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畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)
報(bào)告(論文)題目：兩種多功能折疊床的設(shè)計(jì)
作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
作者所在班級(jí)： B13113
作 者 姓 名 ： 張琳怡
作 者 學(xué) 號(hào) ： 20134011302
指導(dǎo)教師姓名： 劉衛(wèi)
完 成 時(shí) 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(jì)，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(jiǎn)易床。它方便實(shí)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(dòng)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(chǎng)所、醫(yī)院、公司、家庭等場(chǎng)所。
本課題兩種多功能折疊床的設(shè)計(jì)：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(jì)的方案，對(duì)其進(jìn)行理論設(shè)計(jì)計(jì)算，及對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度剛度校核，滿足實(shí)際使用要求，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，然后采用三維軟件對(duì)該折疊穿進(jìn)行三維建模，及模擬折疊床的各個(gè)展開及折疊狀態(tài)，對(duì)功能進(jìn)行仿真。
關(guān)鍵詞 折疊床 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(shì) 3
1.5 本文研究?jī)?nèi)容 4
第2章 多功能折疊床機(jī)械結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)動(dòng)分析 5
2.1 多功能折疊床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì) 5
2.2 自由度計(jì)算 6
2.3折疊床機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能分析 6
第3章 多功能折疊床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及分析 9
3.1 折疊床床身強(qiáng)度計(jì)算 9
3.2多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸強(qiáng)度、剛度的校核 13
3.2.1 多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2.2 多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸強(qiáng)度校核 14
3.3多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸承的選擇 17
第4章 多功能折疊床傳動(dòng)選型設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇 20
4.1.2折疊床床身轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 20
4.2減速器的設(shè)計(jì)選型 21
4.2.1減速器的選擇 21
4.2.2減速機(jī)的校核計(jì)算 22
第5章 多功能折疊床三維建模與設(shè)計(jì) 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(xiàn) 36
第1章 緒論
1.1 課題背景
當(dāng)今世界房?jī)r(jià)飛的比子彈還快，工資還是如海平面一樣保持不動(dòng)，住房面積有減小的趨勢(shì)。床是每個(gè)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(jì)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(duì)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?jī)r(jià)飛漲，買不起大房子，使住房面積有減小的趨勢(shì)。床是每個(gè)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(jì)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(duì)折疊床的功能、折疊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式的研究和當(dāng)代全球房?jī)r(jià)飛漲的現(xiàn)狀以及我國多功能折疊床的設(shè)計(jì)過程中所面臨的問題進(jìn)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(huì)變小很多，在用料上一般都采用較堅(jiān)硬的木材。
折疊床在國內(nèi)的設(shè)計(jì)研究尚處于初級(jí)階段，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、造型有待進(jìn)一步的完善。國外折疊床的研究以德國、日本為代表，各種護(hù)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(jī)器人模塊化的自動(dòng)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(dòng)力，給我們帶來了一個(gè)舒適、輕松、時(shí)尚的生活環(huán)境。而這次多功能折疊床的設(shè)計(jì)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(yùn)不方便等缺點(diǎn)。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(chǎng)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(qiáng)，研發(fā)更加實(shí)用、耐用、美觀的折疊床的前景會(huì)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(jì)，了解機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及課題研究的設(shè)計(jì)思路，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固，同時(shí)學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)所需用到的CAD軟件。通過對(duì)本課題論文的撰寫，使得學(xué)生能加深理論知識(shí)，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(jì)方案，對(duì)其進(jìn)行理論設(shè)計(jì)計(jì)算，及對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度剛度校核，滿足實(shí)際使用要求，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，然后采用三維軟件對(duì)該折疊穿進(jìn)行三維建模，及模擬折疊床的各個(gè)展開及折疊狀態(tài)，對(duì)功能進(jìn)行仿真。
1.4 發(fā)展趨勢(shì)
