課程設計--坐躺兩用搖動椅

1、<p>　　機械原理課程設計說明書</p><p><b>　　坐躺兩用搖動椅</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計題目……………………………………………………………（2）</p><p>　　設計目的……………………………………………………………（2

2、）</p><p>　　原始數(shù)據(jù)和設計要求………………………………………………（2）</p><p>　　設計方案的選取……………………………………………………（2）</p><p>　　設計步驟……………………………………………………………（3）</p><p>　　（1）工作原理……………………………………………………（3）</p&

3、gt;<p>　?。?）機構設計說明………………………………………………（4）</p><p>　?。?）尺寸數(shù)據(jù)計算………………………………………………（6）</p><p>　　心得體會……………………………………………………………（12）</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………（13）</p>&

4、lt;p><b>　　設計說明書</b></p><p><b>　　設計題目：</b></p><p><b>　　坐躺兩用搖動椅 </b></p><p><b>　　設計目的：</b></p><p>　　機械原理課程設計是培養(yǎng)學生掌握機械系統(tǒng)

5、運動方案設計能力的技術基礎課程，它是機械原理課程學習過程中的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其目的是以機械原理課程的學習為基礎，進一步鞏固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學生分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力，使學生熟悉機械系統(tǒng)設計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學和動力學的分析和整體設計等，并進一步提高計算、分析，計算機輔助設計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力。</p><p&

6、gt;　　此次課程設計要求我們熟悉和并熟練運用機械原理所學到的知識，設計一個坐躺兩用搖動椅，通過手動和重力調節(jié)可使坐躺角度為90°—150°，搖動角度為25°，座椅安全舒適。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)和設計要求：</p><p>　?。?）座椅可以實現(xiàn)坐躺角度為90°—150°；</p><p>　?。?）搖動角

7、度為25°；</p><p>　?。?）操作動力源為手動和重力；</p><p><b>　?。?）安全舒適。</b></p><p><b>　　設計方案的選?。?lt;/b></p><p>　　機械機構主要有平面連桿機構，凸輪機構，齒輪機構，輪系，間歇運動機構等，分析得到，要想實現(xiàn)角度可以

8、調節(jié)，并且調節(jié)到一定角度之后可以停止固定，則需要一個調角機構和一個鎖止機構，常用的連桿機構和凸輪機構無法實現(xiàn)調角鎖止功能，但是間歇運動機構中的棘輪機構可以實現(xiàn)調角和鎖止，輪系也可以實現(xiàn)調角，又經(jīng)過查資料，我們總結出要實現(xiàn)靠背坐躺角度可以調節(jié)需要用到的可以調角的結構，可以通過下面兩種方式實現(xiàn)：</p><p>　　第一種是利用旋轉手柄式調角器，它的工作過程是通過旋轉手柄帶動手柄輪旋轉，手柄輪的偏心轉動驅動軸轉輪做周

9、轉運動，止動板與坐墊固定連接，調整臂與靠背相連，旋轉手柄則使調角器靠背角度發(fā)生改變，從而達到調節(jié)靠背角度的目的。</p><p>　　圖一 旋轉手柄式調角器的原理圖</p><p>　　1.止動板 2、3.偏心輪 4調節(jié)臂</p><p>　　第二種是采用掀動手柄式調角器，它主要由棘輪結構構成，通過手柄操縱鎖止棘爪，使得棘爪與棘輪分開，此時，人調節(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，從而使棘輪和棘爪結合，棘輪被制動，達到椅子靠背的制動目的。</p><p>　　經(jīng)過分析比較，第一種方案結構復雜，制造成本高，如要進行大范圍調角則調角速度很慢，因此我們選擇了第二個方案，即掀動手柄式調角器的方案，因為它結構簡單，成本低廉，運動可靠，調角方便，對此方案我們進行了部分機構的設計。</p><p>　　為了實現(xiàn)座椅可以搖動一定角

11、度，我們的設計采用了常規(guī)搖椅的搖動原理，既為椅子底部受力橫桿為弧形結構，弧度值為所需要的搖動角度值，從而實現(xiàn)了搖椅的可搖動性，并且搖動角度處于一個范圍內。</p><p><b>　　設計步驟：</b></p><p><b>　　（一）工作原理： </b></p><p>　　圖二 椅子結構原理圖</p>

