毕业设计论文自动展开晒衣架设计.docx

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1、本科毕业论文（设计）课题名称自动展开晒衣架设计学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级名称机械184学生姓名学号指导教师完成日期20XX年5月自动展开晒衣架设计摘要目前传统的固定式、手摇式晒衣架已难以满足日常生活的使用要求，为此，本文根据现有晒衣架的结构、驱动方式及其适应环境变化的实际需求，设计了一款自动展开晒衣架，该晒衣架可完成伸缩、升降、旋转三个动作。该晒衣架包括丝杆传动、齿轮传动、剪叉臂传动三个基础机构，运用So1idworks软件对各机构进行结构设计与装配，并运用有限元软件对晒衣架关键部件进行校核与分析，使其满足实际使用要求。三个基础机构设计合理，相互独立，实现了无人在家时

2、也能自动晾晒衣物的功能，方便了人们的生活。关键词晒衣架；悬臂式；结构设计；有限元分析ABSTRACTAtpresent,thetraditiona1fixedandhand-shakingsunshirtrackhasbeendifficu1ttomeettherequirementsofdai1y1ife.Therefore,accordingtotheactua1needsofthestructure,drivingmodeandadaptationtoenvironmenta1changesoftheexistingsunshirtrack,anautomaticexpansionsun

3、shirtrackisdesigned,whichcancomp1etethreeactionsofstretching,1iftingandrotating.Thesunshirtframeinc1udesthreebasicmechanisms:screwdrive,geardriveandscissorarmdrive.Thestructuredesignandassemb1yofeachmechanismarecarriedoutbySo1idworkssoftware,andthekeycomponentsofthesunshirtframearecheckedandana1yzed

4、byfinitee1ementsoftwaretomeettheactua1userequirements.Thethreebasicinstitutionsarereasonab1ydesignedandindependentofeachother,rea1izingthefunctionofautomatica11ydryingc1otheswhennooneisathome,whichfaci1itatespeop1e,s1ives.KEYWORDSSunc1othesrack;canti1evertype;structuredesign;finiteE1ementAna1ysis目录1

5、前言11.1 选题背景及研究意义11.2 国内外研究现状11.3 本文的研究内容72总体方案设计82.1 需求分析82.2 总功能与子功能分析82.3 运动方案选型及评价82.3.1 方案一92.3.2 方案二112.3.3 方案三133结构设计153.1 总体结构设计153.2 滚珠丝杆的选择153.2.1 滚珠丝杆类别的选择153.2.2 滚珠丝杆导程的选择163.2.3 丝杆轴的选择163.2.4 轴向最大负荷的计算163.2.5 工作寿命的计算173.3 步进电机的选择193.4 斜齿轮的设计计算213.4.1 减速电机的选择213.4.2 齿轮精度等级、材料、齿数的选择213.4.3

6、 按齿面接触疲劳强度设计213.4.4 按齿根弯曲疲劳强度设计243.4.5 几何尺寸计算273.4.6 主要设计结论283.5 输入轴的设计计算283.5.1 输入轴的基本条件283.5.2 作用在齿轮上的力283.5.3 初步确定轴的最小直径293.5.4 轴的结构设计293.5.5 轴的载荷分析303.5.6 弯矩合成应力校核轴的强度323.6 输出轴的设计计算323.6.1 输出轴的基本条件323.6.2 作用在齿轮上的力323.6.3 初步确定轴的最小直径333.6.4 轴的结构设计333.6.5 轴的载荷分析333.6.6 弯矩合成应力校核轴的强度363.7 圆锥滚子轴承计算363

