課程設(shè)計(jì)--坐躺兩用搖動(dòng)椅

1、<p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　坐躺兩用搖動(dòng)椅</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目……………………………………………………………（2）</p><p>　　設(shè)計(jì)目的……………………………………………………………（2

2、）</p><p>　　原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求………………………………………………（2）</p><p>　　設(shè)計(jì)方案的選取……………………………………………………（2）</p><p>　　設(shè)計(jì)步驟……………………………………………………………（3）</p><p>　　（1）工作原理……………………………………………………（3）</p&

3、gt;<p>　?。?）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明………………………………………………（4）</p><p>　　（3）尺寸數(shù)據(jù)計(jì)算………………………………………………（6）</p><p>　　心得體會(huì)……………………………………………………………（12）</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………（13）</p>&

4、lt;p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p><b>　　坐躺兩用搖動(dòng)椅 </b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)

5、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。</p><p&

6、gt;　　此次課程設(shè)計(jì)要求我們熟悉和并熟練運(yùn)用機(jī)械原理所學(xué)到的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)坐躺兩用搖動(dòng)椅，通過手動(dòng)和重力調(diào)節(jié)可使坐躺角度為90°—150°，搖動(dòng)角度為25°，座椅安全舒適。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　（1）座椅可以實(shí)現(xiàn)坐躺角度為90°—150°；</p><p>　?。?）搖動(dòng)角

7、度為25°；</p><p>　?。?）操作動(dòng)力源為手動(dòng)和重力；</p><p><b>　　（4）安全舒適。</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的選取：</b></p><p>　　機(jī)械機(jī)構(gòu)主要有平面連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，輪系，間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，分析得到，要想實(shí)現(xiàn)角度可以

8、調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)到一定角度之后可以停止固定，則需要一個(gè)調(diào)角機(jī)構(gòu)和一個(gè)鎖止機(jī)構(gòu)，常用的連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)調(diào)角鎖止功能，但是間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的棘輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)角和鎖止，輪系也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)角，又經(jīng)過查資料，我們總結(jié)出要實(shí)現(xiàn)靠背坐躺角度可以調(diào)節(jié)需要用到的可以調(diào)角的結(jié)構(gòu)，可以通過下面兩種方式實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　第一種是利用旋轉(zhuǎn)手柄式調(diào)角器，它的工作過程是通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動(dòng)手柄輪旋轉(zhuǎn)，手柄輪的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)輪做周

9、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，止動(dòng)板與坐墊固定連接，調(diào)整臂與靠背相連，旋轉(zhuǎn)手柄則使調(diào)角器靠背角度發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)靠背角度的目的。</p><p>　　圖一 旋轉(zhuǎn)手柄式調(diào)角器的原理圖</p><p>　　1.止動(dòng)板 2、3.偏心輪 4調(diào)節(jié)臂</p><p>　　第二種是采用掀動(dòng)手柄式調(diào)角器，它主要由棘輪結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通過手柄操縱鎖止棘爪，使得棘爪與棘輪分開，此時(shí)，人調(diào)節(jié)靠背到

10、所需角度，然后松開手柄，手柄在回位彈簧的作用下回復(fù)，從而使棘輪和棘爪結(jié)合，棘輪被制動(dòng)，達(dá)到椅子靠背的制動(dòng)目的。</p><p>　　經(jīng)過分析比較，第一種方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，如要進(jìn)行大范圍調(diào)角則調(diào)角速度很慢，因此我們選擇了第二個(gè)方案，即掀動(dòng)手柄式調(diào)角器的方案，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)動(dòng)可靠，調(diào)角方便，對(duì)此方案我們進(jìn)行了部分機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)座椅可以搖動(dòng)一定角

11、度，我們的設(shè)計(jì)采用了常規(guī)搖椅的搖動(dòng)原理，既為椅子底部受力橫桿為弧形結(jié)構(gòu)，弧度值為所需要的搖動(dòng)角度值，從而實(shí)現(xiàn)了搖椅的可搖動(dòng)性，并且搖動(dòng)角度處于一個(gè)范圍內(nèi)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)步驟：</b></p><p><b>　　（一）工作原理： </b></p><p>　　圖二 椅子結(jié)構(gòu)原理圖</p>

