畢業(yè)論文-多功能梯子的結構設計

金華職業(yè)技術學院JINHUACOLLEGEOFPROFESSIONANDTECHNOLOGY畢業(yè)綜合項目成果（2015屆）題目多功能梯子的結構設計學院機電工程學院專業(yè)機械制造與自動化班級機制124學號201231020010406姓名徐偉麗指導教師林雪/黃鵬程2014年12月25日金華職業(yè)技術學院畢業(yè)綜合項目成果目錄摘要1引言11多功能梯子簡介111研究背景112多功能梯子方案設計12多功能梯子主要材料的確定221梯架材料的選用222踏板材料的選用33多功能梯子雙桿結構設計531雙桿結構分析532連接器1設計633前桿、后桿的組合結構64梯子踏板聯動結構設計741踏板1的設計742踏板2的設計743聯動條的設計85移動系統(tǒng)的設計951萬向輪結構952三星輪結構設計953三星輪的安裝106鏟板結構設計117適用范圍128總結129謝辭13參考文獻13附件1二維圖紙141多功能梯子的結構設計機電工程學院機械制造與自動化徐偉麗摘要由于市場上的梯子在使用過程中存在諸多不便，設計了一款可變換形態(tài)、，具有攀爬、搬運、放置物品、鏟物等功能的梯子。解決了目前人們日常生活中貨物搬運、工具攜帶等方面的不便，以及占用空間過大等問題。在設計中融入了人性化、實用性設計理念，在多功能基礎上進行了創(chuàng)新設計，提高了產品的實用性。關鍵詞梯子多功能變換形態(tài)引言隨著我國國民經濟與生活水平的發(fā)展，很多單一的常規(guī)產品已經不能再滿足人們多元化的生活需要。功能單一的產品由于其功能的局限性,讓人們不得不購買很多只有單一功能的產品，浪費金錢、占用空間、使用不方便、給人們生產、生活帶來很多不便。梯子、手推車、平板車、鏟車是人們常用的工具，是大型超市和輕工業(yè)工廠必備的工具。這些常用工具只具有單一的功能，且搬運麻煩，放置需占較大空間。針對這一現象，本文設計了一種多功能梯子，實現了梯子、手推車、平板車、鏟車等工具的功能，并具有攀爬臺階的功能，給人們帶來更多的方便。1多功能梯子簡介11研究背景相關機構的調查表明，發(fā)現基本上每家企業(yè)、超市等都會使用梯子、手推車、平板車。而且大家所使用的這些大多都是只能實現單純的攀爬，搬運功能。若要同時進行搬運，攀爬，則必須同時使用多種工具。這樣不僅耗費時間、人力，更是占用空間。所以我對梯子的結構進行了改良，可以實現多種功能。本設計的目的在于,吸收了常用的梯子、手推車、平板車、鏟車的功能特點，將它進行了功能合成，成為多功能梯子，使梯子不但具有以上四種功能，并且加入了攀爬臺階的功能，讓一種產品具有五種功能，使用方便、便于存放、節(jié)省空間?，F有梯子具有以下不足之處（1）功能單一。現有的梯子只有攀爬功能，只能用于拿取或放置物品。（2）便攜性缺失。在需要使用梯子時，只能通過人力來將梯子搬運到相關位置。這對于女性和力氣較小的人來說是一件困難事。2（3）現有的梯子、手推車放置時占用空間大。12多功能梯子方案設計該梯子定位于多功能梯子，通過將多個單一功能產品的功能進行合理拆組，來實現攀爬、搬運貨物。移動貨物、上下臺階等多種功能。多功能梯子結構圖，如圖1所示1鏟板2后桿3聯動條4前桿5后桿軸6連接器7萬向輪輪架8踏板19前桿軸10踏板211連接架12三星輪輪架13子輪圖1多功能梯子結構圖針對現有梯子的上述不足，設計的多功能梯子具有以下四種功能形態(tài)（1）梯子形態(tài)。將前后桿展開一定角度，將踏板拉開，把踏板1的凹槽扣在后桿的后桿軸上，旋轉調整三星輪位置，使得前桿桿腳與后桿桿腳立于地面上。（2）平板車形態(tài)。