毕业答辩-居家阁楼智能伸缩楼梯的设计

毕业设计报告课题：居家智能智能阁楼伸缩楼梯的设计设计者：班级：学号：课题背景在毕业到来之际，毕设指导教师孟老师根据我所学的专业和在家具公司实习工作的实际情况，给我推荐了阁楼伸缩楼梯设计这样一个毕设题目，通过老师给的视频，我初步对这样一个产品有了一些概念认识，但是我想既然是毕业设计，就得有自己的创新的东西，不能一味的模仿别人的设计，所以我没有立即接受这个题目。现有的阁楼伸缩梯功能较为单一,伸缩时较为费力,不利于人们便捷使用,梯子的长度较为固定,限制了其使用范围,并且梯子的斜度无法随楼层的高度而进行调节,使用过程中如果斜度过大会严重影响使用者的安全。但是它的简单实用，不占用生活空间的优点让我很感兴趣，我之后再网上搜集了大量的产品资料和相关的用户反馈资料，通过自己思考分析，渐渐的有了在现有市场产品的基础上改进完善，寻求创新突破的想法，于是我接受了指导老师的建议，开始准备以家居阁楼智能伸缩楼梯设计为题的毕业设计。我希望结合所学的专业知识，根据对现有产品的研究认识，设计出一款新颖美观，经济实用，安全高效，富有科技感的新型阁楼楼梯。课题应用情况阁楼伸缩楼梯的出现是制造技术发展和社会需求紧张共同催化出来的产物，当今社会科学技术飞速发展，人们的生活也在科技的强大推力下飞速向前发展，机械，电工，液压，计算机技术等领域都在齐头并进，相互融合发展。生活上人们追求简单快捷的生活工具，智能化和高效省力的产品受到大众的青睐。一些相关领域的人们已经在阁楼伸缩楼梯的设计应用方面取得一定的成就，国内一些设计人士就此申请了自己的专利，通过专利保护自己的创意设计。许多楼梯厂家也竞相的开发自己阁楼伸缩楼梯产品，款式多样，功能不一，价格也有多个档位。目前市面上阁楼伸缩楼梯主要有手动型、电动型两种，手动型一般只能在楼下操作使用，而电动型可以用无线遥控器实现自动的折叠与收拢，在楼上楼下都可以用遥控器操作。而国外虽然拥有较为先进的机械机电加工工艺，但是住房压力远不及中国，所以阁楼伸缩楼梯的市场并不是很大，也不像在中国这样发展迅速，主要是向国内的阁楼伸缩楼梯厂家提供一些电动液压器件，比如德国生产的电机以其优越的性能成为了阁楼伸缩楼梯的心脏，一套加装在手动伸缩楼梯上的电动控制装置就价值5000元左右，大大提高了电动自动阁楼伸缩楼梯的成本，让不易接受。下面是一些产品的效果图:

课题意义该课题有效的将在过去所学的知识，在实习工作中对家具产品制造理念和生产工艺的认识，以及自己的设计构想有机的结合在了一起，让我学以致用，在实践中检验四年的学习成果，更让我认识到了平时学习中没有掌握透彻的东西，另一方面，通过在毕设的实践操作中，提高了我绘图制图的能力。对当代青年来说，在城市里工作生活的住房压力日趋增大，小户型的住房越来越多，有房者或者租房的人都希望有限的空间能得到充分的利用，而设计合理的阁楼空间成为一个不错的选择，阁楼空间虽然存在一定弊病，可是经过现代技术的设计改进也可尽善尽美，得到很大的发展空间。很多拥有阁楼的人尝试将阁楼改造成设计新颖、功能实用的居住空间，在现代建筑技术与设计艺术推动下，它的用途更为广泛，可以打造成卧室、书房、浴室、儿童房间等功能空间。而在一把铰接而成的阁楼伸缩楼梯上搬运东西，难度大，危险高，这让伸缩楼梯的使用者很困扰，让很多想节约空间选择安装阁楼伸缩楼梯的消费者心有顾忌而最终望而却步。现在市面上的产品都是较为初级的产品，铰接结构较多，构件虽然强度可靠，但是过于单薄，加上整个伸缩楼梯是如同悬挂在阁楼上的，没有楼梯扶手，踏步还比较狭窄，不能和整个脚掌完全接触。针对这样的现状，我想通过自己独到的设计，给出相应设计方案，解决目前阁楼伸缩楼梯存在的问题，给消费者提供一款实用耐用，物美价廉的阁楼楼梯，让阁楼与外界再无隔阂，让电动阁楼伸缩楼梯成为深度开发利用阁楼空间的金钥匙。国内外研究状况生活在城市购房者或者是租房者都有意愿在有限居住空间通过阁楼的设计拓展空间，让空间充分高效的利用，自带阁楼空间的住所也受到了人们青睐。所以很多研究学者，相关产业的设计人员，楼梯厂家都争先在阁楼伸缩楼梯的设计生产上做了不少的研究和贡献，并且取得了相当的成果。下面是一些设计方案和专利图样：本次设计研究的内容针对现在市场上阁楼伸缩楼梯产品普遍存在稳定性差、高配产品价位高和产品适应性能差（只能通过定制实现产品与工作环境相适应）的问题。本次的电动阁楼伸缩楼梯设计通过对相关部件结构功能的改善、增加关节处的锁止、地脚的锁定固定功能和提高液压动力装置的自锁支撑能力让其稳定性有本质提高；将踏板改为可调节的活动踏板，可在楼梯和滑梯两种状态间转换，并增加相应的联动机构和动力装置使功能自动实现；顶罩小车的设计要做到具有多功用、安全高效和美观轻便，即做到小车功能+安全保护功能+家具使用功能的三用一体；伸缩楼梯的动力运动模块要实现一个电机分别为液压动作保持系统、楼梯和滑梯转变保持系统和顶罩小车运输物品牵引装置提供保证功能实现的充足动力，并且都带有自锁装置和限位装置，确保在使用过程中突然失去动力也不会发生安全事件和伸缩楼梯所有的动作都在设定范围之内并准确无误；液压系统是实现电动阁楼伸缩楼梯自动化的动力和控制系统，该系统的设计需要根据目标承载载荷和和电动阁楼伸缩楼梯的自重等相关因素进行相关计算，选定液压元件，液压泵，液压缸，电机等；动作杆件和相关的运动部件通过合理的布置设计，使其保证预期功能的实现而不发生干涉，并有效的提高产品的空间利用率；伸缩楼梯各个承力部件和连接处都要根据设计承力目标进行相关的设计，计算核验，并做轻量化处理；对整个控制系统进行编程，使产品在遥控器的操作下稳定的完成预期的功能目标。零件分析S弯活动踏板铰链&门板安装框架三角支架小车载物小车居家阁楼智能伸缩楼梯装配图液压系统结构简图遥控控制设计遥控器共有8个控制按钮，每个按钮对应自己的功能命令，分别是打开、收起两个基础操作键，踏梯、滑梯、牵引小车和放下小车四个功能执行键，急停、恢复两个安全键。下面是所有按钮对应的动作部件及动作顺序分析：1、执行打开命令。电机通电转动，带动减速器，带动液压泵，向液压系统提供压力油，电磁阀在单片机的控制下依次打开，并在液压元件动作到位后关闭。所有部件动作时间根据需要由单片机控制。最终呈现踏梯功能状态。2、执行收起命令。在执行收起动作前要确保踏板在踏梯功能状态，所以在执行收起命令是要首先自动执行踏梯命令，然后U型架液压杆组收缩完毕，然后门板液压杆组收缩完毕。3、踏梯和滑梯功能键是在楼梯打开状态下让踏板在两种状态间转换的，分别对应踏板液压杆组的收缩和伸展。单片机控制系统只有在楼梯打开的状态下这两个按钮才有效。4、牵引小车命令和放下小车命令是牵引装置执行相反的动作，即电机的正转和反转。进行这两个动作的前提是踏板处于滑梯状态，所以按下这另个功能键同时先执行滑梯动作，保证小车在滑轨上运动。在滑梯功能动作到位后，离合器部分的液压阀动作，在压力油左右下离合器使动力源与液压泵断开，液压回路没有压力油，在自锁回路作用下动作保持。同时使动力源与牵引装置结合，在装好货物放好小车后便根据需要执行相应的命令动作。5、急停键可以使油路中所有阀门瞬间处于闭合状态，伸缩楼梯的所有动作都停止并保持；恢复键使急停的动作继续。液压系统及主要参数的计算分析作往复直线运动的液压缸上的总负载由工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封阻力、背压阻力六部分组成。1)工作载荷Fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、及压力等，这些作用力的方向与与活塞运动方向相同为负，相反为正。2)导轨摩擦负载Ff对于水平导轨式中G——运动部件所受的重力，N；

FN——外载荷作用于导轨上的正压力，N；

μ——摩擦系数,对于铸铁导轨μ=0.1～0.2，滚动导轨,μ=0.005～0.01。3)惯性载荷Fα式中

g——重力加速度，m/s；g=9.81。

Δv——速度变化量，m/s；

Δt——启动或制动时间，s。一般Δt=0.1～0.5s，对于轻载低速运动部件取小值，对于高速重载部件一般取大值。行走机械一般取Δv/Δt=0.5～1.5s。

启动加速时

稳态运动时

FW=Fg+Ff减速制动时

工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。除外载荷FN外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种液压缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为

式中

ηm——液压缸的机械效率,一般取0.90～0.95。F=Fw

/ηm

由上式计算出门板液压缸的总推力F为8×102N，伸缩扶手液压缸的总推力为6×102N，活动踏板液压缸缸的推力为4×102N。将公式推算可得液压缸的内径为

各个回路的背压值均选为0.4MPa。1)

确定门板油缸的内径及活塞杆直径由上式可求得D1=16mm,按表2-4可选d/D=0.5此时，d=8mm。2)

确定伸缩扶手油缸的内径及活塞杆直径：求出D2=12mm，d=6mm。3)确定活动踏板油缸的内径及活塞杆直径:油缸内径为D3=10mm，d=5mm。单杆液压缸

式中p1——进油腔压力，Pa；

A1——进油腔有效面积，m2；

F——液压缸总负载，N。F=Fm/ηm

，ηm为液压缸的机械效率，一般取ηm=0.90～0.95；

p2——回油腔压力（背压），Pa；

A2——回油腔有效面积，m2；背压p2的值可根据系统的特点及调速性能要求参考表4-2初选一个参考值，待系统回路确定后再作修正。为了能够利用上式进行设计，必须先选定背压p2及活塞杆直径d与液压内径D的比值，记为其比值可按工作压力选取参照表4-3。液压缸工作时所需的流量

式中

A——液压缸的有效作用面积，m2；

V——活塞与缸体的相对速度，m/s。1)门板油缸流量Q1确定门板油缸缩回速度为v1=0.047m/s可