12、<p>　　實(shí)現(xiàn)坐躺角度調(diào)節(jié)利用了機(jī)械板式調(diào)角器，調(diào)角器是對(duì)靠背、坐墊夾角進(jìn)行調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)。我們的設(shè)計(jì)采用機(jī)械板式調(diào)角器，利用棘輪棘爪工作原理以及彈簧的復(fù)位結(jié)構(gòu)，最大能夠?qū)崿F(xiàn)180°范圍有級(jí)調(diào)節(jié)及折疊。要實(shí)現(xiàn)可搖動(dòng)角度25°，我們采用了弧形結(jié)構(gòu)底座，弧度值為25°，從而實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)要求。</p><p>　?。ǘC(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明：</p><p>　　

13、圖三 棘輪結(jié)構(gòu)原理圖</p><p><b>　　棘輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明：</b></p><p>　　該椅座躺兩用功能的實(shí)現(xiàn)主要是利用了棘輪機(jī)構(gòu)，我們采用的是齒式棘輪機(jī)構(gòu)，它的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡單，制造方便，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)可靠，動(dòng)程可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。它由棘輪，主動(dòng)棘爪，止回棘爪和機(jī)架組成，棘輪固定在座椅上不動(dòng)，棘爪轉(zhuǎn)軸固定在靠背上，靠人力旋轉(zhuǎn)鎖止棘爪，使得棘輪和棘爪分離，旋轉(zhuǎn)

14、靠背擺動(dòng)到一個(gè)合適的角度，松開棘爪，靠背上的主動(dòng)棘爪便在回位彈簧的作用，插入棘輪的齒間，與棘輪貼合，達(dá)到制動(dòng)目的，此時(shí)棘輪棘爪都靜止不動(dòng)，椅子的靠背固定便在這個(gè)角度不再旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榻嵌鹊恼{(diào)節(jié)只需要在90°—150°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，說明棘輪的有效齒數(shù)不是所有的棘輪齒，經(jīng)計(jì)算，要使角度的調(diào)節(jié)在90°—150°范圍內(nèi)，通過對(duì)比分析，我們?cè)诳烧{(diào)角度90-150°范圍內(nèi)設(shè)定了五個(gè)檔位，每隔15°

15、;可停，因此得到棘輪總齒數(shù)z=24，可用齒數(shù)=5。</p><p>　　圖四 棘輪運(yùn)動(dòng)原理圖</p><p>　　人通過旋轉(zhuǎn)把手給棘爪一個(gè)向外的力，棘爪旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)方向如圖90°位置所示）復(fù)位彈簧收緊，此時(shí)人搬動(dòng)座椅靠背到合適的角度，放開把手，此時(shí)復(fù)位彈簧因?yàn)槌鲇谑站o狀態(tài)有一個(gè)回復(fù)力，所以開始回復(fù)原狀態(tài)（如圖四第二個(gè)狀態(tài)所示），連接的棘爪同時(shí)受到彈簧的力，開始收回，插入棘輪齒槽內(nèi)，

16、貼緊棘爪，使得棘輪機(jī)構(gòu)鎖止，椅子便保持在了新的角度的靜止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　搖動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)說明：</p><p>　　該椅搖動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)是靠了一段搖動(dòng)圓弧，弧度為25°，圓弧兩端為長度10CM與圓弧相切的平直桿，當(dāng)搖椅搖到兩個(gè)極限位置時(shí)，變?yōu)槠街睏U著地，搖椅不能在搖動(dòng)，從而使得搖動(dòng)角度控制在25°之內(nèi)。搖椅支撐桿的最底端為兩個(gè)可以伸出和收回的短桿，當(dāng)不想使用搖動(dòng)

17、功能時(shí)便可以將此兩桿伸出，從而使椅子不能搖動(dòng)。</p><p>　　圖五 椅子實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)角度的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　圖六 使用時(shí)兩個(gè)極限位置時(shí)椅子狀態(tài)

18、

19、 </p><p>　　（三）尺寸數(shù)據(jù)計(jì)算：</p><p>　　要使得坐躺舒適，椅子要適合一般人身體的

20、結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)此，我們對(duì)若干人身體的尺寸進(jìn)行了測(cè)量和計(jì)算，得到了較為綜合的數(shù)據(jù)，從而設(shè)計(jì)椅子各部位數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　椅高45CM，椅坐長60CM，椅坐寬50CM，椅子靠背高90CM。</p><p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)的椅子骨架截面為圓形，直徑均為2CM。</p><p>　　棘輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸：</p><p>　　以上已經(jīng)推算出我們