12、<p>　　實現(xiàn)坐躺角度調節(jié)利用了機械板式調角器，調角器是對靠背、坐墊夾角進行調整和鎖止的機構。我們的設計采用機械板式調角器，利用棘輪棘爪工作原理以及彈簧的復位結構，最大能夠實現(xiàn)180°范圍有級調節(jié)及折疊。要實現(xiàn)可搖動角度25°，我們采用了弧形結構底座，弧度值為25°，從而實現(xiàn)搖動要求。</p><p>　　（二）機構設計說明：</p><p>　　

13、圖三 棘輪結構原理圖</p><p><b>　　棘輪結構設計說明：</b></p><p>　　該椅座躺兩用功能的實現(xiàn)主要是利用了棘輪機構，我們采用的是齒式棘輪機構，它的特點是機構簡單，制造方便，轉角準確，運動可靠，動程可在較大范圍內調節(jié)。它由棘輪，主動棘爪，止回棘爪和機架組成，棘輪固定在座椅上不動，棘爪轉軸固定在靠背上，靠人力旋轉鎖止棘爪，使得棘輪和棘爪分離，旋轉

14、靠背擺動到一個合適的角度，松開棘爪，靠背上的主動棘爪便在回位彈簧的作用，插入棘輪的齒間，與棘輪貼合，達到制動目的，此時棘輪棘爪都靜止不動，椅子的靠背固定便在這個角度不再旋轉。因為角度的調節(jié)只需要在90°—150°范圍內調節(jié)，說明棘輪的有效齒數(shù)不是所有的棘輪齒，經(jīng)計算，要使角度的調節(jié)在90°—150°范圍內，通過對比分析，我們在可調角度90-150°范圍內設定了五個檔位，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 棘輪運動原理圖</p><p>　　人通過旋轉把手給棘爪一個向外的力，棘爪旋轉（旋轉方向如圖90°位置所示）復位彈簧收緊，此時人搬動座椅靠背到合適的角度，放開把手，此時復位彈簧因為出于收緊狀態(tài)有一個回復力，所以開始回復原狀態(tài)（如圖四第二個狀態(tài)所示），連接的棘爪同時受到彈簧的力，開始收回，插入棘輪齒槽內，

16、貼緊棘爪，使得棘輪機構鎖止，椅子便保持在了新的角度的靜止狀態(tài)。</p><p>　　搖動角度實現(xiàn)結構說明：</p><p>　　該椅搖動角度實現(xiàn)是靠了一段搖動圓弧，弧度為25°，圓弧兩端為長度10CM與圓弧相切的平直桿，當搖椅搖到兩個極限位置時，變?yōu)槠街睏U著地，搖椅不能在搖動，從而使得搖動角度控制在25°之內。搖椅支撐桿的最底端為兩個可以伸出和收回的短桿，當不想使用搖動

17、功能時便可以將此兩桿伸出，從而使椅子不能搖動。</p><p>　　圖五 椅子實現(xiàn)搖動角度的結構原理</p><p>　　圖六 使用時兩個極限位置時椅子狀態(tài)

18、

19、 </p><p>　?。ㄈ┏叽鐢?shù)據(jù)計算：</p><p>　　要使得坐躺舒適，椅子要適合一般人身體的

20、結構尺寸，對此，我們對若干人身體的尺寸進行了測量和計算，得到了較為綜合的數(shù)據(jù)，從而設計椅子各部位數(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>　　我們設計的椅子骨架截面為圓形，直徑均為2CM。</p><p>　　棘輪機構的幾何尺寸：</p><p>　　以上已經(jīng)推算出我們

21、在可調角度90-150°范圍內設定了五個檔位，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算：經(jīng)過分析，當選定模數(shù)m、齒數(shù)z、齒頂厚a、齒高h、齒槽夾角θ后，棘輪的齒形即完全確定，構成齒槽的兩面應匯交于根圓，且其夾角為θ。根據(jù)棘輪棘爪主要幾何尺寸計算公式：</p><p>　　表一 棘輪主要幾何尺寸計算公式</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，又結合棘輪各個尺寸對應的一系列的常用標準值，可以得到所需要棘輪機構的各各幾何尺寸如下：</p><p>　　齒高h=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的精確計算公式：設過A、B兩點且圓周角為的圓的圓心位于F點，E點即為該圓與根圓的交點。建立坐標系，則E點坐標滿足下列關系</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>　　為使棘爪在工作時能順利進入棘輪齒槽并嚙緊不脫，α角應滿足摩擦條件，一般應有。</p><p>　　定棘爪位置時，使得棘輪棘爪工作面貼合，測量棘爪旋轉中心點的位置得到棘輪棘爪的相對位置如圖</p><p>　　圖八 棘爪位