目前，小戶型房屋市場(chǎng)中，房屋空間相對(duì)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(chǎng)處于不斷的擴(kuò)大之中。折疊床在醫(yī)院市場(chǎng)、戶外家具市場(chǎng)有一定的銷售額；此外，上班族午休市場(chǎng)折疊床潛力巨大。午休單人折疊床、沙灘簡(jiǎn)易折疊床、行軍露營床、躺椅簡(jiǎn)易床、簡(jiǎn)易鐵藝床等價(jià)格基本在300元以下，占整個(gè)折疊床市場(chǎng)份額一般以上，占比在52%左右；價(jià)格位于300元-800元之間的折疊床占比約為29%，而價(jià)格在800元以上的高端產(chǎn)品占整個(gè)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(chǎng)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(jī)構(gòu)不靈活，導(dǎo)致不能任意調(diào)整傾斜角度。機(jī)構(gòu)繁瑣。床身重量較重。成本較高。折疊床的舒適度不佳。機(jī)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?jī)?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(jì)內(nèi)容；
2、根據(jù)折疊床設(shè)計(jì)及功能要求，提出折疊床的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案；
3、折疊床的重要零部件（型材剛度及強(qiáng)度）設(shè)計(jì)計(jì)算及校核；
4、主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算及選型，包括銷軸、軸承選型計(jì)算；
5、折疊床的三維設(shè)計(jì)及繪制CAD工程圖；
6、編寫設(shè)計(jì)說明書。
我設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的機(jī)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(jì)；折疊床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、承載能力設(shè)計(jì)計(jì)算；折疊方便，節(jié)省空間。第一種折疊床校核設(shè)計(jì)類似。
第2章 ?多功能折疊床機(jī)械結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)動(dòng)分析
2.1 多功能折疊床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)
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(shí)也能使用寫字桌并便捷的折疊，躺在床上可隨時(shí)使用寫字桌，不需要的時(shí)候可以把寫字桌通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸折疊到床底，節(jié)省空間，方便實(shí)用。其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。
圖2-1折疊床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理簡(jiǎn)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(jī)。
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(jī)的控制來實(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)行工作及游戲。
將此折疊床的單邊床腳結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，把支撐腳的支撐結(jié)構(gòu)等效成一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，在支撐腳4處于豎直位置時(shí)，連桿2和3成了一條直線，四桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置[1-3]，該四桿機(jī)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(jiǎn)化示意圖
?2.2 自由度計(jì)算
上圖2-2中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理簡(jiǎn)圖中，
含3個(gè)活動(dòng)機(jī)構(gòu)，N=3;4個(gè)低副，;高副
自由度數(shù)為：F=3X3-2X4=1
原動(dòng)件數(shù)為1
原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，所示機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)[6-9]。當(dāng)桿件2轉(zhuǎn)動(dòng)到與桿件3成一條直線時(shí)，可以對(duì)桿件2進(jìn)行限位，可以采用機(jī)械限位的方式，這樣整個(gè)桿件處于自鎖狀態(tài)。
?2.3折疊床機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能分析
（一）折疊床腿折疊運(yùn)動(dòng)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(jī)具有自鎖功能，在圖2-1狀態(tài)時(shí)，折疊床能夠堅(jiān)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(shí)候，折疊床的床腳將實(shí)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(dòng)腳支撐連桿運(yùn)動(dòng)，將床腳往右拉動(dòng)，床腳繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)折疊運(yùn)動(dòng)。中間支撐腳的折疊運(yùn)動(dòng)跟上圖分析的折疊床腳運(yùn)動(dòng)基本上差不多。
（二）折疊床床身折疊運(yùn)動(dòng)分析
折疊床床身折疊運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電機(jī)具有自鎖功能，轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置時(shí)能夠自動(dòng)抱死，鎖緊。折疊床折疊運(yùn)動(dòng)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(jī)。
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(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)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(dòng)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(jī)及減速機(jī)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(jì)的時(shí)候得考慮二者，電機(jī)必須得有自鎖功能。
第3章 多功能折疊床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及分析
3.1 折疊床床身強(qiáng)度計(jì)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(yùn)動(dòng)變量的改變而變化。因此，合理的確定計(jì)算工況是進(jìn)行工作裝置強(qiáng)度計(jì)算的前提。
