多自由度可调桌子机械装置的设计

1摘 要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。传统的办公桌子往往存在许多方面的问题，而多自由度可调桌子恰好能解决这方面的问题，所以多自由度可调桌子的出现与发展是时代所需的。多自由可调桌子主要拥有能够进行升降可调，角度和多自由度可调的特性，能够为人们的生活带来方便。我通过对多自由度可调桌子进行调查研究、查阅文献和收集资料，设计了三套不同的多自由度可调桌子机械装置方案，并对它们进行分析对比和建模仿真。我从中选取了一套最优方案，并对其进行详细设计。该方案中运用了步进电机带动丝杆运动，并且利用了锥齿轮结构以达到设计要求。关键词：多自由度，可调桌子，机械装置2AbstractIn the new era with the rapid development of science and technology,the situation that people work to solve problems in the office become more and more, and this is accompanied by the time that we stay with the desk is more growth.The traditional office table always have some problems,but more degrees of freedom adjustable table can solve this problem,so that more degrees of freedom adjustable table is the emergence and development of the times required.Many free adjustable desks have some characteristics,such as lift angle adjustable,multiple degrees of freedom adjustable and so on,it can bring convenience to peoples life.I passed on the multiple degrees of freedom adjustable table to conduct investigation and study,literature and data collection,design three different sets of multiple degree of freedom mechanical apparatus for adjustable table,they were analyzed and compared with modeling and simulation.I selected a set of optimal scheme from them and made a detailed design of it.This scheme use the stepper motor drives the screws motion,and use the bevel gear structure to meet the design requirements.Keywords: multiple degrees of freedom, adjustable table, mechanical device3摘 要 .2Abstract.3第一章 绪论 .41.1 背景介绍 .41.2 国内外研究现状 .5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 .14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 .153.1.4 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 .163.2.1 传动装置参数的计算 .163.2.2 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 .174.1 锥齿轮的设计计算 .174.1.1 锥齿轮材料的确定 .174.1.2 锥齿轮齿数和模数的确定 .174.1.3 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 .194.2.1 选定齿轮类型和精度等级 .194.2.2 按齿根弯曲疲劳强度计算 .194.2.3 圆柱齿轮各尺寸的计算 .214.3 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 .274第一章 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 23 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，长期保持一中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，为了满座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。