旋轉(zhuǎn)開合式桌子設計

1、機械原理課程設計 旋轉(zhuǎn)開合式桌子設計院 系：機械班 級：設計者：指導教師目 錄1、選題······································12、選型及分析···

2、83;····························22.1外圍桌面設計····················

3、;···············22.2中間桌面設計·································&

4、#183;·52.3基準板的轉(zhuǎn)動···································73、機構總體方案及運動分析·········&

5、#183;··········74、避免桌面間干涉的措施······················95、尺寸設計··············

6、;····················96、仿真設計····························

7、3;····137、設計及仿真中的不足·······················168、參考文獻···················&

8、#183;·············169、人員分工·································16旋轉(zhuǎn)開合式桌子設計

9、一、選題：我們原本的選題為多功能茶幾，主要想完成以下幾項功能：高度的升降、茶幾面的折疊、角度改變和茶幾面的回轉(zhuǎn)。后來我們無意間想到桌子?？紤]到機構運動的協(xié)調(diào)性、美觀及設計合理性等因素，我們放棄了以前雜而粗的想法，選擇了專而精的路線，決定設計可以開合改變大小的桌子，考慮到當前市場上可以變換大小的桌子大多數(shù)采用的折疊的方法，由正方形展開變?yōu)閳A形，不僅不是很方便，而且也不夠美觀，變換的前后改變了桌子的形狀，有時候不足以實現(xiàn)我們的要求。所以我們選擇了旋轉(zhuǎn)開合式桌子，僅僅通過旋轉(zhuǎn)桌子就可以實現(xiàn)桌子大小的變化，操作簡單實用，而且變化的比例也可以在制作時在較大范圍內(nèi)變化，解除了從前的正方形變圓形對尺寸變化比

10、例的限制。題目簡介：桌子打開效果圖桌子閉合效果圖俯視圖側視圖該桌子共有三層，可以通過旋轉(zhuǎn)改變桌面大小，以上兩圖為桌子開、合時的兩種狀態(tài)，其實現(xiàn)運動如下：1、旋轉(zhuǎn)閉合的桌子時：最上面一層桌子（即右圖紅色部分）作為主動件帶動桌子旋轉(zhuǎn)，并完成桌面的向外和向下的平移動作，最后和中間桌面達到水平；中間一層桌面（即右圖白色部分）和桌子一同旋轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)向外的平移運動；最下面一層（即右圖中心藍色部分）開始時只隨桌子一起旋轉(zhuǎn)，最后實現(xiàn)上升運動，達到和中間一層桌子水平。運動結束后，由閉合達到展開，實現(xiàn)桌面的變大。2、反向旋轉(zhuǎn)打開的桌子時：三層桌面實現(xiàn)反向的運動，運動結束后達到閉合狀態(tài)，即左圖所示狀態(tài)。二、選型及分

11、析：本設計主要實現(xiàn)的是桌面不同部分的平移和升降功能，設想方案如下：1、外圍桌面設計：（最外層紅色部分桌面及中間層白色部分桌面）方案一：平行四桿機構：利用平行四桿機構可以很容易實現(xiàn)最外層桌面所要求的移動同時下降（上升）的運動要求。但是在將桌子中軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為桿的運動時我們遇到了困難，而且桿占用的空間較大，而且與其他桌面在運動時很容易發(fā)生干涉，故否定了該方案。方案二：圓柱凸輪機構：該機構能實現(xiàn)較為復雜的往復直線運動，將圓柱凸輪的直徑無限放大就變成平面機構，將該平面機構作為基準，通過改變槽的深淺和方向既可以很好的實現(xiàn)桌面所需的運動。針對此方案我們又想出了兩個小的方案。方案：基準板方案該方案的主要

