多自由度可调桌子机械装置的设计说明书

多自由度可调桌子机械装置设计摘 要1第一章 绪论31.1背景介绍41.2国内外研究现状4第二章 多自由度可调桌子方案的提出112.1 多自由度可调桌子的要求112.2 多自由度可调桌子的设计核心112.3 方案一112.4方案二122.5方案三132.6三方案分析与对比13第三章 最优方案传动装置和运动的确定143.1 选择电动机143.1.1电动机所需输入功率的确定143.1.2电机所需输出功率的确定143.1.3电机额定功率的确定143.1.4电机转速的确定153.1.5电机型号的确定153.2传动装置运动和动力参数的确定153.2.1传动装置参数的计算153.2.2运动参数和动力参数的确定16第四章 传动零件的设计计算164.1 锥齿轮的设计计算164.1.1锥齿轮材料的确定164.1.2锥齿轮齿数和模数的确定164.1.3锥齿轮各参数的计算174.1.4锥齿轮强度计算184.2普通直齿圆柱齿轮的设计计算184.2.1选定齿轮类型和精度等级184.2.2按齿根弯曲疲劳强度计算194.2.3圆柱齿轮各尺寸的计算204.3轴的设计与校核214.4桌面角度调节结构的设计计算23总 结25致 谢26参考文献271 绪论1.1 背景介绍 随着家庭物质条件的改善，追求生活享受已经成为一种趋势。如今市场上各种家具如同雨后春笋般不断的涌现。他们所展现的能力都独具一格，满足人们现代生活的舒适要求。就市场上所出现的可升降多自由度桌子而言，目前常见的多用于学习、办公和上网等方面。其升降和调节方式一般分为电动、手动、液压、气动等。就现在市场上出现的手动升降调节式，需要用手施加一定的力来提拉某些按钮来达到升高调节自由度的目标，而去所升高度和自由度调节范围有限。其桌面高度和自由度的固定采用增大压力提高摩擦的形式。目前网上所出售的大多类似产品做工普通，形单影只，很容易倒。常见的是那种中间一根立柱，底盘桌面窄小。电动升降可调桌子，有单柱和双柱俩种形式。升降和调节方式有手控和遥控俩种方式。现在国内生产此类产品的厂家主要是榻榻米。此产品价格不菲，单双柱价位都在2、3千以上，国外同类产品价格更高。对于仍然以二三线城市居多的中国来说，此产品并不大时候且该产品多用于办公场所，与家庭生活并不匹配。对于由气动液压控制升降与调节的桌子。国内很少，即使有厂家生产价格也很高。但是在技术上国内已经取得了一定的进步，譬如01274078.0号实用型专利设计。通过安装升降气压棒来手动调节高度和角度。但是上述设计需要好几次才能达到满意高度和合适角度，不同的使用者都需要站起来进行调节，十分的费时费力。在科学技术手段迅猛发展的新时代，人们在办公室中处理工作解决问题的情况越来越多，与此相伴的是办公书桌与我们相伴的时间也越发的增长。传统的办公桌子高度角度固定，多数情况小与工作人员的身高不相符合，不仅不能使不同的工作者感到舒适惬意，在相差太大的情况下还会干扰恶化心情，严重影响工作效果。即使尺寸大小合适，长期保持一种姿势进行工作也会对工作人员的身心带来压力，在工作之外带来额外的负担。利用不同的桌椅进行配置，既占空间，又搬移不方便。基于市场上出现的产品不足，为了满足家庭更多成员的使用，一种合理的新型的多自由度可升降桌子十分需要。1.2 国内外研究现状由于目前国内外关于多自由度可调桌子机械装置方面的论文和专利比较少，其中完全结合桌子高度升降和自由度调节的例子更是少之又少。在多自由度可调桌子方面，国内研究水平相比国外研究水平又明显存在一定差距！通过查阅文献资料得知，目前国内外关于多自由度可调桌子机械装置方面的设计大致可以从以下几个方向进行分类。