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畢業(yè)設(shè)計報告(論文)
報告(論文)題目：兩種多功能折疊床的設(shè)計
作者所在系部： 機電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
作者所在班級： B13113
作 者 姓 名 ： 張琳怡
作 者 學(xué) 號 ： 20134011302
指導(dǎo)教師姓名： 劉衛(wèi)
完 成 時 間 ： 2017 年 5 月
北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
摘 要
折疊床，是一種利用關(guān)節(jié)原理設(shè)計，為了方便和節(jié)省體積空間，通過各種折疊方式可以折疊收放的簡易床。它方便實用，存放方便。折疊床的問世給人們帶來了生活的便利。多功能折疊床由床架、支撐鉸鏈、床腿、床板、轉(zhuǎn)動端蓋等組成，其特征在于：將以上各件組合在一起，可以形成多種功能。常用于各類公共場所、醫(yī)院、公司、家庭等場所。
本課題兩種多功能折疊床的設(shè)計：首先查閱相關(guān)折疊床的發(fā)展、現(xiàn)狀及研究的資料，提出該課題的設(shè)計的方案，對其進行理論設(shè)計計算，及對關(guān)鍵零部件進行強度剛度校核，滿足實際使用要求，結(jié)構(gòu)堅固耐用，然后采用三維軟件對該折疊穿進行三維建模，及模擬折疊床的各個展開及折疊狀態(tài)，對功能進行仿真。
關(guān)鍵詞 折疊床 結(jié)構(gòu)設(shè)計 三維建模
Abstract
Folding bed, is a kind of use joint principle design, in order to facilitate and save volume space, through various fold way can fold the simple bed that puts up. It is convenient and convenient for storage.The advent of folding beds brought convenience to people. Multi-function folding bed is supported by frame, hinge, bed leg and bedplate, turn the end cover, etc, whose character is: the above all the pieces together, can form a variety of functions.Used for all kinds of public places, hospitals, companies, families etc.
This topic two multi-function folding bed design: first, to consult the relevant folding bed, present situation and the development of research data, put forward the design scheme of the subject, on the theory of design and calculation, and the strength of key parts for rigidity and satisfy the use requirement, the structure is strong and durable, and then use 3 d software for the folding wear 3-d modeling, and simulation of folding bed and folding status, the function simulation.
Keywords folding bed structure design three-dimensional modeling
目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 折疊床的歷史及研究現(xiàn)狀 1
1.3 本課題研究的目的和現(xiàn)狀 3
1.4 發(fā)展趨勢 3
1.5 本文研究內(nèi)容 4
第2章 多功能折疊床機械結(jié)構(gòu)原理及運動分析 5
2.1 多功能折疊床機構(gòu)運動原理設(shè)計 5
2.2 自由度計算 6
2.3折疊床機械結(jié)構(gòu)運動功能分析 6
