机械原理课程设计
说明书
设计题目：可移动折叠式床椅
专业班级：机中职13—2班
姓 名：
指导教师：
目录
1、设计题目………………………………………………………………………………3
1.1设计背景 …………………………………………………………………………3
1.2设计的目标和任务 ………………………………………………………………3
1.3设计要求 …………………………………………………………………………3
2、设计方案………………………………………………………………………………4
2.3方案一 ……………………………………………………………………………4
2.1.1机构类型 ………………………………………………………………………4
2.1.2机构运动原理 …………………………………………………………………4
2.1.3机构的优缺点 …………………………………………………………………5
2.2.1机构类型 ………………………………………………………………………5
2.2.2机构运动原理 …………………………………………………………………5
2.2.3机构的优缺点 …………………………………………………………………7
2.3方案三 ……………………………………………………………………………7
2.3.1机构类型 ………………………………………………………………………7
2.3.2机构运动原理 …………………………………………………………………7
2.3.3机构的优缺点 …………………………………………………………………8
2.4方案四 ……………………………………………………………………………8
2.4.1机构类型 ………………………………………………………………………8
2.4.2机构运动原理 …………………………………………………………………8
2.4.3机构的优缺点 …………………………………………………………………10
3、车轮设计及刹车机构…………………………………………………………………10
3.1第一种刹车机构 …………………………………………………………………10
3.2第二种刹车机构 …………………………………………………………………11
4、设计方案的比较及选择………………………………………………………………12
5、设计计算………………………………………………………………………………12
6、设计心得及体会………………………………………………………………………15
7、参考文献………………………………………………………………………………16
1、设计题目
1.1设计背景
针对日益繁忙的现代生活，人们生活品质的要求越来越高，在此高压力下，设计方便可行的可移动折叠式床椅不仅能够满足人们日常生活中的床和椅的转换，而且可以随意移动方便快捷。同时，随着我国老龄化程度的发展，所以老年人得人数将不断增加，行动不变的残疾人和老年人日益需要别人的照顾。在此前提下，我组通过几天的讨论，设计出了几种切实可行的方案，以供参考。
1.2设计的目标和任务
常见的一些新型的折叠式床椅有遥控气动可升降折叠床椅、电动遥控折叠床椅等。
结合实际情况以及设计的方便可行性，我们这款多功能折叠式床椅主要可以实现以下三种功能:
（1）可以实现自动调节成床的形状，供人们休息。
（2）可以实现自动调节成椅子的形状，供人们就坐。
（3）可以实现自由移动，更加方便人们的日常生活。
以上三种功能中，前两种用几种机构实现，后面我们会做详细的介绍，第三种功能通过手动或脚动控制刹车机构，方便快捷。
1.3设计要求
要求材料的刚度，韧性等符合使用要求，做到安全可靠，在符合其使用要求，安全可靠的条件下，尽可能的节约材料，以最小的成本获得最大的利润。
2、设计方案
2.1方案一:
2.1.1机构类型：连杆、螺套和驱动装置的组合机构
2.1.2机构运动原理：
在该方案中，采用床和椅转换的是平铺和坐起分别驱动的思路。具体方案图如附录1所示。
