机械原理课程设计折叠伞.docx

《机械原理课程设计折叠伞.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计折叠伞.docx（30页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、机械原理课程设计折叠伞机械原理课程设计说明书折叠伞学院：机械工程学院班级：机英1002组员：尹鑫(201061824)李宇(201061836)指导教师：董惠敏2013年11月9日我们组课程设计的题目是折叠伞。我们首先研究了有关伞结构方面的背景材料，结合自己手中的伞，对折叠伞的结构与大体尺寸有了初步的熟悉。然后查阅了有关伞结构方面的有关专利，从中选取了一个感兴趣的进行了机构再生运动链设计。在设计过程中，考虑到伞的运动过程与实际中使用的情况，提出了若干条件与要求。在这些条件与要求的约束下，最后得出了六种可能的实现的结构，其中一种是原形结构。在对5种新结构进行结构分析后，选取了其中一种最合理的结构

2、，进行了尺寸设计，使之能完成整个伞张开与伞关闭的运动。并用Inventor软件进行了运动仿真，得出了关键点位移、速度、加速度与时间的关系图，证明了整个方案可行可靠。关键词：机构运动链再生设计；结构分析；运动仿真AbstractOurgroup,scurriculumdesignsubjectisaboutfoldingumbrellas.Togetageneralknowledgeofthestructureanddimensionoftheumbrellas,westudythebackgroundinformationofthem,combiningwithourownonesatthem

3、eanwhile.Thenwelookupsomerelatedpatentsandpicksomeinterestedinouttodoregenerationofkinematicdesign.Consideringpracticalsituationsandthemotorprocess,wecomeupwithseveralrequirementsandfinallygetsixstructuresavailableconcludingtheoriginalone.Afteranalysisanddiscussion,wechoosethemostreasonableoneanddes

4、igndimensions,inordertomaketheumbrellapossibletocompletethemotorprocess.Last,weuseInventortodothemotionsimulationtoprovetheprojectfeasible.摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。1题目介绍错误!未定义书签。1.1背景材料11.2折叠伞的基本结构21. 3原始数据与设计要求22现有结构分析31.1 现有结构分析32. 2有关专利举例43机构创新92.1 原形机构92.2 主运动链的通常化93. 3主运动链数综合104. 4主运动链特定化114

5、机构设计154.1机构的选择过程154.2尺寸要求164.3图解过程165运动仿真215.1机构运动与仿真216参考文献237心得体会248小组分工259机械原理搭接实验图片261题目简介1.1 背景材料伞是一种提供阴凉环境或者遮蔽雨、雪的工具。下面简要分析一下，各类类形伞具的优缺点。直杆伞：或者者叫一折伞。其优点是伞骨通常都为钢架，结实耐用。缺点是较长，通常携带不是很方便，占空间。两折伞：这个折数通常多为高档遮阳伞、洋伞。它们通常骨架设计稳固，要紧优点:质量好，外形漂亮，携带方便，防风防晒效果好。缺点：比五折、三折伞重量大。三折伞：三折伞分布甚广，通常大部分雨伞、阳伞都是这样设计的。这是比较

6、中庸的设计，从质地、使用等方面来看都是比较适中的设计。质量好，使用寿命较长，防晒防风较好，重量适中，长短也适中。整体也是适中，是比较大众化、有用化的设计理念。我们小组在学完机械原理的有关课程后，对各类单人折叠伞的构造产生了浓厚的兴趣。因此选择“折叠伞”作为我们课程设计的题目。1.2 折叠伞的基本结构折叠伞处于完全折叠的状态，忽略伞面上的褶皱，大体上能够看做一个中50mm,长260mm的圆柱体。将拉杆拉开。拉杆是两段式。拉开后拉杆总长约为560mm。将拉杆上的滑块向伞顶滑动能够将伞撑开。能够看到，伞面上的骨架，全都是一些杆结构。将伞完全撑开后，伞面是八边形。这个八边形的外接圆的直径长为520mm

7、拉杆上有一弹片能够将伞面固定住，按下这个弹片能够将伞面收起。拉动拉杆上的滑块，伞面在伞骨杆结构的牵引下逐步收起。恢复到收起的状态。 1.3原始数据与设计要求所设计的伞为单人折叠伞。尺寸初步设定为与图中单人伞一致。撑开后伞高560mm,伞面外接圆直径52OninIo折叠后，总长260Inin,忽略伞面褶皱，大体上是一个50mm的圆柱体。设计的伞应该是能够折叠方便携带的，伞骨结构应在满足受力要求的情况下，尽可能的简便，轻快。设计出的伞应该与现有的折叠伞结构上有所创新。2现有机构分析2.1现有结构分析现在，伞的作用被广大的人们所承认，它已经成为日常旅行、外出的必带物品。随着制伞工业的进展，各具特色的

8、伞：带收音机的伞、有香味的伞、能照明的伞、防暴催泪伞、盲人探路伞等都相继问世，它给人们的生活带来许多方便与乐趣。现在人们应用最多最广的就是三折伞，现有的便携式雨伞与遮阳伞通常都使用了这样的结构。以应用广泛的三折伞结构为例：结构简图如下:2. 2有关专利举例专利号专利名称专利描述图示CN00250362.X一种新形的伞骨结构本有用新形是一种新形的伞骨结构,令撑杆形成为其连动性的撑合构造,在改变两者枢接支点及距离下,并藉由伞面所能达到的有效距离变化，使伞支骨与撑骨间,产生高抗性弹力，继而提高整个伞具的抗翻的强度。IB1211B1212B1221机构为新机构。4机构设计4.1结构的选择过程Allll

