畢業(yè)答辯-居家閣樓智能伸縮樓梯的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告課題：居家智能智能閣樓伸縮樓梯的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者：班級：學(xué)號：課題背景在畢業(yè)到來之際，畢設(shè)指導(dǎo)教師孟老師根據(jù)我所學(xué)的專業(yè)和在家具公司實(shí)習(xí)工作的實(shí)際情況，給我推薦了閣樓伸縮樓梯設(shè)計(jì)這樣一個(gè)畢設(shè)題目，通過老師給的視頻，我初步對這樣一個(gè)產(chǎn)品有了一些概念認(rèn)識，但是我想既然是畢業(yè)設(shè)計(jì)，就得有自己的創(chuàng)新的東西，不能一味的模仿別人的設(shè)計(jì)，所以我沒有立即接受這個(gè)題目?，F(xiàn)有的閣樓伸縮梯功能較為單一,伸縮時(shí)較為費(fèi)力,不利于人們便捷使用,梯子的長度較為固定,限制了其使用范圍,并且梯子的斜度無法隨樓層的高度而進(jìn)行調(diào)節(jié),使用過程中如果斜度過大會嚴(yán)重影響使用者的安全。但是它的簡單實(shí)用，不占用生活空間的優(yōu)點(diǎn)讓我很感興趣，我之后再網(wǎng)上搜集了大量的產(chǎn)品資料和相關(guān)的用戶反饋資料，通過自己思考分析，漸漸的有了在現(xiàn)有市場產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進(jìn)完善，尋求創(chuàng)新突破的想法，于是我接受了指導(dǎo)老師的建議，開始準(zhǔn)備以家居閣樓智能伸縮樓梯設(shè)計(jì)為題的畢業(yè)設(shè)計(jì)。我希望結(jié)合所學(xué)的專業(yè)知識，根據(jù)對現(xiàn)有產(chǎn)品的研究認(rèn)識，設(shè)計(jì)出一款新穎美觀，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全高效，富有科技感的新型閣樓樓梯。課題應(yīng)用情況閣樓伸縮樓梯的出現(xiàn)是制造技術(shù)發(fā)展和社會需求緊張共同催化出來的產(chǎn)物，當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人們的生活也在科技的強(qiáng)大推力下飛速向前發(fā)展，機(jī)械，電工，液壓，計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域都在齊頭并進(jìn)，相互融合發(fā)展。生活上人們追求簡單快捷的生活工具，智能化和高效省力的產(chǎn)品受到大眾的青睞。一些相關(guān)領(lǐng)域的人們已經(jīng)在閣樓伸縮樓梯的設(shè)計(jì)應(yīng)用方面取得一定的成就，國內(nèi)一些設(shè)計(jì)人士就此申請了自己的專利，通過專利保護(hù)自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。許多樓梯廠家也競相的開發(fā)自己閣樓伸縮樓梯產(chǎn)品，款式多樣，功能不一，價(jià)格也有多個(gè)檔位。目前市面上閣樓伸縮樓梯主要有手動型、電動型兩種，手動型一般只能在樓下操作使用，而電動型可以用無線遙控器實(shí)現(xiàn)自動的折疊與收攏，在樓上樓下都可以用遙控器操作。而國外雖然擁有較為先進(jìn)的機(jī)械機(jī)電加工工藝，但是住房壓力遠(yuǎn)不及中國，所以閣樓伸縮樓梯的市場并不是很大，也不像在中國這樣發(fā)展迅速，主要是向國內(nèi)的閣樓伸縮樓梯廠家提供一些電動液壓器件，比如德國生產(chǎn)的電機(jī)以其優(yōu)越的性能成為了閣樓伸縮樓梯的心臟，一套加裝在手動伸縮樓梯上的電動控制裝置就價(jià)值5000元左右，大大提高了電動自動閣樓伸縮樓梯的成本，讓不易接受。下面是一些產(chǎn)品的效果圖:

