机械原理课程设计设计 助残自动叠展被装置.docx
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机械原理课程设计设计助残自动叠展被装置
机械原理课程设计设计说明书
设计题目：
助残自动叠展被装置
专业：
机械设计制造及自动化
学号：
*******
设计者：
****
指导老师：
*******大学
机械与材料学院
20**年6月
1设计题目1
1.1工作原理及工艺动作过程1
1.2原始数据及设计要求1
1.3设计方案提示1
1.4设计任务1
2理论设计方案3
2.1装置预期的功能要求4
2.3运动规律设计5
2.3.1工艺动作分解7
2.3.2运动方案的选择8
2.3.4运动和动力分析8
3计算内容9
4个人小结10
5参考资料11
1题目：
助残自动叠展被装置
1.1工作原理及工艺动作过程
对于残疾人来说正常人认为很简单的一件事----叠被子,会使得他们十分为难。
为了帮助他们解决这个困难，设计了一款自动叠展被装置来帮助他们。
具体叠被过程可以分为以下几步：
1）固被机构。
将叠被机构与被褥紧密连接在一起。
2）叠被机构。
通过此结构将平铺被褥折叠，并翻转放置床边。
3）展被机构。
将折叠被褥展开，平铺到床上。
1.2原始数据及设计要求
1）被褥。
普通棉被、空调被、毛毯等，长度范围：
2000~2200mm，宽度范围：
1600~1800mm，自然厚度范围：
50~60mm。
2）操作时间。
叠被时间5~6秒，展被时间7~8秒。
3）设计要求：
装置简单、体积小、重量轻、工作性能可靠、成本低、操作系统方便、人性化、外观美观得体，叠被效果好，展被平稳
1.3设计方案的提示
1）在设计动力机构时，要用一个电动机带动执行机构，降低装置成本。
2）用同一执行机构完成叠被、展被过程，精简装置机构。
3）装置作用在柔性材料（被褥），在叠被成型过程中，可以用刚性杆件对被褥进行刚性结合，进而在外界动力输入时，柔性被褥可随着刚性杆件自然成型。
4）要保证叠被展被间的，叠被速度快，展被速度适中，保证高效叠被，舒适铺被。
1.4设计任务
1）根据工艺动作要求拟定运动循环图；
2）进行固被、叠被、展被三个机构的选型，实现三个机构的协调配合；
3）机械运动方案的评定与选择；
4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；
5）画出机械运动方案简图（机械运动示意图）；
6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸分析计算。
2运动方案设计
2.1机械预期的功能要求
1）本装置可以针对普通被褥（首次需要将被褥固定于装置的折叠臂上）进行自动折叠，铺展。
作用的对象（被褥）范围较为广泛，具有普遍实用性。
2）在被褥与折叠臂固定后，被褥与折叠臂结合较紧，折叠被褥效果良好；铺展被褥后，被褥不再像折被时那样与折叠臂相对结合较紧，被褥被松散的平铺在床上，不会使使用者感觉不适，影响其睡眠质量。
3）在其控制方面要人性化，针对残疾人的身体上的不同缺陷，尽可能地保证多方位的开关控制。
4）工作过程噪音小，动作柔和，性能可靠。
2.2功能原理设计
通常情况下，一部机器需要通过电动机带动一系列复杂的机构，使其正常运转，这其中涉及到很多简单且基本的机械机构。
当然，也可以直接通过电动机带动整部机器运转，这完全取决于及其所完成的工作以及设计该机器时所面临的种种实际情况。
针对折叠质地为柔性的被褥，而且要求不影响使用者的睡眠，那么原理上只能从被褥的两侧进行固定。
两侧折叠臂通过链式四杆机构对被褥成型折叠。
链式四杆机构与被褥的连接紧密性是可以调节的，原理上应该由折叠臂在伸缩来自动调节，这样实现自动、人性化。
叠展被的传动机构应该满足将转动（电动机）转化为复合运动（折叠臂的翻转和收缩），将高速运动转化为低速运动。
由于叠被机构尺寸较长（2000mm左右），对其的传动机构也需要有较大尺寸。
对于较大距离的动力传输，一般才有链式、杆式、绳式传动机构，但在展被过程中，该机构还需要逆向运动，这样就最选用杆式传动结构。
如下图2.2.1所示：
图2.2.1
2.3运动规律设计
2.3.1工艺动作分解
根据装置的功能，其工艺动作可分为：
A．叠被；
B．展被。
但在装置完成其工艺动作之前，还需要将被褥与装置的折叠臂相结合，这就涉及到装置的一个辅助动作：
C．固被。
具体如下图2.3.1所示：
图2.3.1
2.3.2运动方案的选择
1）减速机构的设计与选定
Ø减速机构的设计：
如下表
方案
机构简图
优点
缺点
A
蜗杆在蜗轮下方啮合处的冷却和润滑都较好，蜗杆轴承润滑也方便