2．
圖3-1 折疊床床身危險(xiǎn)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(duì)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度理論其合成應(yīng)力為：
從以上四個(gè)截面應(yīng)力可知，用45為材料強(qiáng)度極限
=180Mpa，各截面應(yīng)力均小于，強(qiáng)度要求可以滿足。
3.2多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸強(qiáng)度、剛度的校核
多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸的強(qiáng)度、剛度及臨界轉(zhuǎn)速可以采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法進(jìn)行校核,憑工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改,通過校核結(jié)果來校正設(shè)計(jì),重復(fù)多次計(jì)算,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。還可以采用工程上廣泛應(yīng)用的CAE 軟件———ANSYS 來對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)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(jìn)行校核,可以大大縮短軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的周期,從而減少設(shè)計(jì)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(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)》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(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、 多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖
圖3-3平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)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(qiáng)度的要求。
（2）23段此處如果兩零件的間距較大時(shí),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(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度的要求，可得
3.2.2 多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)軸強(qiáng)度校核
1.材料及熱處理
選擇軸的材料為45號(hào)鋼，并且進(jìn)行表面淬火處理，硬度達(dá)到56～62HRC。由表6-1-1[13]查得
2.主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jì)算主軸的支反力、彎矩和扭矩
（1）主軸的受力簡(jiǎn)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(jì)算
前面已算出
N.m
則：
N
N
N
N
N
N
（3）彎矩計(jì)算
水平方向：
?、衩妫骸?
?、蛎妫骸?
垂直方向：
?、衩妫骸?
?、蛎妫骸?
?、窨倧澗兀?
Ⅰ面：
?、蛎妫骸?
（4）扭矩計(jì)算
(N.m)
6.軸的靜強(qiáng)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(qiáng)度校核通過。
7.軸的疲勞強(qiáng)度校核
（1）確定危險(xiǎn)截面
由彎矩圖校核扭矩圖可以看出Ⅱ面為危險(xiǎn)截面。
（2）校核危險(xiǎn)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(duì)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(xiǎn)截面安全系數(shù)
許用安全系數(shù)。故軸的疲勞強(qiáng)度校核通過。
3.3多功能折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)存在，所以前軸承選用2個(gè)深溝球軸承，前后軸承的精度均取級(jí)[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(hào)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(hào)為6006，后支承軸承型號(hào)6006。
2.基本額定動(dòng)載荷計(jì)算校核
（1）前支承
由表7-2-49查得當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式
（N）
基本額定動(dòng)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(gè)深溝球軸承背靠背布置，則:i=3
滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)后支承
由表11.4[9]查得當(dāng)量動(dòng)載計(jì)算公式
Pr=Fr+0.92RB=3760.2(N)
基本額定動(dòng)載荷
(N)
由于后支承是由兩個(gè)深溝球軸承支承。則：
(N)
滿足設(shè)計(jì)要求。
3.軸承的預(yù)緊
使軸承滾動(dòng)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(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊對(duì)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(shí)，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(dòng)選型設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇
折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選型需考慮的問題：
1.在機(jī)械與電氣方面對(duì)反復(fù)起動(dòng)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(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)。
4.1.2折疊床床身轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇
已知條件:折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)速度V = 20r/ min,滾動(dòng)摩擦系數(shù)μ = 0. 03 ,折疊床床身轉(zhuǎn)動(dòng)可動(dòng)部分重力W′=1000 N ,折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)阻力R = (W′+ W2 )μ = 210 N , 動(dòng)力傳動(dòng)效率η = 0.9 (齒輪減速電機(jī)) ×0. 98 =0. 89。