当折叠床位床的时候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一样。
图1 方案一折叠式床椅平躺时
当床椅由床转换成椅的时候，该过程由图中连杆4、5和螺套6和驱动装置的运动组合实现，驱动装置逆时针旋转时，通过螺杆带动螺套6向右运动，从而带动连杆4支撑床板3向上顶起，当连杆3达到最高点时，由铰链连接的床板2也达到顶点，床板1到达原来床板3所在位置，即为座椅的底部，床板2、3即为座椅的靠背。从而实现了由床到椅的转换。
图2 方案一折叠式床椅被折起时
2.1.3机构的优缺点：
优点：此方案主要由螺旋传动，结构简单，可以通过自锁现象实现床椅的稳定，加工容易，成本低廉，传动平稳精确。
缺点：承受的轴向推力大，效率低，摩擦严重。人坐在床椅上，不方便床椅的相互转换，故不适合残疾人或病人使用。
2.2方案二：
2.2.1机构类型：涡轮蜗杆、链条、齿轮、连杆等机构的组合
2.2.2机构运动原理：
在该方案中，采用床和椅的转换的是前后两个床板被同时驱动的思想。具体机构如附录2所示。分别是床板平置和坐起动作完成后的状态。
床板平置时，人躺在床上和普通的床一样，杆4'、5、6组成的连杆机构处于死点状态，达到足够的刚度和稳定性支撑床板。
当需要坐起时由图中的驱动蜗杆1转动，带动驱动涡轮2转动，从而带动转臂运动，将床板9顶起。与此同时通过链条传动的涡轮带动齿轮4转动，齿轮4的旋转使得曲柄连杆机构中的曲柄4'转动，摆脱死点状态，摇杆6转动，使得床板7在重力的作用下转动，最后同时满足坐起和的功能。
2.2.3机构的优缺点
优点：传动平稳，冲击载荷小传动比大。病人或残疾人在床上可通过手动控制。实现自己对自己的照顾。
缺点：效率低磨损较严重，且涡轮蜗杆加工难度大，制作成本高。并且其曲腿功能和坐起只能同时满足，无法独立动作。
方案三：
2.3.1机构类型：螺旋滑块连杆组合机构
2.3.2机构运动原理：
在该方案中，与方案二一样采用前后两个床板被同时驱动的思想。具体驱动方式如附录所示。分别是床板平置和坐起动作完成后的状态。
图5 方案三折叠式床椅平躺时
当床椅由床转换成椅的时候，该过程由图中螺旋滑块连杆组合机构实现，螺套8向右运动，从而通过连杆6、7带动滑块5沿杆4运动，由于4和4'是一个整体，所以当连杆4'向上顶起的同时，连杆4在重力的作用下向下运动，床板2不动。由此实现了床板3的下降和床板1的上升，从而达到由床到椅的转换。
图6 方案三折叠式床椅折叠时
2.3.3机构的优缺点
优点：结构简单，加工比较容易，相比成本较低廉，传动精确，可形成自锁现象，机构稳定。
缺点：效率低磨损较严重，机械强度不够，且其曲腿功能和坐起只能同时满足，无法独立动作。
2.4方案四：
2.4.1机构类型：螺旋连杆组合机构
2.4.2机构运动原理：
在该方案中，采用床和椅的转换是平铺和坐起的功能分别驱动的思想。具体如图附录4所示。分别是床板平置和坐起动作时的状态。
当床椅转换成床的时候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一样。
图7 方案四折叠式床椅平躺时
当床椅由床转换成椅的时候，该过程由图中左右对称的螺旋连杆组合机构来实现，但左右两种机构的运动方式是分开的，左边的驱动装置工作时，通过螺杆带动螺套8向右运动，从而通过连杆5带动连杆4向上顶起，实现床板1的上升。右边的驱动装置发动时，通过螺杆带动螺套向左运动，从而通过连杆7带动连杆6向下运动，实现床板3的下降，从而实现该床椅有床向椅的转换。
图8 方案四折叠式机构折叠时
2.4.3机构的优缺点
优点：结构简单，加工容易，成本低廉，传动精确，可形成自锁现象。且其曲腿功能和坐起功能互不干扰，可分别调节靠背及曲腿板的角度，达到最佳的状态。
缺点：承受的轴向推力较大，效率低，摩擦严重。
3、车轮设计及刹车机构
车的前轮为圆球形，可以实现车向不同的方向运动。车的后轮采用普通车轮，并配置刹车机构。
3.1第一种刹车机构