但当蜗杆圆周速度高时，搅油损失大
B
蜗杆在蜗轮上，蜗杆的圆周速度可高些
蜗杆轴承润滑不太方便
C
结构简单
但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度
D
与普通圆柱齿轮减速器相比，尺寸小，重量轻，结构紧凑
制造精度要求较高，结构较复杂
Ø针对以上列出的四种减速机构及其优缺点，结合设计要求，及在实际安装时距离的要求，减速机构的最佳选择时减速机构方案A与方案C的搭配使用。
如图2.3.2.0所示：
图2.3.2.0
2）传动机构的设计与选定
Ø在传动机构设计中，主要从机构的紧凑性、性能的稳定性、工作效率和安全性等方面考虑，由如下三种设计方案：
A．曲柄滑块摇杆机构（如图2.3.2.1所示）
图2.3.2.1
动力输入轴为E轴，即E轴为本机构主动轴。
机构的两个极限位置如下图图2.3.2.2所示：
图2.3.2.2
B．曲柄滑槽摇杆机构（如图2.3.2.3所示）
图2.3.2.3
动力输入轴为E轴，即E轴为本机构主动轴。
机构的两个极限位置如下图图2.3.2.4所示：
图2.3.2.4
C．曲柄双摇杆机构（如图2.3.2.5所示）
图2.3.2.5
动力输入轴为E轴，即E轴为本机构主动轴。
机构的两个极限位置如下图图2.3.2.6所示：
图2.3.2.6
Ø以上几种设计方案的优缺点比较如下表：
方案
简图
优缺点
A
曲柄滑块
摇杆机构
相比C，滑块可以有效减小3杆的长度，机构较为紧凑；相比B，导轨比滑槽制造更为简单，滑块与导轨需要润滑，这样使得机构不便床上用品
B
曲柄滑槽摇杆机构
相比C，小滚子在滑槽中，取代了3杆，机构最为紧凑，但滑槽和滚轮的制造成本较高，滚轮和滑槽需要定期润滑，这样使得机构不便床上用品
C
曲柄双摇杆机构
较Ａ、Ｂ方案来说，机构更为简单轻便，性能更为稳定；在制造和维护方面较为容易，成本较低，跟换零配件更为方便；相比A、B方案，其润滑需要不时
Ø由以上几种设计方案的优缺点比较，不论是从成本、稳定性，还是制造、维护的方便性，方案C都有其独特的优势。
机构中的运动副均为低副，其接触为面接触，压力小承载能力大，润滑好，摩损小，加工制造容易，形成集合封闭，工作可靠性强。
故选择方案C作为助残自动叠被装置的传动机构。
2.3.3执行机构的设计与选定
针对执行机构，在2.2.功能原理设计中有简要的介绍。
具体也有三种：
A．滑轮牵引链式四杆机构如图2.3.2.7所示
图2.3.2.7
轮带拉作用于带轮上，进而伸链式四杆机构，使得与链式四杆机构相连接的被褥被折叠。
缺点在于该机构很难进行逆向操作，即完成展被操作。
如果实在要实现展被过程，需要再加上一组带轮和轮带机构。
这样就装置就会显得十分复杂。
而且还有就是，轮带和带轮组合的工作性能并不稳定。
B．滑块牵引链式四杆机构如图2.3.2.8所示
图2.3.2.8
通过杆件将滑块串联起来，滑块的导轨方向运动加上滑槽的转动，完成链式四杆机构的收缩和偏转，进而进行叠被。
相比上一机构来说，其逆向运动要好实现一些，而且可以在同一机构上完成。
但是，该类机构在叠被完成后，长型滑槽会立起，较为别扭，影响使用者日常生活。
而且，系统中存在四个滑块，阻力会较大，效率较低的同时，工作性能同样不会长期稳定。
C．平行四边形牵引链式四杆机构如图2.3.2.9
图2.3.2.9
通过外动力驱动平行四边形多杆机构进行收缩和偏转运动，这样就可以顺利地带动将链式四杆机构翻转及折叠，进而带动被褥被反转折叠。
由于平行四边形多杆机构在沿其伸缩方向速度分量时线性变化，这样对链式四杆机构的牵引是十分均匀，收缩过程都会平稳的进行。
机构中的运动副均为低副，其接触为面接触，压力小承载能力大，润滑好，摩损小，加工制造容易，形成集合封闭，工作可靠性强。
相比上述的两种设计方案来说，该机构在展被过程与叠被过程的运动相逆，其受力几乎没有太大变化，其能够同时保证叠被和展被的完成。
而且两个过程可以直接通过传动机构的周期性摆动来完成。
2.3.4装置系统方案的选定
1）主要机构间的组合（执行机构、传动机构和减速机构）
2.3.1--2.3.3分别从减速机构、传动机构、执行机构的设计及选定做了详细的叙述。
选择的最佳机构组装起来的系统机构简图如下图2.3.4.1和图2.3.4.2所示;
由于机构在折叠臂的侧向可以较为完整的体现，为使试图更为简洁，笔者在此省去了较为简单的减速机构的表达（整体装置机构简图可详见2.3.5的装置运动简图）：
图2.3.4.1（装置平展被褥状态机构简图极位）
✧注释：
在传动机构和执行机构的组合中，左图中E轴为减速机构动力输出轴（即右图中上方从动齿轮的轴）。
2）固被机构的设计及与主要机构的组合