最高時(shí)速時(shí)需要?jiǎng)恿? P = RV /η = 4200×0.0967/ 0. 89 = 0.6kW，為保證折疊床床身轉(zhuǎn)動(dòng)在安全環(huán)境下正常工作,選擇折疊床床身轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)功率為0.75kW。由于鼠籠形電動(dòng)機(jī)具有很多直流電動(dòng)機(jī)無可比擬的優(yōu)點(diǎn):機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，單機(jī)容量大，對(duì)環(huán)境的要求不苛刻且維護(hù)方便，所以占電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，而變頻器和鼠籠形電動(dòng)機(jī)的結(jié)合，便是通常交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最佳選擇。這個(gè)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(jiǎn)單的維護(hù)和使用和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過程控制等優(yōu)異性能，所以倍受青睞。
變級(jí)多速三相異步電動(dòng)機(jī)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(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。它的主要用途：作一般用途的驅(qū)動(dòng)源，即用于驅(qū)動(dòng)對(duì)啟動(dòng)性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無特殊要求的機(jī)器和設(shè)備；亦可用灰塵較多、水土飛濺的場(chǎng)所。
表4-1電機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)
電機(jī)型號(hào)
功率/KW
轉(zhuǎn)速
質(zhì)量/kg
YD90L
1
750
25
4.2減速器的設(shè)計(jì)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(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用于動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)作為減速的傳動(dòng)裝置。由于減速器機(jī)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用很廣。目前國內(nèi)使用的堆垛機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)-制動(dòng)器-外齒輪減速器-車輪的傳動(dòng)方式。由于減速器傳動(dòng)比大，需要多級(jí)減速，使得整個(gè)減速器機(jī)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(yùn)行機(jī)構(gòu)，用異步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)加工方便、制造成本較低。漸開線少齒差傳動(dòng)的特點(diǎn)是用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機(jī)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(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)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(jī)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(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，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(dòng)比為10～200時(shí)，效率為80％～94％。效率隨著傳動(dòng)比的增加而降低。(6)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大。由于是內(nèi)嚙合傳動(dòng)．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(qiáng)度大為提高：又因采用短齒制．輪齒的彎曲強(qiáng)度也提高了：此外，少齒差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì)輪齒嚙合，而是3-9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力．所以運(yùn)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?；谝陨咸攸c(diǎn)，小到機(jī)器人的關(guān)節(jié)、大到冶金礦山機(jī)械．以及從要求不高的農(nóng)用、食品機(jī)械．到要求較高的印刷和國防工業(yè)都有應(yīng)用實(shí)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(dòng)小，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于輕紡、電力、鋼鐵、化工、電工機(jī)械、建筑、起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。工作環(huán)境溫度為-40～45°c，低于0 °C時(shí)，啟動(dòng)前潤滑油應(yīng)預(yù)熱；高于45 °C時(shí)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(hào)
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(jī)的校核計(jì)算
按照減速器的機(jī)械強(qiáng)度功率選取，一般情況下計(jì)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(shí)，f1=1
已知:電動(dòng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速
由于 P2m≦P1，故SCCJW2-23減速器符合折疊床轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要求。
42
第5章 多功能折疊床三維建模與設(shè)計(jì)
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(jì)為例簡(jiǎn)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(dòng)軸承為例建立三維模型，然后對(duì)補(bǔ)多功能折疊床進(jìn)行組裝。首先選取參考面，繪制草圖。操作過程如下：
1、運(yùn)用鼠標(biāo)點(diǎn)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(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)按鈕進(jìn)行特征生成，旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)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(tái)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(tái)菜單里面的，系統(tǒng)自動(dòng)生成一特征如下圖所示
圖5-4 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)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(duì)該草繪進(jìn)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(gè)圓環(huán)槽及一鍵槽，這一系列過程不再贅述。至此，整個(gè)主軸三維模型設(shè)計(jì)完成，其三維圖如下所示。
