家用多功能推車梯子的設計,家用,多功能,推車,梯子,設計 湘潭大學興湘學院湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書畢業(yè)設計說明書 題題 目：目： 家用家用多功能推車梯子的設計多功能推車梯子的設計 專專 業(yè)：業(yè)： 機械設計制造及其自動化機械設計制造及其自動化 學學 號：號： 2010962915 2010962915 姓姓 名：名： 蔣遵亮蔣遵亮 指導教師：指導教師： 姜勝強姜勝強 完成日期：完成日期： 20142014 年年 5 5 月月 湘潭大學興湘學院湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 家用多功能推車梯子的設計 學號： 2010962915 姓名： 蔣遵亮 專業(yè)： 機械設計制造及自動化 指導教師： 姜勝強 系主任： 劉柏希 一、主要內容及基本要求 設計一臺家用多功能推車梯子,主要功能是推車、梯子、凳子、桌子。其中下面幾點要重點注意： 1.梯子必須瞞住強度要求支點應能承受 300kg 的垂直重量。 2.各功能之間的相互轉化，互相影響。 3.做梯子時的安全問題。 二、重點研究的問題 1.梯子各部分的強度計算。 2.各功能的轉換怎么實現(xiàn)。 3.對關節(jié)的設計 4.材料的選擇 三、進度安排 序號 各階段完成的內容 完成時間 1 查閱資料、調研 12 周 2 任務書 34 周 3 方案，結構原理設計 56 周 4 總裝配圖，零部件圖的繪制 710 周 5 寫出初稿 1112 周 6 修改，寫出正式稿 13 周 7 答辯 14 周 四、應收集的資料及主要參考文獻 1、成大先機械設計手冊 （第三版第一卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 2、成大先機械設計手冊 （第三版第二卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 3、成大先機械設計手冊 （第三版第三卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 4、成大先機械設計手冊 （第三版第五卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 5、孫恒，陳作模，葛文杰機械原理 （M）高等教育出版社，2006.5 6、濮良貴，紀明剛機械設計 （第八版） （M）高等教育出版社，2006.5 7、吳宗澤，羅圣國機械設計課程設計手冊 （M）高等教育出版社，2006.5 8、周良得，朱泗芳現(xiàn)代工程圖學 （M）湖南科學技術出版社，2000.9 9、哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室理論力學（I） （第 7 版） （M）高等 教育出版社，2009.7 10、劉鴻文， 材料力學 I （第 5 版） （M）高等教育出版社，2011.5 湘潭大學興湘學院湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）評閱表畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010962915 姓名 蔣遵亮 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目：家用多功能推車梯子的設計 評價項目 評 價 內 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設計）質量 1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 本設計選題綜合性較強， 符合機械專業(yè)培養(yǎng)目標和要求； 題目難度適中，與工業(yè)生產(chǎn)實際結合緊密。該生具有較強的查閱文獻和綜合歸納資料的能力，綜合應用本科所學知識能力較強；計算機應用能力較好，英文水平及應用不錯。 論文立論正確，論述比較充分，整體結構尚可；設計與計算科學，技術用語準確，圖紙完備，引文規(guī)范。論文文字通順，該設計具有一定的實際應用價值。同意參加答辯。 評閱人： 2014 年 月 日 湘潭大學興湘學院湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號： 2010962915 姓名： 蔣遵亮 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 33 頁 圖 表 10 張 論文（設計）題目： 家用多功能推車梯子的設計 內容提要： 家用多功能推車梯子是一個集推車、梯子、桌子于一體的裝置，其主要 關節(jié)， 杠桿等。 多功能主要是為了節(jié)約家庭空間， 增加產(chǎn)品的可用性。 達到節(jié)約成本， 節(jié)約空間的作用 本次畢業(yè)設計的課題是油漆噴涂機送料機構結構設計，其中設計內容主要包括： 1、梯子的整體外形和尺寸設計。2、設計關節(jié)結構，并對比各種方案，選擇最優(yōu)方案 3、材料的選用。4、梯子的強度設計。 本設計的意義在于通過對幾組方案的觀察，和其結構功能的特點設計出新的具 有多功能的產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能應用，以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。并培養(yǎng)個人思考問 題解決問題，力求創(chuàng)新的能力。也對大學四年里學的理論知識的一個實踐檢驗。提高 自己實踐能力。并且通過幾種不同的方案進行對比選擇，最后選擇出最優(yōu)的方案， 再對其進行尺寸設計。尺寸的設計之外，強度和硬度的性能也是需要關注的問題。 指導教師評語 該生在本次畢業(yè)設計中表現(xiàn)出基礎知識較扎實、獨立工作能力較強。計算機操作熟練。勞動紀律性強，工作較認真。能如期完成設計任務，設計方案正確，圖面質量較好，結構合理。設計說明書撰寫認較真，具有一定的專業(yè)英文文獻閱讀與翻譯能力。同意其參加答辯。 建議成績評定為： 指導教師： 2014 年 5 月 日 答辯簡要情況及評語 該生對論文陳述條理不夠清楚，內容不夠悉，基本概念及理論知識模糊，回答問題欠準確。 