第3章 多功能折疊床結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及分析 9
3.1 折疊床床身強度計算 9
3.2多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸強度、剛度的校核 13
3.2.1 多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.2.2 多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸強度校核 14
3.3多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸承的選擇 17
第4章 多功能折疊床傳動選型設(shè)計計算 20
4.1電動機的設(shè)計計算 20
4.1.1電動機的選擇 20
4.1.2折疊床床身轉(zhuǎn)動電動機的選擇 20
4.2減速器的設(shè)計選型 21
4.2.1減速器的選擇 21
4.2.2減速機的校核計算 22
第5章 多功能折疊床三維建模與設(shè)計 24
5.1 多功能折疊床三維模型的建立 24
5.2多功能折疊床三維模型的組裝 28
第6章 兩種多功能折疊床的展示 32
6.1第一種多功能折疊床 32
6.2第二種多功能折疊床 33
致 謝 35
參考文獻 36
第1章 緒論
1.1 課題背景
當(dāng)今世界房價飛的比子彈還快，工資還是如海平面一樣保持不動，住房面積有減小的趨勢。床是每個家庭必備的家具，但在“蝸居”一樣的房子里占據(jù)了很大的空間。設(shè)計一款可折疊的床，不僅一物多用，而且節(jié)省空間。
本文所研究的主要對象是折疊床。多功能折疊床的誕生方便了由于當(dāng)今世界房價飛漲，買不起大房子，使住房面積有減小的趨勢。床是每個家庭必備的家具，但在“蝸居”一樣的房子里占據(jù)了很大的空間。設(shè)計一款可折疊的床，不僅一物多用，而且節(jié)省空間。本文主要針對折疊床的功能、折疊機構(gòu)的運動形式的研究和當(dāng)代全球房價飛漲的現(xiàn)狀以及我國多功能折疊床的設(shè)計過程中所面臨的問題進行研究。
1.2 折疊床的歷史及研究現(xiàn)狀
據(jù)相關(guān)書籍記載，我國最早的折疊床是戰(zhàn)國晚期出現(xiàn)的，它的結(jié)構(gòu)大體上分為床身，床欄和床屜三部分構(gòu)成。每半邊床身分別由床檔、床枋、檔枋連絞木等組成。這樣的床可以折疊折疊，折疊后床架的長和寬都會變小很多，在用料上一般都采用較堅硬的木材。
折疊床在國內(nèi)的設(shè)計研究尚處于初級階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進一步的完善。國外折疊床的研究以德國、日本為代表，各種護理功能正在逐步完善，成熟。從近年來的發(fā)展來看，國內(nèi)的發(fā)展迅速，各種結(jié)構(gòu)、功能等等各異的折疊床層出不窮。發(fā)展方向主要向機器人模塊化的自動控制方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們的生活水平也在逐漸的提高，很多高科技物品代替了我們的勞動力，給我們帶來了一個舒適、輕松、時尚的生活環(huán)境。而這次多功能折疊床的設(shè)計也是為了迎合這一理念。目前市面上銷售的床不管是木質(zhì)結(jié)構(gòu)還是金屬結(jié)構(gòu)，都改變不了占地面積大，笨重，搬運不方便等缺點。從而不少廠家生產(chǎn)了各種床。盡管這些床使我們生活更加輕松、舒適，但是依然存在不足的地方。
如今多功能醫(yī)用折疊床的各種類型：
圖1 多功能醫(yī)用折疊床的各種類型
圖2 家用折疊床
圖3 旅游用折疊床
圖4 辦公室休息用折疊床
從上述折疊床的應(yīng)用及研究可以看出，折疊床應(yīng)用于不同場合，可以具有不同功能要求，適合不同的人的需求，因此，投入該領(lǐng)域的研究將大大加強，研發(fā)更加實用、耐用、美觀的折疊床的前景會非?？捎^。
1.3 本課題研究的目的和現(xiàn)狀
通過本課題的設(shè)計，了解機械設(shè)計的基本內(nèi)容及課題研究的設(shè)計思路，加深對所學(xué)知識的鞏固，同時學(xué)習(xí)機械設(shè)計所需用到的CAD軟件。通過對本課題論文的撰寫，使得學(xué)生能加深理論知識，鞏固其理論基礎(chǔ)。本課題多功能折疊床研究方法：首先查閱相關(guān)折疊床的發(fā)展及研究的資料，提出該課題的設(shè)計方案，對其進行理論設(shè)計計算，及對關(guān)鍵零部件進行強度剛度校核，滿足實際使用要求，結(jié)構(gòu)堅固耐用，然后采用三維軟件對該折疊穿進行三維建模，及模擬折疊床的各個展開及折疊狀態(tài)，對功能進行仿真。
