打磨机设计说明书(共29页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上产品设计课程设计说明书设计题目： 带碎屑袋的手持打磨机设计 工程机械学院 工业设计 班设 计 者 ： 王璐希 杨兵兵 魏马丁 指导老师 ： 张伟社 目 录一.市场调查1手持式打磨机概述································

2、83;·········第3页2现有的手持式打磨机的缺陷··································第3页3使用打磨机的安全要点·

3、83;····································第3页4打磨机设计要点···········

4、3;································第3页二、设计过程1现有的打磨机内部结构分析：··············

5、;···················第4页2逆推法建立打磨机功能树····························&#

6、183;·······第9页3绘制结构功能图········································

7、83;···第10页4相似性评价整合功能元的解··································第11页5. 单一指标筛选·······

8、83;······································第14页6.方案组合··········

9、;·········································第16页三、方案筛选1原理解相容性评价·····

10、3;····································第17页2方案评价············&

11、#183;·····································第18页（1）评价目标权重计算（2）建立手持打磨机评价表（3）原理方案确定（4）原理方案优化3最终方案确定···&#

12、183;··········································第21页四、最终方案展示·····&#

13、183;····································第25页五、心得体会···········

14、3;··································第26页六参考文献··············&

15、#183;································第27页一、市场调研：1.手持式打磨机概述手持式电动打磨机是一种机械化工具，它以电动机作为动力，通过传动机构驱动工作头进行工作。手持式电动打磨机，结构轻巧，携带方便。手持式电动打磨机具有以下特征：（1） 结

16、构复杂。电动工具既要满足手感要求，还要考虑美感；不同地区客户的区域性差异、不同的手型大小都得考虑在内。因而90%的外观都是复杂的自由曲面 。（2） 安全性要求高。 图1-1：打磨机图片（3） 设计周期短。企业为了在市场中能占据优势，每一款产品从市场调研、概念设计、结构设计到定型、模具图及二维图，需要在短时间内完成2.现有的手持式打磨机的缺陷：（1）从飞轮、被打磨的物体中高速飞溅出颗粒，飞轮的转速可能大于1600米/分钟，可能对使用者造成意外伤害；（2）如果打磨产生的火花点燃附近的可燃物，会发生爆炸或火灾；（3）长期重复使用和不舒服的工作姿势，导致骨胳与肌肉的功能紊乱；（4）砂轮片外露，容易割伤

17、使用者；（5）噪声导致听力下降；（6）吸入打磨产生的粉尘，造成人体伤害。3.使用打磨机的安全要点（1）砂轮片:A.如果砂轮片破损严重或有裂纹，必须立即更换；B.如果砂轮片曾经被摔过或重击过，即使无裂痕，也绝对不能使用；（2）防护罩:A.如果防护罩不在正确位置，打磨机不能使用；（3）打磨机的使用:A.总是双手使用手持式打磨机；B.使双手远离高速旋转的砂轮；C.重复使用；D.适当用力；E.避免长时间处于振动状态；F.尽量保持腕关节平直；G.尽量减少不舒服姿势； 图1-2：打磨机使用配套工具4.打磨机设计要点（1）定位：设计目标的确定首先取决于市场的定位，即专业工具还是家用工具。这两种工具最明显区别

18、在于使用寿命。专业电动打磨机可能每一天被使用46个小时，而且每天都可能被使用。而家用工具可能一个月才使用一次，甚至一年一次。重要的是，专业人员依靠专业工具谋生，工具的失效就意味着时间或金钱的损失。 （2）技术要求：和其它工业产品的开发过程一样，在打磨机的设计过程中，设计师、工程师和市场营销人员相互合作，不断地交换思想。因此，设计项目的初始阶段就要清楚的了解技术要求。设计的过程在一开始可能是定位于创造全新的产品。然而通常情况下，设计过程往往是对现有产品进行革新。（3）人机因素：手持式打磨机的使用方式决定人的因素是设计的关键问题。使用者要牢牢把握工具，实现用力推或压，并精确地控制工具的运动。工具可

19、能被举过头顶，也可能置于膝下或身体一侧。工具可能间歇工作，也可能不间断地工作。这些因素决定工具设计中的人机工程学是极为重要，尤其是在使用者和工具长期直接接触的手柄。手柄设计的成败直接决定产品的兴衰。因此手柄的触感和把持的舒适感必须优良。设计者通过人机工程计算，合理布置手柄的位置，使得使用者的前臂和轴向力在一条直线上。手柄设计的舒适感是关键要素之一，但不是全部。其它人机工程因素必须考虑，如工具重量，重心平衡，开关位置，扣动开关的力度，震动和噪音，操作者视线，碎屑飞溅方向，风口朝向等等。以上任何方面的缺失都会导致该工具在使用者心目中的负面影响。因此必须通盘考虑人机因素，使工具能够帮助使用者干净利落