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為 答辯小組組長： 2014 年 5 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文成績評定為 。 答辯委員會主任： 2014 年 5 月 日 目目 錄錄 摘要 . 1 ABSTRACT. . 2 1 緒論 . 3 1.1 研究背景 . 3 1.2 研究目的及意義 . 3 1.3 設計理念 . 3 1.4 前期準備 . 4 2 前期總體結構分析 . 5 2.1 多功能產(chǎn)品設計中常見的問題 . 5 2.2 多功能產(chǎn)品使用過程中功能之間相互影響 . 5 2.2.1 多功能造成的成本浪費 . 5 2.2.2 多功能造成的功能浪費 . 6 2.3 產(chǎn)品的人性化設計方法 . 6 2.3.1 設計思維 . 6 2.3.2 功能規(guī)劃 . 6 2.3.3 操作方法 . 6 2.3.4 材料選擇 . 6 2.3.5 操作方法 . 6 2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設計 . 6 2.4 梯子材料的選擇 . 7 3 各部分的設計 . 9 3.1 各個零件的尺寸參數(shù)結構 . 9 3.1.1 桿身 1 . 9 3.1.2 桿件 2 . 9 3.1.3 臺階 . 10 3.1.4 梯子關節(jié)的設計 . 10 3.1.4.1 棘輪的參數(shù) . 11 3.1.4.2 棘爪的參數(shù) . 11 3.1.4.3 關節(jié)輪裝配圖尺寸 . 11 3.1.5 支座的設計 . 12 3.1.5.1 支座 1. . 12 3.2 梯子部分的設計 . 13 3.2.1 人字梯的設計 . 13 3.2.2 直梯的設計 . 14 3.3 推車部分的設計 . 14 3.3.1 手推車的結構 . 14 3.3.2 萬向輪的設計 . 15 3.4 桌子部分的設計 . 18 4 各形態(tài)的受力分析 . 19 4.1 梯子時的受力分析 . 19 結論 . 20 致謝 . 21 參考資料 . 22 附錄：譯文及原文 . 23 1 摘摘 要要 這次設計的是一款家用多功能推車梯子,其主要功能有人字梯、 直梯、 手推車、 桌子、凳子、平板車。這些功能都是人們在生活中經(jīng)常使用的。這次設計主要以安全性、人性化、實用性為主在原有的基礎上進行優(yōu)化創(chuàng)新，通過對材料和力學分析力求達到最優(yōu)設計。這次設計將會使用 3D 建模，使產(chǎn)品的結構、各部分的連接形象的展現(xiàn)在人們的眼中。也能讓人們對這款產(chǎn)品的價值有更深的了解。安全性是這款產(chǎn)品一直強調的重點，同時實用性也是我們一直注意的。 關鍵詞關鍵詞：梯子 多功能 家用 設計 2 Abstract This design is a household multifunctional cart ladder, its main function has the ladder, ladder, carts, tables, stools, flat car. These functions are often used in life. This design mainly safety, humanized, practical give priority to optimize the innovation in the original basis, through the analysis of materials and mechanics to achieve optimal design. This design will use the 3D modeling, the connecting image product structure, each part of the show in the eyes of the people. Can also make people have a deeper understanding of the value of the product. Safety is the focus of this product has been emphasized, while the utility is also our attention. Key Words: Multifunctional Household Design 3 1 1 緒緒 論論 1.11.1 研究背景研究背景 現(xiàn)在，隨著城市化越來越嚴重，家庭的空間越來小，需要用的東西卻越來越多，一些必須要有但是不常用的東西及浪費的金錢，還占用空間，所以單一的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們的要求了。 因此，多功能已經(jīng)成為現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，它在市場上的占有率日漸上升，也是人們購買產(chǎn)品是考慮的一個重要因素。 然而，現(xiàn)在市面上那些多功能產(chǎn)品一個勁的最求產(chǎn)品的多功能而忘記了產(chǎn)品最基礎的功能，忽略了產(chǎn)品的實用性和人性化，讓人們覺得用起來并不那么舒暢。造成功能上的浪費。 作為最基礎的梯子，只有 1%的時間在用，還有 99%的時間都在閑置。但是它在家庭中卻必不可缺。因此，在不用的時候怎么用是我們這次設計的主要目的，在一個家庭中，桌子，凳子是必不可缺的，也用不嫌多的。而推車、鏟車也是日常生活中不可或缺的工具。 1.2 1.2 研究目的及意義研究目的及意義 設計目的：這次設計綜合了常見的幾款梯子，通過觀察其結構和功能的特點，設計出集梯子、推車、鏟車、桌子、凳子為一體的多功能梯子。達到節(jié)約成本，節(jié)省空間的作用。 本設計的意義在于：通過對幾組方案的觀察，和其結構功能的特點設計出新的具有多功能的產(chǎn)品， 實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能應用， 以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 并培養(yǎng)個人思考問題，解決問題，力求創(chuàng)新的能力。也對大學四年里學的理論知識的一個實踐檢驗。提高了自己實踐能力的同時，也豐富了我對專業(yè)知識的認知。為以后的工作奠定一定的基礎。 