課題意義該課題有效的將在過去所學(xué)的知識，在實(shí)習(xí)工作中對家具產(chǎn)品制造理念和生產(chǎn)工藝的認(rèn)識，以及自己的設(shè)計(jì)構(gòu)想有機(jī)的結(jié)合在了一起，讓我學(xué)以致用，在實(shí)踐中檢驗(yàn)四年的學(xué)習(xí)成果，更讓我認(rèn)識到了平時(shí)學(xué)習(xí)中沒有掌握透徹的東西，另一方面，通過在畢設(shè)的實(shí)踐操作中，提高了我繪圖制圖的能力。對當(dāng)代青年來說，在城市里工作生活的住房壓力日趨增大，小戶型的住房越來越多，有房者或者租房的人都希望有限的空間能得到充分的利用，而設(shè)計(jì)合理的閣樓空間成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇，閣樓空間雖然存在一定弊病，可是經(jīng)過現(xiàn)代技術(shù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)也可盡善盡美，得到很大的發(fā)展空間。很多擁有閣樓的人嘗試將閣樓改造成設(shè)計(jì)新穎、功能實(shí)用的居住空間，在現(xiàn)代建筑技術(shù)與設(shè)計(jì)藝術(shù)推動下，它的用途更為廣泛，可以打造成臥室、書房、浴室、兒童房間等功能空間。而在一把鉸接而成的閣樓伸縮樓梯上搬運(yùn)東西，難度大，危險(xiǎn)高，這讓伸縮樓梯的使用者很困擾，讓很多想節(jié)約空間選擇安裝閣樓伸縮樓梯的消費(fèi)者心有顧忌而最終望而卻步?，F(xiàn)在市面上的產(chǎn)品都是較為初級的產(chǎn)品，鉸接結(jié)構(gòu)較多，構(gòu)件雖然強(qiáng)度可靠，但是過于單薄，加上整個(gè)伸縮樓梯是如同懸掛在閣樓上的，沒有樓梯扶手，踏步還比較狹窄，不能和整個(gè)腳掌完全接觸。針對這樣的現(xiàn)狀，我想通過自己獨(dú)到的設(shè)計(jì)，給出相應(yīng)設(shè)計(jì)方案，解決目前閣樓伸縮樓梯存在的問題，給消費(fèi)者提供一款實(shí)用耐用，物美價(jià)廉的閣樓樓梯，讓閣樓與外界再無隔閡，讓電動閣樓伸縮樓梯成為深度開發(fā)利用閣樓空間的金鑰匙。國內(nèi)外研究狀況生活在城市購房者或者是租房者都有意愿在有限居住空間通過閣樓的設(shè)計(jì)拓展空間，讓空間充分高效的利用，自帶閣樓空間的住所也受到了人們青睞。所以很多研究學(xué)者，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)人員，樓梯廠家都爭先在閣樓伸縮樓梯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)上做了不少的研究和貢獻(xiàn)，并且取得了相當(dāng)?shù)某晒?。下面是一些設(shè)計(jì)方案和專利圖樣：本次設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容針對現(xiàn)在市場上閣樓伸縮樓梯產(chǎn)品普遍存在穩(wěn)定性差、高配產(chǎn)品價(jià)位高和產(chǎn)品適應(yīng)性能差（只能通過定制實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與工作環(huán)境相適應(yīng)）的問題。本次的電動閣樓伸縮樓梯設(shè)計(jì)通過對相關(guān)部件結(jié)構(gòu)功能的改善、增加關(guān)節(jié)處的鎖止、地腳的鎖定固定功能和提高液壓動力裝置的自鎖支撐能力讓其穩(wěn)定性有本質(zhì)提高；將踏板改為可調(diào)節(jié)的活動踏板，可在樓梯和滑梯兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，并增加相應(yīng)的聯(lián)動機(jī)構(gòu)和動力裝置使功能自動實(shí)現(xiàn)；頂罩小車的設(shè)計(jì)要做到具有多功用、安全高效和美觀輕便，即做到小車功能+安全保護(hù)功能+家具使用功能的三用一體；伸縮樓梯的動力運(yùn)動模塊要實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)分別為液壓動作保持系統(tǒng)、樓梯和滑梯轉(zhuǎn)變保持系統(tǒng)和頂罩小車運(yùn)輸物品牽引裝置提供保證功能實(shí)現(xiàn)的充足動力，并且都帶有自鎖裝置和限位裝置，確保在使用過程中突然失去動力也不會發(fā)生安全事件和伸縮樓梯所有的動作都在設(shè)定范圍之內(nèi)并準(zhǔn)確無誤；液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動閣樓伸縮樓梯自動化的動力和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)目標(biāo)承載載荷和和電動閣樓伸縮樓梯的自重等相關(guān)因素進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，選定液壓元件，液壓泵，液壓缸，電機(jī)等；動作桿件和相關(guān)的運(yùn)動部件通過合理的布置設(shè)計(jì)，使其保證預(yù)期功能的實(shí)現(xiàn)而不發(fā)生干涉，并有效的提高產(chǎn)品的空間利用率；伸縮樓梯各個(gè)承力部件和連接處都要根據(jù)設(shè)計(jì)承力目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，計(jì)算核驗(yàn)，并做輕量化處理；對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，使產(chǎn)品在遙控器的操作下穩(wěn)定的完成預(yù)期的功能目標(biāo)。零件分析S彎活動踏板鉸鏈&門板安裝框架三角支架小車載物小車居家閣樓智能伸縮樓梯裝配圖液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖遙控控制設(shè)計(jì)遙控器共有8個(gè)控制按鈕，每個(gè)按鈕對應(yīng)自己的功能命令，分別是打開、收起兩個(gè)基礎(chǔ)操作鍵，踏梯、滑梯、牽引小車和放下小車四個(gè)功能執(zhí)行鍵，急停、恢復(fù)兩個(gè)安全鍵。下面是所有按鈕對應(yīng)的動作部件及動作順序分析：1、執(zhí)行打開命令。電機(jī)通電轉(zhuǎn)動，帶動減速器，帶動液壓泵，向液壓系統(tǒng)提供壓力油，電磁閥在單片機(jī)的控制下依次打開，并在液壓元件動作到位后關(guān)閉。所有部件動作時(shí)間根據(jù)需要由單片機(jī)控制。最終呈現(xiàn)踏梯功能狀態(tài)。2、執(zhí)行收起命令。在執(zhí)行收起動作前要確保踏板在踏梯功能狀態(tài)，所以在執(zhí)行收起命令是要首先自動執(zhí)行踏梯命令，然后U型架液壓桿組收縮完畢，然后門板液壓桿組收縮完畢。3、踏梯和滑梯功能鍵是在樓梯打開狀態(tài)下讓踏板在兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的，分別對應(yīng)踏板液壓桿組的收縮和伸展。單片機(jī)控制系統(tǒng)只有在樓梯打開的狀態(tài)下這兩個(gè)按鈕才有效。4、牽引小車命令和放下小車命令是牽引裝置執(zhí)行相反的動作，即電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。進(jìn)行這兩個(gè)動作的前提是踏板處于滑梯狀態(tài)，所以按下這另個(gè)功能鍵同時(shí)先執(zhí)行滑梯動作，保證小車在滑軌上運(yùn)動。在滑梯功能動作到位后，離合器部分的液壓閥動作，在壓力油左右下離合器使動力源與液壓泵斷開，液壓回路沒有壓力油，在自鎖回路作用下動作保持。同時(shí)使動力源與牽引裝置結(jié)合，在裝好貨物放好小車后便根據(jù)需要執(zhí)行相應(yīng)的命令動作。5、急停鍵可以使油路中所有閥門瞬間處于閉合狀態(tài)，伸縮樓梯的所有動作都停止并保持；恢復(fù)鍵使急停的動作繼續(xù)。液壓系統(tǒng)及主要參數(shù)的計(jì)算分析作往復(fù)直線運(yùn)動的液壓缸上的總負(fù)載由工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封阻力、背壓阻力六部分組成。1)工作載荷Fg常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線上的重力、切削力、及壓力等，這些作用力的方向與與活塞運(yùn)動方向相同為負(fù)，相反為正。2)導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff對于水平導(dǎo)軌式中G——運(yùn)動部件所受的重力，N；

