duì)節(jié)省空間的需求，給使用者帶來方便。目前市場(chǎng)上的桌子功能比較單一，大多數(shù)都是固定式的，無法根據(jù)自己的需要進(jìn)行折疊以及空間壓縮變形。在人們的日常生活中，都會(huì)遇到這樣的情況，由于個(gè)人的住房環(huán)境和空間的大大局限，一般市場(chǎng)上現(xiàn)賣的桌子無法滿足人們的各種需求。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這種可折疊式多功能桌子，該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便的實(shí)現(xiàn)桌子的折疊和變形，在功能上解決了日常生活中的一些具體問題，拓展了普通餐桌的功能，不僅解決空間上局限的問題，還解決了功能單一

7、的問題，根據(jù)不同的情況，多功能折疊餐桌既可以做日常的桌子用也可以根據(jù)用餐人數(shù)的多少來展開桌子的大小進(jìn)行使用，滿足不同時(shí)候的需要，人們可以根據(jù)不同情況合理運(yùn)用這張桌子，方便日常生活，非常實(shí)用。1.2 國內(nèi)外研究的狀況餐桌是日常生活當(dāng)中必備的家庭設(shè)備，常見的餐桌有圓形餐桌、橢圓形餐桌、矩形餐桌等等，其特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于使用，除了平時(shí)的一日三餐使用外，還可以在其余時(shí)間在桌上擺放一些剩余的食物、餐具等。雖然他是最常用的家庭設(shè)備，但它也有一些不足，例如它在三餐使用過后還占據(jù)很大的空間，沒有什么使用價(jià)值，況且隨著住房壓力的不斷增大，使得有限的空間不能充分使用，無形的使人們的生活活動(dòng)空間變小，造成了很大

8、的不便。而在平時(shí)許多情況下這些空間是可以重新利用的，特別是現(xiàn)在的套房，這樣就會(huì)使得空間資源造成浪費(fèi)等。國內(nèi)外對(duì)解決多功能折疊餐桌的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及空間壓縮等問題有做過相應(yīng)的研究，解決的方法主要是制作相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過巧妙的組合，加上自身對(duì)身邊生活的觀察，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新想法，將原本一層不變的餐桌進(jìn)行拓展，解決生活中經(jīng)常遇到的問題，并對(duì)相應(yīng)的問題進(jìn)行改進(jìn)調(diào)整，可以保證餐桌在一日三餐能夠正常使用的情況下，對(duì)其自身的結(jié)構(gòu)、空間分布及功能進(jìn)行拓展，使其對(duì)人們的適用性有進(jìn)一步的提高。但是在很多情況下并未對(duì)有限的空間進(jìn)行機(jī)構(gòu)調(diào)整，在一定的范圍內(nèi)使其空間使用率達(dá)到最大化，提高空間利用率，緩解現(xiàn)代住房壓力等

9、。1.2.1 國內(nèi)研究的狀況中國專利93210781.8公開了一種升降、折疊餐桌，此款餐桌實(shí)用新型主要是在于可升降、折疊，且經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的多用途家具。展開可成為餐桌，其桌面可根據(jù)需要形成全展開、半展開和不展開三種大小不同的狀態(tài)，以適應(yīng)二到十人用餐的需要。折疊降低時(shí)，即可成為茶幾。從而使一件家1黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具較好的滿足了在一間居室兼作客廳和餐廳兩用情況下的多種用途需要1，其展開如圖1-1所示。圖1-1 中國專利93210781.8公開的升降、折疊多用餐桌中國專利200720312392.0公開了一種折疊餐桌，本實(shí)用新型涉及一種餐桌技術(shù)領(lǐng)域。一種折疊餐桌，包括有桌腿，桌腿頂部連

10、接有框架體，框架體上面設(shè)置有桌面，框架體上相對(duì)的兩側(cè)內(nèi)壁上設(shè)置有滑軌，桌面由兩塊固定在滑軌的桌面面板對(duì)合而成，面板對(duì)合處下方的框體中安裝有加熱裝置。加熱裝置可以是燃?xì)鉅t具也可以是電磁爐。對(duì)應(yīng)不同的加熱裝置，在桌面下的框體內(nèi)設(shè)置對(duì)應(yīng)的支架結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所提供折疊餐桌把電磁爐或燃?xì)鉅t具設(shè)置在桌面面板下的框體內(nèi)，而桌面面板安裝在滑軌上，使用時(shí)只需把桌面面板向外側(cè)拉開即可露出卓體中間設(shè)置的加熱裝置，使用方便，而且節(jié)省空間，而不使用時(shí)則可把桌面面板對(duì)合起來，使得桌面整齊，外形美觀2，其爆炸圖如圖1-2所示。圖1-2 中國專利200720312392.0公開的一種折疊餐桌1.2.2 國外研究的狀況韓國專

