機(jī)械原理課程設(shè)計-可移動折疊式床椅

機(jī)械原理課程設(shè)計

說明書設(shè)計題目：可移動折疊式床椅專業(yè)班級：機(jī)中職13—2班姓名：指導(dǎo)教師：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、設(shè)計題目 3設(shè)計背景 3\o"CurrentDocument"設(shè)計的目標(biāo)和任務(wù) 3設(shè)計要求 3\o"CurrentDocument"2、設(shè)計方案 4\o"CurrentDocument"2.3方案一 4機(jī)構(gòu)類型 4\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 4\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 5機(jī)構(gòu)類型 5\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 5\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 7方案三 7機(jī)構(gòu)類型 7\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 7\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 8方案四 8機(jī)構(gòu)類型 8機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 8\o"CurrentDocument"機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 10\o"CurrentDocument"3、車輪設(shè)計及剎車機(jī)構(gòu) 10\o"CurrentDocument"第一種剎車機(jī)構(gòu) 10\o"CurrentDocument"第二種剎車機(jī)構(gòu) 11\o"CurrentDocument"4、設(shè)計方案的比較及選擇 12\o"CurrentDocument"5、設(shè)計計算 12\o"CurrentDocument"6、設(shè)計心得及體會 15\o"CurrentDocument"7、參考文獻(xiàn) 161、設(shè)計題目設(shè)計背景針對日益繁忙的現(xiàn)代生活，人們生活品質(zhì)的要求越來越高，在此高壓力下，設(shè)計方便可行的可移動折疊式床椅不僅能夠滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械拇埠鸵蔚霓D(zhuǎn)換，而且可以隨意移動方便快捷。同時，隨著我國老齡化程度的發(fā)展，所以老年人得人數(shù)將不斷增加，行動不變的殘疾人和老年人日益需要別人的照顧。在此前提下，我組通過幾天的討論，設(shè)計出了幾種切實(shí)可行的方案，以供參考。設(shè)計的目標(biāo)和任務(wù)常見的一些新型的折疊式床椅有遙控氣動可升降折疊床椅、電動遙控折疊床椅等。結(jié)合實(shí)際情況以及設(shè)計的方便可行性，我們這款多功能折疊式床椅主要可以實(shí)現(xiàn)以下三種功能：（1）可以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)成床的形狀，供人們休息。（2）可以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)成椅子的形狀，供人們就坐。（3）可以實(shí)現(xiàn)自由移動，更加方便人們的日常生活。以上三種功能中，前兩種用幾種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，后面我們會做詳細(xì)的介紹，第三種功能通過手動或腳動控制剎車機(jī)構(gòu)，方便快捷。設(shè)計要求要求材料的剛度，韌性等符合使用要求，做到安全可靠，在符合其使用要求，安全可靠的條件下，盡可能的節(jié)約材料，以最小的成本獲得最大的利潤。2、設(shè)計方案方案一：機(jī)構(gòu)類型：連桿、螺套和驅(qū)動裝置的組合機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理：在該方案中，采用床和椅轉(zhuǎn)換的是平鋪和坐起分別驅(qū)動的思路。具體方案圖如附錄1所示。當(dāng)折疊床位床的時候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通動裝置的運(yùn)動組合實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動裝置逆時針旋轉(zhuǎn)時，通過螺桿帶動螺套6向右運(yùn)動，從而帶動連桿4支撐床板3向上頂起，當(dāng)連桿3達(dá)到最高點(diǎn)時，由鉸鏈連接的床板2也達(dá)到頂點(diǎn)，床板1到達(dá)原來床板3所在位置，即為座椅的底部，床板2、3即為座椅的靠背。從而實(shí)現(xiàn)了由床到椅的轉(zhuǎn)換。23圖23圖2方案一折疊式床椅被折起時機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：此方案主要由螺旋傳動，結(jié)構(gòu)簡單，可以通過自鎖現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)床椅的穩(wěn)定，加工容易，成本低廉，傳動平穩(wěn)精確。缺點(diǎn)：承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴(yán)重。人坐在床椅上，不方便床椅的相互轉(zhuǎn)換，故不適合殘疾人或病人使用。方案二：機(jī)構(gòu)類型：渦輪蝸桿、鏈條、齒輪、連桿等機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理：在該方案中，采用床和椅的轉(zhuǎn)換的是前后兩個床板被同時驅(qū)動的思想。具體機(jī)構(gòu)如附錄2所示。分別是床板平置和坐起動作完成后的狀態(tài)。床板平置時，人躺在床上和普通的床一樣，桿4'、5、6組成的連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，達(dá)到足夠的剛度和穩(wěn)定性支撐床板。