1.3 1.3 設計理念設計理念 根據(jù)設計目的和設計意義，以安全性為重點，實用性為目標，以創(chuàng)新為源泉,對項目進行全面的設計。 在設計的過程中既要考慮到產(chǎn)品的質量問題,也要考慮各功能之間的轉換和協(xié)調.盡量避免各個功能之間的影響,盡量用簡單的結構實現(xiàn)功能的使用。 做到以最簡單的設計，得到功能的最大化。堅持實用與人性化并重，做出最讓民眾喜歡喝樂于接受的商品。 4 1.41.4 前期準備前期準備 在畢業(yè)論文設計的前期，我查閱了許多的相關書籍，更加深入的了解多功能梯設計的相關知識，了解了產(chǎn)品的結構和特點，參考了市面上大部分梯子的結構資料，綜合了所有的梯子的特點。在設計之前，參考了關于產(chǎn)品的多功能設計以及產(chǎn)品的人性化設計等資料，為設計的總體結構方向進行了定位：在設計的過程中，先將各種功能結構進行整理，進行總體的分析。 為了將各個功能實現(xiàn)的問題更好的提出和解決，將設計預分為了前期設計和具體設計兩部分。 前期設計部分，是根據(jù)設計的總體理念提出問題，并通過查閱資料等方式嘗試解決問題和進行思路上的總體方向設計。 具體設計部分，是在前期設計的基礎上按照各個功能和步驟進行的細節(jié)設計，并且在設計中不斷發(fā)現(xiàn)和解決新的問題，力求將設計做到完美。 5 2 2 前期總體結構分析設計前期總體結構分析設計 2.12.1 多功能產(chǎn)品設計中的常見問題多功能產(chǎn)品設計中的常見問題 我們可以從以下幾個方面進行分析： 2.1.1 多功能產(chǎn)品使用過程中，功能之間相互影響 人們在使用多功能產(chǎn)品的時候，定義在任何特定任務中，都只用到一種功能，而在使用這種功能的時候，其他的功能處于閑置狀態(tài)，而且會在一定程度上影響正常功能的使用，因此會形成一定的不便。 2.1.2 多功能造成的成本浪費 多功能產(chǎn)品在實現(xiàn)多功能的時候，勢必要考慮功能之間的整合，以及相對位置關系，使用中的相互影響作用，因此就會無形中增加了造型的成本。 2.1.3 多功能造成的功能浪費 產(chǎn)品都是針對特定消費者進行設計的，對于產(chǎn)品的功能，同樣需要根據(jù)具體消費者的特點進行考慮，如果產(chǎn)品的同事也購買到這個產(chǎn)品的其他附屬功能，而當他們不需要這些功能的時候，就造成了產(chǎn)品的浪費。 在之后的設計中，一定要注意并避免以上 3 點。 2.22.2 產(chǎn)品的人性化設計方法產(chǎn)品的人性化設計方法 人性化設計要求產(chǎn)品在滿足基本的物質性功能以外，還要更多地關注產(chǎn)品的綜合社會價值， 關注人的精神和情感需求的滿足， 在操作上產(chǎn)品與人的關系應該更加友好，對產(chǎn)品的使用與擁有能給人帶來過程的預約和精神上的享受。這就要求設計師在對消費者進行針對性研究的基礎上，還必須將目光放大對產(chǎn)品被使用過程中的情景和狀態(tài)進行研究，并且就產(chǎn)品與使用者的非物質性關聯(lián)因素也要進行考究與推敲，對產(chǎn)品在物質與精神層面進行全方位的設計。所以，產(chǎn)品人性化設計的方法除了圍繞功能、造型、材料和安全等大要素而展開的功能規(guī)劃的人性化設計、造型語意的人性化設計、材料選擇的人性化設計和色彩運用的人性化設計，還應該包括：設計思維的人性化設計與操作界面的人性化設計個方案。 2.2.1 設計思維 設計思維人性化的一個重要的方面是不能忽視對人類自身的關懷。在環(huán)保意識越來越增強的今天，設計師應該增強自己的環(huán)保意識，要以盡可能小的資源代價，獲取最大的使用價值。 利用綠色的設計的理念來指導是我們的設計，為人類的生存和未來承當起最基本 6 的責任和和直接的義務。設計思維的人性化也強調設計師與消費者雙方的溝通、聯(lián)系和交流，深度挖掘超越產(chǎn)品基本功能以外，能夠滿足各種不同消費群體更為深沉次的心里與精神的需要，實現(xiàn)產(chǎn)品與人更加和諧的關系。 除了在產(chǎn)品設計工作中實現(xiàn)產(chǎn)品的人性化，給產(chǎn)品一個恰到好處的命名，往往會成為設計人性化的“點睛”之筆。 2.2.2 功能規(guī)劃 在這里定義的產(chǎn)品功能規(guī)劃是指預測產(chǎn)品的發(fā)展并協(xié)調各種新舊功能以適應其發(fā)展的過程，當然在此過程中要綜合考慮社會的需求、科技因素、價格因素、使用因素等等問題。歸根到底功能是為用戶服務的，功能的增加必須要增加用戶的使用方便性，假設不能達到，那就證明這個功能是多余的無用的功能，這就體現(xiàn)了功能規(guī)劃的人性化因素。 2.2.3 造型語意 通過設計的造型的語意，引發(fā)人的情感體驗和心理感受，是人性化設計的重要方法之一。人們對產(chǎn)品的第一印象就是通過造型來實現(xiàn)的，設計中的造型要素是人們對設計師關注的一方面。而所有的功能、使用方式最終頁必須通過造型而得以明確與實現(xiàn)。 2.2.4 材料選擇 材料的人性化設計包括：選用綠色材料使產(chǎn)品具備人性化特征；發(fā)揮材料的表面肌理特征體現(xiàn)人性化；從文化與審美層面選擇材料體現(xiàn)人性化；從安全的角度選擇材料體現(xiàn)人性化；從環(huán)境適應性角度選擇材料體現(xiàn)人性化。 2.2.5 操作方法 操作界面的人性化實際上也屬于功能規(guī)劃的人性化中間的一部分，但是它非常重要， “強調一切為人所使用，都必須適合于人” ，確立了“以人為本”的造物原則，從此人類的產(chǎn)品創(chuàng)造步入人性化設計的時代。在界面設計中不光功能的規(guī)劃很重要，還要從易于識別、易于使用的角度對產(chǎn)品的人機關系進行全面的思考與審視，實現(xiàn)產(chǎn)品的人性化。 2.3 2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設計梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設計 由于梯子部分是核心結構，所以本設計首先從梯子的設計入手。因為本設計需要充分體現(xiàn)以人為本的實用性特點，所以，結構設計的本身需要涉及到在具體使用過程中的人體舒適度，并以此為基礎進行梯子結構的相應設計： 研制機器和工具的各種技術措施都不完善，除非能適應人的因素，包括人體尺寸，常規(guī)的人體姿勢、動作和行為。