1.4 發(fā)展趨勢
目前，小戶型房屋市場中，房屋空間相對有限，折疊家具因其節(jié)省空間、輕便靈巧等頗受歡迎，折疊床市場處于不斷的擴大之中。折疊床在醫(yī)院市場、戶外家具市場有一定的銷售額；此外，上班族午休市場折疊床潛力巨大。午休單人折疊床、沙灘簡易折疊床、行軍露營床、躺椅簡易床、簡易鐵藝床等價格基本在300元以下，占整個折疊床市場份額一般以上，占比在52%左右；價格位于300元-800元之間的折疊床占比約為29%，而價格在800元以上的高端產(chǎn)品占整個折疊床份額的17%左右。由此可以看出，我國的折疊床應(yīng)用市場需求還是以中低端層次產(chǎn)品為主。由于目前折疊床技術(shù)還沒有成熟，需要解決的問題還有很多，折疊床的折疊機構(gòu)不靈活，導(dǎo)致不能任意調(diào)整傾斜角度。機構(gòu)繁瑣。床身重量較重。成本較高。折疊床的舒適度不佳。機構(gòu)不能自鎖。結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，折疊床的安全承重范圍較小[4-5]。
1.5 本文研究內(nèi)容
課題內(nèi)容主要包括：
1、折疊床的發(fā)展的相關(guān)資料，了解折疊床的設(shè)計內(nèi)容；
2、根據(jù)折疊床設(shè)計及功能要求，提出折疊床的機械結(jié)構(gòu)方案；
3、折疊床的重要零部件（型材剛度及強度）設(shè)計計算及校核；
4、主要零件設(shè)計計算及選型，包括銷軸、軸承選型計算；
5、折疊床的三維設(shè)計及繪制CAD工程圖；
6、編寫設(shè)計說明書。
我設(shè)計了兩種多功能折疊床。第一種是利用關(guān)節(jié)原理的折疊，既能當(dāng)床，也可以當(dāng)椅子。第二種是利用簡單的機械結(jié)構(gòu)折疊，既可以當(dāng)床，又可當(dāng)寫字電腦桌。
本文主要討論第二種多功能折疊床的總體方案設(shè)計；折疊床的機械結(jié)構(gòu)、承載能力設(shè)計計算；折疊方便，節(jié)省空間。第一種折疊床校核設(shè)計類似。
第2章 ?多功能折疊床機械結(jié)構(gòu)原理及運動分析
2.1 多功能折疊床機構(gòu)運動原理設(shè)計
有折疊寫字桌的床的作用是:在床可以正常舒服睡覺的基礎(chǔ)上，同時也能使用寫字桌并便捷的折疊，躺在床上可隨時使用寫字桌，不需要的時候可以把寫字桌通過轉(zhuǎn)動軸折疊到床底，節(jié)省空間，方便實用。其結(jié)構(gòu)原理簡圖如圖2-1所示。
圖2-1折疊床機構(gòu)運動原理簡圖
1、5-床身；2、6-腳支撐推桿；3、7-腳支撐連桿；4、8-床腳；9-折疊辦公桌。10-中間支撐腳；11、12-中間支撐連桿；13-靠板;14-電機。
如上圖所示，首先將電腦板放置好，然后折疊床身，床身的折疊可以通過14-電機的控制來實現(xiàn)，床身折疊好之后，將被子即夾在中間槽里面，被子收好，然后將支撐鉸鏈折疊收藏，再將床腳收藏，折疊過程完成；若將右邊床腳折疊，床的右邊下面弄塊硬板，當(dāng)右邊床身在電機驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)動45-90度，這樣折起來后就能當(dāng)椅子或者辦公桌用了，人可以靠在該椅子上，在9-折疊辦公桌上擺放手提，可以進行工作及游戲。
將此折疊床的單邊床腳結(jié)構(gòu)進行簡化，把支撐腳的支撐結(jié)構(gòu)等效成一個四桿機構(gòu)，在支撐腳4處于豎直位置時，連桿2和3成了一條直線，四桿機構(gòu)處于死點位置[1-3]，該四桿機構(gòu)在該位置處于自鎖狀態(tài)，如圖2-2所示。
圖2-2 折疊床的單邊床腳結(jié)構(gòu)簡化示意圖
?2.2 自由度計算
上圖2-2中的機構(gòu)運動原理簡圖中，
含3個活動機構(gòu)，N=3;4個低副，;高副
自由度數(shù)為：F=3X3-2X4=1
原動件數(shù)為1
原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)，所示機構(gòu)具有確定的運動[6-9]。當(dāng)桿件2轉(zhuǎn)動到與桿件3成一條直線時，可以對桿件2進行限位，可以采用機械限位的方式，這樣整個桿件處于自鎖狀態(tài)。
?2.3折疊床機械結(jié)構(gòu)運動功能分析
（一）折疊床腿折疊運動分析