圖3（方案二）折疊式床椅平躺時當(dāng)需要坐起時由圖中的驅(qū)動蝸桿1轉(zhuǎn)動，帶動驅(qū)動渦輪2轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)臂運(yùn)動，將床板9頂起。與此同時通過鏈條傳動的渦輪帶動齒輪4轉(zhuǎn)動，齒輪4的旋轉(zhuǎn)使得曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄4'轉(zhuǎn)動，擺脫死點(diǎn)狀態(tài)，搖桿6轉(zhuǎn)動，使得床板7在重力的作用下轉(zhuǎn)動，最后同時滿足坐起和的功能。圖4方案二折疊式床椅折起時機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳動平穩(wěn)，沖擊載荷小傳動比大。病人或殘疾人在床上可通過手動控制。實(shí)現(xiàn)自己對自己的照顧。缺點(diǎn)：效率低磨損較嚴(yán)重，且渦輪蝸桿加工難度大，制作成本高。并且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。方案三：機(jī)構(gòu)類型：螺旋滑塊連桿組合機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理：在該方案中，與方案二一樣采用前后兩個床板被同時驅(qū)動的思想。具體驅(qū)動方式如附錄所示。分別是床板平置和坐起動作完成后的狀態(tài)。當(dāng)床椅轉(zhuǎn)換成床的時候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一樣。圖5方案三折疊式床椅平躺時當(dāng)床椅由床轉(zhuǎn)換成椅的時候，該過程由圖中螺旋滑塊連桿組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，螺套8向右運(yùn)動，從而通過連桿6、7帶動滑塊5沿桿4運(yùn)動，由于4和4'是一個整體，所以當(dāng)連桿4'向上頂起的同時，連桿4在重力的作用下向下運(yùn)動，床板2不動。由此實(shí)現(xiàn)了床板3的下降和床板1的上升，從而達(dá)到由床到椅的轉(zhuǎn)換。機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工比較容易，相比成本較低廉，傳動精確，可形成自鎖現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：效率低磨損較嚴(yán)重，機(jī)械強(qiáng)度不夠，且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。2.4方案四：機(jī)構(gòu)類型：螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理：在該方案中，采用床和椅的轉(zhuǎn)換是平鋪和坐起的功能分別驅(qū)動的思想。具體如圖附錄4所示。分別是床板平置和坐起動作時的狀態(tài)。當(dāng)床椅轉(zhuǎn)換成床的時候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一樣。1 2 3=，一I二'M圖7方案四折疊式床椅平躺時當(dāng)床椅由床轉(zhuǎn)換成椅的時候，該過程由圖中左右對稱的螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，但左右兩種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式是分開的，左邊的驅(qū)動裝置工作時，通過螺桿帶動螺套8向右運(yùn)動，從而通過連桿5帶動連桿4向上頂起，實(shí)現(xiàn)床板1的上升。右邊的驅(qū)動裝置發(fā)動時，通過螺桿帶動螺套向左運(yùn)動，從而通過連桿7帶動連桿6向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)床板3的下降，從而實(shí)現(xiàn)該床椅有床向椅的轉(zhuǎn)換。1圖8方案四折疊式機(jī)構(gòu)折疊時機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉，傳動精確，可形成自鎖現(xiàn)象。且其曲腿功能和坐起功能互不干擾，可分別調(diào)節(jié)靠背及曲腿板的角度，達(dá)到最佳的狀態(tài)。缺點(diǎn)：承受的軸向推力較大，效率低，摩擦嚴(yán)重。3、車輪設(shè)計及剎車機(jī)構(gòu)車的前輪為圓球形，可以實(shí)現(xiàn)車向不同的方向運(yùn)動。車的后輪采用普通車輪，并配置剎車機(jī)構(gòu)。3.1第一種剎車機(jī)構(gòu)這種剎車機(jī)構(gòu)利用死角原理，兩個車輪收到來自中間而作用于兩邊的的力。使得車輪停止運(yùn)動，達(dá)到剎車的目的。當(dāng)機(jī)構(gòu)2、3沒有受到力的作用時，2、3之間間的夾角小于。當(dāng)機(jī)構(gòu)2、3受到向下的力作用時，機(jī)構(gòu)2、3成180°，形成死角。使得車輪受到10力的作用而停止運(yùn)動。1 2 3 1 2 3 43 & Q & S圖10圖10剎車機(jī)構(gòu)工作時3.2第二種剎車機(jī)構(gòu)構(gòu)件1運(yùn)動使得構(gòu)件2轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制3是否與車輪接觸，到剎車的目的，不接觸則車輪轉(zhuǎn)動。當(dāng)達(dá)到剎車的目的時機(jī)構(gòu)1可以被放入縫隙中，實(shí)現(xiàn)制動。