11、利KR101207382B1公開了一種裝有彈簧，可以自動(dòng)把椅子折疊起來，使用時(shí)只要把椅 22014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）子拉出來，沿著一定長(zhǎng)度的半徑可以旋轉(zhuǎn)，只需要人的重力大于彈簧彈力即可將椅子固定在你所需的位置，且椅子的高度是可調(diào)的，方便了不同人群所需的要求，該專利如圖1-3所示3。但是此專利并未對(duì)桌子的壓縮變形進(jìn)行改進(jìn)，因此不能滿足人們對(duì)空間壓縮變形的充分利用所需要的改進(jìn)方法。圖1-3 韓國專利KR101207382B1公開的餐桌美國專利USD668884S1公開了一種結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，運(yùn)用最常見的交叉型支架進(jìn)行支撐，構(gòu)成三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是折疊后，其空間壓縮比

12、非常大，但是除了一日三餐的正常使用以外，其并不能儲(chǔ)藏一些飯后的食物或餐具等，該專利如圖1.4所示4。日常生活當(dāng)中我們通常都需要一些輔料作為食物飯菜的調(diào)味品，引導(dǎo)我們開胃等，但是這款桌子對(duì)于平時(shí)用餐所需的物品的收拾帶來不便，飯后必須把桌上的東西都收拾到特定的地方，桌子才能折疊起來，并未真正意義上解決餐桌空間壓縮變形的問題。圖1.4 美國專利USD668884S1公開的折疊餐桌美國專利US2013160681A1公開了一種類似于帳篷那樣撐開的支撐結(jié)構(gòu)的折疊餐桌，其桌面是3黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可以獨(dú)立提取出來的，該專利如圖1-5所示5。本專利主要是通過利用折疊機(jī)構(gòu)撐開后可以達(dá)到自鎖的狀

13、態(tài)，然后把桌面給安裝到支撐結(jié)構(gòu)上，頂著四根桌腿，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即可進(jìn)行使用，使用結(jié)束后，把桌面取下來，折疊支架即可以進(jìn)行折疊收縮，其空間收縮比也是比較大，但是沒有從真正意義上去解決空間壓縮變形，把剩余空間進(jìn)行充分利用等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此只能滿足一小部分的人群需要。圖1-5 美國專利US2013160681A1公開的折疊餐桌1.3研究的目的及意義1.3.1 目的為響應(yīng)“變形空間”讓我們的空間生活更美好”的主題，突出廚房用具餐桌的空間壓縮變形，對(duì)有限的空間進(jìn)行充分利用，有效緩解人們的住房壓力。通過Pro/E三維軟件建模對(duì)改進(jìn)的折疊餐桌進(jìn)行虛擬仿真構(gòu)思，分析其結(jié)構(gòu)的合理性，并通過Abaqus有限

14、元分析對(duì)其關(guān)鍵零部件進(jìn)行受力分析，觀察其應(yīng)力和應(yīng)變情況，通過對(duì)其優(yōu)化，分析得出最佳效果，最終制作實(shí)物模型。1.3.2 意義根據(jù)我國現(xiàn)階段住房緊張，住房?jī)r(jià)格高，人均住房面積狹小的特點(diǎn)，節(jié)約有效使用可利用空間對(duì)于人們顯得尤其重要。日常生活中人們對(duì)于餐廳需要的是簡(jiǎn)潔通暢，在小小的空間中要能容下足夠多的常用物品，同時(shí)要方便取和放，不影響日常生活。另一方面現(xiàn)今我國的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，物價(jià)水平也隨之水漲船高，而我國大部分人的收入水平還屬于中下游水平，一套經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的家具對(duì)于大部分人來說是最優(yōu)選擇。為此，以方便實(shí)用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，為了減少占地面積與擺放物品的方便，減少人們的生活負(fù)擔(dān)，使家居環(huán)境更加舒適，

15、更加干凈整潔，更加寬闊的要求。故設(shè)42014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）計(jì)此可折疊多功能一體化餐桌。1.4 研究?jī)?nèi)容分析日常生活當(dāng)中常見的餐桌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理；查閱相關(guān)的專著、期刊、專利等文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外對(duì)多功能折疊餐桌的空間利用率及使用情況些問題或相似問題的解決方法；學(xué)習(xí)常用的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)折疊餐桌的結(jié)構(gòu)，針對(duì)折疊餐桌空間變形壓縮的原因，列舉可行的方案，并進(jìn)行比較和選擇；通過學(xué)習(xí)了解Pro/E5.0軟件的功能、特點(diǎn)及其具體使用方法，應(yīng)用Pro/E5.0建立設(shè)計(jì)的折疊餐桌中各零件的實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配；應(yīng)用Pro/E5.0的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊對(duì)改進(jìn)的多功能折疊