12、部分由上下兩層組成，其中處于下方的基準板固定;上面的桌面部分如上文分成不同的部分，桌面部分整體可以隨著受力方向轉(zhuǎn)動，其中被分隔的各個部分桌面相對于可以轉(zhuǎn)動的桌面部分可以進行徑向和豎直方向的運動，桌面各個部分下方的固定連桿進入到基準板的槽內(nèi)，桌面相對于基準板旋轉(zhuǎn)時桿受到基準板上槽方向和深淺的限制而改變方向和高度從而帶動相應的桌面完成預定的運動。該方案的優(yōu)點在于機構較為簡單、輕巧，只需簡單的桿即可實現(xiàn)既定運動。但是該方案也有較大的缺點，槽的方向為不規(guī)則曲線，進行具體設計時很難精確的設計桌面的運動，而且我們認為如此多槽型凸輪，一旦工藝達不到很高的要求，摩擦力一定很大，容易卡死或者活動不暢，故最后否定

13、了該方案。方案：基準板方案該方案桌面轉(zhuǎn)動帶動基準板一起轉(zhuǎn)動。該基準板只為桌面的移動提供導向作用，并使桌面實現(xiàn)上下運行，并不提供桌面前后移動的動力，該動力由基準板上的其他機構提供。該方案增加了系統(tǒng)機構，但是該基準板上的槽都為直槽，只需改變深淺即可滿足要求，大大簡化了計算，也可以提高運動的精度。方案三：在基準板方案基礎上，主要實現(xiàn)的是桿沿著槽方向的直線運動，即將桌面的旋轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)換成直線運動。為實現(xiàn)這一目的我們首先想到的就是螺旋機構，但是桌面移動所需要的螺紋傳動方向與桌面提供的旋轉(zhuǎn)法向方向不一致。需要使用空間的交錯軸傳遞轉(zhuǎn)距，將桌面的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成桌面移動所需要的傳動方向。為此，我們設計了如下的機構

14、：中間層桌面機構簡圖最外層桌面機構簡圖傳動過程如下：轉(zhuǎn)動桌面，桌面旋轉(zhuǎn)通過桿和直槽傳遞給基準板，帶動基準板轉(zhuǎn)動，使大錐齒輪同小錐齒輪嚙合，實現(xiàn)交錯軸轉(zhuǎn)距的傳遞。小錐齒輪帶動螺桿旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)螺紋傳動，帶動桌面前后移動。桌面前后移動的同時通過槽深淺的改變實現(xiàn)高低的變化。中間一層與最外層相似，只不過槽沒有深淺的變化，只是實現(xiàn)平移運動。2、中間桌面設計（最下層藍色桌面部分的旋轉(zhuǎn)與升降）：方案一：最下層桌面開始時只隨著桌面一起旋轉(zhuǎn)，并沒有垂直位移，最后時刻才實現(xiàn)升降，運動具有間歇性。故想到用不完全齒輪和齒條機構將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復間歇直線運動，但是這種計算很復雜，同步性也不好保證，故放棄了該方案。方案二：

15、螺紋機構通過滑塊和連桿將最上層桌面的桿與最下層桌面的桿連接起來，其中后者的桿上有一小段螺紋。打開時，當最上層桌面下滑時，螺紋與螺母相接觸，實現(xiàn)螺紋傳動，使最下層桌面上升。閉合時，開始實現(xiàn)螺紋傳動，最下層桌面下降，當最上層桌面上升時，螺紋與螺母脫開。該方案螺母與螺紋傳動時很容易與最下層桌面本身的轉(zhuǎn)動干涉，而且，螺母與螺紋脫開時也不能保證最下層桌面的同步轉(zhuǎn)動。這樣可能導致三層桌面間發(fā)生錯位。故舍棄了這個方案。方案三：凸輪機構花鍵系桿系桿的轉(zhuǎn)動帶動凸輪的轉(zhuǎn)動，花鍵保證了桌面能順利地上下滑動。兩凸輪同時旋轉(zhuǎn)到高點時，桌面升起；高點錯開后桌面下降。中間的軸保持桌面軸與支柱同心，使機構更穩(wěn)定。雖然花鍵結構

