这篇论文的名称为智能家用组合家具的设计,智能组合家具在未来将得到广泛的使用,此次设计的组合家具包含有三个元素,分别是床,储物柜,以及桌子,我们需要将这三个元素融合,达到在一个狭小的空间里面放进去这三个元素的目的,既要达到节省空间也要达到他们各自功能的完整性。
这款组合家具运用到的主要材料为钢材,主体框架将由多块钢板焊接而成,达到一个良好的稳定性,这款家具当中有两个运动结构,一个是储物柜的升降,一个是床的升降,储物柜放在床的上方,合理利用了上方被浪费的空间。
现在市场上类似的组合家具有上床下桌,也是将整个空间利用起来,但他只是简单的家具拼接,使用时人还需要通过梯子上床,而我们的这款家具运用到了升降的机构来解决了这一问题,节省空间的同时还能让使用者更加省力,舒适。
这篇设计主要是对这款组合家具中升降系统的设计,丝杆升降和卷扬机升降的设计,以及整体框架的设计,床面以及储物柜的内部细节将不予设计。
随着社会水平的提高,人们对生活品质的要求越来越高,很多年轻人都追求高品质的生活,然而房价的高昂使得刚步入社会的年轻人无法拥有很大的住所,组合家具就解决了这一问题,在狭小的空间实现多个功能满足高品质生活。
这篇设计论文设计的是组合家具,组合家具是一个很广的词,他可以是各种家具的组合体,可以是床,可以是凳子,可以是茶几,可以是桌子等等家具进行组合,而本设计围绕的是床和储物柜展开的。
现在市场上组合家具也大多都是围绕床展开的,例如学生宿舍的上床下桌,再例如床底拼接一些抽屉,还有床头的靠背增添一个储物柜,这些都是非常常见的组合家具,他们通过简单的拼接将两种或者多种家具进行组合,完成一个非常好的融合,达到的效果也非常好。还有比较新颖的一些组合家具,他们不再是单一的将两款家具或多款家具简单拼接而成,他们设计了一些可以活动的结构,达到一些意想不到的效果,例如衣柜床,床可以通过折叠,收进衣柜,这一类家具更加的节省了空间,但是会用到人力,而我的这一款家具要的是更加智能,既可以节省空间,也不会让人花费更多体力操作。
这款设计里面有两个较大的活动件,衣柜和床,由于体积大,所以驱动他们的驱动力需要在四个角落同时施力,并且大小要相等,来达到平稳运动的效果。然而这四个发力点相距也比较远,所以获得同步并且相等的四个力就是这篇设计的关键。
床,衣柜,这些和电没有丝毫关系的家具,在接下来的设计研究当中将和机电进行一个融合,达到全新的效果。
该组合家具首先有一个承重框架,主要材料为钢,它的结构由四根承重柱在四个角落,四根承重柱之间将由八块钢板连接与定位,八块钢板分别在底座的四边和上方的四边,他们之间的连接方式主要为焊接。
第二部分就是移动柜,移动柜由柜体,轨道,以及驱动装置组成,轨道有四根,分别装在四根承重柱上,在柜体的八个角落装有滑块与轨道配合,箱体的移动由卷扬机驱动,在箱体底部的四个角绑上钢绳,框架的两边装有定滑轮,钢绳通过定滑轮与地面的卷扬机连接,完成驱动。
该家具平常就是上面是储物柜,下面是床,比较轻的货物可以直接放进储物柜,当由比较重的货物需要存放时可以将储物柜放下来,把货物存进储物柜再升起储物柜。该组合家具还有一个作用就是将床与储物柜都放下来,储物柜的上表面就可以充当一张桌子使用。
该组合家具只需要利用一张单人床的面积,就可以实现床,储物柜以及桌子三种家具的使用,可以解决房间小的问题,随着时代的发展,更多的组合家具将取代现有的家具,以后家具的占地面积将会减小很多,以后人民可以在比较小的房子享受着组合家具带来的便捷,将大大减轻人们买房的压力。
这款组合家具当中的床为单人床,结合实际情况考虑,人体的结构考虑,床的长度设计为两米,宽度为一米,床面距离地面四十公分,由于柜体是占用床的上方空间,所以柜体的长度也为两米,宽一米,高五十公分,柜体的底部距离地面为一米七。
框架的四个角落为四根柱子,支撑起整个框架和柜体的重量,考虑到上面还需要装各种小部件,轨道等,所以柱子的形状为矩形,长宽为六公分柱子与柱子之间用长方形板连接,上方和下方共八块板子,上方的板宽度为三十公分,下方的由于零部件较多,所以长边的板宽度为二十公分,短边的板宽度为三十公分,板厚均为二公分,整个框架的高度为两米六。