16、餐桌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，即對(duì)多功能折疊餐桌的裝配模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，然后進(jìn)行軌跡檢查、干涉檢查等工作，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求之處進(jìn)行改進(jìn)；應(yīng)用Abaqus軟件進(jìn)行有限元分析模塊的靜力分析功能，對(duì)多功能折疊餐桌的重要零件進(jìn)行應(yīng)力分析，對(duì)不滿足使用要求的零件進(jìn)行優(yōu)化，保證各零件工作時(shí)的可靠性。本文重點(diǎn)解決的問題：多功能折疊餐桌結(jié)構(gòu)方案的提出，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，關(guān)鍵零件的有限元分析。5黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2 折疊餐桌結(jié)構(gòu)及其工作原理2.1 常見折疊餐桌的結(jié)構(gòu)餐桌是日常生活當(dāng)中必備的家庭設(shè)備，常見的餐桌主要由桌面、桌腿和桌身三部分組成，桌面通常呈圓形、方形、矩形、橢圓形等；桌腿大部分是由四條

17、腿組成，通過合頁或者鉸鏈及其它機(jī)械機(jī)構(gòu)連接在一起，形成穩(wěn)定的支架結(jié)構(gòu)，使用時(shí)可以方便展開，使用完以后，可以通過這些機(jī)械結(jié)構(gòu)折疊起來，節(jié)省空間位置，既實(shí)用又方便；桌身通常是對(duì)其展開后的剩余空間進(jìn)行拓展，增加其可使用性等。常見的折疊餐桌外形如下圖2-1所示。圖2-1 常見的折疊餐桌的結(jié)構(gòu)折疊餐桌使用時(shí)可以隨時(shí)隨地任意展開，使用時(shí)十分方便，不使用時(shí)也可以輕松的把它折疊好，收起來操作簡(jiǎn)單，占地面積小、體積小，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡募矣迷O(shè)備之一，尤其是房子面積比較小的家庭，更顯出其重要性及可使用性等。2.2 折疊餐桌的工作原理通過對(duì)折疊餐桌展開過程的分析可以得知：使用者通過雙手對(duì)其進(jìn)行展開，一只手

18、扶著桌體，另一只手對(duì)其桌腳進(jìn)行展開，順著桌腳的展開方向展開，直至桌腳全部展開完畢，桌子就擺放穩(wěn)了，調(diào)整桌子的位置后即可進(jìn)行就餐使用。折疊桌子的展開如圖2-2所示。62014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖2-2 折疊桌子通過展開桌腿進(jìn)行擺放2.3 小結(jié)本章對(duì)折疊餐桌的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了認(rèn)識(shí)和分析，在折疊餐桌的工作及使用情況進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，了解了折疊餐桌的基本使用原理，掌握折疊餐桌的受力情況，有利于之后對(duì)折疊餐桌的設(shè)計(jì)及其受力分析運(yùn)用，為之后對(duì)折疊餐桌的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。7黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3 折疊餐桌改進(jìn)的方案3.1 普通折疊餐桌的不足日常生活中，我們?cè)谑褂闷胀ㄕ郫B

19、桌子的過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，桌子展開后只有桌面這個(gè)表面可以供我們使用，經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)單單只有一個(gè)桌面供我們使用是不夠的，也十分麻煩，當(dāng)你要就餐時(shí)需要把所有想食用的東西從其它地方搬到餐桌上面來，短期的情況下，也許還不會(huì)發(fā)現(xiàn)一直重復(fù)著這個(gè)動(dòng)作比較繁瑣，若是長(zhǎng)期的使用，都會(huì)覺得對(duì)其使用存在許多不便之處，人們總是希望那些不用每餐都重新炒的菜或者其它配料能放在餐桌里面，想要食用時(shí)可直接在餐桌上取用，特別是就餐完以后，總是覺得特別疲憊，特別是生活在一些有工作壓力、生活節(jié)奏比較快的人們，對(duì)他們來說，這些繁瑣之事，特別不想去碰。若是有一款折疊餐桌能夠改變這些現(xiàn)狀的話，那么這些問題將迎刃而解，就會(huì)得到人們的