20、地完成工作。（4）安全安全是电动打磨机设计必须考虑的重要因素。使用打磨机有很多潜在的危险，如磨头的断裂，漏电等等。即使工具在非工作状态，依然存在危险，大部分电动工具具有较大的重量，因此工具从高处跌落很可能使人受伤。要解决这个问题，首先要知道使用者弃用安全装置的原因。然后尽可能地改善设计，另一类安全措施就是强制使用安全装置。不管设计者付出多大努力，电动工具的安全性还是由使用者正当的操作来决定。二、设计过程1.现有的打磨机内部结构分析：通过对现有的手持打磨机的分析，针对打磨机的各个零件进行功能定义，并归纳、编辑。利用逆推法，首先对对现有的、不同的多款手持打磨机进行拆解，分析其每个零件的结构与功能，

21、见表2-1。 表2-1：打磨机结构分析A.1.电动手柄2.主动轮3.电机主体4.从动轮5.手柄连杆6.操作手柄7.连杆8.砂带9.第一连板10.张紧弹簧11.第二连板B1壳体2轴3打磨片4轴承壳5孔6定子7转子8偏心轴承9送风器10轴承11轴承壳12冷却翅片13开关14孔15控制单元16外罩17抽吸管道18柔软部分19碎屑袋20偏心轴D2、逆推法建立打磨机功能树 先分析总结手持式打磨机单个零件所实现的功能元，又由于一些功能元需要若干零件配合才能实现，也需要对一些零件进行组合，逐一罗列所有功能元之后，确保所有功能元能够最终组合并且实现手持式打磨机的总功能，然后将各个功能元相互整合，整合为次级分功

22、能，再将分功能整合为总共能，得到手持式打磨机的动能树，如下： 固定磨具去除固体 保护磨具磨掉固体传送碎屑保护碎屑除尘 储存碎屑引导气体过滤控制开关打磨材料 控制调节提供能源能源处理 保护输送能量传动传送人力造型 防护连接与支承3.绘制功能结构图为了表述手持式打磨机的技术过程以及与周围环境的关系，根据之前得到的的功能树，考虑各个功能元之间的逻辑关系，分级处理分功能、功能元，分功能与功能元通过洗衣机的功能结构图，如图2-1所示的形式，从整体把握，物质、能量、信息的流程，使同级分功能、上级分功能、下级分功能相互联系。图2-1 手持式打磨机功能结构图3.分析现有产品，汇总各个功能元的解通过前面进行的各

23、个工作步骤之后，我们得到了手持式打磨机的总共能、分功能、功能元之间的关系，也就是手持式打磨机的输入与输出以及内部的转换，接下来，针对不同分功能进行功能元求解。为了得到发散，充分的解，我们对现有的、不同的多款洗衣机进行拆解，分析其每个零件的结构与功能，并将各功能元的解进行汇总，按照不同的功能元进行分类。通过对现有的产品进行拆分，将各个零件按照其所实现的不同功能元进行汇总，通过功能元求解，经选择与变异，得到一些功能元载体的备选方案，得到下表2-2：表2-2：功能元的解汇总一级功能元二级功能元功能元的解（零件代号）去除固体去除固体B-3,D-5,A-8,E2-2,C-1保护磨具D-14,D-20,D

24、-19,D-7,D-13,C2-3,E2-1,E1-2固定磨具C2-2,A-7,A-9,A-11,G1-15,G-)除尘传送碎屑C2-1,C2-9,C3-1,G1-6,X2保护碎屑D-18,D-12,B-16,C2-9储存碎屑C1-6,B19,G1-7引导气体C2-1,C2-9,C3-1,B9,B17,E3,E4-a,E4-b,E4-c,E4-d过滤C3-4控制控制开关D-1,B-13,D-29,E2-5,E5-6,G1-9调节D-23,D-27能源提供能源D-4,B6,B7,C1-9,A-3保护D-5,B-12输送能量D-21,D-22,D-23,D-24,D-26,B-15,E5-7,G1

25、-10,G1-8传动D-9,D-10,B-2,B-20,G1-12.G1-13,A2,A4,G4,G5,C1-7,B-4,B-10,B8造型传送人力D-2,G1-2,G1-3,B-18,A-1,A5,A6,F-17,E5-5,G3-1,G3-2防护D-2,D-3,D-6,B-1,E5-2连接与支承D-56,B-1,B-16,A-12,E5-2,F-124相似性评价，整合功能元的解：由于部分功能元的解具有相似性，需要将他们进行整合，减少方案数目。(1) 功能元：去除固体分析：对磨具形状相似的磨头进行整合。表2-3：磨头形式筛选评分表B-3A-8D-15C-1C2-2B-310A-8510D-15