7、71输入轴端轴承计算363.7.2输出轴端轴承计算373.8 水平剪叉臂设计383.8.1 电动推杆选型383.8.2 剪叉臂的结构分析393.8.3 剪叉臂的基本尺寸确定404关键部件的校核424.1 水平剪叉臂的有限元分析424.2 交叉杠的有限元分析444.3 齿轮轴的有限元分析474.4 斜齿轮的校核计算515总结与展望53参考文献54致谢551.1 选题背景及研究意义随着生活品质的提升，人们对智能家居的感兴趣程度逐渐增加，自动展开晒衣架属于智能家居的一部分。然而日常生活中，人们使用的普遍仍是传统类型的晒衣架，例如晾晒时自行牵晒衣绳或安装晾晒杆。传统的晒衣架仅有单一的支撑衣物功能，当天

8、气发生变化时，并不能自动感应伸缩进室内，不能满足人们对使用方便、加速晾干、管理衣物等使用舒适度的追求，且由于结构设计上的限制，当天气状况发生变化时，往往需要人工晾收，这必然耗时耗力，不符合现代化生活的需求，严重限制了晒衣架的应用价值。传统晒衣架不能满足市场环境和居民需求的变化，因此研究可自动展开的晒衣架具有重要的实际用途。通过设计出一款可实现伸缩、升降动作的自动展开晒衣架，该晒衣架具备手动和自动两种切换状态，以完成适应环境变化和恶劣天气可自动收缩进室内的任务要求，以此来减轻人工作业量，方便人们的生活，契合新时代年轻人对便捷化、时尚化、智能化的潮流追求。1.2 国内外研究现状现今社会生活节奏快，

9、住户常不居家、阳台空间不足问题突出，日常室内家居环境进行晾晒衣物成为快节奏生活的今天的难题。尽管在清洗衣物过后部分群体会选择使用烘干机对衣物进行烘干，但烘干机占用空间且烘干衣物的种类受限，国内大多数家庭仍选择自行晾晒的方式晾晒衣物。而自行晾晒的方式会出现暴雨暴晒天气无人在家时不能及时晾收的不足，基于此，国内外对晒衣架的多功能化关注度越来越高，并涌现出米家、好太太、欧兰特等国内晾衣架主要品牌的公司。目前，国内外学者针对不同应用场景对晒衣架做了各种各样的研究。晒衣架主要分为手动式和自动式，手动式晒衣架包括立式晒衣架，其可以直接置于地上。除此之外，传统的手动式晒衣架还可以通过手柄手摇的方式使绕线器旋

10、转带动钢丝，实现衣架的上升与下降。但传统的手动式晒衣架结构简单、价格低廉、随用随收，在衣物较多的情况下较为耗时耗力，灵活性不足。因此，有不少学者针对晒衣架的自动化做了研究。罗杰勇等(2023)等提出了一种多元控制悬臂式晾衣架的设计与制作，其剪叉臂靠电动机驱动导轨实现伸缩，其结构如图1.1川。谢浩源等(2023)提出了一种基于STM32的智能晾衣架控制系统设计，其矩形框架支架还可通过电动机旋转来实现横向和纵向的位置调节，其结构如图1.20。白福由等(2023)提出了一种智能翻转式晾晒装置的创新设计，其晾晒装置通过齿轮啮合实现衣架的前后上下四个方位的移动，其结构如图1.3o其中图1.3中各序号1-

11、8分别表示为：底座、太阳能板、叶扇、晒衣板、晒衣杆、滚轮、消毒装置和电机网。这三种晒衣装置弥补了大多数晒衣架当场手工操作的不足，维护较为简便，结构较为稳定，但是其大量占用阳台空间，可拓展面相对狭窄。图1.1悬臂式晾衣架图12智能晾衣架图1.3智能翻转式晾晒装置李东亚等(2015)提出了一种可伸缩式自动晾衣架的系统设计，其机械臂采用曲柄摇杆机构实现传动，即依靠齿轮带动曲柄的转动而确定吊钩的位置，其结构如图1.4久鲁杨洋等(2023)提出了一种多功能智能晾晒装置设计及应用分析，其主体采用导槽滑轨式结构，依靠传动轮带动滑轨在导槽内水平移动而实现伸出与收回，其结构如图1.5叫这两种结构较为巧妙，但是其