20、親睞。3.2 改進(jìn)方案的提出3.2.1 市場(chǎng)上現(xiàn)有的折疊桌子折疊餐桌的種類非常多樣，根據(jù)不同人群的需要，就會(huì)有不同的桌子產(chǎn)生，其主體功能就是方便人們的一日三餐的用餐，除了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能以外，我們還希望讓它能夠有更多的附加功能，能夠給我們的日常生活帶來方便。折疊餐桌的種類很多，如圖3-1、3-2所示為一種比較新型的現(xiàn)代化折疊餐桌，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為桌面可以折疊，整個(gè)桌面分割成三塊，其中，中間的那塊主體桌面比較小，這樣有利于餐桌在不使用情況下的折疊與空間的壓縮，這樣的折疊桌子，其空間壓縮比適合，在折疊后有剩余的空間可以放置一些食物等物品，用餐前后比較使用方便。由于在其展開后的桌體兩側(cè)的空間沒有被利用，因此

21、而浪費(fèi)了許多可以利用的空間資源。圖3-1 折疊桌子的類型182014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖3-2 折疊桌子的類型23.2.2 可行方案的提出根據(jù)采用機(jī)構(gòu)改進(jìn)改進(jìn)折疊餐桌的思路，結(jié)合機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)知識(shí)，提出可行的方案。由折疊餐桌需要將桌子在不使用時(shí)將桌子折疊起來，使其空間壓縮變形的需求可知，目標(biāo)機(jī)構(gòu)的功能是要能夠把餐桌的各個(gè)零部件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)折疊，轉(zhuǎn)換成立體空間的壓縮變形等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)6。查閱機(jī)構(gòu)的基本功能表可知，能實(shí)現(xiàn)折疊、轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑動(dòng)機(jī)構(gòu)等7。3.3 改進(jìn)方案的選定折疊餐桌應(yīng)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧且能在承受一定重物下可靠工作的廚房使用設(shè)

22、備，所以將其改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜，外形不能太丑，功能不能過于單一。在能保證折疊餐桌簡(jiǎn)單輕巧和在承受一定物品重量的條件下的工作可靠性，且產(chǎn)品的整體或部分的受力必須處于平衡狀態(tài)，保證整體框架的穩(wěn)定性。3.3.1 各方案的分析折疊餐桌主要是為了使用餐桌前后都能夠方便人們使用其有限的空間，充分利用有限的空間資源。市場(chǎng)上現(xiàn)有的折疊餐桌主要分為兩大類，一類是對(duì)空間的極限壓縮，最大化的節(jié)省使用過后的占地空間，空間壓縮比比較高；另一類是在有限的空間當(dāng)中，合理的布置其空間結(jié)構(gòu)，主要使用折疊機(jī)構(gòu)，通過折疊來使得可使用的表面積增大，充分利用其有效面積，增大擺放空間，折疊后還留有一定的空間來收拾平時(shí)所需的食用物品，

23、或者飯后剩余的飯菜等，雖然其壓縮后的空間沒有達(dá)到9黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)理想的壓縮值，但其方便人們的使用。3.3.2 各方案的比較通過以上兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，我們可以綜合現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際情況，對(duì)具體問題具體分析，既要保留可折疊的結(jié)構(gòu)，也要充分利用其有限的空間，通過機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，取這兩種類型的優(yōu)點(diǎn)，使得兩方面都得到最優(yōu)化的結(jié)果。若通過檢查核對(duì)后，發(fā)現(xiàn)其基本原理及結(jié)構(gòu)不滿足要求，則我們可以對(duì)不滿足的部分進(jìn)行重新定義求解，直至符合要求8。3.3.3 改進(jìn)折疊餐桌方案的確定綜合各方面的分析，對(duì)折疊餐桌的優(yōu)化后，其結(jié)構(gòu)保留有一定體積的主體桌身，然后對(duì)展開的桌子的各個(gè)地方的空余空間進(jìn)行拓展

24、延伸，最終確定改進(jìn)后的折疊餐桌的方案，如圖3-3所示。圖3-3 折疊桌子結(jié)構(gòu)的確定3.4 建立各零件的三維模型本章將上述提出的改進(jìn)方案與常用的折疊餐桌相結(jié)合，以改變普通折疊餐桌的不足為出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)保持常用折疊餐桌的優(yōu)點(diǎn)，來構(gòu)造新的折疊餐桌的結(jié)構(gòu)。通過應(yīng)用Pro/E5.0軟件的零件建模模塊，構(gòu)建各零件的三維模型，為后續(xù)的整體裝配模型建立做好準(zhǔn)備。其中各零部件的設(shè)計(jì)需要根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和機(jī)構(gòu)，再根據(jù)零件的工作要求計(jì)算作用在零件上的載荷，最后根據(jù)零件的類型、結(jié)構(gòu)和所受載荷，分析零件的失效形式，從而確定零件的設(shè)計(jì)9。3.4.1 建立桌面的模型在常用的折疊餐桌中，桌面通常會(huì)是由多塊組成