FN——外載荷作用于導(dǎo)軌上的正壓力，N；

μ——摩擦系數(shù),對于鑄鐵導(dǎo)軌μ=0.1～0.2，滾動導(dǎo)軌,μ=0.005～0.01。3)慣性載荷Fα式中

g——重力加速度，m/s；g=9.81。

Δv——速度變化量，m/s；

Δt——啟動或制動時(shí)間，s。一般Δt=0.1～0.5s，對于輕載低速運(yùn)動部件取小值，對于高速重載部件一般取大值。行走機(jī)械一般取Δv/Δt=0.5～1.5s。

啟動加速時(shí)

穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時(shí)

FW=Fg+Ff減速制動時(shí)

工作載荷Fg并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則Fg=0。除外載荷FN外，作用于活塞上的載荷F還包括液壓缸密封處的摩擦阻力Fm，由于各種液壓缸的密封材質(zhì)和密封形式不同，密封阻力難以精確計(jì)算，一般估算為

式中

ηm——液壓缸的機(jī)械效率,一般取0.90～0.95。F=Fw

/ηm

由上式計(jì)算出門板液壓缸的總推力F為8×102N，伸縮扶手液壓缸的總推力為6×102N，活動踏板液壓缸缸的推力為4×102N。將公式推算可得液壓缸的內(nèi)徑為

各個(gè)回路的背壓值均選為0.4MPa。1)

確定門板油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑由上式可求得D1=16mm,按表2-4可選d/D=0.5此時(shí)，d=8mm。2)

確定伸縮扶手油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑：求出D2=12mm，d=6mm。3)確定活動踏板油缸的內(nèi)徑及活塞桿直徑:油缸內(nèi)徑為D3=10mm，d=5mm。單桿液壓缸

式中p1——進(jìn)油腔壓力，Pa；

A1——進(jìn)油腔有效面積，m2；

F——液壓缸總負(fù)載，N。F=Fm/ηm

，ηm為液壓缸的機(jī)械效率，一般取ηm=0.90～0.95；

p2——回油腔壓力（背壓），Pa；

A2——回油腔有效面積，m2；背壓p2的值可根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)及調(diào)速性能要求參考表4-2初選一個(gè)參考值，待系統(tǒng)回路確定后再作修正。為了能夠利用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須先選定背壓p2及活塞桿直徑d與液壓內(nèi)徑D的比值，記為其比值可按工作壓力選取參照表4-3。液壓缸工作時(shí)所需的流量

式中

A——液壓缸的有效作用面積，m2；

V——活塞與缸體的相對速度，m/s。1)門板油缸流量Q1確定門板油缸縮回速度為v1=0.047m/s可