这种刹车机构利用死角原理，两个车轮收到来自中间而作用于两边的的力。使得车轮停止运动，达到刹车的目的。
当机构2、3没有受到力的作用时，2、3之间间的夹角小于。当机构2、3受到向下的力作用时，机构2、3成180°，形成死角。使得车轮受到力的作用而停止运动。
图10 刹车机构工作时
3.2第二种刹车机构
构件1运动使得构件2转动，进而控制3是否与车轮接触，接触即达到刹车的目的，不接触则车轮转动。
当达到刹车的目的时机构1可以被放入缝隙中，实现制动。
图11 刹车机构原理
4、设计方案的比较及选择
综合考虑各个功能的实现情况，制造的工艺性以及加工成本，最终决定选择方案4。
5、设计计算
基本参数的设计
根据常识确定床的基本尺寸为：长2100mm，宽1000mm，高600mm，平躺时床板为平的，人坐起时靠背床板的运动范围为0—85°，曲腿部分的床板的运动范围为0—60°。因为传动的效率与传动角由很大的关系，故应保证尽量大的传动率角，参考传动角范围60°—90°，考虑个构件间的相对位置，课初步确定个构件的尺寸：
坐起机构转臂：转臂5长度为600mm，连杆6长330mm，连杆5'长150mm，螺杆导程l=300，故螺杆螺纹长度为350mm，据床的整体结构确定螺杆长为450mm。
曲膝机构：转臂12长为370mm，连杆11长为300mm，连杆12'长150mm，螺杆导程l=213mm，故螺杆螺纹长度为250mm，据床的整体结构确定螺杆长度为450mm。
机构运动原理：
当床椅转换成床的时候，床板1、2、3在同一平面，人躺在床上和普通床一样。
当床椅由床转换成椅的时候，该过程由图中左右对称的螺旋连杆组合机构来实现，但左右两种机构的运动方式是分开的，左边的驱动装置工作时，通过螺杆带动螺套8向右运动，从而通过连杆5带动连杆4向上顶起，实现床板1的上升。右边的驱动装置发动时，通过螺杆带动螺套向左运动，从而通过连杆7带动连杆6向下运动，实现床板3的下降，从而实现该床椅有床向椅的转换。
取
，极限角度
则转臂角速度
转臂速度为
设负载为T=1000N
则转臂的传动功率为：
（忽略转臂自重）
人的许用功率
(忽略轴的转到惯量及连杆自重)
则人的实际功率
考虑摩擦等因素，人需付出至少120W。
由图知坐起螺杆导程约为300mm。，坐起时间t=40s，螺杆螺纹间距d=5mm。可以得出人驱动转速约为：
曲膝机构：
取
，极限角度
则转臂角速度
转臂速度为
设负载为T=1000N，则转臂的传动功率为:
（忽略转臂自重）
人的许用功率(忽略轴的转到惯量及连杆自重)
则人的实际功率
考虑摩擦等因素，人需付出至少60W。
由图知坐起螺杆导程约为213mm。，坐起时间t=30s，螺杆螺纹间距d=5mm。可以得出人驱动转速约为：
6、设计心得及体会
这次的课程设计，对我们来说是一次学以致用的体验，不仅让我学到了如何设计一件小机械，如何使它最优化，而且让我在这个过程中学会了团队合作，学会了坚持不懈的努力的能力。整个设计过程中我们遇到了很多困难，但是我们一一将其解决，从这次课程设计中我们理解到，理论知识重要但是实践能力需要我们进一步加强。通过我们自主解决问题时，我们的自我学习能力得到了一定的培养，我们觉得这种品质的培养对我们来讲是受益终身的，这次课程设计就像是一次工作一样，我们团队合作自主解决问题，遇到困难时去请教老师，去查找资料……我们的目标就是要尽我们的努力较好的完成任务，这是一次锻炼也是一次磨励。 无论做什么事，总是会遇到困难的，关键是看我们怎样面对困难，起初难免心里满是抱怨，牢骚，但这都无济于事，这样只会止步不前。我们理解到，这个时候我们最需要的是为遇到的困难寻找方法，因为只要我们有心去克服，有想法去面对，有毅力去坚持，无论遇到什么困难，我们无所畏惧。
7、参考文献
[1]郑文纬，吴克坚.机械原理（第七版）.高等教育出版社
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室（第七版）.高等教育出版社
[3]刘鸿文.材料力学（第五版）.高等教育出版社