收起踏板，使踏板合攏到前桿，再將前桿與后桿合攏在一起，調整三星輪位置，然后將三星輪與萬向輪平放在地面上。（3）手推車形態(tài)。在平板車的基礎上，將后桿抬起。（4）鏟車形態(tài)。在平板車的基礎上，將萬向輪一端抬起，三星輪接觸地面，并將鏟板展開。2多功能梯子主要材料的確定21梯架材料的選用鋁合金是梯子常用的材料，但是鋁合金材料有多種型號，表1列舉以下幾種3表1鋁合金材料特性表型號特性典型應用范圍1050極佳的成形加工性，、高耐腐蝕性、良好的焊接性和導電性。廣泛應用于強度要求不高的產品，如化工儀器、焊接零件、廚具、裝飾品等2024強度高，有一定的耐熱性。廣泛用于飛機結構、鉚釘、卡車輪等3105成形性、溶接性、耐蝕性良好、塑性一般、焊接性良好。主要用于制造油箱、汽油或潤滑油導管，廚具、食物和化工產品的貯存裝置5084耐蝕性好、焊接性優(yōu)良、冷加工性較好。中等強度。用于制造飛機油箱、交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、五金制品等。6005加工性能極佳、優(yōu)良的焊接性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性高、強度高及加工后不變形、材料致密無缺陷。廣泛用于建筑型材，灌溉管材以及供車輛、臺架、家具、柵欄等7075固溶處理后塑性好、熱處理強化效果好、超高強度。用于制造飛機結構及期貨。根據以上鋁合金型號的特性及應用范圍，選擇符合要求的鋁合金。雙桿是梯子的主要組成部分，起到承重的作用，需要較高的強度和較好的塑性以及良好的加工性能，所以選擇厚壁圓管6005鋁合金，其特性是加工性能好，具有優(yōu)良的焊接性能，高強度，加工后不易變形。這樣不僅取材方便，而且價格相對便宜。22踏板材料的選用為了縮減成本，踏板選用塑料，但是塑料有多種型號，表2列舉以下幾種表2常用塑料特性表名稱特性典型應用范圍塑料ABS較高強度和沖擊韌度，良好的耐磨性和耐熱性，較高的化學穩(wěn)定性和絕緣性，易成形，機械加工性。汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，大強度工具（頭發(fā)烘干機，攪拌器，食品加工機，割草機等），電話機4殼體，打字機鍵盤，娛樂用車輛如高爾夫球手推車以及噴氣式雪撬車等。尼龍6PA6熱塑性、輕質、韌性好、耐化學品和耐久性好廣泛用于結構部件和制造軸承。聚甲基丙烯酸甲酯壓克力有機玻璃PMMA較好的透明性、化學穩(wěn)定性，力學性能和耐候性，易染色，易加工，外觀優(yōu)美。汽車工業(yè)（信號燈設備、儀表盤等），醫(yī)藥行業(yè)（儲血容器等），工業(yè)應用（影碟、燈光散射器，日用消費品（飲料杯、文具等）。尼龍66PA66疲勞強度和鋼性較高，耐熱性較好，摩擦系數低，耐磨性好。同PA6相比，PA66更廣泛應用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產品。聚碳酸酯PC高強度及彈性系數、高沖擊強度、使用溫度范圍廣，無味無臭對人體無害符合衛(wèi)生安全。電氣和商業(yè)設備（計算機元件、連接器等），器具（食品加工機、電冰箱抽屜等），交通運輸行業(yè)（車輛的前后燈、儀表板等）。聚乙烯PE高壓聚乙烯柔軟、透明、無毒；低壓聚乙烯剛硬、耐磨、耐蝕、電絕緣性好。POM具有很低的摩擦系數和很好的幾何穩(wěn)定性，特別適合于制作齒輪和軸承。由于它還具有耐高溫特性，因此還用于管道器件（管道閥門、泵殼體），草坪設備等。聚丙烯PP強度、硬度、彈性均高于聚乙烯，密度小，耐熱性良好，電絕緣性能和耐蝕性能優(yōu)良。