首先从应用的场所和范围上来划分可分为：A大型会议用桌 B日常或家用办公桌 其次从驱动升降调节的力和保持高度和角度的方式来划分，日常或家用办公桌又可以分为：A液压驱动与支持 B电机遥控驱动与支持 C手动驱动与增大摩擦支持 D手动驱动与利用空间构件支持。下面便对如上类型进行简单的介绍！A大型会议用桌如下图所示图1-1 美国专利US6739670B2中的一个设计方案可升降会议桌核心部分图图1-1是来自美国专利US6739670B2中的一个设计方案中大型可升降会议桌的核心部分，是位于圆桌中心的较大的圆形升降柱。在中心圆形升降柱升降的同时，会带动圆形升降柱周围的叶片状结构，进而带动圆形会议桌周边的桌面的升降。如图1-2所示。图1-2 升降柱周围的叶片结构图由于此类设计体型较大且仅仅涉及桌子桌面的升降，因而与我们多自由度可调机械装置的课题关联不大，所以不做更深的探讨，知足简单的了解。B手动驱动与利用空间构件支持如图1-3所示图1-3 美国专利US6935250B1中的一个设计方案图图1-3是来自美国专利US6935250B1中的一个设计方案，设计方案的原理是：通过人工用手摇动手柄，带动横杆的转动，进而通过由锥齿轮，圆柱齿轮等所组成的传动机构，利用顺时针或者逆时针的摇动手柄，控制桌面的升降和幅度。当桌面调整到合理的位置的时候，停止摇动手柄，利用螺纹的自锁原理，保持桌面所调节的高度，承担桌面所施加的压力。当桌面高度需要进行重新调节的时候，只需要利用解锁装置，解除螺纹的自锁，便可前述程序进行重新调节。利用一定的装置将单一手柄与四根升降立柱相联系，进而实现了桌子桌面的整体的稳定上升。整体样式如图1-4所示。图1-4 整体样式图由于该设计方案采用了手动的方式进行驱动，就必然存在了费时费力的缺点，在升级装置内部机械装置在长期工作磨损之后，便更加加大了人工手动驱动桌子桌面升降的难度。由于利用了大量的齿轮和螺纹结构，也必然需要重视润滑的作用。如若存在润滑不充分的问题，长期磨损工作，有可能影响桌子的自锁效果，使整个升降桌存在工作安全隐患。因而还是存在一定需要改进的地方。C液压驱动与支持如图1-5所示图1-5 美国专利US3179071中的一个设计方案图图1-5是来自美国专利US3179071中的一个设计方案，该设计方案的关键建构是液压升降柱。其具体结构如图1-6所示 图1-6美国专利US3179071中的一个设计方案的具体结构图该设计方案的原理是：通过踩动脚踏板，压缩机械升降装置内的液体，驱动升降柱的升降，进而带动桌子桌面的升降。当调整到合适理想高度的时候，停止踩动脚踏板，停止压缩机械升降装置内的液体。升降柱停止升降，此时与升降柱外侧相连的凸点落入环形外壁的凹槽里，利用液压与机械构件相结合的方式支持桌面保持在现有理想高度。当桌面高度需要重新进行调节的时候，只需反向搬动脚踏板，对压缩液体采取泄压，升降柱外侧相连的凸点脱离环形外壁的凹槽，升降柱下降，进而桌子桌面下降。重复操作便可以达到调节的目的。整个机械装置浸没在液压油之中，因而可以得到充分的润滑，很少会存在机械零件的磨损情况的出现。但是由于是利用液压系统进行工作，因而整个升降结构的密封性便显得相当重要，如若出现液压油泄露，便会导致整个升降机构的崩溃。同时由于利用凸点与凹槽结合的方式进行支持，桌面所能够升降的高度必然与凹槽的大小和分布存在很大联系。且升降机构所能够升降的高度，会是零散的间隔的跳跃性的进行变化，而不是连续性的进行变化，因而也不利于使用者在使用过程中调节到最佳合理的位置。D手动驱动与增大摩擦支持如下图所示图1-7 美国专利US6119605中的一个设计方案图图1-7是来自美国专利US6119605中的一个设计方案，与其他设计方案相比较，该设计方案结构相对简单。支持桌面的桌腿分别位于俩个长型深槽内。桌腿与深槽之间形成间隙配合，可以灵活的进行上下移动。