固被机构的安装位置可有下图图2.3.4.3所示：
图2.3.4.3（装置俯视图）
在装置整体机构简图中可一看到右下角被粗实线方框圈出来的固被装置的，其具体结构可见改方框放大图，如下图2.3.4.4所示：
图2.3.4.4
固被装置分两侧作用于被褥的两侧，可手动调节折叠臂与被褥的连接紧密度。
2.3.5装置运动简图
A.装置的机构简图如图2.3.5.1所示：
图2.3.5.1
B．动力减速机构和传动机构的运动极位图（如图2.3.5.2所示）
图2.3.5.3
C．执行机构运动简图（如图2.3.5.3所示）
图2.3.5.3
3计算内容
1.已知机构参数
长度a范围：
2000~2200mm；
宽度b范围：
1600~1800mm；
厚度c：
50~60mm；
质量m范围：
2.00~4.50Kg；
床高h范围：
500~600mm；
自锁蜗杆传动效率
：
0.40~0.45；
圆柱齿轮传动效率
：
0.94~0.96；
转动副摩擦损耗率
：
0.4。
2.选电动机功率的的计算
分析折叠臂的受力图：
（如图3.1所示）
图3.1
由以下公式可估算电动机功率范围：
G=m*g；
M=G*l；
；
效率
。
根据已知条件可以得出电动机所需功率：
的范围：
80.45~280.30w
因此，选用额定功率为300w的220v家用交流电带动，转速为710转/分的低噪音电动机。
3.传动机构的运动参数计算
分析曲柄双滑块六杆机构的运动过程：
（如图3.2所示）
图3.2
根据计算机辅助设计与分析软件分析
1.杆2的运动过程记录的部分数据如下：
表1杆2的运动过程记录的部分数据
2.结点C的运动参考数据如下表2所示：
表2结点C的运动过程记录部分数据
3.杆4的运动过程部分参数记录如下表（表3）
表3杆4的运动过程部分参数记录
4.结点B的部分运动参数如下表（表4）
表4结点B的部分运动参数
4.装置中各个零部件的尺寸，安装位置及制造材料见附图。
4个人小结
本次课程设计，我选择了自主性命题。
我的项目题目是助残自动叠展被装置。
其实这个题目在我心中已经酝酿了良久，出于一种自信，我选择了自己单独完成本次机械原理课程设计。
但接下来的日子，我深刻地体会到这是一个错误的选择。
自从进入大学以来，我一直十分向往在科技创新方面出成绩，因此，也活跃于此类活动中。
直到现在参加过能够参加的所有科技创新竞赛，提前了解过机械原理和机械设计的一些基本知识，见识过机械创新机构、机械发明创造，当然自己也写过上十篇作品说明书。
相比同类同学，自己在科技创新方面还是比较活跃的。
在接触机原课程设计前，我自我感觉，对我来说应该时一件十分容易的事情。
因此，满怀信心的接受了单独完成课程设计的挑战。
后来，现实证明，我错了。
其难易程度绝不低于一次大型竞赛的项目，远远超出我个人的想象范围，但凭着自己对机械制造的强烈兴趣，十分努力地完成了本次任务。
因为付出了较多的精力和时间，在本次课程设计中的收获还是蛮多的。
首先，更加熟练了自己的画图能力，特别是软件画图。
其中我也接触了些以前不了解的帮助机械设计和计算软件，很大的开阔了自己在机械制造方向的眼界。
其次，理解了理论与实际的距离。
在理论和实践之间还由很远、很艰辛的一段路要走。
任何成绩，都时来之不易，要懂得好好地珍惜、尊重知识成果。
最后，最重要一点。
我觉得在理念上的创新意识的到了较好的锻炼，创新思维有了较大的增强。
自主性命题的项目在网上时不可能存在模板的。
整个项目的全程设计都得靠自己一个人去努力完成。
在此次课程设计中也存在着一些遗憾。
由于本次课程设计是一个人独立完成的，其中必定存在思维较为固化闭塞的地方，这样会影响本次课程设计的质量。
但单独完成有其特效，即本次任务的完成极大地考验了我独立完成任务的能力。
在此感谢学院、老师能够给我们提供这个十分有意义的平台，让我们有机会展现自我、挑战自我、认识自我。
5参考资料
［1］陈国华主编，《机械机构及应用》（第一版），北京：
机械工业出版社，2008年
［2］杨黎明主编，《机构选型与运动设计》（第一版），北京：
高等教育出版社，2007年
［3］罗洪量主编，《机械原理课程设计指导书》（第二版），北京：
高等教育出版社，1986年。
［4］JJ.杰克（美）主编，《机械与机构的设计原理》（第一版），北京：
机械工业出版社，1985年。
［5］王玉新主编，《机构创新设计方法学》（第一版），天津：
天津大学出版社，1996年。
［6］孙恒、陈作模主编，《机械原理》（第六版），北京：
高等教育出版社，2001。
6附录
附装置机构简图两张。
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