折疊床起始位置設(shè)置如上圖2-1所示，折疊床腳打開，折疊床可以使用，電機具有自鎖功能，在圖2-1狀態(tài)時，折疊床能夠堅固地站穩(wěn)，人可以躺在床上睡覺。當(dāng)折疊床需要收起來的時候，折疊床的床腳將實現(xiàn)折疊功能[10-12]，如下圖2-3所示。
1-床身；2-腳支撐推桿；3-腳支撐連桿；4-床腳
圖2-3 折疊床床腿折疊示意圖
首先將腳支撐推桿往上推，腳支撐推桿旋轉(zhuǎn)，帶動腳支撐連桿運動，將床腳往右拉動，床腳繞支點旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)折疊運動。中間支撐腳的折疊運動跟上圖分析的折疊床腳運動基本上差不多。
（二）折疊床床身折疊運動分析
折疊床床身折疊運動采用電機進行驅(qū)動，電機具有自鎖功能，轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動到某一位置時能夠自動抱死，鎖緊。折疊床折疊運動示意圖如下圖2-4所示。
1、5-床身；2、6-腳支撐推桿；3、7-腳支撐連桿；4、8-床腳；9-折疊辦公桌。10-中間支撐腳；11、12-中間支撐連桿；13-靠板;14-電機。
圖2-4 折疊床床身折疊示意圖
首先將折疊床床腳折疊，折疊過程如上所述，然后啟動旋轉(zhuǎn)電機，電機帶動右邊折疊床床身往上旋轉(zhuǎn)，根據(jù)使用者的生活習(xí)慣及工作需要，可以自動調(diào)節(jié)右邊床身的傾斜角度，折疊床折疊狀態(tài)示意圖如上圖。電機及減速機的選用需綜合考慮折疊床自身的重量及人靠在折疊床上重量，設(shè)計的時候得考慮二者，電機必須得有自鎖功能。
第3章 多功能折疊床結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及分析
3.1 折疊床床身強度計算
1.多功能折疊床在工作過程中外載荷復(fù)雜多變，工作裝置各構(gòu)件的內(nèi)力隨各組及運動變量的改變而變化。因此，合理的確定計算工況是進行工作裝置強度計算的前提。
2．
圖3-1 折疊床床身危險截面
圖3-2 折疊床床身截面圖
3．截面圖形的幾何性質(zhì)
截面1
截面面積 F=304.5
截面對參數(shù)軸的靜矩
截面形心
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
截面2
截面面積 F=154.5
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
截面3
截面面積 F=126
截面對參數(shù)軸的靜矩
截面形心
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
截面的慣性矩
抗彎截面模數(shù)
折疊床床身材料選擇為45
根據(jù)圖示的折疊床床身的受情況，折疊床床身上截面1、截面2、截面3應(yīng)力值為：
1．截面1
彎矩：
軸力：
切力：
截面1的應(yīng)力
按第四強度理論其合成應(yīng)力為：
2．截面2
彎矩：
軸力：
切力：
截面Ⅱ—Ⅱ上的應(yīng)力
按第四強度理論其合成應(yīng)力為：
3．截面3
彎矩：
軸力：
切力：
截面Ⅲ—Ⅲ上的應(yīng)力
按第四強度理論其合成應(yīng)力為：
從以上四個截面應(yīng)力可知，用45為材料強度極限
=180Mpa，各截面應(yīng)力均小于，強度要求可以滿足。
3.2多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸強度、剛度的校核
多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸的強度、剛度及臨界轉(zhuǎn)速可以采用傳統(tǒng)的計算方法進行校核,憑工程技術(shù)人員的經(jīng)驗進行結(jié)構(gòu)修改,通過校核結(jié)果來校正設(shè)計,重復(fù)多次計算,費時費力。還可以采用工程上廣泛應(yīng)用的CAE 軟件———ANSYS 來對軸進行強度、剛度及臨界轉(zhuǎn)速的校核,即利用建立的有限元模型來進行校核,可以大大縮短軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的周期,從而減少設(shè)計成本,并有利于多種型產(chǎn)品的開發(fā)[13-18]。多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸的功率P1、轉(zhuǎn)速n1、轉(zhuǎn)矩T1
PⅢ=52.8kw
nⅢ=1200r/min
TⅢ=350.2N·m
2估算軸的最小直徑
由《機械設(shè)計》第八版P370表15-3，取 =110，