21、在可調(diào)角度90-150°范圍內(nèi)設(shè)定了五個(gè)檔位，每隔15°可停，得到了棘輪總齒數(shù)z=24，可用齒數(shù)=5。</p><p>　　棘輪主要幾何尺寸計(jì)算：經(jīng)過分析，當(dāng)選定模數(shù)m、齒數(shù)z、齒頂厚a、齒高h(yuǎn)、齒槽夾角θ后，棘輪的齒形即完全確定，構(gòu)成齒槽的兩面應(yīng)匯交于根圓，且其夾角為θ。根據(jù)棘輪棘爪主要幾何尺寸計(jì)算公式：</p><p>　　表一 棘輪主要幾何尺寸計(jì)算公式</p

22、><p>　　表二 棘輪棘爪部分尺寸</p><p>　　棘輪直徑da小于80CM，因此選定模數(shù)m=3，又結(jié)合棘輪各個(gè)尺寸對(duì)應(yīng)的一系列的常用標(biāo)準(zhǔn)值，可以得到所需要棘輪機(jī)構(gòu)的各各幾何尺寸如下：</p><p>　　齒高h(yuǎn)=3mm, 齒距p=9.43mm， 齒輪頂圓直徑da=72mm, 根圓直徑df=66mm， 棘輪受力較大，因此選定α=10°， 齒頂弦厚a

23、=3mm， 齒槽夾角θ=60°， 棘爪長度L=18.86mm， 工作面邊長h1=4mm, 非工作面邊長a1=3mm, 爪尖圓角半徑r1=1.5mm。</p><p>　　圖七 棘輪齒形的確定</p><p>　　另有棘輪α的精確計(jì)算公式：設(shè)過A、B兩點(diǎn)且圓周角為的圓的圓心位于F點(diǎn)，E點(diǎn)即為該圓與根圓的交點(diǎn)。建立坐標(biāo)系，則E點(diǎn)坐標(biāo)滿足下列關(guān)系</p><p&

24、gt;　　} ①</p><p><b>　　式中,</b></p><p><b>　　由(1)式可求得</b></p><p>　　} ②</p&

25、gt;<p>　　由此可確定棘輪齒面長度及傾斜角為</p><p>　　} ③</p><p>　　} ④</p><p><b>　　式中，，</b></p><p>&l

26、t;b>　　。</b></p><p>　　已知AE后， 即完全確定，從而可求出及。</p><p>　　為使棘爪在工作時(shí)能順利進(jìn)入棘輪齒槽并嚙緊不脫，α角應(yīng)滿足摩擦條件，一般應(yīng)有。</p><p>　　定棘爪位置時(shí)，使得棘輪棘爪工作面貼合，測(cè)量棘爪旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的位置得到棘輪棘爪的相對(duì)位置如圖</p><p>　　圖八 棘爪位

27、置尺寸圖</p><p>　?。?）椅子平衡質(zhì)量的添加計(jì)算：</p><p>　　椅子如果采用常規(guī)搖椅的支撐點(diǎn)位于重心處則椅子的搖動(dòng)圓弧位置過于靠后如圖。 </p><p><b>　　圖九 常規(guī)搖椅</b></p><p>　　在靠背沒有或者只有一個(gè)小角度的旋轉(zhuǎn)時(shí)，整體結(jié)構(gòu)很不勻稱，因此，我們便將椅子支撐點(diǎn)前移，另外在

28、椅子前部加上了一個(gè)平衡質(zhì)量，使得椅子搖動(dòng)時(shí)可以平衡。</p><p>　　圖十 計(jì)算原理說明圖</p><p>　　因?yàn)槿俗谝巫由蠒r(shí)人的重心位于椅子后部，根據(jù)人的平均體重，取60kg，當(dāng)人坐上去時(shí)，若要使椅子保持平衡需要使人和椅子的重心位于圓弧最低點(diǎn)，根據(jù)我們的設(shè)計(jì)，椅坐長60cm椅子圓弧最低點(diǎn)位于靠椅背端20cm處，因此需要在椅子最前端加上平衡質(zhì)量30kg，使得人坐于椅子上時(shí)椅子使用搖

29、動(dòng)功能時(shí)椅子可以保持平衡。在椅子支撐桿的最下端是兩個(gè)可以伸出和收回的短桿，當(dāng)不使用搖動(dòng)功能時(shí)，此四個(gè)短桿便伸出，其底部連線與圓弧相切，使得此時(shí)椅子六點(diǎn)著地，增加了椅子的平穩(wěn)性。如圖十一，為我們?cè)O(shè)計(jì)的椅子的結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　圖十一</b></p><p>　　經(jīng)過對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)分析計(jì)算，我們用Proe軟件（proe是美國PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/E