26、8510C、-165710E2-2767910通过小组对功能元的解进行相似性评价，E2-2与C-1两个解的相似度较高，将其整合为一个解。B-3与D-15相似性较高，整合为一个解。（2） 功能元：固定磨具分析：对相似的固定磨具的结构形式进行整合。表2-4：固定形式筛选评分表C2-2A7-11G1-15G2C2-210A7-11510G1-159510G285910通过小组对该功能元的解进行相似性评价，G1-15滑动底板与C2-2塑料圆盘固定磨具的结构形式高度相似，故整合为1个。G2与G1-15结构相似，故将其整合。（3） 功能元：传动碎屑分析：引导气体的原理是否相似表2-5：引导气体的构建筛选评

27、分表B9+B17+B5C2-1+C2-9+C3-1E4E3B9+B17+B510C2-1+C2-9+C3-1710E49610E397910B9+B17+B5与E3仅仅是放置位置的不同，在功能原理上是相同的，故将其整合。且E3与E4主要结构相似，故整合。（4） 功能元：储存碎屑分析：形状的相似度表2-6：储存碎屑形式筛选评分表C1-6B-19G1-7C1-610B-19810G1-78910C1-6吸尘箱与C1-17吸尘盒形状相似，而且功能相同，故整合。B-19碎屑袋子与C1-6，G1-17材质不同，功能结构相似，故整合。（5） 功能元：保护碎屑分析：结构相似的进行整合。表2-7：保护碎屑结构

28、筛选评分表B6+B7D-4C1-9A-3B6+B710D-49.510C1-99510A-395710D-18防尘罩与D-12需要整合，而且形状相同，B-16外置，在磨具安装上与D-18，D-12形状相似，故将其整合。（6） 功能元：提供动能分析：对功能原理以及结构相似的进行整合 表2-8：提供动能筛选评分表C1-4+C1-5+C1-7D-9+D-10B-2+B-4+B-10+B-22+B-8A2+A4E2-3+E5-3G1-13C1-4+C1-5+C1-710D-9+D-10710B-2+B-4+B-10+B-22+B-869.510A2+A477710E2-3+E5-3665610G1-1

29、35455510D-9+D-10与 B-2+B-4+B-10+B-22+B-8都是轴、轴承，偏心轴传动转矩，类型高度相似，将其整合（7） 功能元：控制分析：形状和操作方式相同的控制键进行整合表2-9：控制结构筛选评分表D-1B-13D-29E2-5E5-6G1-9D-110B-13710D-296.5610E2-557410E5-66.556910G1-939.534210G-9，B-13开关E2-5，E5-6开关都是按钮型开关，形状结构以及操作方法相似，故将其整合。通过功能元的解进相似性评价，对相似功能元地解删减排除，和相同功能的零件进行合并，得到部分功能元的形态矩阵，见表2-10表2-10

30、：功能元的形态矩阵去除固体（1） 砂带A-8（2）打磨片B-15（3）立式磨头E2-2保护磨具（1）护罩（2） 洒水D13+D14（3）毛毡（4）1.3兼备固定磨具（1）圆盘（2）连杆传送碎屑(1) 送风（2）离心力储存碎屑（1）碎屑盒子（2）尘袋保护碎屑（1）尘罩（2）软管提供动能（1）气缸（2）电机保护(1)D-5密封圈(2)B-12冷却翅片传送人力（1）挤压手柄（2）双手扶持（3）弯曲把手（4）副把手机体连接5.单一指标筛选：针对每个功能元制定单一的指标，对其中分数较低的功能元的解进行删减。（1）保护磨具：指标：结构复杂度分析：由于手持式打磨机整体小巧轻便，其中磨头保护结构，应该简单有效

31、，便于拆卸更换。表2-11：保护磨具结构筛选评分表护罩洒水毛毡复杂1ABC中等2B简单3CBAAC总分938利用洒水方式保护磨具，需要单独的洒水水箱与水管，以及密封结构，较复杂，故删去。（2）传动：指标（1）：结构精简指标（2）：传送效率高指标（3）：维修性较好指标（4）:价格适中手持式电动工具适宜于小工件、单件打磨，个人或家庭使用。所以其价格因适中。其中结构精简和传动效率高能够保证机器的工作效率，在价格一定的范围应该越高越好。而维修性应保证使用者能够进行简单的维修，例如：线路问题等。较大的故障应保证专业人员利于拆卸修理。故其权重系数依次为：结构0.25效率0.25维修0.15 价格0.35表