因此符合人機工程的要求是安全工作場所的首要條件。 行為研究是必要的，特別對那些幾乎是無意識的習慣動作的研究。多動因子 7 的動作和作業(yè)的實驗，有助于對工作場所或某種器具的各個組成部分進行評價和優(yōu)化。為此， 進行了相應的試驗， 研究標準輕便直梯放置角度不同對攀登上下梯子動作的影響。 試驗的主要目的是：研究安全的爬梯子的常規(guī)動作，確定適合于人體度量和生物力學因素的條件，如身體尺寸、動作和各種力學。這些條件應保證人以自然動作爬梯子是發(fā)生事故的危險性減至最小。 2.4 梯子桿材料的選用 作梯子，首先需要考慮梯子可以承載人體的重量，即梯子的材料以及尺寸選擇。經(jīng)過查詢和對比，梯子的材料選擇鋁合金。鋁合金在現(xiàn)代機械制造中的應用占有很多大的比例，是制作此類產(chǎn)品的最佳選擇。一下是目前市場常用鋁合金材料的一些相關信息： 表 2.4-1 鋁合金的分類與性能 8 表 2.4-2 鋁及鋁合金管材的品種和規(guī)格范圍 根據(jù)這些信息，在本設計中，鋁合金材料我選擇鋁合金 6061:。選擇理由是這種材料具有中等強度、良好的抗腐蝕性、可焊接，氧氣效果好。很常用，各項性能優(yōu)越。管材我選厚壁矩形管。選擇理由是其性能指標剛好適合本設計使用。 9 3 3 各部分的設計各部分的設計 3.13.1 各個零件的尺寸參數(shù)結構各個零件的尺寸參數(shù)結構 3.1.1 桿身 1 圖 3.1.1-1 桿身 1 如圖所示，桿身長 60mm，寬 20mm，高 760mm，薄壁厚 1.35mm。在距離桿角295mm,615mm 處分別有一對內側孔， 尺寸為 30*30mm.是用來安裝臺階的。 距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個對稱的等邊三角的8 的孔，是用來固定關節(jié)的。 3.1.2 桿件 2 圖 3.1.2-2 桿身 2 10 如圖所示， 桿身長 60mm， 寬 20mm， 高 600mm,薄壁厚 1.35mm。 在距離桿腳 85mm，405mm 處分別有一對內側方孔，尺寸為 30*30mm.是用來安裝臺階的。距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個對稱的等邊三角的8 的孔，是用來固定關節(jié)的。 3.1.3 臺階 圖 3.1.3-1 臺階 如圖所示，桿身的長寬高是 30*30*50mm，薄壁厚為 1.35mm。距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個對稱的等邊三角的8 的孔，是用來固定臺階和桿身增加安全性的。 3.1.4 梯子關節(jié)的設計 3.1.4.1 棘輪的參數(shù)。 如圖所示，齒數(shù) 16，直徑60 ，壓力角 20。齒厚 10mm，模數(shù) 3.75。中間是一個10 的孔。 11 圖 3.1.4.1-1 棘輪 3.1.4.2 棘爪的參數(shù) 3.1.4.2-1 棘爪 如上圖所示，用10 的孔固定在軸上，上方的爪固定固定齒的走向。詳細尺寸見零件圖 3.1.4.3 關節(jié)輪裝配圖尺寸 3.1.4.3-1 關節(jié) 裝配方式如圖所示，此外殼是沖壓件，外圓直徑為 60mm。下面的薄壁尺寸是57*17.3mm。 12 3.1.5 支座的設計 3.1.5-1 支座 如圖所示，吃裝配圖尺寸是 57.3118mm. 3.1.5.1 支座 1 3.1.5.1-1 支座 1 厚度為 10mm 13 3.23.2 梯子部分的設計梯子部分的設計 3.2.1 人字梯的設計 3.2.1-1 人梯子 梯子總高是 1300mm,寬是 510mm. 14 3.2.2 直梯的設計 3.2.2-1 直梯 直梯總長度為 2800mm,寬為 510mm。 3.3 3.3 推車部分的設計推車部分的設計 3.3.1 手推車的結構 3.3.1-1 手推車 如圖所示，在梯子的第二節(jié)和第三節(jié)下方裝上可收起來的萬向輪，在把第一節(jié)通過關節(jié)旋轉到主體的上面。這樣就可以實現(xiàn)手推車的功能。載物臺的長和寬分別是1200mm、510mm。 15 3.3.2 萬向輪的設計 本設計在鏟車形態(tài)下， 由于是前輪輪后輪同事著地， 所以， 在運行中存在轉向問題。因此前輪后輪將設計為帶轉向的腳輪。如下圖所示： 圖 3.3.2-1 普通萬向輪結構 在手推車形態(tài)下，當停靠在帶有坡度的道路上時，若無人看管，很容易自動滑行。為了避免這種情況，后輪腳輪將加入手動鎖輪功能。常用鎖輪結構有兩種，如下圖 圖 3.3.2-2 自鎖腳輪 1 16 圖 3.3.2-3 自鎖腳輪 2 綜合考慮上述兩種功能，后輪腳輪江北實際為帶有轉向和手動鎖輪功能，如下圖所示 17 圖 3.3.2-4 自鎖萬向輪 以圖 為例，這種模型不但具有萬向輪功能，而且在輪軸上帶有一個手動柄的鎖輪功能，動手動柄處于圖 位置是，輪子可以正常旋轉：如果轉動手動柄，將手動柄上兩個凸起旋轉到輪子兩邊的金屬框上，由于凸起的擠壓作用，使得金屬輪框發(fā)生形變，從而擠壓到輪子，是金屬輪框與輪子之間產(chǎn)生較大摩擦，實現(xiàn)鎖輪功能。另外，萬向輪用合葉固定在梯子上面，當不用的時候，它可以通過合葉靠在梯子的內側。方便收納和美觀。 18 3.4 3.4 桌子部分的設計桌子部分的設計 圖 3.4-1 桌子 如圖所示， 加上長為 1300mm， 寬為 470mm， 厚為 15mm 的塑料板， 就可以當桌子用了，這個是另外選購的。吃桌子高 760mm。符合國家規(guī)定的高度要求。 3.4 四種形態(tài)的實現(xiàn) 3.4.1 直梯形態(tài) 將梯子的三個關節(jié)開關全部打開，然后張開關節(jié)，當關節(jié)成 180 度是，就是直梯的形態(tài)。 3.4.2 人字梯形態(tài)： 將上半部分梯子往下折，當?shù)酪欢ń嵌鹊臅r候，就成人字梯 3.4.3 將第二個關節(jié)打直，第一個和第三個關節(jié)呈 90 度，然后再加上板子，桌子的部分就完成了。 3.4.4 將左邊的第一節(jié)梯子轉到 0 度放在第二節(jié)梯子的上面。然后將右端的適當?shù)恼{整。再把貼在桿上面的萬向輪通過合葉拉出來，放在地上。就是推車了。 