51.2 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。6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7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8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9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10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。11第二章 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 方案一12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 2-2 方案二结构图13图 2-2 为方案二，采用了一个简单的斜面块，一根杆固定在两侧面上，且两侧面通过上面一面结合在一起。本方案通过一驱动机构带动控制斜面块左右运动：当驱动给斜面块一向右的驱动力，使得斜面块向右运动，通过斜面使杆向上提，然后带动两侧面和上面一平面的上升；当驱动撤销驱动力向左回缩时，桌面依靠桌子自身重力使得桌面下降。从而本方案通过以上途径来实现桌子的升降。2.5 方案三2-3 方案三结构图图 2-3 为方案三，本方案采用了伺服电机，普通圆柱齿轮，锥齿轮，滚珠丝杆，以及一高度调节装置来实现要求。本方案利用伺服电机给出驱动，输出杆转动，输入到普通圆柱齿轮减速，再传到锥齿轮减速转向，通过丝杆输出传到杆 1，杆 1 挤压 2、3 杆，推动 4、5 杆，带动 6、7 杆，8,、9 杆转动，从而达到桌子降的过程；让伺服电机反转给出驱动，输出杆转动，与正转时相反，同样通过圆柱齿轮，锥齿轮，丝杆输出到杆 1，杆 1 往上拉动 2、3 杆，再通过2、3 杆推动 4、5 杆，带动 6、7 杆，8、9 杆转动，从而实现桌子升的构成。2.6 三方案分析与对比14方案一桌子高度可调范围大，结构简单，占用空间小，但是它不稳定，在升降过程中左右不平衡，控制高度还要借用其他的设备。方案二桌子高度可调节，结构非常简单，占用空间小，但是它非常不稳定，桌子一直受到一个向右的倾斜力；桌子上升过程还正常，但下降过程靠得是重力，震动撞动大，下降过程中对桌子损害大。方案三虽然也有一定的缺陷，例如结构较复杂，但它升降稳定，震动可以精确控制，桌子左右可一直保持平衡，可在随时在任何高度停止固定且无需其他机构，高度调节范围符合要求，维修方便。第 3 章 最优方案传动装置和运动的确定3.1 选择电动机我们平常用的桌子放上物品后重量应该不超过 50kg，所以将载荷力看作500N。桌子的调节高度为 500800mm，有 300mm 的升降调节量，可以设置从桌子最低点调到最高点的时间为 10s，那么桌子的升降速度为 0.03m/s。一般家具的使用期限为 10 年。3.1.1 电动机所需输入功率的确定电动机所需输入功率： WFVPW25.140/95.3501/ (工作机效率 ，取 )6.94. .3.1.2 电机所需输出功率的确定电机所需的输出功率： WPW 6.195.0./2514/n ）（）（ 齿锥丝 ( ，取 ；滚珠丝杆传动效率 ，取9.04.锥 9.0锥 95.0.丝， )5丝取齿3.1.3 电机额定功率的确定确定电动机额定功率： WPm2115根据生活需要，选择交流伺服电动机。3.1.4 电机转速的确定电动机转速：可取滚珠丝杆导程为 ml5丝杆螺杆转过角度 ，螺母将沿轴向移动 s（单位： mm）满足；2sl式中： 为丝杆导程， mm。l上述公式可演化为：；l60tnsw式中： 为齿轮转速，r/min。那么可得 min/360510.61tsnw rlV电动机转速 7r/in2iwd齿锥其中， ，32i锥 齿可选转速为 4800r/min，则 3.160/48i齿锥3.1.5 电机型号的确定可选伺服电机型号型号 额定功率 满载功率 同步转速90SL002 21W 68W 4800r/min3.2 传动装置运动和动力参数的确定3.2.1 传动装置参数的计算传动轴功率 WPn7.159.06齿传 丝杆功率 984锥齿丝总传动比 ， ；3./48/iwd 齿锥 i16其中 和 分别为锥齿轮和普通齿轮传动比。锥i齿在圆锥齿轮减速器的传动比范围内可选 ，则可得3i锥4.3/.1i/锥齿根据圆柱齿轮减速器的传动比范围可取 ，则5i齿 6.25/3.1i/齿锥丝杆轴转速 min/r60n丝传动轴转速 min/r6.97.23锥丝传电动机输出轴转速 i/r48工电机轴输出转矩 m03.48/10.59503-dnn NPT传动轴转矩 157697/传传传丝杆轴转矩 ./.3-丝丝丝3.2.2 运动参数和动力参数的确定运动参数和动力参数列表如下：表 3-1 运动参数和动力参数参数 电动机轴 传动轴 丝杆轴转速 r/min 4800 957.6 360功率 P/W 16.6 15.77 14.98转矩 T/Nm 0.033 0.157 0.397传动比 i 5i齿 6.2i锥效率 0.95 0.95第 4 章 传动零件的设计计算4.1 锥齿轮的设计计算4.1.1 锥齿轮材料的确定根据设计的传动方案，选用直齿圆锥齿轮传动，齿轮的精度选用 8 级精度。