32、2-12：传动结构筛选评价表结构传动效率维修性价格总分活塞传动0.2590.2560.1550.3545.9齿轮89757.05蜗轮蜗杆传动86756.8皮带传动57887链传动77676.85偏心轴传动68987.65由评价结果得知，轴-偏心轮传动与齿轮传动系统综合评价最高，将其保留，其他加权得分较低，故删去。（3）提供动能： 指标：结构复杂度表2-13：提供动能结构筛选评分表气缸电机复杂3AB中等2CAC简单1B总分85指标：性能表2-14：提供动能性能筛选评分表电源插头蓄电池复杂3AB中等2AC简单1BC总分48手持式打磨机应当具有结构简单，造型小巧，携带方便的特点，气缸较电机结构复杂，

33、不便维修更换。故排除。蓄电池重量大，供电过程不均衡，影响打磨精度，故排除。6.方案组合经过制定评价指标对功能元的解进行筛选后，选出最优的解，得到下表2-15：表2-15：部分功能元的解一级功能元二级功能元功能元的解打磨去除固体(B-3+D-5)，A-8，(E2-2+C-1)保护磨具(D-14+D-20+D-19+D-7+D-13)，C2-3，(E2-1+E1-2)固定磨具(A-7+A-9+A-11)，(G1-15+G-2+G2-2)除尘传送碎屑(C2-1+C2-9+C3-1),(B9+B17+B5/E3/E4)保护碎屑(D-18+D-12/B-16)，C2-9储存碎屑(C1-6/B-19/G1

34、-7+C3-4)控制控制开关(D-1+D-29)(B-13/E2-5+E5-6/G1-9)调节(D-23+D-27)能源提供能源(D-4+D-5)(B6+B7/C1-9/A-3)保护B-12输送能量(D-21+D-22+D-23+D-24+D-26),(B-15+E5-7)(G-10+G1-8)传动(C11-5+C-4+C1-7)(A2+A1)（G1-12+G1-13）（E2-3+E5-3）（G1-10+G1-8）造型传送人力(D-2/B-18)/A-1/(A5+A6/F-117)/(C1-2+C1-3)防护D-2/D-3/D-6,(B-1,E5-2)连接与支承D-6,(B-1,E5-2),B

35、-16,A-12将其零部件按功能合并为整体机构，概括得到手持式打磨机其形态矩阵，如下表2-16：表2-:16：解形态矩阵功能元功能元的解去除固体1 砂带2.打磨片1. 立式磨头保护固体护罩+毛毡固定磨具1. 圆盘固定结构2.连杆固定传送碎屑1. 送风系统储存碎屑1.碎屑盒保护碎屑1.外置+软管提供动能1.电机保护1.冷却翅片输送1.电源连接件传动1.轴-偏心轴+齿轮机体三、方案筛选1原理解相容性评价通过功能元的筛选，最后剩余方案:3X2X3X1X1X1X1X1X1=18种考虑其中的相容性：部分功能元的解不相容不能同时使用，而部分功能元的解需要共同使用完成同一功能。（1）若选用砂带磨头，只能用连

36、杆方式固定，并且机体连接形式只能选择（2）侧面连接或者（3），其原理解相互矛盾，所剩方案：18-（2X2）=14种。（2）若选用打磨片，只能采取圆盘固定，机体只能用（1）顶部连接，其原理解相互矛盾，所剩方案：14-（2X2）=10。（3）若采用立式磨头，只能用圆盘固定，其原理解相互矛盾，所剩方案：10-（2X2）=6种。将不相容的原理解组合排除后，罗列最后剩下6种方案，如下： 方案一：沙带 + 护罩 + 毛毡 + 连杆固定 + 送风系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 + 电机 + 冷却翅片 + 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统 方案二： 打磨片 + 护罩+毛毡 + 圆 盘+ 送风

37、系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 + 电机 + 冷却翅片 + 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统 方案三：沙带 + 护罩+毛毡 + 连杆固定 + 送风系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 + 电机 + 冷却翅片 + 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统 方案四：立式磨头 + 护罩+毛毡 + 圆 盘 + 送风系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 +电机 + 冷却翅片 + 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统 方案五：立式磨头 + 护罩+毛毡 + 圆 盘 + 送风系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 +电机 + 冷却翅片 + 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系