由于需要考慮軸上的鍵槽放大,
∴d0 =26mm
3.2.1 多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、 多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸的結(jié)構(gòu)圖
圖3-3平臺轉(zhuǎn)動軸示意圖
(1) 12段段為安裝軸承段，右端采用定位軸肩，有所選擇軸承的內(nèi)徑和強度的要求。
（2）23段此處如果兩零件的間距較大時,不宜采用套筒定位,以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速較高時，也不宜采用套筒定位。
取=20mm,=25mm。
（3）34段此處如果為軸向采用軸肩及軸套定位，周向采用平鍵定位，因此該段需開有鍵槽，可能削弱軸的強度及剛度。
取=20mm,=25mm。
（4）45段為安裝軸承段，左端采用非定位軸肩，右端采用定位軸肩，有所選擇軸承的內(nèi)徑和強度的要求，可得
3.2.2 多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸強度校核
1.材料及熱處理
選擇軸的材料為45號鋼，并且進行表面淬火處理，硬度達到56～62HRC。由表6-1-1[13]查得
2.主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸向定位采用套筒和軸肩。
3.確定軸的輸入端直徑
軸的輸入端直徑已確定：D=30mm。
4.計算主軸的支反力、彎矩和扭矩
（1）主軸的受力簡圖、水平面及垂直面彎矩圖如圖3-4所示。
`
圖3-4主軸彎矩扭矩圖
（2）支座反力的計算
前面已算出
N.m
則：
N
N
N
N
N
N
（3）彎矩計算
水平方向：
?、衩妫骸?
?、蛎妫骸?
垂直方向：
Ⅰ面：
?、蛎妫骸?
?、窨倧澗兀?
Ⅰ面：
?、蛎妫骸?
（4）扭矩計算
(N.m)
6.軸的靜強度校核
由表5-1-24[15]到表5-1-26[15]查得截面模數(shù)
彎曲平均應(yīng)力
≥
=,靜強度校核通過。
7.軸的疲勞強度校核
（1）確定危險截面
由彎矩圖校核扭矩圖可以看出Ⅱ面為危險截面。
（2）校核危險截面的安全系數(shù)
由表6-1-24[15]得截面模數(shù)。彎曲疲勞極限MPa，MPa。查表6-1-1[15]鋼的平均應(yīng)力折算系數(shù)。圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù)。不同表面粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù)。絕對尺寸影響系數(shù)
。。彎曲應(yīng)力幅及平均應(yīng)力：
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅及平均應(yīng)力
危險截面安全系數(shù)
許用安全系數(shù)。故軸的疲勞強度校核通過。
3.3多功能折疊床轉(zhuǎn)動軸承的選擇
1.軸承類型及精度的選擇
根據(jù)載荷分析，徑向載荷與軸向載荷同時存在，所以前軸承選用2個深溝球軸承，前后軸承的精度均取級[12]。
（1）軸承支反力
主軸最大輸出扭矩
(N)
(N)
=0.5(N)
總合力
(N)
前后支反力分別為：
(N)
(N)
（2）確定軸承的型號及基本參數(shù)
根據(jù)軸徑查表7-2-52[13]可選軸承有9種，初步確定前軸承型號為6006，后支承軸承型號6006。
2.基本額定動載荷計算校核
（1）前支承
由表7-2-49查得當(dāng)量動載荷計算公式
（N）
基本額定動載荷
式中 ——為壽命系數(shù)
——為速度因數(shù)
——為力矩載荷因數(shù)
——為沖擊載荷因數(shù)
——為溫度因數(shù)
查表7-2-4[13]到表7-2-7[13]得
。則：
由于前支承是由兩個深溝球軸承背靠背布置，則:i=3
滿足設(shè)計要求。
(2)后支承
由表11.4[9]查得當(dāng)量動載計算公式
Pr=Fr+0.92RB=3760.2(N)
基本額定動載荷
(N)
由于后支承是由兩個深溝球軸承支承。則：
(N)
滿足設(shè)計要求。
3.軸承的預(yù)緊
使軸承滾動體與滾道之間有一定的過盈量稱為預(yù)緊，保持合理的軸承間隙或進行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊對主軸組件的工作性能和軸承壽命有重要影響。當(dāng)有過盈時，則受載的滾子數(shù)目增多，滾子受力均勻，誤差也可均化。因此，適當(dāng)?shù)念A(yù)緊可以提高軸承的精度和壽命。前支承深溝球軸承采用徑向預(yù)緊，后支承軸承也采徑向預(yù)緊。