丝杆在机械设计当中是一种非常常见的和非常有效果的传动方式,很多的机械当中都可以看得到丝杆的存在,丝杆的作用就是把电机的扭矩进行转换,它可以把电机的扭矩传递到某个方向的推力,让电机的旋转运动变为某个反向上的进给运动。在我们这款组合家具当中将有四根丝杆控制着床的上下运动。
预估床板加上床上用品的总重量在200kg左右,由于有四根丝杆推进床的升降运动,所以综合考虑后取每根丝杆进给方向的阻力Fa=1000N,选用滚珠丝杆,取进给丝杆的正效率η1=80%,选取进给丝杆的导程Ph=20mm由公式可算出驱动扭矩:
润滑丝杆可以延长丝杆的使用寿命,还能减少摩擦力,降低噪音,这里采用有润滑,通过定期上油的方式达到润滑效果。
丝杆的上下将装有一对轴承进行固定,丝杆轴的下方装有涡轮,涡轮与丝杆轴之间装有定位销,两个涡轮配合一根两端都带螺纹的蜗杆,蜗杆中间装有斜齿轮传动,两端装有轴承固定,两根蜗杆通过斜齿轮传动到中间轴,中间轴两端装有轴承固定,中间装有齿轮,该齿轮与旁边的齿轮轴捏合,齿轮轴与电机用联轴器连接,完成四轴联动丝杆。
拟定蜗杆头数Z1=3,拟定涡轮齿数Z2=28,模数m=2,则蜗杆涡轮传动比i=28/3。所有齿轮传动比都为1,只
电动机→联轴器的传动比i1=1,联轴器→齿轮轴的传动比i2=1,齿轮轴→中间轴的传动比i3=1,中间轴→蜗杆的传动比i4=1,蜗杆→涡轮的传动比i5=28/3,涡轮→丝杆轴
涡轮蜗杆的传动效率η1:0.80,联轴器的传动效率η2:0.99,轴承的传动效率η3:0.95,齿轮传动效率η4:0.95,涡轮蜗杆共四组,联轴器一个,轴承共十六
现拟定床的升降速度为1.2m/min,因为丝杆的导程为20mm,所以有:
电机是能量转换的一种装置,它将电能转换为电能,是一种很常见的装置,运用到的是电磁原理,电机用作各种机械或者电器的动力来源,电机的作用是产生转矩,作为它们的动力源。
按工作电源种类划分可以分成直流电机和交流电机。按起动与运行方式划分可以分为电容起动式单相异步电动机,电容运转式单相异步电动机,电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按结构和工作原理划分可以分为异步电机,同步电机。
床的升降系统中的零件有四根丝杆,丝杆两端装有轴承,每根丝杆轴下方有蜗轮,涡轮与丝杆之间有固定键,与蜗轮配合的是蜗杆,蜗杆两端装有轴承,蜗杆轴中间装有圆锥齿轮,圆锥齿轮与蜗杆之间有键连接,与蜗杆构成传动的是中间轴,中间轴的末端装有圆锥齿轮与蜗杆轴上的圆锥齿轮配合传动,中间轴两端还装有轴承,中间轴的中间装有圆锥齿轮,电机通过联轴器与齿轮轴相连和中间轴上的齿轮配合。其中的蜗轮蜗杆实现减速功能,三组齿轮只为改变传动方向,不变速。
选择齿数Z1=30;选载荷系数Kt=1.6;选取齿宽系数ФR=0.3;选择弹性影响系数ZE=189.8;选择区域载荷系数ZH=2.5。材料为45号钢,45号钢的解除
轴承的作用是支撑机械当中的旋转体,减小受到的摩擦力,是现代机械中的一款常用的零件。在这款组合家具当中,床的升降涉及到两种轴承,一种是丝杆上的轴承,主要受到的是轴向力,另一种是蜗杆和中间轴上的轴承,主要受到的是径向力。
推力球轴承:推力球轴承适合用在只受轴向力,不受径向力,低速转动的机械当中,例如千斤顶,起重机等。
调心滚子轴承:这种轴承有两列滚子,外圈是一条滚道,内圈是两条滚道。调心滚子轴承有自我调心的能力,这样使得轴承座的角度偏差对调心滚子轴承产生的影响降低。
圆柱滚子轴承:它里面的滚子是相互平行的,相邻的滚子中间装有隔离块来保证滚子的位置,让其不产生倾斜,也防止了滚子之间的摩擦。滚子与滚到之间是线性接触,可以承受较大的径向力,在径向力较大的机械中适合用这款轴承。
角接触球轴承:适合同时受径向力和轴向力,它的接触角会在受到轴向力时增大,接触角越大,能够承受的轴向力也会越大。
圆锥滚子轴承:圆锥滚子轴承的外圈角度和滚道大小尺寸都是有标准的,在设计时是不能对其进行更改的,所以圆锥滚子轴承的组件有良好的互换性。它比角接触球的受力极限大,但是极限转速没有角接触球轴承大。
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