38、统 方案六：立式磨头 + 护罩+毛毡 + 圆 盘 + 送风系统 + 碎屑盒 + 外罩+软管 + 电机 +冷却翅片+ 电源连接件 + 轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统 2.方案评价：通过前面的工作，我们得到了12种优选方案，现在针对这十二种方案，通过技术、经济、审美性评价，从中再得到较为全面的几个优选方案。第1级评价目标权重系数技术计算：（1）评价目标权重计算表3-1：第一级评价目标权重系数计算经济性审美性技术性总分gi经济性2130.25审美性2020.17技术性3470.58总分121第2级评价目标权重系数计算：表3-2：第二级评价目标权重系数计算表维修性可靠性有效性安全性操作性保养性能源消

39、耗总分价值系数维修性332545220.131可靠性543656290.173有效性543656290.173安全性655767360.214操作性322134150.089保养性433255220.131能源消耗322143150.089总分1681打磨机评价目标树及其权重系数：表3-3 打磨机评价目标树第一级评价目标第二级评价目标权重系数评价项目权重系数技术指标0.58维修性（0.131）0.7598结构简单、便于拆卸（0.5）0.038零件标准化（0.5）0.038可靠性（0.173）0.1003装配性能好（0.58）0.058传动机构可靠性好（0.25）0.025危险环节少（0.17）

40、0.017有效性（0.173）0.1003机械传动效率高（0.25）0.025打磨精度高（0.58）0.058防振、除尘效果好（0.17）0.017安全性（0.214）0.1241电路安全（0.5）0.062操作安全(0.5)0.062操作性（0.089）0.0516方便性（0.58）0.0299省力（0.25）0.0129易于控制打磨方向（0.17）0.0088保养性（0.131）0.076清洗方便（0.5）0.038封闭性好（0.5）0.038能源消耗（0.089）0.0516省人力（0.5）0.0258节电（0.5）0.0258经济性0.17生产成本（0.75）0.1875磨具制造成本（

41、0.5）0.094机体生产成本（0.5）0.094实施措施费用（0.25）0.0625电费开销少(0.17)0.011磨具因磨损更换次数少（0.58）0.036维修费用少(0.25)0.0156审美性0.25外露配件套（0.17）0.0289选材合理(0.5)0.01445外露配套件与主机内格统一，配置合理（0.5）0.01445宜人性（0.58）0.0425重要操作控制装置造型合理，并处于最佳工作区域(0.75)0.0212操作件使用方便，符合正常施力范围的要求(0.25)0.0212型态（0.25）0.0986具有独特风格(0.5)0.0493比例协调、线型风格统一(0.5)0.0493（

42、2）建立手持式打磨机评价表由小组成员按照评价表分别对6种所选方案打分，评分结果见附表2。（附表2：打磨机6种方案评价表）（3）原理方案确定通过小组成员打分比较，方案2，与方案3得分最高，但其得分差别不大，无法取舍，需要通过针对各评价指标绘制价值泡面图，从而得到各评价指标加权分值比较均衡，强弱均匀的方案。价值剖面图比较方案2与方案3，如图3-1。图3-1：方案2，方案3剖面图由剖面图可知，方案二较方案三的剖面图稳定，指标加权分值较为均衡，故其性能也较稳定，所以选择方案二为最终优选原理方案方案。（4）原理方案优化评价目标14：封闭性和评价目标15：易清洗加权得分较低，需要进行改进与优化：针对需要改

43、进的评价目标，进行优化：（1）机体要保证合理的封闭性防止外部灰尘进入引发故障，降低打磨精度，减少使用寿命，又要合理设计散热口，确保内部机械传动机构散热需求。巧妙选择散热区域，可以改善机体的封闭性。（2）储存碎屑的装置需要进行拆卸清空碎屑，同时，也要保证这部分结构的封闭性，以确保除尘效果。（3）工作部分的磨头暴露在外部，需要即时清洗养护以确保工作性能。需要对其装持部分进行改良优化，确保装夹结构简单，夹持稳固，转动时候不会打滑发生偏移；同时，可以拆卸进行更换。（4）外部机身要便于擦拭与清洗，同时，在擦拭与清洗的过程中不会使污秽进入机壳内。同时提高密封性和易于清洗性。（5）磨头与护罩结合部分容易堆积碎屑，罩壳太小容易积屑不易清理，罩壳太大会影响除尘效果。合理选择护罩大小、厚度、角度，能够提高其性能3.最终方案选定根据方案11提供的内部结构，设计出三个草图方案进行最终方案的选定。方案一草图表达见图3-2。方案二草图表达见图3-3。方案三草图表达见图3-4。方案一方案二方案三为了从三个草图方案里选出最优方案，小组商定，建立综合评价表