12、只在水平方向一个平面内运动，不能在垂直方向做升降动作，对儿童老人等存在身高劣势的人群提高了操作难度。图15多功能智能晾晒装置林伟铎等(2023)提出了一种开闭式衣架转动版设计研究，它的工作原理是利用转盘带动衣服转动来实现快速烘干，其结构如图1.6o其中图1.6中各序号1-6分别表示为：衣架挂钩、转动部分、开闭部分、左右臂杆、支撑臂杆和晾衣杆。袁宏常等(2018)提出了一种风干式折叠衣架，其将衣架主体镂空，且吹风机配置到衣架顶部加速空气流动。这两种装置结构简单、材质轻巧，但晾晒容量较低，承重不大，需要购置多个才能满足日常生活的使用。图1.6开闭式衣架此外，国内还有不少其他学者提出了结构类别不同的

13、晒衣架装置。姜浩磊等(2023)通过对自动旋转晾衣架功能的研究，提出了一种多功能自动旋转晾衣架设计与实践，通过模块化理念设计了圆盘式晾衣台同。李彪恒等(2023)提出了一种基于丝杆伸缩机构的树形晾衣架设计，通过有限元分析综合分析了主要受力部件晒衣杆在预设载荷下的应力情况。王妙玉等设计了一种伸缩托架，该伸缩托架收缩后位于晾衣机主机的底部。采用剪叉臂的伸缩机构，结构稳定，收拢状态时节约空间，如图1.7和1.8所示。其中图1.7和1.8中各序号分别表示：10主机、20伸缩托架、21第一连接杆、22第二连接杆、23第三连接杆、24第一支撑杆、25第二支撑杆、30晾衣杆、40第一滑轨、60第二滑轨期。图

14、1.8伸缩托架收拢示意图口。】当然，也有不少国外学者针对晒衣架的自动化提出了不同的结构。DeborahMuseCarty(2007)提出了一种适合个人使用的衣架，其依靠一个附加的水平杆悬挂附加的衣物，其结构如图1.9。其中图1.9中各序号分别表示为：12挂钩、14上衣吊架框架构件、16衣袜横杆和18附加横杆口1HadiHa1awani(2023)提出了一种蒸气衣架，其依靠多个可伸缩管道和蒸气孔保持衣物的新熨烫外观，其结构如图IJOo其中图1.10中各序号分别表示为：102主体、103储水层、104蒸气孔、106填隙物、108储能装置、109控制器、110可折叠钩、112端盖1。JosephTG

15、ubbrud(2011)提出了一种可移动隐藏式衣架，其依靠伸缩缆线使吊杆能下降到手能够够到的位置，其结构如图111o其中图1.11中各序号分别表示为：10定位支架、11安装底座、12支撑臂、20衣架单元、21悬挂杆、31可伸缩装置、32加长元件、33驱动装置、311操作轴、312电动装置、313控制开关、313,遥控器、314驱动轮、315驱动杆、321伸缩电缆、331壳体。但这三种衣架结构只适合于室内使用，若置于室外当风速过大时容易由于不稳定而晃动。1.3本文的研究内容本文围绕一种自动展开晒衣架为设计对象，使其可以在室内家居环境使用，且该晒衣架尤其适合应用于阳台空间不足、住户常不居家的状况；要求可实现伸缩、升降动作；具备手动和自动两种切换状态；可适应环境变化，在恶劣天气可自动收缩进室内；自动展开晒衣架总体设计结构简单，维护容易。本文的研究内容和关键技术主要有：第1章介绍了本课题的选题背景及研究意义,晒衣架的国内和国外发展现状。第2章详细介绍了自动展开晒衣架的设计方案，并进行方案的比较，选择了一种最优的方案进行设计。第3章对自动展开晒衣架的具体结构进行力学计算,确定各机构的具体尺寸。第4章对晾衣架的主要零件进行了有限元分析，