25、，也有由一個(gè)整體部分組成的。由于折疊以及 102014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）空間壓縮變形的需要，一般桌面由多個(gè)部分組成，一方面可以在用餐時(shí)作為桌面承受飯菜物品的承受面，另一方面在餐桌不使用時(shí)可以進(jìn)行方便的折疊及變形等，按照上述選定的改進(jìn)方案，桌面部分是通過合頁連接在一起的平面翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)架。綜合考慮，桌面可以分為三塊，左中右各一塊，中間那塊位桌面桌提的固定保持架，用于桌面與桌身的固定，左右兩側(cè)還各有一塊桌面板，用于折疊翻轉(zhuǎn)，可以根據(jù)用餐人數(shù)多少的需要來決定桌面展開的寬度。由于桌面需要用螺栓相對(duì)固定于桌面及固定左右兩側(cè)的桌面板。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出桌面的三維模型，如圖3.

26、4所示。鉸接處用合頁進(jìn)行連接，再用自攻螺釘鎖緊的方式確保連接的可靠性。對(duì)合頁螺釘?shù)捻敳窟M(jìn)行擰緊，保證合頁連接處不在使用的過程中脫離開來，同時(shí)不應(yīng)讓連接處的螺釘過于緊密，以保證鉸接處的桌面不至于由于螺釘太大、太緊而破壞了桌面本身。合頁的三維模型如圖3.5所示。圖3-4 桌面的三維模型 圖3-5 合頁的三維模型3.4.2 建立桌體支撐側(cè)板的模型折疊桌子在使用時(shí)或者使用完以后折疊起來都離不開桌體的支撐，因此整個(gè)折疊桌子對(duì)桌體的要求相對(duì)比較高、比較嚴(yán)格，要求桌體要在能夠承受一定載荷的情況下，其變形量相對(duì)比較小，不能有嚴(yán)重的彎曲變形或者擺動(dòng)等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此桌體的支撐板不能太小，也不中空得太厲害，否則不能

27、滿足基本的強(qiáng)度要求?？紤]到桌體折疊后的空間有限，為了充分利用其空間，因此桌體的側(cè)板為桌子整體側(cè)板的一半。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出桌體支撐側(cè)板的三維模型，如圖3.6所示。11黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖3-6 桌體支撐側(cè)板的三維模型3.4.3 建立桌體中間隔板以及后支撐板的模型桌子的中間隔板以及后支撐板，通常情況下都是為固定不動(dòng)的，后支撐板起主要的支撐作用，中間的隔板有兩個(gè)作用，其一是起到隔開空間，使其在使用情況下，互不影響，給人們?cè)谌粘Ｇ闆r下東西的分類存放帶來了很大的方便；其二的作用也是非常關(guān)鍵的，有了中間板，整個(gè)桌體的結(jié)構(gòu)就形成了工字結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定，不容易變形等，對(duì)桌體的整體框架的強(qiáng)度

28、起到加強(qiáng)作用，由于桌體的寬度跨越比較大，通常情況下在桌子不使用事又會(huì)在桌體里面存放許多物品，若沒有這個(gè)中間板的加強(qiáng)作用，那么桌子的整體強(qiáng)度及穩(wěn)定度有可能會(huì)達(dá)不到要求，因此對(duì)桌子的中間板是不能忽略的。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出z桌體的后板及中間板的三維模型，分別如圖3-7、3-8所示所示。圖3-7 桌體后板的三維模型 圖3-8 桌體中間板的三維模型122014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3.4.4 建立桌體內(nèi)部各個(gè)空間部分的模型為了使桌子的整體外觀結(jié)構(gòu)能夠給使用的人們感覺到舒適好用，并且提升到一定的檔次，那么桌子的整天框架就不能沒有特色，由于方正的模型是最容易加工實(shí)現(xiàn)的，加工方法簡(jiǎn)單