圖5-7 轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)；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(dòng)齒輪如下圖所示。
圖5-8 床身轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈座的三維設(shè)計(jì)
限于篇幅，其他零件的三維圖不再一一列出。零件設(shè)計(jì)好之后，將對(duì)零件進(jìn)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(jī)器的裝配，使之成為一個(gè)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(diǎn)，其裝配主要是轉(zhuǎn)動(dòng)副設(shè)計(jì)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(dòng)軸與深溝球軸承的裝配配合作為重點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)擊插入零部件按鈕，選取插入轉(zhuǎn)動(dòng)軸關(guān)節(jié)零件。
3、點(diǎn)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(dòng)軸與深溝球軸承的插入
4、轉(zhuǎn)動(dòng)軸與深溝球軸承的插入，已經(jīng)完成，下面將對(duì)兩零件進(jìn)行裝配，選取裝配配合方式，點(diǎn)擊同軸心，然后選取兩個(gè)零件的配合圓柱面進(jìn)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(dòng)軸與深溝球軸承的同軸心配合之后，下面對(duì)兩個(gè)零件的重合面進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先選取重合配合按鈕進(jìn)行裝配操作，選取各自的兩個(gè)重合面，點(diǎn)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(gè)部件之間的組裝都與上述示例相同，不再贅述，整個(gè)裝配體裝配效果圖如下。其余的鉸鏈-轉(zhuǎn)動(dòng)副裝配，基本都一致，該多功能折疊床的裝配體設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的機(jī)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(gè)六月步入尾聲，然而這對(duì)于我的人生來說卻僅僅是新的征程，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)生涯的最后一個(gè)作業(yè)。
在近兩個(gè)月的時(shí)間里，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在做畢設(shè)的時(shí)間里，我從一開始的毫無頭緒到現(xiàn)在順利完成設(shè)計(jì)。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(jì)、折疊床的整體分析、齒輪的計(jì)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(lì)。讓我化解了一個(gè)又一個(gè)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(jì)。
由于本人能力有限，學(xué)業(yè)不精。對(duì)所學(xué)的知識(shí)理論不能靈活運(yùn)用，論文中難免有不足之處，歡迎各位老師、同學(xué)批評(píng)指正。
參考文獻(xiàn)
[1]鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M]?．北京：高等教育出版社,1997?.
[2]濮良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]?．北京：高等機(jī)械出版社,2006.
[3]楊家軍.機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M]?．武漢：華中科技大學(xué)出版社,2000?.
[4]李學(xué)志．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖[M]?．北京：清華大學(xué)出版社,2007.
[5]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008?.
[6] 江豪 王威 劉永平等,多功能折疊床的研究與開發(fā)[J]．微計(jì)算機(jī)信.2006.07.9(3)：117-119.
[7] 姚銀花，王金海等.簡(jiǎn)便折疊床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006.8,19(25):44-47.
[8] 張東 謝存禧 吳劍等. 機(jī)器人化多功能折疊床的研究與開發(fā)[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2003,18(6): 21-25.
[9]張春梅,張燦灼等. 多功能簡(jiǎn)便折疊床的研制與應(yīng)用[J]．醫(yī)療設(shè)備信息,2006.8, 16(8):15-16.
[10]周慧強(qiáng), 謝存禧等. 機(jī)器人化多功能折疊床實(shí)用雙機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J]．機(jī)床與液壓,2006.6, 19(6):33-36.
[11]鄭廣琴，武春香，宮艷鳳，著.實(shí)用折疊床的研制及臨床應(yīng)用[J]．黑龍江折疊雜志，1999，5(1)：18-21.
[12]吳秀忠，王友彩，著.便攜式多功能簡(jiǎn)便折疊床的研制及臨床應(yīng)用[J]．醫(yī)療設(shè)備信息，2001，9(1)：54-56.
[13]陳敏.繆終生?一種新型滾動(dòng)四桿螺母副的研究與應(yīng)用[J]．江西理工大學(xué)南昌校區(qū).2009,51(8):89-91．
[14] Chao-Ton Su, Mu-Chen Chen. Computer-aided optimization of multi-pass turning operations for continuous forms on CNC lathes. Springer Netherlands, 1999, 31(7):583~596
[15] Fang X Daniel, Lee N.J. A new tooling mechanism for CNC lathes. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2004, 41(1):89~101
[16] Mike Mattson. CNC Programming Principles and Applications. Delmar, 2002:241~245
[17] Wen-Yuh Jywe, Chien-Hong Liu. Application of Ball Bar System and Genetic Algorithms for CNC Lathe Contouring Compensation. Springer London, 2001,17(3) :189~195
[18] Wang Yiqiang,Jia Yazhou, Yu Junyi etc. Failure probabilistic model of CNC lathes. Reliability Engineering and System Safety, 1999,65(3):307~314