9、与B1221两种结构需要在支撑伞面的伞骨上加装滑块，考虑到伞面的旋转对称性，则需要至少8根导轨与对应的滑块。与现在市面上的伞相比增加了很多结构，伞的质量会变大，造价会变高。舍弃。关于B1112结构，在伞杆上有定点，能够想象，假如满足了伞的折叠要求，与支撑伞面的伞骨相连接的连杆势必需要很长，那在将伞撑开的时候，这根杆可能将伞面刺破。而且由于伞的旋转对称性，这根长杆需要8根。如何将8根长杆都通过伞杆上的定点也是一个问题。将这个方案舍弃。关于B1212结构。需要在与支撑伞面的伞骨相连的连杆上增加滑块。同理，根据伞的旋转对称性，这个结构，需要8组。增加了伞的重量与造价。舍弃。最后，我们小组决定使用B1

10、211,作为新结构进行设计。4. 2尺寸要求、我们小组使用图解法进行结构设计。结合现在市面上的伞的尺寸，提出的设计要求如下：1 .伞面张角为135,伞面张开后，半径大概在26Omm2 .伞杆总长为520mm,折叠后为260mm3 .伞折叠后，原动件（伞杆上的滑块）应在伞杆的底部，方便使用者开伞。3图解过程1.先画长为52Omm的伞杆，由于260cos62.5=2936加，再画一根与伞杆成62.5长为293Inm的执行伞杆。作图如下。2 .考虑到要使杆的受力情况尽可能好，我们决定将与执行伞杆相连的连杆的节点，放在执行伞杆的中点处。而且要满足尺寸要求的第3条。因此，以执行伞杆的中点为圆心，以执行伞

11、杆长度为直径作圆，交主伞杆于点A,如图。3 .我们连接AB两点。同样为了受力情况尽可能均匀，我们取AB中点作水平构造线。考虑到，整个结构不应出现死点，我们在连杆与构造线之间取一个小夹角，定为15,如下图。在这里有必要说明一点，结合伞使用时的实际情况，在伞闭合时，只需要使原动件滑块大致与执行伞骨末端平齐，而且AC、CD两杆长度之与小于闭合时A点到限位块的距离即可。其余位置点不需考虑。也就是说不必再画出伞闭合时的情况，完全能够用右图中各杆尺寸来验证伞能否完全闭合。通过简单的几何证明就能够明白，图示中的伞结构是完全能够关闭的。4.根据上述图解过程，计算各杆长标注如下。1号杆杆长：2号杆杆长：3号杆杆

12、长520mm（还有520293=227mm能够滑进长杆里）260cos62.5o=293mm2932=146.5mm293sin62.5ocosl5o=134.5mm5.去掉辅助线，将各较接点与滑块加上，按步骤4算出的结果画结构简图，如下。伞杆（机架）5.1机构运动与仿真我们小组按在Inventor软件中建立了模形，并对模形进行了运动仿真。当原动件以30mms的速度向上做开伞运动时，原动件上方滑块的位置、速度、加速度分析图示如下。位置与时间关系图Mffl(s)运动速度与时间关系图加速度与时间关系图时间（3）能够看出在开伞的整个过程中速度与加速度在初始位置时变化很大，在要与伞杆的限位块接触时已经

13、趋近于匀速，加速度在要与限位块接触时已经趋近于0。由此能够得出结论，滑块与限位块的接触属于柔性接触，没有冲击，对延长伞的使用寿命有利，符合实际要求。1不详.雨伞设计EBOL.2013-12-2.2维基百科.伞EBOL.2013-11-20.3中国知识产权网.DBOL.2013-11-20.4百伞网.维基揭密之伞的折数，几折伞什么意思基BOL.2013-12-8.通过本次课程设计我们收获颇丰。在这一段时间内我们二人通力合作，努力完成了关于雨伞的研究。尽管伞在生活中很常见，但是往常却没有认真研究过它，原先这里面还有这么多学问。它是怎么运动的？你的伞是几折伞？各折伞的结构区别在哪，其特点又有什么不一致？世事洞明皆学问，人情练达即文章。其中我感触最深的就是查专利的部分，关于伞的专利真是五花八门，不仅仅是机构创新，还有各类用途的伞：自行车伞、通风伞等等，甚至还有挂在身上解放双手的！这些都是从生活中找到的灵感，都是为了应对各类各样真实发生的场景而应运而生的。真是非常有启发性！这更提醒了我，不光要学好课本知识，更要注意生活实践，不结合实际做出的东西永远都没有价值。通过本次课程设计，我不仅对日后的毕业设计有了初步熟悉与完成的信心，收获了查阅各类科技文献的能力，同时也再次熟练了各类机械有关的节能，增长了团队合作能力，受益匪浅。9附机械原理搭接实验照片分别是开伞状态与伞闭合时的状态。