29、、成本低、材料多，本設(shè)計(jì)折疊餐桌的桌體引用了具有中國風(fēng)的結(jié)構(gòu)，有古代的建筑風(fēng)格，特別是以前的門和窗戶等這些木質(zhì)建筑，都有一定的格子框架結(jié)構(gòu)，讓人感覺到其不但簡(jiǎn)單不復(fù)雜，而且富有美感，使用時(shí)也不失風(fēng)度等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，還在桌體的另一側(cè)設(shè)有抽屜和柜子，這樣就可以根據(jù)不同物品所需的空間大小、高低等特點(diǎn)，來分類存放物品，存取方便，分類明確、直觀明了等。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出桌體內(nèi)部的三維模型，分別如圖3-9、3-10所示。圖3-9 格子的三維模型 圖3-10 抽屜的三維模型3.4.5 建立左右兩桌面的支撐翻板的模型折疊餐桌的主要優(yōu)點(diǎn)就是能夠空間壓縮變形，使用時(shí)能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要的不同展開桌子的大小，不使

30、用時(shí)可以折疊起來，方便物品的擺放以及有限空間的充分利用，緩解住房壓力，改善人們的生活活動(dòng)空間，使其住的更加舒適美好。由于側(cè)面支撐板展開后，只充當(dāng)支撐作用，比較浪費(fèi)空間及材料的利用率，根據(jù)折疊機(jī)構(gòu)及創(chuàng)新的想法相融合，側(cè)面支撐板只需要達(dá)到有足夠的支撐強(qiáng)度即可，其余的部分即是多余的部分，欲想充分利用此空間結(jié)構(gòu)，就必須對(duì)其進(jìn)行分割，只要給支撐部分留足夠的余量外，其余的部分就把它切割下來，通過合頁將其鉸接在一起，要使用時(shí)可以將其展開，不使用時(shí)可以將其合起來。這樣既可以充分利用空間，其材料也得到充分利用，兩全其美。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出連桿的三維模型，如圖3-11所示。13黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)

31、現(xiàn)圖3-11 支撐翻板的三維模型3.4.5 建立拓展承物板及支承板的模型承物板是從桌面左右兩側(cè)的桌面支撐翻板中拓展出來的，根據(jù)合頁的可轉(zhuǎn)動(dòng)性，可以使拓展承物板在需要拓展使用時(shí)可以將其從支撐翻板中旋轉(zhuǎn)下來，與此同時(shí)還需要支承板的輔組作用，才能正確使用該承物板，在拓展承物板向下翻轉(zhuǎn)90時(shí)，將其沒有連接合頁的另一端靠在支撐板上，并加以固定，這樣就可以正確使用該功能。拓展承物板具有表面積大，空間大，擺放方便等特點(diǎn)，其可以擺放一下臨時(shí)或者比較大的物品。根據(jù)以上的構(gòu)思，繪制出連桿的三維模型，分別如圖3-12、3-13所示。圖3-12 拓展承物板的三維模型 圖3-13 支承板的三維模型3.5 零件模型的裝配

32、在構(gòu)建好的各個(gè)零件模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行零件模型的裝配，通過各零件之間的裝配關(guān)系將零部件組裝成多功能折疊餐桌整體。在Pro/E的裝配模塊中進(jìn)行虛擬裝配，首先需要把已經(jīng)建模完畢的一個(gè)零部件導(dǎo)入到工作界面中，可以把這個(gè)零件作為基礎(chǔ)部件，之后需要裝配的零部件就以它142014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）為基礎(chǔ)，通過裝配約束關(guān)系將其它零部件組裝到基準(zhǔn)零部件上，最終完成多功能折疊餐桌的完整裝配體。零部件的裝配約束關(guān)系有配對(duì)、對(duì)齊、插入、缺省、自動(dòng)和坐標(biāo)系相切等。我們可以根據(jù)裝配的需要，調(diào)用各種裝配約束關(guān)系，最終將各個(gè)零部件組裝到一起10。多功能折疊餐桌的裝配過程中先將桌體下底板以缺省的定

33、位方式導(dǎo)入，之后再通過約束的方式將各零件與桌體下底板裝配，裝配過程中按照實(shí)際情況添加兩零件之間的約束關(guān)系，裝配后的模型如圖3-14所示?？梢栽谘b配模塊中對(duì)多功能折疊餐桌進(jìn)行簡(jiǎn)單的裝配間隙分析和裝配干涉分析，以保證裝配體的有效性。圖3-14 改進(jìn)折疊餐桌的裝配模型3.6 空間利用率分析裝配完成后，通過虛擬環(huán)境可以進(jìn)行多功能折疊餐桌折疊前后的空間壓縮比及面積的比值進(jìn)行模擬計(jì)算，從而得出折疊前后的比值。體積計(jì)算（長(zhǎng)寬高）：折疊前的體積：折疊后的體積：空間壓縮比為： V=abc （3-1） V前=1016150=308050cm3 3V后=296150=88450cm V后88450=28.71% V