汽車工業(yè)（主要使用含金屬添加劑的PP擋泥板、通風管、風扇等），器械（洗碗機門襯墊、干燥機通風管、洗衣機框架及機蓋、冰箱門襯墊等），日用消費品（草坪和園藝設備如剪草機和噴水器等）。聚氯乙烯PVC較高的強度和較好的耐蝕性。軟質聚氯乙烯，其伸長率高，制品柔軟，耐蝕性和電絕緣性良好廢棄排污排毒塔、氣體液體輸送管，離心泵、通風機、接頭；軟質PVC薄膜、雨衣、耐酸堿軟管、電纜包皮等。根據以上塑料的特性及應用范圍，我選擇ABS塑料，其特性完全符合踏板的要求較高強度和沖擊韌度，良好的耐磨性和耐熱性，較高的化學穩(wěn)定性和絕緣性，5易成形。而且ABS塑料取材方便，價格便宜。3多功能梯子雙桿結構設計31雙桿結構分析多功能梯子主要由前桿和后桿支撐。前后桿通過連接器1連接。前桿，如圖2所示桿身長1200MM，寬500MM,桿管直徑25MM。桿腳長30MM，在距離桿腳255MM、555MM、855MM處分別有一對空，是安裝前桿和踏板之間的連接軸的位置，孔直徑10MM。在距離桿腳1075MM處有一對孔，是安裝前后桿連接器的位置。前桿的頂端是手推車形態(tài)下的扶手，兩端采用圓弧結構。圖2前桿結構圖3前桿二維圖后桿，如圖3所示桿身長1065MM，寬500MM，桿管直徑25MM。距離桿腳855MM處，是安裝梯子形態(tài)下踏板1的后桿軸，軸直徑10MM。距離桿頂端10MM處有一對孔，是安裝連接前桿后桿的連接器的位置。6圖4后桿結構圖5后桿二維圖32連接器1的設計連接器1的作用是連接前后桿。如圖6所示圖6連接器二維圖33前桿、后桿的組合結構將前桿、后桿上方用連接器連接在一起。連接器與雙桿采用螺栓連接。如圖7所示71后桿2連接器3前桿圖7前桿、后桿連接示意圖4梯子踏板聯動結構設計在梯子使用過程中安全是一個重要的問題，梯子形態(tài)的腳踏板必須充分體現安全設計理念。根據建筑學樓梯設計理論，舒適的樓梯，臺階高度以15CM為宜，若超過18CM，登樓梯時就會感覺累了，臺階深度以2730CM為宜。然而梯子和樓梯不同，因此考慮到本設計具體情況，踏板數訂為3，最上面的踏板由于是站立平臺，因此要比下面兩個踏板深度要大。41踏板1的設計踏板1是梯子形態(tài)下的3個踏板中最上方的踏板，除了踏板功能，也為使用者提供了站立的平臺。如圖8所示踏板1長400MM，寬260MM，高30MM。在橫截面上有兩孔一凹槽，孔1是用來連接前桿，孔2是用來連接聯動桿，凹槽是用來搭建在后桿上的橫軸處。在踏板1的頂面，有4條防滑凸紋。在踏板1的頂面兩端，采用了弧形結構，起到了防碰傷刮傷效果。8圖8踏板142踏板2的設計踏板2、3完全一樣，是梯子形態(tài)下的3個踏板中的中、下方的踏板。如圖9所示踏板長400MM，寬170MM，高30MM。在橫截面上有兩空，分別是連接前桿和聯動桿。在踏板2、3的頂面，有4條防滑凸紋。在踏板2、3的頂面兩端，采用了弧形結構，起到了防碰傷刮傷效果。9圖9踏板243聯動條的設計為了實現踏板的聯動，需要兩根聯動條，如圖10所示。分別安裝在3個臺階的兩側。因為聯動條是用于連接三個踏板的，這關系到攀爬者的安全問題，所以在聯動條材料的選用方面需要考慮聯動條的強度及承重能力。我選擇45鋼作為聯動條的材料。圖10聯動條10圖11聯動條二維圖5移動系統(tǒng)的設計51萬向輪的結構為了避免手推車、平板車在移動過程中出現不方便轉彎，只能直行的現象，將后輪設計為帶轉向的腳輪，即萬向輪，如圖12所示。萬向輪就是活動腳輪，可以在子輪運動過程中實現360轉動。萬向輪與梯子前桿采用螺栓螺母緊密連接。1子輪2輪架3螺栓圖12萬向輪結構52三星輪的設計為了實現爬樓梯的功能，將前輪設計為一組星輪?