选择小齿轮材料为 45 号钢，调制处理，平均硬度为 235HBS；选择大齿轮材料17为 45 号钢，正火处理，平均硬度为 190HBS。4.1.2 锥齿轮齿数和模数的确定由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数 m 的值为标准值，按下表选取。在GB12369-90 中规定了大端的压力角 ，齿顶高系数 ha*=1，顶隙系数o20c*=0.2。则 9.17sini/h2zo22*amin锥齿轮不产生更切的最小齿数 ，最小齿数 =16.53.1cs0.zminminz选取锥齿轮中小齿轮齿数 ，大齿轮齿数614z2表 4.1 锥齿轮标准模数系列（摘自 GB/T 123681990）锥齿轮模数. 1 1.1251.25 1.3751.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 33.25 3.5 3.75 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 8 .4.1.3 锥齿轮各参数的计算由前面计算得锥齿轮传动比 i=2.66选取模数 m=4，分锥角：小齿轮 ，o211 3620.1arctn/zarctni）（大齿轮 ；oo2 469.-90齿顶高： ；m4h*a齿根高： ；8.1cf ）（分度圆直径：小齿轮 ，64zd大齿轮 ；7232齿顶圆直径：小齿轮 ，m49.716.0coscosh1a1a 大齿轮 ；804do2218齿根圆直径：小齿轮 ，m01.56.2cos8.4-6cosh2-d1f1f 大齿轮 ；28497o2ff锥距： ；mR6.91/43162/zm21 齿根角： ；off 57.8arctnhrt顶锥角：小齿轮 ，oof1a 32.20大齿轮 ；f2 79.469根锥角：小齿轮 ，oof1f 16.-.-大齿轮 ；f2f 2542顶隙： ；8m.04.c*分度圆齿厚： ；.6/s当量齿数：小齿轮 ，17.20cos/1csz1v 大齿轮 ；493/o22齿宽： 5.0376.9/RB取整后有 。14.1.4 锥齿轮强度计算当两轴交角为 90 度时，齿面接触疲劳强度的校核公式： 04.1)3.051/(8.9.4./. 2a32a1HHREHUKTZ齿根弯曲疲劳强度计算的校核公式为：;043.)1()5.01(4321 FRRSFFMYT经校核齿轮强度足够。194.2 普通直齿圆柱齿轮的设计计算4.2.1 选定齿轮类型和精度等级根据设计的传动结构，选用普通标准直齿圆柱齿轮。齿轮的精度选用 8 级精度，选择材料是铸钢，硬度为 250HBS。小齿轮齿面强度为 400HBS，大齿轮齿面强度为 360HBS,两者材料硬度相差40HBS。选取小齿轮齿数为 。1025zn20z121 齿， 则4.2.2 按齿根弯曲疲劳强度计算3ida21dzmFEYKT(1)确定公式中的各计算值：查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，a2801MPFE大齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；72（2）计算应力循环系数： 9h1 1084.2561846jn 。LN81012 6.3584.uN（3）从而查到寿命系数 97.0.21NNY，（4）选取疲劳安全系数 S=2， ,ST得到： a9.2617.024.3.8121 MPYSNTFEPS（5）选取齿宽系数 2.8ZK（6）选择齿宽系数 50d（7）计算载荷系数 K选取 d Y，20所以 725.1.512.KVA(8)初选取 ,则相应的01Z7.2.58dd1SFY，所以 , ,选取较大值016.1FP015.2dFPS又选取 。75.Y（9）工作转矩 m158.0697.15.n10.96 NT传传（10）代入计算得,12.3z2m3d1dFPSYK标准直齿圆柱齿轮的模数 m 已经标准化，表 4-1 为国家标准 GB/T 13571987 所规定的标准模数系列。在设计齿轮时，若无特殊需要，应选用标准模数。表 4-2 圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T 13571987） mm第一系列 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.52 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.55.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 （30） 36 45注：选用模数时，应优先采用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽可能不用。所以选取 m=4.（11）进行强度校核计算带入公式，所以符合。MPaYKTRSFF 4.26083.u1mz)5.01(743 232d1 4.2.3 圆柱齿轮各尺寸的计算21（1）齿数：小齿轮 ，大齿轮20z110z2（2）模数：m=4（3）传动比：i=5（4）压力角： o20（5）分度圆直径：小齿轮 ，大齿轮m80zd1m40zd2（6）齿顶高： 4h*a21a（7）齿根高： 5cf）（8）齿全高： 9*a21）（9）齿顶圆直径：小齿轮 ，大齿轮m8h2zd*a1）（m408hzd*a2）（10）齿根圆直径：小齿轮 ，大齿轮70c-z*a1f ）（39c-z*a2f ）（11）基圆直径：小齿轮： ，大齿轮m2.5cosd1bm.75cosd2b（12）齿距： 6.2p（13）基圆齿距（法向齿距）： 8.1pcosb（14）齿厚： 4./s（15）齿槽宽： m62e（16）顶隙： 1c*4.3 轴的设计与校核（1）选择轴的材料根据工作条件，初选轴材料为 45 钢，调质处理。