27、置尺寸圖</p><p>　?。?）椅子平衡質量的添加計算：</p><p>　　椅子如果采用常規(guī)搖椅的支撐點位于重心處則椅子的搖動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小角度的旋轉時，整體結構很不勻稱，因此，我們便將椅子支撐點前移，另外在

28、椅子前部加上了一個平衡質量，使得椅子搖動時可以平衡。</p><p>　　圖十 計算原理說明圖</p><p>　　因為人坐于椅子上時人的重心位于椅子后部，根據(jù)人的平均體重，取60kg，當人坐上去時，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，根據(jù)我們的設計，椅坐長60cm椅子圓弧最低點位于靠椅背端20cm處，因此需要在椅子最前端加上平衡質量30kg，使得人坐于椅子上時椅子使用搖

29、動功能時椅子可以保持平衡。在椅子支撐桿的最下端是兩個可以伸出和收回的短桿，當不使用搖動功能時，此四個短桿便伸出，其底部連線與圓弧相切，使得此時椅子六點著地，增加了椅子的平穩(wěn)性。如圖十一，為我們設計的椅子的結構圖</p><p><b>　　圖十一</b></p><p>　　經(jīng)過對各個機構的各項分析計算，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域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一）做出了整體的結構圖，如圖。</p><p><b>　　圖十二 整體結構圖</b></p><p><b>　　設計心得

31、及體會：</b></p><p>　　這次的課程設計，對我們來說是一次全新的體驗，不僅讓我學到了如何設計一件小機械，如何使它最優(yōu)化，而且讓我在這個過程中學會了團隊合作，學會了堅持不懈的努力，更從中學會了如何做人的道理，讓我受益頗多。尤其值得一提的是，在這個過程中，我學到了許多知識，更加了解了機械的奇妙之處，也了解了一些人機的知識，為以后的學習做了鋪墊。在整個設計過程中我們遇到了很多困難，但是我們一一將

32、其解決，從而也體會到了戰(zhàn)勝困難的快樂。在整個課程設計過程中我得到了許多幫助，這些對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年犛?，老師和同學。這件作品，是大家共同努力的結晶，相信會給我大學生活添上濃重的一筆。</p><p>　　經(jīng)過緊張的策劃、制作、調試與處理，我們的坐躺兩用椅終于圓滿完工了，在制作過程中，我們不僅體會到了學以致用的喜悅，進一步提升了對機械原理知識的理解與掌握的；更體會到了合作

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、取長補短，使得工作高效地進行。由于時間的關系，讓我們的一些很好的設想沒有實現(xiàn)，但是我們從中獲得了更多的知識、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，從這次課程設計中我們理解到，大學并不是只要求我們學習成績的好壞，而是還有在我們自主解決問題時，我們的學習能力的培養(yǎng)，這是一種性格，一種品質，一種習慣的培養(yǎng)，我們覺得這

34、種品質的培養(yǎng)對我們來講是受益終身的，這次課程設計就像是一次工作一樣，我們團隊合作自主解決問題，遇到困難時去請教老師，去查找資料……我們的目標就是要盡我們的努力較好的完成任務，這是一次鍛煉也是一次磨勵。</p><p>　　無論做什么事，總是會遇到困難的，關鍵是看我們怎樣面對困難，起初難免心里滿是抱怨，牢騷，但這都無濟于事，這樣只會止步不前，我們理解到，這個時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、設計對我們這些初出茅廬的學生來講確實困難，因為我們要接觸的東西都是新的，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候尋找方法的這種習慣與心態(tài)，因為只要我們有心去克服，有想法去面對，有毅力去堅持，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：</b></p><p>　　[1] 張偉社等.機械原理教程[M].西北工業(yè)大學出版社，2006.8</p><p>　　[2] 師秀忠，王繼榮等.機械原理課程設計[M].機械工業(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)設計．科