，F在常用星輪主要是三星輪，如圖13所示。三星輪的尺寸和結構參考現實生活中的樓梯進行設計。現行樓梯臺階11的尺寸為臺階高在150170MM之間，臺階面深度為220270MM之間。以此為依據，預設三星輪直徑為150MM，由以上數據可知，在此尺寸下，爬臺階功能很容易實現。圖13三星輪結構圖14三星輪爬臺階示意圖三星輪的子輪，可以采用普通常用手推車的車輪。三星輪的輪架為三角形，并在輪架上安裝3個子輪，組成三星輪。53三星輪的安裝三星輪在前桿上的安裝位置，牽涉到本設計所有形態(tài)下功能的實現，在前期設計中，連接架與前桿的連接位置預設為距離前桿桿腳125MM位置，這里對其進行分析與計算證明首先列出三個需要達到的功能條件（1）在平板車、手推車形態(tài)下，前桿平行于地面；（2）在鏟車形態(tài)下，前桿桿腳不可以影響鏟車的運行，即不要接觸地面；（3）在梯子形態(tài)下，前桿前腳接觸地面，三星輪不接觸地面，實現梯子的穩(wěn)定。已完成結構圖可知，無論安裝位置如何，條件（1）都易于實現。當三星輪中心和前桿桿腳之間距離大于等于三星輪中心與地面距離時，才能實現梯子腳接觸地面，由圖可知，當連接架長度和連接位置距離前桿桿腳125MM時，在前桿直立的情況下，前桿桿腳、三星輪均接觸地面，此時三星輪與桿腳之間距離為125，大于三星輪2中心與地面距離125MM。所以在梯子形態(tài)下，前桿前腳接觸地面，三星輪不接觸地面，實現了梯子的穩(wěn)定，即條件（3）實現。12基于此長度設定，即得出，在推車形態(tài)下，前桿桿腳是離開地面的，也就不會影響到三星輪的運動，即條件（2）實現。根據以上分析，將前桿與輪架按照預定位置連接。因為此連接部分需要承受較大的載荷，連接部分的配合需要非常緊密，所以三星輪與前桿連接裝置采用螺紋連接。而且連接裝置的材料也需要有較強的硬度，所以此處的材料為45號鋼，螺紋連接的類型為螺栓連接。圖15前桿與三星輪連接示意圖6鏟板結構設計鏟板的主要作用是放置搬運的物品。因為鏟板需要承受一定的載荷，其材料需要具有較強的硬度。所以此處的材料為45鋼，鏟板與后桿的連接的方式為螺栓連接。在鏟板主體的兩側有對稱的兩個擋板，是為了在鏟板收起時可以貼在后桿上；在鏟板底部兩側有對稱的兩個擋條，此設計是為了在鏟車形態(tài)下鏟板張開后保持鏟板和后桿所在平面的垂直關系，便于在鏟板上放置運輸的物品。如圖16所示13圖16鏟板結構圖17鏟板二維圖7適用范圍（1）梯子形態(tài)可以實現攀爬至一定高度，拿取或放置物品的功能。（2）平板車形態(tài)可以將較大，較高物品放置在上面，從而方便搬運物品。（3）手推車形態(tài)實現了不同身高的人通過調節(jié)后桿的角度而方便手推或手拉，提高了人體舒適感。（4）在梯子的前桿部位安裝了萬向輪與三星輪，不僅方便了移動，還可以攀爬臺階，提高了梯子的實用性。由上述可得，多功能梯子適用范圍廣，可供不同群體，在不同場合使用。圖18梯子形態(tài)圖19平板車形態(tài)圖20手推車形態(tài)圖21鏟車形態(tài)8總結此次的多功能梯子的設計，鍛煉了自己在設計軟件的使用、資料收集與處理、數據分析、創(chuàng)新和實踐操作等能力，提高自己的專業(yè)技能水平，使自己能更好的將所學的知識應用在設計中，也讓我對機械設計有了更加具體的了解，在計算方面有些數據采用了估算，沒能具體的計算，這也是一方面的不足。本次設計對我這三年的所學知識也是一個考查，設計過程自始至終都在查閱教材，這也是一個全面的回14顧，通過本課題，我學到了如何更好更快的查閱資料，從中學到了不少的知識。希望能在以后的工作中得到更大的提高，使自