第4章 多功能折疊床傳動選型設(shè)計計算
4.1電動機的設(shè)計計算
4.1.1電動機的選擇
折疊床轉(zhuǎn)動電動機選型需考慮的問題：
1.在機械與電氣方面對反復(fù)起動停止的操作都應(yīng)有充分的耐久性;
2.應(yīng)完全適合負(fù)載的速度一轉(zhuǎn)矩特性，特別是起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)有余裕;
3.速度的可控性良好;
4.慣性矩應(yīng)小，體積小而重量輕;
5.輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu);
6.應(yīng)有可靠的外殼保護結(jié)構(gòu)。
4.1.2折疊床床身轉(zhuǎn)動電動機的選擇
已知條件:折疊床轉(zhuǎn)動速度V = 20r/ min,滾動摩擦系數(shù)μ = 0. 03 ,折疊床床身轉(zhuǎn)動可動部分重力W′=1000 N ,折疊床轉(zhuǎn)動阻力R = (W′+ W2 )μ = 210 N , 動力傳動效率η = 0.9 (齒輪減速電機) ×0. 98 =0. 89。
最高時速時需要動力: P = RV /η = 4200×0.0967/ 0. 89 = 0.6kW，為保證折疊床床身轉(zhuǎn)動在安全環(huán)境下正常工作,選擇折疊床床身轉(zhuǎn)動電機功率為0.75kW。由于鼠籠形電動機具有很多直流電動機無可比擬的優(yōu)點:機構(gòu)簡單，價格低廉，單機容量大，對環(huán)境的要求不苛刻且維護方便，所以占電動機總數(shù)的比例很大，因而它的調(diào)速方法和控制技術(shù)，毫無疑問將成為電動機驅(qū)動控制的關(guān)鍵技術(shù)，而變頻器和鼠籠形電動機的結(jié)合，便是通常交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的最佳選擇。這個系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果、高控制精度和寬調(diào)速范圍以及簡單的維護和使用和易于實現(xiàn)自動控制和過程控制等優(yōu)異性能，所以倍受青睞。
變級多速三相異步電動機YD90L，結(jié)構(gòu)特征：自扇冷卻、封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴大量進入電機內(nèi)部。它的主要用途：作一般用途的驅(qū)動源，即用于驅(qū)動對啟動性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無特殊要求的機器和設(shè)備；亦可用灰塵較多、水土飛濺的場所。
表4-1電機的主要性能數(shù)據(jù)
電機型號
功率/KW
轉(zhuǎn)速
質(zhì)量/kg
YD90L
1
750
25
4.2減速器的設(shè)計選型
4.2.1減速器的選擇
減速器是一種有封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪-蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用于動力機與工作機作為減速的傳動裝置。由于減速器機構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運動準(zhǔn)確可靠。使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機器中應(yīng)用很廣。目前國內(nèi)使用的堆垛機，采用電動機-制動器-外齒輪減速器-車輪的傳動方式。由于減速器傳動比大，需要多級減速，使得整個減速器機構(gòu)體積大，重量大，噪音大，效率低。因此本文采用了一種新的運行機構(gòu)，用異步電動機直接帶動少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動具有以下優(yōu)點：(1)加工方便、制造成本較低。漸開線少齒差傳動的特點是用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料(2)傳動比范圍大，單級傳動比為10～1000以上 。(3)結(jié)構(gòu)形式多．應(yīng)用范圍廣。由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也可以不在同一軸線上，所以能適應(yīng)各種機械的需要。