现代机械设计理论和方法大作业.docx

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现代机械设计理论和方法大作业

现代机械设计理论和方法大作业

要求：

（1）调查研究，制作简单可行性报告。

（2）确定主要的设计参数和技术指标。

（3）对主功能进行分解，绘制功能系统图和功能结构图。

（4）找到作用原理实现功能要求，建立形态力学矩阵，选择最优方案。

（5）绘制各子功能的结构简图。

（6）绘制设备的总体布局简图，体现各子系统的位置与相互联系。

（7）绘制各执行机构的运动循环图。

复合多功能衣架

这学期的《现代机械设计理论和方法》这门课，确实受益匪浅，尤其是在两位老师的引导下，我开始留意生活，留意生活中得不便之处，然后提出一些解决的想法。

我觉得这个思想对我的影响很大，正如现在我想介绍的这个衣架，正是由于我在家庭生活中获得的灵感。

一、简单可行性报告

在大多数农村地区，房屋中没有专门的阳台，很多人都在空地上晒衣物，当人们外出时，突然起风或下雨的时候没办法收衣服，回家后衣服不是掉地上就是洗好得衣服又给淋湿了，于是我便萌生了设计一个能防风防雨的多功能衣架的想法。

1.1市场调查分析

1.1.1市场描述

一些较老的宿舍或者农村家庭，一般会把衣服晾在外边，这就免不了会受到风吹雨淋。

尤其是在没人看的时候，比如在学校学生们上课顾不上看，晾在宿舍有晾不好，再如就是每天上班的人也没有时间去看管晾在外边的衣服。

我们的产品将填补这一项市场空白，他们的生活带来便利，也为所有在室外晾衣服的人群带来了福音。

这个市场是巨大的，不论在乡村还是在城市，无论在学校还是工厂，虽然该产品属于一项新的发明，而且在市场上也没发现同类产品，这就更加提升了我的这种产品的实用性和竞争力。

尤其是将防风防雨两种功能集成在一起，使其具有多功能性：

1）能避免被风刮下来。

2）不怕雨淋

3）加上衣架上特殊的设计，使得该种衣架能晾多种类型的东西而不仅仅是衣服。

1.1.2目标市场

我们将目标市场定义为：

农村家庭、没阳台的宿舍、室外晾衣服的人群等，我们的产品拥有以下优势；填补这个市场防风防雨组合衣架的空白，产品的多功能性，产品的便利性，产品的组合性，以及产品的不同组合形成的不同价位更使得这款产品拥有了广泛的人群支持和广泛的选择性。

1.1.3目标消费群

我们产品的目标消费群主要是在室外晾衣服的人群。

不论是住在没阳台宿舍的学生还是上班族，不论是住在乡村的人群还是城市的人群，只要他们在室外晾衣服，只要他们的衣服还正在受着风吹雨打，我们的产品都会给他们带来很大的方便。