19 第第 4 4 章章 各形態(tài)的受力分析各形態(tài)的受力分析 4.1 4.1 梯子時的受力分析梯子時的受力分析 在直梯子的形態(tài)下，1500N 物品放置于梯子中間，梯子與墻成 30 度角，桿長 2800，現(xiàn)計算彎曲應力： M (Fa/l) (1500600)/1300 W 從上面計算可以看出， 在這種狀態(tài)下， 此梯子的承受能力達到要求。 而從結構來看，不輪人字梯，還是桌子的承受能力都要大于直梯時的力。因此，本產(chǎn)品的承受能力達到要求 。 20 結結 論論 畢業(yè)設計師對大學期間所學知識的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實際的鍛煉，相比以前的幾次課程設計，畢業(yè)實際對所學基礎知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結合。做好本次畢業(yè)設計可以為以后的工作打下堅實的基礎和積累豐富的經(jīng)驗，因此本次畢業(yè)設計具有很重要的意義。 本次畢業(yè)設計的主要任務是設計日常生活的一種多功能用品多功能推車梯子。畢業(yè)設計說明書對多功能推車梯子做了簡單介紹。多功能推車梯子的設計師為了解決目前人們日常生活中對于搬運貨物中經(jīng)常遇到的問題。而桌子、凳子可以在平時不用的時候， 可以節(jié)約空間， 在房間里既可以當寫字臺用， 也可以放在電視機旁邊當?shù)首幼?，肯定會用的上的?再設計過程中，遇到了很多前所未有的問題，提高了自己獨立解決問題的能力。通過設計，學到了很多新的知識，熟悉了 solidworks、AutoCAD 等設計軟件的運用，對利用軟件進行機械圖樣的設計的方式基本掌握。提高了自身技術水平，運算能力及運用計算機識圖、制圖和查閱手冊，使用國家標準和信息資源。在設計前，采納了關于人性化設計等方面的建議，對本設計的實用性方面有很大的幫助，讓我確定了結構簡單化、功能多樣化、以人為本的設計理念，這對我今后的設計有很大的幫助。 21 致致 謝謝 本論文是在指導老師姜勝強老師的悉心指導下完成的。在本設計過程中，多次經(jīng)姜勝強老師的耐心指導和幫助，并一次次地給我講解，使我的設計思路明確、豁然開朗，同時指出設計中出現(xiàn)的問題而深入淺出地給我解答。老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律已、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標，掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多道理。在此謹向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，還離不開各位同學和朋友的關心和幫助，在此向羅意明等同學表示深深的感謝！ 由于經(jīng)驗和水平都是極大的制約因素，所以在設計中難免有諸多錯誤和不足之處，望能得到各位老師和同學的指點和幫助，提出寶貴意見，給予批評指正！ 22 參考資料 1、成大先機械設計手冊 （第三版第一卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 2、成大先機械設計手冊 （第三版第二卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 3、成大先機械設計手冊 （第三版第三卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 4、成大先機械設計手冊 （第三版第五卷） （M）化學工業(yè)出版社,2001.4 5、孫恒，陳作模，葛文杰機械原理 （M）高等教育出版社，2006.5 6、濮良貴，紀明剛機械設計 （第八版） （M）高等教育出版社，2006.5 7、吳宗澤，羅圣國機械設計課程設計手冊 （M）高等教育出版社，2006.5 8、周良得，朱泗芳現(xiàn)代工程圖學 （M）湖南科學技術出版社，2000.9 9、哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室理論力學（I） （第 7 版） （M）高等 教育出版社，2009.7 10、劉鴻文， 材料力學 I （第 5 版） （M）高等教育出版社，2011.5 23 附錄：譯文及原文 礦山裝載機動臂開裂的計算與實驗分析 E. Rusiski，J. Czmochowski，P. Moczko 弗羅茨瓦夫理工大學機械設計和操作研究院，Lukasiewicza 6/7 51-370 弗羅茨瓦夫，波蘭 通訊作者郵件地址：eugeniusz.rusinskipwr.wroc.pl 收錄時間 15.03.2006，接受修訂的時間為 2006 年 4 月 30 日。 分析和建模 摘要： 目的：本文的主要目的是考論挖機在井下工作設計的問題與研究地下礦機在工作時的開裂原因 設計/方法/方式：主要采用了數(shù)值模擬和實驗的方法。采用有限元法用于數(shù)值模擬。對材料的評價運用了斷口微觀評價，化學分析，硬度實驗的方法。其實現(xiàn)的方法是通過破解裝載機動臂，標本材料的評價和兩者共同對比的結果的數(shù)值模擬分析得出。結果是主要通過數(shù)值實驗、離散起重臂和預定義邊界條件的模型來確定的。對于起重臂的有限元分析對應力分布的極端負載條件提供了信息。這項研究包括采用顯微鏡做宏觀和斷口檢查，起重臂材料的硬度試驗。然后從兩種方法得出結論。 調查結果：發(fā)現(xiàn)地下銅礦用裝載機起重臂損壞的原因。 實踐意義：本研究為理論設計和制造工藝之間的過程中，在設計到對象的過程提供了廣泛的觀點方法。 獨創(chuàng)性/價值：本文用評估和測試結果的信息，解釋說明的動臂斷裂的原因的關系。實驗和數(shù)值分析顯示設計和機器的制造過程的關系。這可以為設計師和研究員在調查過程或如何防止同類機器的故障時提供有力的幫助。 關鍵字：CAD/CAM;材料；金屬學； 介紹 地下采礦機械包括以下：井架，屋頂，抽苔機，裝載機，運輸車輛以及其它一般用于礦石開采，裝載和運輸?shù)脑O備（即最為基本挖掘任務的設備）1。在生產(chǎn)實踐中探索與試驗證明地下工作的設備以及作為其子組件的要求與地表運行的機器不同。通常情況下開采條件更為苛刻。由于他們的特點的使用過程，他們所受到差的工作條件，和多變的操作條件，同時經(jīng)常受到載荷沖擊。 （圖 1） 圖 1 自走式屋頂翻錄車在地下礦井期間的工作。 礦山機械的設計需要使用快速構造函數(shù)，準確的計算方法。此設計還應該有可靠的結構，能承受要求的負荷，同時還應具有經(jīng)濟性2。