接觸即達(dá)圖11剎車機(jī)構(gòu)原理圖11剎車機(jī)構(gòu)原理114、設(shè)計方案的比較及選擇采用的機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)情況方案一連桿、螺套結(jié)構(gòu)簡單，可以通過自鎖現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)床椅的穩(wěn)定，加工容易，成本低廉，傳動平穩(wěn)精確。承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴(yán)重。人坐在床椅上，不方便床椅的相互轉(zhuǎn)換，不適合殘疾人或病人使用。可實(shí)現(xiàn)床椅之間的轉(zhuǎn)換方案二渦輪蝸桿一帶輪組合傳動平穩(wěn)，沖擊載荷小傳動比大。病人或殘疾人在床上可通過手動控制。實(shí)現(xiàn)自己對自己的照顧。效率低磨損較嚴(yán)重，且渦輪蝸桿加工難度大，制作成本高。并且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。可實(shí)現(xiàn)床椅之間的轉(zhuǎn)換方案三螺旋滑塊連桿組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工比較容易，相比成本較低廉，傳動精確，可形成自鎖現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定。效率低磨損較嚴(yán)重，機(jī)械強(qiáng)度不夠，且其曲腿功能和坐起只能同時滿足，無法獨(dú)立動作。可實(shí)現(xiàn)床椅之間的轉(zhuǎn)換方案四螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉，傳動精確，可形成自鎖現(xiàn)象。且其曲腿功能和坐起功能互不干擾，可分別調(diào)節(jié)靠背及曲腿板的角度，達(dá)到最佳的狀態(tài)承受的軸向推力較大，效率低，摩擦嚴(yán)重?？煞謩e實(shí)現(xiàn)前后床板的轉(zhuǎn)動綜合考慮各個功能的實(shí)現(xiàn)情況，制造的工藝性以及加工成本，最終決定選擇方案4。5、設(shè)計計算基本參數(shù)的設(shè)計根據(jù)常識確定床的基本尺寸為：長2100mm，寬1000mm，高600mm，平躺時床板為平的，人坐起時靠背床板的運(yùn)動范圍為0—85°，曲腿部分的床板的運(yùn)動范圍為0—60°。因?yàn)閭鲃拥男逝c傳動角由很大的關(guān)系，12故應(yīng)保證盡量大的傳動率角，參考傳動角范圍60°—90°,考慮個構(gòu)件間的相對位置，課初步確定個構(gòu)件的尺寸：坐起機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂:轉(zhuǎn)臂5長度為600mm，連桿6長330mm，連桿5'長150mm，螺桿導(dǎo)程1=300，故螺桿螺紋長度為350mm，據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿長為450mmo曲膝機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)臂12長為370mm，連桿11長為300mm，連桿12'長150mm，螺桿導(dǎo)程1=213mm，故螺桿螺紋長度為250mm，據(jù)床的整體結(jié)構(gòu)確定螺桿長度為450mm。機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理：當(dāng)床椅轉(zhuǎn)換成床的時候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一樣。當(dāng)床椅由床轉(zhuǎn)換成椅的時候，該過程由圖中左右對稱的螺旋連桿組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，但左右兩種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式是分開的，左邊的驅(qū)動裝置工作時,通過螺桿帶動螺套8向右運(yùn)動，從而通過連桿5帶動連桿4向上頂起,實(shí)現(xiàn)床板1的上升。右邊的驅(qū)動裝置發(fā)動時，通過螺桿帶動螺套向左運(yùn)動，從而通過連桿7帶動連桿6向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)床板3的下降，從而實(shí)現(xiàn)該床椅有床向椅的轉(zhuǎn)換。取『40s，極限角度。二85。則轉(zhuǎn)臂角速度兀 …3]=—~40=0.0393rad/s轉(zhuǎn)臂速度為彳二①/]=0.0393義0.62=0.0244m/s設(shè)負(fù)載為T=1000N13則轉(zhuǎn)臂的傳動功率為:人的許用功率人的許用功率P1P1=T1彳=24.4m/s（忽略轉(zhuǎn)臂自重）P

1

叩叩叩2P

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叩叩叩2叩4

螺桿連軸器軸承滾子24.40.4*0.98*0.992義0.994二75W（忽略軸的轉(zhuǎn)到慣量及連桿自重）則人的實(shí)際功率P=[P]x1.2=90W1 許1考慮摩擦等因素，人需付出至少120W。由圖知坐起螺桿導(dǎo)程約為300mm。，坐起時間t=40s，螺桿螺紋間距d=5mm。可以得出人驅(qū)動轉(zhuǎn)速約為：n=300+5+40x60=90r/min曲膝機(jī)構(gòu)：取/2=30s，極限角度9=50。則轉(zhuǎn)臂角速度5兀3= =0.035rad/s218x30轉(zhuǎn)臂速度為v2=3212=0.035x0.37=0.013m/s設(shè)負(fù)載為T=1000N，則轉(zhuǎn)臂的傳動功率為：P=Tv=13m/s（忽略轉(zhuǎn)臂自重）人的許用功率（忽略軸的轉(zhuǎn)到慣量及連桿自重）[P]= 2 = =42W許2 nn叩2叩4 0.4x0.98x0.992x0.994螺桿連軸器軸承滾子/