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由于采用內(nèi)嚙合行星傳動，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動比相等時，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少1/3～2／3。(5)效率高。當(dāng)傳動比為10～200時，效率為80％～94％。效率隨著傳動比的增加而降低。(6)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大。由于是內(nèi)嚙合傳動．兩嚙合輪齒一為凹齒、一為凸齒，兩者的曲率中心在同一方向．曲率半徑義接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強度大為提高：又因采用短齒制．輪齒的彎曲強度也提高了：此外，少齒差傳動時，不是一對輪齒嚙合，而是3-9對輪齒同時接觸受力．所以運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小，并且在相同的模數(shù)情況下．其傳遞力矩比普通同柱齒輪減速器大。基于以上特點，小到機器人的關(guān)節(jié)、大到冶金礦山機械．以及從要求不高的農(nóng)用、食品機械．到要求較高的印刷和國防工業(yè)都有應(yīng)用實例。少齒差行星減速器具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、振動小，噪音低等優(yōu)點，主要用于輕紡、電力、鋼鐵、化工、電工機械、建筑、起重運輸?shù)刃袠I(yè)。工作環(huán)境溫度為-40～45°c，低于0 °C時，啟動前潤滑油應(yīng)預(yù)熱；高于45 °C時應(yīng)采取降溫措施。
表4-2減速器主要性能
輸出
輸入
減速器型號
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)矩
徑向力
調(diào)速范圍
功率
SCCJW2-23
5.2-52
320
2000
120-1300
1.5
減速器的主要尺寸及圖如下
表4-3a主要尺寸
外形尺寸及中心高
軸伸尺寸
規(guī)格
H
H
D
L
D1
L1
B1
T1
D2
L2
B2
T2
230
265
630
530
925
130
200
32
137
55
82
16
59
表4-3b主要尺寸
地腳尺寸
A
A1
A0
B
B1
B0
D0
H
418
100
318
630
115
530
39
40
圖4-1
4.2.2減速機的校核計算
按照減速器的機械強度功率選取，一般情況下計入工況系數(shù)f1，特殊情況下還要考慮安全系數(shù)，查表知，當(dāng)負(fù)荷為：中等沖擊時，f1=1
已知:電動機功率P2=0.45kw
P2m= P2×f1=0.45×1=0.45kw
要求：P2m≦P1
折算公稱公率P1=P×= 1.5×=0.865kw
其中，n1——減速器輸入轉(zhuǎn)速
n2——電機轉(zhuǎn)速
由于 P2m≦P1，故SCCJW2-23減速器符合折疊床轉(zhuǎn)動力矩要求。
42
第5章 多功能折疊床三維建模與設(shè)計
5.1 多功能折疊床三維模型的建立
三維模型仿真之前，首先得建立多功能折疊床三維模型。下面將采用Solidworks建立多功能折疊床的三維模型。以連桿的設(shè)計為例簡要介紹Solidworks的使用及其工具箱的功能。Solidworks軟件的界面如下圖所示。
圖5-1 Solidworks軟件的界面
下面以轉(zhuǎn)動軸承為例建立三維模型，然后對補多功能折疊床進行組裝。首先選取參考面，繪制草圖。操作過程如下：
1、運用鼠標(biāo)點擊草繪按鈕，選取前視基準(zhǔn)面繪制草圖如下圖所示
圖5-2 繪制草圖
2、繪制好該特征的草圖之后，點擊旋轉(zhuǎn)凸臺按鈕進行特征生成，旋轉(zhuǎn)凸臺按鈕里面具有參數(shù)選擇的功能，可以設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度，選取不同類型尺寸的生成，其拉伸菜單如下圖所示。
圖5-3 旋轉(zhuǎn)凸臺菜單示意圖
3、選取給定旋轉(zhuǎn)角度，設(shè)置參數(shù)為360度，選取旋轉(zhuǎn)凸臺菜單里面的，系統(tǒng)自動生成一特征如下圖所示
圖5-4 旋轉(zhuǎn)凸臺生成示意圖
下面再建立鍵槽部分特征，如下圖所示。首先選取該特征的底部為參考面，然后繪制草圖—拉伸，該過程與上圖的繪制基本一致，得設(shè)置一基準(zhǔn)面。