30、ngineer軟件的簡稱。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一）做出了整體的結(jié)構(gòu)圖，如圖。</p><p><b>　　圖十二 整體結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得

31、及體會(huì)：</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們來說是一次全新的體驗(yàn)，不僅讓我學(xué)到了如何設(shè)計(jì)一件小機(jī)械，如何使它最優(yōu)化，而且讓我在這個(gè)過程中學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持不懈的努力，更從中學(xué)會(huì)了如何做人的道理，讓我受益頗多。尤其值得一提的是，在這個(gè)過程中，我學(xué)到了許多知識(shí)，更加了解了機(jī)械的奇妙之處，也了解了一些人機(jī)的知識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)做了鋪墊。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我們遇到了很多困難，但是我們一一將

32、其解決，從而也體會(huì)到了戰(zhàn)勝困難的快樂。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中我得到了許多幫助，這些對(duì)于我以后的為人處事都有很大的好處，在此，非常感謝給予我?guī)椭年?duì)友，老師和同學(xué)。這件作品，是大家共同努力的結(jié)晶，相信會(huì)給我大學(xué)生活添上濃重的一筆。</p><p>　　經(jīng)過緊張的策劃、制作、調(diào)試與處理，我們的坐躺兩用椅終于圓滿完工了，在制作過程中，我們不僅體會(huì)到了學(xué)以致用的喜悅，進(jìn)一步提升了對(duì)機(jī)械原理知識(shí)的理解與掌握的；更體會(huì)到了合作

33、的快樂，我們一起解決問題，一起討論、協(xié)同工作，交流經(jīng)驗(yàn)、取長補(bǔ)短，使得工作高效地進(jìn)行。由于時(shí)間的關(guān)系，讓我們的一些很好的設(shè)想沒有實(shí)現(xiàn)，但是我們從中獲得了更多的知識(shí)、更多的快樂，更多的與人溝通交流的方法與技巧，這種能力的培養(yǎng)對(duì)于我們以后的發(fā)展很有必要的，授人以魚不如授人以漁，從這次課程設(shè)計(jì)中我們理解到，大學(xué)并不是只要求我們學(xué)習(xí)成績的好壞，而是還有在我們自主解決問題時(shí)，我們的學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，這是一種性格，一種品質(zhì)，一種習(xí)慣的培養(yǎng)，我們覺得這

34、種品質(zhì)的培養(yǎng)對(duì)我們來講是受益終身的，這次課程設(shè)計(jì)就像是一次工作一樣，我們團(tuán)隊(duì)合作自主解決問題，遇到困難時(shí)去請(qǐng)教老師，去查找資料……我們的目標(biāo)就是要盡我們的努力較好的完成任務(wù)，這是一次鍛煉也是一次磨勵(lì)。</p><p>　　無論做什么事，總是會(huì)遇到困難的，關(guān)鍵是看我們?cè)鯓用鎸?duì)困難，起初難免心里滿是抱怨，牢騷，但這都無濟(jì)于事，這樣只會(huì)止步不前，我們理解到，這個(gè)時(shí)候我們最需要的是為遇到的困難尋找方法，而不是去抱怨，課程

35、設(shè)計(jì)對(duì)我們這些初出茅廬的學(xué)生來講確實(shí)困難，因?yàn)槲覀円佑|的東西都是新的，都是要我們自己做決定的，我覺得這次的得到的不是我們克服了多少的困難，而是使我們形成了一種在遇到困難的時(shí)候?qū)ふ曳椒ǖ倪@種習(xí)慣與心態(tài)，因?yàn)橹灰覀冇行娜タ朔?，有想法去面?duì)，有毅力去堅(jiān)持，無論遇到什么困難，我們無所畏懼，和生活中的道理一樣，我們遇到問題了，遇到困難挫折了，我們唯一要做的是找原因，找方法，而后去做，抱怨就像是毒品一樣，會(huì)慢慢的把我們侵蝕掉，所以我們拒絕抱怨，

36、只找方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 張偉社等.機(jī)械原理教程[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.8</p><p>　　[2] 師秀忠，王繼榮等.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.5</p><p>　　[3] 武一民.從安全性談汽車座椅系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)．科