16、有些復雜，但該機構能很好的保證三層桌面轉(zhuǎn)動的同時性，故最后選用了該方案。3、基準板的轉(zhuǎn)動：方案一：止推軸承使用止推軸承雖然能實現(xiàn)基準板轉(zhuǎn)動的要求，但是基準板與底座間磨損較大，會降低桌子的使用壽命，同時也會發(fā)出很大噪聲，故放棄該方案?；鶞拾宓鬃桨付簼L珠軸承基準板該方案雖然成本會高一些，但是能很好的實現(xiàn)既定要求，并且磨損小，噪音低。底座滾珠軸承三、機構總體方案及運動分析：要打開桌面時，選桌面6為主動件，當其旋轉(zhuǎn)時，通過桿帶動基準板7運動。基準板7帶動其他桌面一起旋轉(zhuǎn)。主軸不動，故小錐齒輪繞大錐齒輪轉(zhuǎn)動，并帶動螺桿轉(zhuǎn)動，通過螺母1實現(xiàn)桌面2的遠離運動。當桌面6下的桿向下運動時，桌面6向下運動，與

17、桌面2達到水平?；鶞拾遛D(zhuǎn)動時還帶動系桿4轉(zhuǎn)動，進而帶動花鍵5轉(zhuǎn)動，花鍵5與桌面3剛性連接，這樣就實現(xiàn)了三種桌面的同步轉(zhuǎn)動，角速度都等于驅(qū)動力的角速度。因為主軸不動，花鍵5開始只是同步轉(zhuǎn)動，當花鍵5轉(zhuǎn)過一定角度時，兩個圓柱高點接觸，實現(xiàn)桌面3的上升，最后與桌面2達到水平。實現(xiàn)整張桌子的打開，形成一個大桌子。要閉合桌面時，同樣選桌面6為主動件，過程與上述過程基本類似，不過順序相反，桌面3首先下降，然后兩層桌面逐漸閉合，形成一個小桌子。此外我們還在基座上加了一個千斤頂?shù)难b置，轉(zhuǎn)動手柄就能實現(xiàn)桌子的升降功能。四、避免桌面間干涉的措施：1、桌面3的上升時要最后升出，下降時要最早下降。這需要設計形狀突變較

18、大兩個凸輪。同理6桌面下面的凹槽突變也要很大。2、桌面展成大桌面后，所有桌面緊密地拼在一起。為了閉合時，桌面不至于卡死，能夠順利地運動，故將桌子接觸處做成斜坡狀，這樣桌子就能順利升起。五、尺寸設計（圖中尺寸為真實尺寸的1/10）：1、桌面閉合時直徑為1.1米，展開時直徑為1.6米。2、桌面6和桌面2前后移動距離a=(1.6-1.1)/2=0.25米。3、大齒輪與小齒輪的傳動比為1：40，大齒輪轉(zhuǎn)過3/4圈時，小齒輪轉(zhuǎn)了30圈，螺紋導程l=a/308mm/r。桌面6尺寸小齒輪尺寸桌面3尺寸桌面2尺寸軸套尺寸大齒輪及桌腿尺寸基準面尺及系桿寸圖裝配示意圖六、仿真設計：桌面3，下降至最下層桌面2，實現(xiàn)直線運動桌面6，升起同時實現(xiàn)直線運動打開時的桌面（三層桌面以相同速度旋轉(zhuǎn)）閉合時的桌面螺紋桿，實現(xiàn)外圍桌面的直線運動軸套：實現(xiàn)螺紋傳遞，并保證桌面6能順利上下移動凸輪槽凸輪槽截面圖，實現(xiàn)桌面6上下移動小齒輪繞大齒輪公轉(zhuǎn)同時自轉(zhuǎn)，將桌面的旋轉(zhuǎn)運動傳給螺紋桿大齒輪固定在底座上不轉(zhuǎn)動齒輪近景圖滾子凸輪桌面三升起時系桿花鍵桌面3位于最下層時滾子固定在主軸上不動，花鍵帶動桌面3轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)中間桌面的升降七、設計及仿真中的不足：1、尺寸設計時，由于中間大齒