首先：

我们的产品可以帮人们去除被风刮掉衣服的烦恼，其次，还可以让人们摆脱下雨回家收衣服的尴尬，进而提高人们的生活档次。

我们的产品的高质量，价格合理，一些切合实际的人性化设计也会吸引相当一部分用户。

综上所述：

这个产品会吸引很大的客户群，市场潜力大。

二、主要的设计指标表1：

1

功能

防风防雨

2

适应性

目标市场：

没阳台的宿舍，农村家庭、室外晾衣服的人群等

3

性能

将普通衣架与防风防雨的功能集成在一起，提高其实用性

4

可靠性

可靠性很高，维修方便

5

使用寿命

可长期使用，故障率报废率

6

安全

生产安全：

简单的塑料，简单的金属加工生产，安全性高

使用安全：

正确使用，无任何安全隐患

7

包装运输

防风制作主要为塑料，包装运输要求低

防雨要求较高，有的由金属制作，包装要求不会太高

3、功能系统图和功能结构图

3.1

普通衣架

+

闭合装置

+

感光传动装置

适当组合

风雨组合衣架

3.2

控制

信息（天气）

根据是否下雨启动防雨

装置防雨不会淋湿

驱动力

防风不会吹掉

衣物风吹雨淋衣物

噪声雨水腐蚀

四、实现各功能的作用原理及建立形态学矩阵，选出最优方案。

4.1.1防风功能的实现

采用旋转开合设计实现。

旋转开合可以借鉴手铐的设计，只需简单开合即可

4.1.2防雨功能控制电路的设计

1）控制电路设计

在晾衣架的外端装湿度传感器和光强传感器，雨布轴上卷绕防水雨布。

湿度传感器和光强传感器感应外界天气变化，当大气湿度达到80％以上，或光强弱到一定数值，传感器发出信号，通过控制电路控制电机的转动，通过传动机构使晾衣横杆缩回，同时电机带动雨布轴，将雨布伸出打开，包裹整个晾衣架；当天晴或天亮时，晾衣横杆伸出，雨布缩回，继续晾晒衣物。

。

2）控制电路设计

由雨水感应控制电路；温度传感器控制电路；光敏传感器控制电路以及位置传感器控制电路产生的数字信号，经89C2051单片机的输入口输入给单片机。

单片机经分析处理后所得到的结果，从单片机输出引脚输出相应的信号，从而控制电动机正反转。

雨水感应器控制电路设计

雨水感应器是本次设计的重点，设计中采用了多点：

式布置的方式，将其与两定值电阻及一滑动变阻器构成了如图3所示的桥式控制电路，当有雨水时，雨水感应器WY阻值变小，此时比较器5脚电压高于4脚电压，2脚输出高电平，单片机P1．2采集到高电平，由程序判断控制输出，使防护布自动伸展。

当天晴时，雨水感应器WY阻值变大，此时比较器5脚电压低于4脚电压，2脚输出低电平，单片机P1．2采集到低电平，由程序判断控制输出，使防护布自动收回。

光敏感应器控制电路

由光敏电阻，两个定值电阻构成了如图4所示的光敏传感桥式控制电路。

阳光明媚时光敏电阻W1阻值变小，此时比较器7脚电压高于6脚电压，1脚输出高电平，单片机P3．5采集到高电平，由程序判断控制输出，使防护布自动收回。

天阴时，光敏电阻W1阻值变大，此时比较器7脚电压低于6脚电压，1脚输出低电平，单片机P3．5采集到低电平，由程序判断控制输出，使防护布自动伸展。

3）机械设计部分

在晾衣架机构的最上层两侧装有雨布轨道，两根雨轨道的一端与墙体固定，并与上层电动雨布箱相连，另一端向外延伸并稍向下倾斜。

雨布轨道上装传送带。

雨布缠绕在雨布轴上，两端与传动带固定，雨布轴转动时，通过传送带带动雨布打开或缩回。

两根雨布轨道下面是晾衣架的主体晾衣轨道杆，两个晾衣轨道杆的内部是滑槽，在滑槽内装有传动晾衣横杆的滑车、传动带或钢丝，滑车部分是由滑车壳体、滑轮以及滑轮轴组成，晾衣横杆支撑在滑车七面装的凸耳上，滑车由电机驱动。

电子感应箱装在一根轨道杆的外端。

在两根轨道杆外侧面分别装有左、右电动雨布箱，左、右电动雨布箱两端下面分别装有雨布轨道；雨布轨道末端用水平的连接杆相连。

电动雨布箱的结构：

雨布缠绕在滚轴上，滚轴一端装有滚轮，滚轮上绕有拉绳，在滚轮外侧的滚轴上装有电机，电机由固定环固定在雨布箱内，电机外装有电路接线盒，在滚轴的另一端装有固定环，在雨布箱下端开有雨布出口。

4.2形态力学矩阵

功能元解

功能元

1234

防风

防雨

弹性自锁旋转开合衣架设孔固定外用固定圈

导杆倾斜防雨布伸展支架收缩

利用形态学矩阵的方法可以得到要完成防风防雨的功能可以有12种的组合，从这两种功能的结合难易程度，以及组合衣架分开也能分别做到满足防风或防雨的功能，在考虑到满足更广大的人群，可以将其确定为一下几种方案：

