机械创新设计报告
机械创新设计报告
学 校： 绍兴文理学院元培学院 姓 名:
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摘要
摇椅作为一种家用休闲、休息的良好用具，能缓解生活压力、促进健康，但是普通摇椅自身不能动，要依靠其他的外力摇动才能动起来。为此，学生在教师的指导下给摇椅增加机械传动机构，进行机械创新设计，研发电动摇椅有一定的意义。
针对普通摇椅自身不能动的情况，进行了电动摇椅的机械创新设计，运用UG 等CAD 软件虚拟设计与传统机械设计理论及经验结合，将一些常用机构有机组合为一个整体，建立了结构合理且能够实现自动摆动的电动摇椅虚拟模型。结果表明: 电动摇椅结构设计合理，可有效消除疲惫、放松身心，提高生活质量。通过电动摇椅设计，在实际应用中对机构的创新设计具有一定的参考价值。
关键词: 电动摇椅；机械；创新设计
1 电动摇椅设计方案
进行方案设计时，采用曲轴机构将电动机的转动转化成往复摆动，从而实现自动摇动; 由于电动机的转速较快，设置了减速器和皮带传动进行减速; 为了支承曲轴机构并与摇椅连接，设计了轴承和关节轴承装置。电动摇椅的机构运动简图如图1 所示。其工作原理是单相交流电动机经减速器和同步齿形带减速后，带动曲轴旋转，曲轴由带座轴承支承，通过底板固定在底座上，再由关节轴承将拉杆与曲轴联接，从而将曲轴的旋转运动转变为摇椅的往复摆动。
2 电动摇椅的机械创新设计
机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用已有的相关科技知识，进行创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动，特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。根据对北京家具市场和网络进行的调研，目前国内外还没有电动摇椅或类似原理的产品。在设计电动程中，改变了以往常规机械设计方法，充分运用UG 等现代三维机械设计软件进行创新设计。
2.1 电动摇椅的结构创新
(1) 为便于家用，开始选择采用直流电机用电瓶供电，考虑到充电的不便和电瓶的使用寿命问题，然后改用单相交流动机；
(2) 原先选用的是普通V 带传动，由于多根皮带的均衡性和为使结构更加紧凑及皮带张紧装置等原因，也为了保证传动的可靠性，后来采用了同步齿形带传动；
(3) 在设计曲轴机构时，最初准备做成偏心轮形式，但考虑会造成径向尺寸太大，结构笨重，想改为类似汽车发动机的曲轴机构，又因轴承不好安装，最后设计成悬臂式的曲轴机构；
(4) 最初设计的轴承装置是书上常见的普通结构，要设计和加工轴承座、轴承盖、轴套等零件，组装。
不太方便，最后改用带座轴承，结构变得非常简洁，安装很便捷;
(5) 对于整个机械机构与摇椅的连接，也由普通的轴承机构改为关节轴承，这样不但结构简单，性能也好，而且美观大方;
(6) 机架底座也从最初的钢板结构改成现在的槽钢框架结构，摇椅的圆弧支脚正好处于槽钢中，还能起到定位作用;
(7) 为了提高摇椅的舒适感，使之更加人性化，加装了调速器，电动摇椅摇动的快慢可以根据个人的意愿随意调节，操作方便。
2.2 电动摇椅的参数选择
(1) 电动机型号的确定
按人的重量80kg，偏离回转中心25mm 计算，所需转矩为20Nm，根据产品样本选用6RK180GU － C微型带减速器电机。
(2) 同步齿形带的计算
设计功率为: Pd = KAxP = 1.3x0.18 =0.234kW，故确定选用H 型同步齿形带。
(3) 轴承型号的选择
减速器输出轴直径为Ф15mm，曲轴轴端直径定为Ф20mm，轴承直径相应加大，确定为Ф25mm，故选用UCP205 带座轴承。
(4) 关节轴承型号的选择
综合考虑载荷和安装尺寸确定采用JF14 关节轴承。
2.3 电动摇椅的三维实体建模
在电动摇椅的设计过程中，采用UG 软件进行总体设计，UG 实体建模充分继承了传统意义上的线、面、体造型特点，能够方便迅速的创建三维实体模型，而且还可以通过其它特征操作，如扫描、旋转实体等，并加以参数化和布尔操作来进行更为广阔的实体造型。UG 为复杂零件的结构设计提供了强有力的技术支持，它可以随时计算出产品的外观、颜色、质量、重心、材质以及惯性矩等，能够可视地完成复杂结构设计，达到高效、直观、一次成型的目的。同时还便于设计人员和用户进行沟通，有利于产品的编辑和进一步改进，提高产品设计的市场适应能力和竞争能力。电动摇椅的各部分零部件建模和组装好后，进行了电动摇椅整机的虚拟装配，如图2 所示，在装配过程中，对零部件进行了全面的静态干涉检查，能发现一些潜在的设计错误并进行修改。
3 结论
通过实际电路的设计和制作，经试验测试，表明该智能频率计实现电路简单、可靠、测量精度高，改变了传统频率计手动切换量程的繁琐，实现了信号频率10Hz ～ 1MHZ 的自动量程切换，提高单片机的晶振频率或外加分频器电路可以扩大频率测量的范围，因此该智能频率计在学校的实验室和便携式频率计方面具有良好的应用前景。
4 参考文献
［1］张春林． 机械创新设计［M］． 北京: 机械工业出版社，2007．
［2］曲继方，安子军，曲志刚． 机构创新原理［M］． 北京: 科学出版社， 2004． ［3］李锦标． UGNX7． 5 产品设计一体化解决方案［M］． 北京:机械工业出版社， 2011．
［4］苗盈，李志广，吴立军． UGNX6 三维造型技术教程［M］．北京: 清华大学出版社， 2010．
［5］张云杰． UG NX 6 中文版从入门到精通［M］． 北京: 电子工业出版社， 2009．