在调整桌子桌面高低的过程中，只需要手动上下拉动桌面，使桌面能够达到一个合适理想的位置。至于桌子桌面高度的固定主要依靠与桌面平行的弹簧施压装置。其具体的结构如图1-8所示。图1-8 美国专利US6119605中的一个设计方案具体结构图通过调节与桌面平行的弹簧装置的松紧程度，弹簧装置将给俩侧施加不同的压力，压力将桌子桌腿与深槽内壁紧紧接触，提供较大的摩擦力，进而使其保持相对位置。在需要重新进行调节高度的时候，同样只需要调节弹簧装置，使其对俩侧施加的压力减小，进而减小桌腿与深槽之间的摩擦力，使其又可在此进行灵活的移动。通过分析，很易得出：此设计方案单纯的依靠摩擦力方法进行保持高度，必定存在一定的限度。当桌子桌面承受较大的压力的时候，长此以往，桌子的工作状态必然很难维持。而且此方案高度的调节更加单纯的依靠手动，在调节过程之中往往依靠直觉，单单依靠一人进行调节，往往会存在较大误差。且在制造过程之中对俩侧的桌腿和深槽精度要求较大。否则很有可能出现桌子桌面倾斜不平整的情况出现。D电动遥控驱动与支持如下图所示图1-9 美国专利US5224429中的一个设计方案图图1-9是来自美国专利US5224429中的一个设计方案，该设计方案内部结构复杂。但是主观很明显，该设计方案完全脱离了单纯手动调节方式，在升降结构之中与电路相结合，实现了调节与升降的电子控制。不仅能够实习桌子桌面高度的连续性调节，而且实现了桌子桌面角度的调整。省时省力，能够服务于更为广阔的人群。因而此类设计方案是我们学习和参照的重点对象，也是多自由度可调桌子机械装置设计的正确方向。2 多自由度可调桌子方案的提出2.1 多自由度可调桌子的要求面对当今时代现状，舒适的工作环境是人们的追求。对于不同身高的人群来说，固定款式、固定高度的桌子不一定能够满足所有人们的需要。多自由度可调桌子恰好能够弥补这一缺点，它能够自由轻松的调节桌子高度，能够满足不同身高人群的要求。但在设计多自由度可调桌子前，我们应该要注意两方面的要求：功能要求和尺寸要求。功能要求 多自由度可调桌子是为大众而研发的产品，它应该要满足大众的需求，能够生产后在生活中进行普遍。它的功能要求可归纳为以下几点：(1) 省时省力，尽力能够为使用者提供简单便利的使用程序；(2) 不占用过多外部空间，让使用者能方便使用；(3) 在实现升降功能的同时，尽可能多的实现角度和自由度的调节；(4) 机械装置结构合理，具有较为安全的工作性能；(5) 能够实现电子遥控，且尽量做到环保低耗能；(6) 设计尽量简单化，制造成本不高，价格便宜，实用性强。尺寸要求 多自由度可调桌子是为大众而研发的，应该适应所有人群使用。桌子太高或太低往往会带来不必要的麻烦，桌子的合适高度为500800mm，所以设置多自由度可调桌子的可调高度为最低500mm，最高800mm。2.2 多自由度可调桌子的设计核心对于人们而言，一个桌子是否合适，绝大部分是先取决于桌子的高度是否合适，再考虑其它方面的因素。传统的办公桌子高度固定，大多数情况与工作人员的身高不相符合，这不仅不能使不同的工作者 感到舒适惬意，甚至在相差太大的情况下还会干扰恶化心情，严重影响工作效果。要想让使用者用的舒服，心情愉快，合适的高度是非常重要的，所以多自由度可调桌子的设计中高度可调装置是设计中的核心部分。2.3 方案一图2-1方案一结构图 图2-1为方案1，采用液压或气压控制系统，运用了剪叉式升降机构。该方案通过液（气）压控制系统控制液（气）缸活塞杆输出推力或拉力来控制剪叉式升降机构的升降，剪叉式机构右下角和左上角均采用滑轮机构，而剪叉式机构右上端和左下端都采用铰链固定，升降过程是利用活塞杆推拉剪叉式机构中间连接杆来带动带滑轮的杆运动以实现。2.4 方案二图2-