方案一，弹性自锁+导轨倾斜防护布展开；

方案二，旋转开合+导轨倾斜防护布展开；

方案三，弹性自锁+导轨倾斜支架收缩；

方案四，旋转开合+导轨倾斜支架收缩；

方案五，弹性自锁+交叉支架收缩；

方案六，旋转开合+交叉支架收缩；

4.3通过评价比较，选择出最佳方案

总体分析，该产品是基于多类型衣物晾晒衣架，添加防风防雨功能功能的产品，命名为复合多功能衣架是因为可以将防风和防雨的功能分开使用，以满足不同人群不同价格预期的人群，防风的功能容易满足，设计简单，制作容易，价格相对较低，故使用人群多分布在只对防风有特殊要求的消费者，并且为了满足不同工况条件，比如晾衣架或晾衣绳，晾衣架又有粗的和细的的区分，故在做方案评价的时候都要将其考虑在内。

可是由于防雨工能需要用到电机的带动防雨布的运动，故在结构上比较大，而且由于结构较复杂故成本相对较高，但是由于其可以固定安装在阳台上，或装在墙上，或者可以摆放在院子里，只有这样，衣架的研究才有广大的消费人群支持，并且在一些高级或专业的地方也可以用到比如说理发店和大的商场。

综上所述，方案的评价要从可分离生产，可适合多种工况，制造相对容易，价格相对较低，功能相对较多这些方面去考虑。

1）分析方案一

优点：

弹性自锁满足防风功能，比较稳固，导轨倾斜防护布展开满足防雨功能，防护范围广，防护密实，可以满足固定安装和灵活摆放，

缺点：

弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂，

2）分析方案二

优点：

导轨倾斜防护布展开满足防雨功能，防护范围广，防护密实，可以满足固定安装和灵活摆放。

旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。

缺点：

由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响，而且防护布伸展后需要人工重新卷起来比较麻烦。

3）分析方案三

优点：

弹性自锁满足防风功能，比较稳固。

导轨倾斜支架收缩来满足防雨功能，可基本达到防护要求，自动化较强，可以在工况适宜的时候自动展开达到晾衣服的要求，也可以在下雨的时候自动收缩，达到防雨要求。

缺点：

导轨需要固定安装在阳台外或外墙上才可以可以达到好的效果，使用场所受到限制，弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂。

4）分析方案四

优点：

旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。

。

导轨倾斜支架收缩来满足防雨功能，可基本达到防护要求，自动化较强，可以在工况适宜的时候自动展开达到晾衣服的要求，也可以在下雨的时候自动收缩，达到防雨要求。

缺点：

：

由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响。

而导轨需要固定安装在阳台外或外墙上才可以可以达到好的效果，使用场所受到限制

5）分析方案五

优点：

弹性自锁满足防风功能，比较稳固。

交叉支架收缩结构简单，价格便宜，比导轨支架收缩简洁方便，容易维修。

缺点：

弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂，而交叉支架结构刚度不如有导轨设计，但加导轨或类似导轨的装置会增加成本，最后由于交叉支架也需要固定装备，故应用范围有所限制。

6）分析方案六

优点：

旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。

交叉支架收缩结构简单，价格便宜，比导轨支架收缩简洁方便，容易维修。

缺点：

由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响。

而交叉支架结构刚度不如有导轨设计，但加导轨或类似导轨的装置会增加成本，最后由于交叉支架也需要固定装备，故应用范围有所限制。

综上述，每种方案都有其缺点和优点，通过比较各种方案的特点，在经过主要次要矛盾的分析。

又考虑到该设计需满足适合多种工况，制造相对容易，价格相对较低，功能相对较多这些特点，故比较之下，选择方案二比较适合。

虽然防护布伸展后需要人工重新卷起来比较麻烦，但这种方案能够灵活摆放，有广大的消费群，而且这种方案能够满足防风防雨功能分离生产，可以实现按需按量生产，制作不是太复杂，制造成本比较合理。

5、绘制各子功能的结构简图。

弹性自锁可以借鉴钥匙扣的设计旋转开合可以借鉴手铐的设计

衣架设孔固定衣架

导轨倾斜防护布伸展

导轨倾斜支架收缩

交叉支架收缩

6、绘制设备的总体布局简图。

1．晾衣架主体2．晾衣横杆3．上侧雨布组件4．两侧雨布组件

7、绘制各执行机构的运动循环图。

ST

OT

t1t2t3

交叉伸缩件的运动循环图如上图所示，t1是伸出阶段，t2是工作阶段（防雨），t3是收回阶段。

参考文献

[1]林若波，李锡丰，郑烁．晴雨智能晾衣架的设计[J]．电子技术，2006．