34、前30805015黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可用面積計(jì)算（長(zhǎng)寬）：折疊前面積：S前=10161+22226+22217.5+3228+2314.5+1827=9422.5cm 折疊后面積：折疊前后的可用面積比為： 2S=（ab） （3-2） S后=6126=1586cm S前9422.5=5.941倍 S后15862通過以上計(jì)算結(jié)果可知，折疊餐桌折疊后的空間壓縮比為28.7%，折疊前的可用面積是折疊后的5.941倍，能夠以具體數(shù)值來充分表達(dá)對(duì)有限空間的充分利用，達(dá)到預(yù)期想要的結(jié)果。3.7 小結(jié)本章首先分析了常用折疊桌子存在使用上的不足，通過查閱材料以及自己的獨(dú)特見解得到解決這個(gè)問題的啟

35、示，根據(jù)啟示結(jié)合機(jī)械原理等基礎(chǔ)知識(shí)提出可行的方案，通過分析和比較最終選定改進(jìn)的方案。將改進(jìn)方案同折疊桌子實(shí)際的應(yīng)用情況相結(jié)合，逐步構(gòu)建各零件的形態(tài)，應(yīng)用Pro/E軟件的建模模塊繪制出設(shè)計(jì)方案中各零件的三維實(shí)體模型，再應(yīng)用裝配模塊進(jìn)行虛擬裝配，并通過對(duì)虛擬的模型進(jìn)行空間壓縮比的計(jì)算以及可用面積比值的計(jì)算來正確表達(dá)折疊前后的直觀效果，為后續(xù)的運(yùn)動(dòng)仿真以及有限元分析做好準(zhǔn)備。162014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4 多功能折疊餐桌的運(yùn)動(dòng)仿真運(yùn)動(dòng)仿真Pro/Mechanism是ProE/CAE（Computer Aided Engineering）模塊中的主要部分，它能對(duì)各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行

36、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力分析和設(shè)計(jì)仿真，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配分析工作、運(yùn)動(dòng)合理性分析工作，如干涉檢查等。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，是了解現(xiàn)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能的必要手段，也是設(shè)計(jì)機(jī)械的重要步驟。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程中，首先，是對(duì)概念的設(shè)計(jì)和方案的論證；其次，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。同時(shí)為了驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否合理，一般情況下，要先制造出產(chǎn)品的樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)行性能測(cè)試，經(jīng)常是要對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行破壞性的試驗(yàn)。我們只有通過試驗(yàn)，才會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)是否有缺陷，對(duì)于缺陷要進(jìn)行重新修改，并用修改后的樣機(jī)對(duì)其重新驗(yàn)證。通過一次次的“設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)”的試驗(yàn)過程，最終產(chǎn)品才能達(dá)到我們所需要的的性能要求。Pro/E裝配時(shí)有兩種方式將零件導(dǎo)入到工作界

37、面中，一種是采用點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)的方式導(dǎo)入，另一種是采用從菜單欄當(dāng)中選擇插入來導(dǎo)入各零部件或者組件。其中其選擇連接的方法有剛性、銷釘、滑動(dòng)桿、圓拄、平面、球、焊接、常規(guī)、6DOF、槽；其配對(duì)約束條件有對(duì)齊、曲面上的點(diǎn)/插入、相切、曲線上的點(diǎn)、固定、缺省、直線上的點(diǎn)、坐標(biāo)系、配對(duì)等方式11。一般情況下，對(duì)于需要轉(zhuǎn)動(dòng)的一般選擇銷釘連接，需要固定的可以選擇剛性連接條件等。通過特征配對(duì)導(dǎo)入零件時(shí)裝配上的零件有著嚴(yán)格的“前后依附”關(guān)系，同時(shí)零件間的約束關(guān)系會(huì)一直存在，就算是對(duì)零件作了修改或者變更，也會(huì)體現(xiàn)在裝配體中。表4-l將說明幾種常用的連接類。表4-1 各種連接方式的自由度介紹連接類型 約束的自由度剛性

38、連接的元件和附著元件沒有任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果將一個(gè)子組件與組件用剛剛性 性連接，子組件內(nèi)各零件也將一起被“粘”住，其原有自由度不起作用?？傋杂啥葹?。圓柱 圓柱連接比銷釘?shù)募s束少一個(gè)平移的約束，因此該元件既可以在繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)也可以沿軸向平移，具有1個(gè)平移自由度和1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，其總自由度為2。銷釘是最基本的連接類型，銷釘連接的元件可以繞著附著元件轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能相對(duì)移動(dòng)，具有1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，總自由度為1。平面接頭只需要一個(gè)平面匹配約束，該元件可繞垂直于平面的軸旋轉(zhuǎn)并在平行銷釘平面 于平面的兩個(gè)方向上平移，具有1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和2個(gè)平移自由度，總自由度為3。軸承 軸承接頭是滑動(dòng)桿接頭和球接頭兩者的組合，