利用現(xiàn)代集成的 CAD / FEM 系統(tǒng)的方式可以實現(xiàn)此要求。在設計目標和取得負載運行條件的過程中也可以采用其他的方法3,4。盡管現(xiàn)代設計方法已被使用，但我們我們仍然觀察到機器的承載元件的損壞。其原因包括以下： 1、 設計錯誤-缺乏精確的計算方法（采用舊的設計） ，設計師忽略了一些因素，犯負載低估的簡單錯誤，如多余應力，平均應力，類似的影響。在一些時候可以徹底改變結構的工作壓力。這種情況中觀察到的焊接，鍛造，鑄造件結構。 2、 技術錯誤-在設計或制造階段：不正確的技術，錯誤的配合連接，焊接不良 差質量的焊接技術，材料缺陷如不正確的鋼種，材料在張拉層壓的連接。 24 3、 開采錯誤-開采過程中過載所造成的或不可預知的環(huán)境下出現(xiàn)的機械故障。 通過精確的分析可以更好的了解開采過程中損壞故障的情況與原因，從而改善未來設計的對象。 在廣大的地下操作機器中，我們著重考慮裝載機。這種類型的機器常見的故障是鏟斗和切割刀片損壞。還有就是構架和載臂相關的損壞。在地下采銅礦機械中，起重臂常常受到損壞，圖 2 所示。里面包括起重臂的截面斷裂，導致完全從機器的前部與余部分的懸臂的分離。此故障常發(fā)生在鏟斗的過載運行。 圖 2 損壞的載鏟 在本設計中為了以確定的吊桿損傷，判斷其原因，采用 CAD / FEM 對起重臂的數(shù)值應力進行評估。此外，還進行詳細的材料分析，以檢查可能的物質和技術故障，這也可能是 造成這種損傷的原因。 數(shù)值試驗 起重臂的幾何模型是用來創(chuàng)建一個離散模型。采用有限元法 6，7 和 8 進行數(shù)字假設： 1、使用shell元素的鈑金建模 2、使用連接器，執(zhí)行器，車軸和螺栓/引腳建模修改橫梁的元素， 3、使用 RBE3 類型的元素承載節(jié)點建模 4、鏟斗模型采用硬類型元素 起重臂的數(shù)字建模如圖 3 所示。 25 圖 3 起重機的吊臂的離散模型 根據(jù)裝載機的技術參數(shù)的分析設定了起重臂的四個位置。其中一個假設如圖 4 所示。采用了 18種方法進行分析。每個這些假定的鏟斗的一個固定位置，承受致動器所產(chǎn)生的應力負荷。作為簡化，假設鏟斗有一個非常堅固的結構，以同樣的假設作為它的自己旋轉軸9。 圖 4 副臂的位置圖和負荷圖 對于起重臂的應力計算采用了 I -DEAS 10系統(tǒng)的有限元分析。樣品的應力計算如圖 5 所示 26 圖 5 根據(jù)胡伯-米塞斯理論采用等高線表示臂的應力水平 計算出來的三維圖顯示了起重臂應力的壓力大小和形變，主要取決于上的載荷的大小和幾何結構。這實例的具有代表性。在這種情況下最大組合應力 壓力主要集中在造成鏟斗結構缺口處的驅動器的接點上。在這個接點上，同時也有一個改變起重臂的側帶材的剛性引起的襯套的致動機構的安裝螺栓上。這也是那里的起重臂開裂發(fā)起點。 3.材料評估 損壞的起重臂和它是由材料使用以下方法評估11: 1、 肉眼目視檢查，以及體視顯微鏡檢查使用放大倍數(shù)可達 30 倍。 2、 采用掃描電子顯微鏡，進行斷口評價。 3、 化學分析 4、 微觀評價 5、 硬度測試 3.1 宏觀的斷口評價 對骨折運行起重臂的整個橫截面進行臂的測試（圖 6） 根據(jù)斷口的分析可以得出該骨折是脆性斷裂，如圖（6）所標記的 A 和 B 點所位于 S1 焊縫熔合材料的桿。分析該斷裂點的表面形貌 A 和 B 用掃描電子顯微鏡顯示出平滑的表面，其特征是對骨折始發(fā)點。在點 A 和 B 的斷裂可能起源已在或焊后不久，最終導致立即脆性吊臂斷裂。它也可能焊接骨折導致小區(qū)域的疲勞。在 A 點所觀察到表面形態(tài)如圖 7 所示。 執(zhí)行了焊接接頭的宏觀評價的 S2 角焊縫交叉顯微如圖 8 所示。焊縫表面可用阿德勒的蝕刻液（ Ma11Fe ）蝕刻。 圖 6 斷裂帶形態(tài) 27 圖 7 為圖 6 中 A 點表面形態(tài)的 SEM 圖像 觀察證明不完整的角焊縫在焊接熔深的底部。這兩種焊接以及焊縫熔合線中還存在著許多焊接錯誤而產(chǎn)生的氣泡。焊縫的宏觀檢查 關節(jié)也透露，在扁棒，起重臂各種結構和 焊接接頭材料以及焊接熱影響區(qū)（熱影響區(qū)）內。焊縫關節(jié)的宏觀檢查透漏出扁棒，起重臂各種結構和焊接接頭材料以及焊接在熱影響區(qū)（熱影響區(qū)）內。 圖 8 扁鋼和起重臂之間的焊接接頭 3.2 微觀評價 對于焊接接頭的連接點微觀評測優(yōu)于宏觀評價。 在Mi1Fe蝕刻后得出結論為起重臂焊接接頭的外部材料的微觀結構是的ferriticperlite結構，存在輕微的 Widmannsttten 特性結構（圖 9） 。在這種類型材料的化學成的結構導致了削弱力學參數(shù)的，并且還引起焊接的不均勻。焊縫區(qū)的貝氏體的地方出現(xiàn)珍珠巖狀（偽共）結構。該焊接點的偽共結構表明，焊接是使用中碳鋼焊條進行焊接的。 熱影響區(qū)表現(xiàn)出中小板珍珠巖結構以及馬氏體結構，其中熱影響區(qū)是區(qū)硬化的，從而導致形成脆性裂紋。 當比較起重臂材料和熱影響區(qū)時在起重臂 HAZ 和焊接接頭的鐵素體 - 珠光體結構之間的的珍珠巖結構存在明顯差異。這種快速變化的結構導致焊接材料和焊接接頭的連接的參數(shù)在顯著變化。這也表明，這是使用不當焊條進行焊接時，具有與本焊接材料顯著不同的組合物。焊縫，熱影響區(qū)的微觀結構和焊接誤差如圖 10 所示。 28 9 起重臂材料的微觀結構 圖 10 焊縫的顯微組織 - 熱影響區(qū)和焊縫 3.3 硬度測試 根據(jù)波蘭標準 PN- EN 1043-1 采用維氏的方法檢測硬度。該測試顯示，熱影響區(qū)在焊接接頭顯著硬化與起重臂材料與材料的局部淬火，從而導致發(fā)生脆性斷裂。 4 結論 本文的主要目的是討論設計地下采礦用機械的問題，并在其基礎上分析了挖掘機桿的斷裂問題的原因，和它表面遭受損害如圖 2 所示。數(shù)值和實驗方法的使用，是從更廣泛的角度 看發(fā)生在這種類型的機器的這樣的事故。 基于所執(zhí)行的熱潮材料測試，分析了與潤滑槽的扁鋼之間的斷裂，焊接接頭以及起重臂側的片，以及在 MES 應力分析，發(fā)現(xiàn)了： 1、使用 Mi1Fe 片段的顯微鏡評價蝕刻，證明了焊縫的外起重臂的材料已經(jīng)呈現(xiàn)出輕微的證據(jù)鐵素體 - 珠光體結構出現(xiàn)了 Widmannsttten 結構特征。這種結構由于熱處理不當和鍛造，意味著，用于起重臂的金屬是不充分軋并具有較低的機械強度。 