（2）已知 1 轴上的功率 P1=15.71W，转速 n1=957.6r/min，转矩 T1=0.157Nm。22估算轴的最小直径 .因轴最小直径处设有键槽，m34.126.95710nd330PA则 d1min =12.34(1+0.07)=13.20mm,取整为 15mm。（3）初定轴的直径 d11: 最小直径 d11 =d1min=15mmd12: d12=30mmd13: d13=50mmd14: d14=70mmd15：d15=60mmd16: d15=50mm（4）各轴长度设计 L1=30mm，L2=10mm L3=50mm，L4=30mm L5=20mm，L6=35mm图 4-1 轴的结构图(5)计算作用在轴上的力 圆周力 NdTF91.46/)1572(/)11t （径向力 30tan.9aotr(6)求支座反力: 水平面 H: NFRBHA 45.291./2/1t 23Q=6.6N NLFQRAV 90.15/)49.3506.(/)(21r3 AVB 1r (7)计算弯矩 m57309.1NLRMAVCH26.3QBV19804NLH合成弯矩 m0.62MCHVC NMBVB 84.332(8)计算当量弯矩轴的材料为 45 号钢， ，/650bm17.m/6021 NTN， 81.60)(8)( 22dc MC mB934.504.322b(9)校核轴的强度 MPaawdc 609.)51.0/(86/ 13 Mb 78043 满足强度要求。4.4 桌面角度调节结构的设计计算不同人群在自己办公时都会有自己适应的坐姿，使用桌子时也有自己合适的角度，所以多自由度可调桌子中桌面角度可调是其必须要满足的一个性能。桌面角度可调实现的方法有很多，我们采用了一种比较简单的结构如图所示：左端用铰链固定且可转动，右端用一丝杆与下板结合，上端通过滑轮顶住24上板，通过旋转丝杆来带动上桌板的移动，从而实现桌面角度的调节。图 4-2 调角度装置结构图设计桌面可调角度对水平面夹角为 ，桌子宽度一般为 D=0.5m，那么o15当夹角为 和 时的右端高度差 3,故桌面板水平时与下板的垂直距离差为o15-，因铰链部分也有高度，取距离差为 0.15m。m2.0/H图 4-3 运动结构简图通过丝杆旋转使得滑轮在轨道中可以来回滑动。当桌面右端在最高或最低时，滑轮在轨道最右边；当桌面水平时，滑轮在轨道最左边。滑轮轨道长度为 ，取长度为2cm。m017.5cosDL轨25总 结在设计本过程中先经过一段时间的查阅文献，收集资料，写开题报告，然后绘制设计总图，对各方案进行仿真，接着开始着手写论文，论文的主要重头戏就是设计的计算部分，最后根据学校的各项要求整理、编写成文。本次设计考虑到多自由度可调桌子要运用大众生活之中。要求投入实际生产以后系统工作稳定，运行可靠，符合要求。所以设计的桌子具有性能优越，传动平稳，操作简单，并且传动装置的体积、质量尽可能减小和降低成本。通过对各个结构的设计和计算，较为理想的实现了设计任务书上的要求。整个传动过程比较平稳，且运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。通过这次毕业设计，对机械原理，机械设计，机械制造基础等专业知识进行了巩固和强化，并且熟悉各种升降装置和多自由度可调桌子运行机构的工作原理，它们的各种结构，掌握了设计计算思路和方法。也能够更娴熟地运用三维软件 soildworks，提高了专业设计计算和绘图能力。由于设计时间仓促，资料缺乏，整个设计还存在一些问题，一些尺寸的精度不够。在实际应用是要经过多次调整才能达到预期效果，望各位老师批评指正。26致 谢经过两个月的毕业设计，使我们真正懂得了理论联系实际的重要性。在整个设计过程中，充分运用大学所学的专业知识，查找相关资料，让我们体会到理论与实际还有很大差别。这次设计正是将它们有机的结合起来，给我们一次在面对工作前最好的锻炼机会。同时我们也体会到了每一件事靠一个人是无法完成的，要集思广益才会让设计更加完美。通过这次设计，我们对机械设计的理论，气液压控制系统，自动控制原理及应用有了进一步认识和了解。总之，这次设计为我们打开了以后面向实际应用的大门，为我们以后做各项工作和进一步学习奠定了基础。它好比一个灯塔，为我们指明了远行的航向；好比一颗启明星，为我们指明了前进的道路。短暂的毕业设计就这样在紧张有序中度过了。衷心的感谢老师在这次设计过程中的精心指导，使我们能顺利的走到现在。27参考文献1朱辉等主编.画法几何及工程制图（第六版）. 上海科技出版社.20082孙桓主编. 机械原理(第七版) . 高等教育出版社.20073濮良贵主编. 机械设计（第七版）. 机械工业出版社,20014机械设计手册编委会编著机械设计手册机械工业出版社，20045Solidworks 技术论坛./bbs/index.php6东华大学图书馆电子资 /pages/elect.aspx7北京联合大学学报（自然科学版） -陈立东刘胜韬郑俊玲李国昉石磊马淑英王懂-2010 年第一期-一种多功