39、其元件可在任意方向旋轉(zhuǎn)并沿軸線平移，具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)平移自由度，其總自由度為4。17黃茂生：多功能折疊餐桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)續(xù)表4-1連接類型 約束的自由度即6自由度，也就是對(duì)元件不作任何約束，僅用一個(gè)元件坐標(biāo)系和一個(gè)組件坐6DOF 標(biāo)系重合來使元件與組件發(fā)生關(guān)聯(lián)。元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移，具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和3個(gè)平移自由度，總自由度為6?；瑒?dòng)桿接頭所連接的元件只能沿著軸線運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)桿接頭需要由一個(gè)軸對(duì)齊約滑動(dòng)桿 束，還需要一個(gè)平面對(duì)齊約束以限制元件的轉(zhuǎn)動(dòng)。其提供了一個(gè)平移自由度，沒有旋轉(zhuǎn)自由度，其總自由度為1。該元件上的一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊到組件上的一個(gè)點(diǎn)，比軸承連接少了一個(gè)平移自由度，球 可以繞著對(duì)齊

40、點(diǎn)任意旋轉(zhuǎn)，具有3個(gè)入旋轉(zhuǎn)自由度，沒有平移自由度，其總自由度為3。使用一個(gè)或多個(gè)基本約束，將元件與組件連接到一起。連接后，元件與組件成焊接 為一個(gè)主體，相互之間不再有自由度，如果剛性連接沒有將自由度完全消除，則元件將在當(dāng)前位置被“粘”在組件上。如果將一個(gè)子組件與組件用剛性連接，子組件內(nèi)各零件也將一起被“粘”住，其原有自由度不起作用?？傋杂啥葹?。通過Pro/Mechanism的功能建立各零件的三維實(shí)體模型，然后應(yīng)用Pro/E組件將各零件模型虛擬裝配成一個(gè)裝配體，再通過利用Pro/E/應(yīng)用程序（P）/機(jī)構(gòu)（E）模塊功能對(duì)建立的三維模型實(shí)體中的各種構(gòu)件添加相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，并通過對(duì)各個(gè)構(gòu)件的匹配之

41、間設(shè)立一定的連接關(guān)系，這樣既可以建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型，又可以對(duì)這個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真的模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)或運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，便可以驗(yàn)證該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)可以輸出各部件的位移、速度的變化情況，以對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化12。應(yīng)用Pro/E5.0的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，對(duì)已裝配好的多功能折疊餐桌裝配模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真。在仿真的結(jié)果中觀察各個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間是否有發(fā)生干涉，以及在驅(qū)動(dòng)力的作用下，執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡是否滿足所需要的運(yùn)動(dòng)路線。4.1 機(jī)械仿真的作用和理念機(jī)械的仿真這種新技術(shù)是從分析到解決產(chǎn)品的整體性能和相關(guān)問題，解決以前傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造過程中的憋端的一種新型技術(shù)。在機(jī)械仿真內(nèi)對(duì)機(jī)械零部件之間進(jìn)行定義連接關(guān)

42、系，并且可以對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬裝配，裝配后便可以獲得模擬的機(jī)械系統(tǒng)樣機(jī)，在任意的虛擬條件下，我們可以真實(shí)的對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和受力情況進(jìn)行分析，通過觀察并加以試驗(yàn)各個(gè)組成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況。我們就可以利用它在計(jì)算機(jī)上方便的修改這些設(shè)計(jì)的缺陷，方便的仿真實(shí)驗(yàn)各種設(shè)計(jì)方案，182014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的分析改進(jìn)，直到獲得理想的設(shè)計(jì)方案，再做出實(shí)物。機(jī)械仿真技術(shù)包括機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械動(dòng)態(tài)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中可以可定義某個(gè)機(jī)構(gòu)，使其移動(dòng)，并分析其運(yùn)動(dòng)。以此來驗(yàn)證設(shè)計(jì)零部件的實(shí)際運(yùn)用可行性，在模擬狀態(tài)下，可以用來分析其結(jié)構(gòu)特性、載荷分布情況等。機(jī)械仿真的驟如下：（1）創(chuàng)建零件模型：通過各種特征實(shí)體工具對(duì)零件模型進(jìn)行創(chuàng)建。 （2）組裝零件模型：使用各種配對(duì)約束條件裝配零件模型。（3）運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置：按照要求對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，組裝零件模型，生成連接。 （4）仿真結(jié)果保存：