2、根據(jù)波蘭 PN-86/H-84018 的標準，碳當量計算，基于該鋼在測試過程中確定的化學組成，在0.453 和接近到 0.46 的容許值之間。然而，評價表明吊臂景氣鋼可焊性較差，應考慮到進行任意的焊接修理前的說明。 3、為各種各樣負載的進行了有限元分析證明了脆性斷裂發(fā)生在一個結構缺口，造成應力集中在一點。在起重臂經(jīng)受例合并應力達到最大，扭轉力為 29 4、 可以得出結論，沒有直接的焊接信息進行（這只能是通過實驗室材料分析獲得）確定： Widmannsttten 結構的存在 CE 邊緣碳當量值 造成額外引入的殘余和局部應力改變材料特性（材料硬化） 。這反過來加速脆性斷裂的發(fā)生。 5、 因為材料的缺陷與結構不合理所造成起重臂斷裂是不可避免的，裝載機起重臂 負荷運行，限制了其使用期。 參考文獻 1 K. Pieczonka: Scoop Loaders (in Polish), Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 1988. 2 T. Smolnicki, E. Rusinski, J. Czmochowski: Some aspects of load carying structures of mining machines, Mechanical Review, 1/2004 p. 32. 3 G. Wszolek: Vibration analysis of the excavator model in GRAFSIM program on the basis of a block diagram method. Journal of Materials Processing Technology 157/158 (2004) 268-273 4 A. Buchacz, A. Machura, M. Pasek, Hypergraphsinmodelling and analysis of complex mechanical systems, Systems Analysis Modelling Simulation, (2003), Taylor & Francis, New York. 5 A. Krukowski, J. Tutaj: Deformational connections. National Scientific publications, 1987. 6 E. Rusinski, J. Czmochowski, T. Smolnicki: Advanced Finite Element Method for Load-carrying Structures of Machines (in Polish), Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 2000. 7 E. Rusinski: Finite Element Method; System COSMOS/M”(in Polish), WKL, Warsaw 1994 8 O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor: The finite element method. Vol. 1, Vol. 2. McGraw-Hill Bool Company, London 1991 9 E. Rusinski, K. Kanczewski, P. Moczko, W. Dudzinski, M. Lachowicz: Determination of causes of fracture of loader jib boom LK-2NCC. Report No. S-019/2005, Institute of Machine Design and Operation at the Wroclaw University of Technology. 10 Structural Dynamic Research Corporation: Exploring IDEAS Design. 11 W. Dudzinski and others: Structural materials in machines design, Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 1994. Copyright by International OCSCO World Press. All rights reserved. 2006VOLUME 17ISSUE 1-2July-August2006Short paper273of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineeringof Achievements in Materialsand Manufacturing EngineeringNumerical and experimental analysis of a mines loader boom crackE. Rusiski*, J. Czmochowski, P. MoczkoInstitute of Machines Design and Operation, Wroclaw University of Technology,ul. Lukasiewicza 7/9 51-370 Wroclaw, Poland * Corresponding author: E-mail address: eugeniusz.rusinskipwr.wroc.plReceived 15.03.2006; accepted in revised form 30.04.2006Analysis and modellingAbstrActPurpose: The main purposes of the paper are to discuss designing problems of machines used in underground mining and investigation of its reasons based on cracked boom of underground mine machine.Design/methodology/approach: Numerical and experimental approach was