1、繪制草圖，繪制草圖如下圖所示，草繪完成。
圖5-5 鍵槽草繪
2、對該草繪進行拉伸切除，選擇拉伸切除按鈕，設(shè)置拉伸切除長度參數(shù)為完全貫通，拉伸切除效果圖如下圖所示。
圖5-6 拉伸切除預(yù)覽示意圖
同樣地，再選擇另一基準(zhǔn)面建立圓柱特征及拉伸切除一個圓環(huán)槽及一鍵槽，這一系列過程不再贅述。至此，整個主軸三維模型設(shè)計完成，其三維圖如下所示。
圖5-7 轉(zhuǎn)動軸承座三維示意圖
同理，其他零件如床身；腳支撐推桿；腳支撐連桿；床腳；折疊辦公桌；中間支撐腳；中間支撐連桿；靠板；電機；軸套；大端蓋；外六角螺栓；限位塊等三維模型的建立，方法基本一致，只是使用的特征按鈕不一樣，操作方法基本相同。轉(zhuǎn)動齒輪如下圖所示。
圖5-8 床身轉(zhuǎn)動鉸鏈座的三維設(shè)計
限于篇幅，其他零件的三維圖不再一一列出。零件設(shè)計好之后，將對零件進行裝配。
5.2多功能折疊床三維模型的組裝
在Solidworks軟件里面，配合主要有重合、平行、垂直、相切、同軸心、鎖定、及距離、角度等配合功能，根據(jù)具體的配合要求選取不同的配合來完成機器的裝配，使之成為一個裝配體。裝配的配合界面如下圖所示。
圖5-9 配合界面示意圖
根據(jù)該多功能折疊床裝配的裝配特點，其裝配主要是轉(zhuǎn)動副設(shè)計配合，及面與面的重合，因此只需用到同軸心配合及重合兩種裝配方式。
下面將以轉(zhuǎn)動軸與深溝球軸承的裝配配合作為重點介紹。
首先在Solidworks軟件里面建立裝配體組裝界面。打開裝配體文件夾，具體操作過程如下：
1、點擊新建，里面有文件夾形式的選取，包括零件及按鈕，選取裝配體文件，打開裝配體界面。
2、點擊插入零部件按鈕，選取插入轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)零件。
3、點擊插入零部件按鈕，選取插入座與深溝球軸承小腿臂零件，如下圖4-10所示。
圖5-10 轉(zhuǎn)動軸與深溝球軸承的插入
4、轉(zhuǎn)動軸與深溝球軸承的插入，已經(jīng)完成，下面將對兩零件進行裝配，選取裝配配合方式，點擊同軸心，然后選取兩個零件的配合圓柱面進行配合。
圖5-11 配合菜單
圖5-12 同軸心配合示意圖
5、完成轉(zhuǎn)動軸與深溝球軸承的同軸心配合之后，下面對兩個零件的重合面進行設(shè)計。首先選取重合配合按鈕進行裝配操作，選取各自的兩個重合面，點擊完成，即可生成如下裝配示意圖。
圖5-13裝配體示意圖
至此示例完成，兩零件組裝完成。各個部件之間的組裝都與上述示例相同，不再贅述，整個裝配體裝配效果圖如下。其余的鉸鏈-轉(zhuǎn)動副裝配，基本都一致，該多功能折疊床的裝配體設(shè)計美觀大方，結(jié)構(gòu)緊湊。
圖5-14 三維渲染效果圖
第6章 兩種多功能折疊床的展示
6.1第一種多功能折疊床
圖6-1 第一種多功能床的展開
圖6-2 第一種多功能床的折疊
第一種是利用關(guān)節(jié)原理的折疊，既能當(dāng)床，也可以當(dāng)椅子。
6.2第二種多功能折疊床
圖6-3 第二種多功能床的展開
圖6-4 第二種多功能床的折疊
第二種是利用簡單的機械結(jié)構(gòu)折疊，既可以當(dāng)床，又可當(dāng)寫字電腦桌。
致 謝
大學(xué)生活即將在這個六月步入尾聲，然而這對于我的人生來說卻僅僅是新的征程，畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)生涯的最后一個作業(yè)。
在近兩個月的時間里，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計，在做畢設(shè)的時間里，我從一開始的毫無頭緒到現(xiàn)在順利完成設(shè)計。讓我解決了一些之前不太理解的問題。如折疊床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、折疊床的整體分析、齒輪的計算等一系列的問題，這要謝謝我的畢業(yè)指導(dǎo)劉衛(wèi)老師耐心詳細(xì)的指導(dǎo)，還有同學(xué)、好朋友的幫助和鼓勵。讓我化解了一個又一個難題。
還有各位研究撰寫發(fā)表關(guān)于折疊床方面的學(xué)者，給我提供了大量素材。讓我能借鑒你們的學(xué)術(shù)研究。來做好我的畢業(yè)設(shè)計。
由于本人能力有限，學(xué)業(yè)不精。對所學(xué)的知識理論不能靈活運用，論文中難免有不足之處，歡迎各位老師、同學(xué)批評指正。
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