considered. The finite element method was used for numerical simulation. Fractographic and microscopic evaluation, chemical analysis, hardness tests were used to perform material evaluations. The objectives are achieved by numerical simulation of cracked loader boom, material evaluations of specimens and comparison of results achieved from both approaches. These were determined through a numerical experiment, based on a discrete model of the jib boom and predefined boundary conditions. The finite element analysis for the jib boom provided information about stress distribution for extreme load conditions. The study included macroscopic and fractographic inspection, microscopic evaluation as well as hardness tests of the material used for the jib boom. Conclusions from both approaches were drawn then.Findings: The causes of damage of a loader jib boom used at an underground copper mine were found.Practical implications: The study provides practical implication into designing process of mentioned objects by wider view of relationships between theoretical design and manufacturing process.Originality/value: The paper provides information backed by evaluation and test results, stating the nexus of causes of the boom failure. The experimental and numerical approaches show relationship between designing and manufacturing process of machines. This can be helpful for the designers and researchers looking for reasons, methods of investigations or how to prevent failures of similar machines.Keywords: CAD/CAM; Materials; Metallography1. Introduction Machines used in underground mining, such as: derricks, roof bolting machines, loaders, transportation vehicles as well as others are generally used for ore exploitation, loading and transportation, i.e. basic mining tasks 1. Construction design practice, exploitation and tests prove that such machines as well as their sub-components are subject to requirements radically different from machines operating on the surface. In general exploitations conditions are much heavier. Considering their specific application, they are subject to adverse operating conditions, variable operating conditions and are often subject to percussive loads (fig. 1). Fig. 1. SWB (Self-propelled roof ripping vehicles) during operation at an underground mine Design of mining machines requires from the constructor to use quick and accurate calculation methods. The design should 1. Introduction30Short paper274Journal of Achievements in Materials and Manufacturing EngineeringE. Rusiski, J. Czmochowski, P. Moczko Volume 17 Issue 1-2 July-August 2006result in a reliable construction, withstanding the required loads, whilst also being economical 2. This can be achieved through the use of modern integrated CAD/FEM systems. Other approaches can be also used for the desig