机械创新设计说明书
机械创新设计说明书 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020
目录一、设计任务书
§设计背景
§基本目的
§设计要求
二、设计方案及方案的对比和确定
§方案一
§方案二
§方案的对比和确定
三、设计方案分析
§机构运动说明
§机构效果简图
§机构零件规格
§机构运动简图
§运动计算分析
四、心得体会
五、参考文献
一、设计任务书
§设计背景
传统晾衣架的基本构架一般是一根竹竿固定或悬挂在屋顶板下、窗外等地方；现在大多是在天花板下焊接一根铁管作为晾衣架的挂具，人们晾衣服时，需要用一根叉子将衣服一件一件地挂在铁杆上，费时又费力，而且一旦操作不当便会将衣服掉在地上弄脏，非常不方便，并且还不能够充分地利用阳光。针对这些问题，我设计了一种实用的半自动晾衣架，来满足人们在自动升降、伸缩两方面的需求，希望能给家庭主妇们带来便利。
§基本目的
1）使学生初步了解机械设计的全过程，得到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，初步具备的机构选型、组合和确定运动方案的能力；
2）以机械系统运动方案设计为切入点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深所学的理论知识；
3）使学生掌握机械运动方案设计的内容，方法，步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念；
4）进一步提高学生运算，绘图以及运用计算机和技术资料的能力；
5）通过编写说明书，培养学生表达，归纳，总结的能力；6）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。
§设计要求
1）晾衣架能自动升降以缓解举手晾衣的麻烦；
2）晾衣架能自动伸出和缩回，既充分利用了阳光，减少事故隐患，又不影响整个小区的总体美观；
3）有足够的承载能力；
4）操作方便，节时省力。
二、设计方案及方案的对比
和确定
§方案一
图示为半自动晾衣架的侧视图
（1）机构的组成
1为楼上阳台，2是导轨，3是滑轮，4滑块，5为手动平行四边式机构，6是晾衣杆，7和8为滑轮，9是让滑块前移的绳索，10是让滑块后移的绳
索，11为机构5的拉杆。
（2）工作原理
使用者用拉杆11的突出部分插入到机构5制定的空内，再正转平行四边形机构，就会使其缓慢降下来，这样便可以轻
松把衣物挂上去；再反转拉杆11就可达到升起晾衣杆的效果；如果室外阳光充足，想把衣服挂到外面晾晒，只需拉动
绳索9即可，当碰到外部的挡板，则可锁住滑轮，使之不再向外滑动；如果想要拉回室内，拉动绳索10便可，碰到阳台内的导轨上的挡板，则可锁住滑轮。
§方案二
自动晾衣架由矩形架1（主要起到晾晒衣服的功能）；直杆2和4是连接矩形架1和杆架6的；涡轮连杆3和5，来满足矩形架1的升降、伸缩要求；杆架6和天花板相连；横杆7对涡轮—杆有支撑作用；综合箱体8和10，蜗杆9和11组成。其中8和10为连接在天花板上的箱体，里面安装有电机和减速器，通电时电机带动蜗杆9和11转动，由蜗杆带动涡轮连杆3和5摆动，从而实现矩形晾衣架1做平面运动，进而实现晾衣架的升降、伸缩等既定功能。
由于对称及美观，只标注了半边的标号§方案的对比和确定
具体方案
比较内容方案一方案二
美观程度较难看较美观
运动难易程度人工操作较多更加自动化性价比较高造价中等
效率一般，人为因素影响较
大有稳定的伸缩速度，比
较稳定
占地空间较大较小
通过比较，方案二更接近设计时的目的，实现了自动化的伸缩与升降功能，且造价合理，为家庭主妇们带来的便利更多，综合看来其市场潜力更大。
三、设计方案分析
§机构运动说明
如右图所示，晾衣架固
定在室内，当不用的时
候，晾衣架向上收入室
内，这样既不破坏小区
环境又不占用房子的内
部空间。
当晾晒衣服时，启动电动机，使晾衣架降下来，然后在矩形
晾衣杆上悬挂好衣服。如果室外天气较好，启动电动机，使晾衣架向外运动，晾衣架运动到合适的位置后关闭电动机（也有一个极限位置的挡板，晾衣架运动到此处则会停止），此时，晾衣架就伸到了
室外，这样能够充分利用阳光。如果室外下雨，则只要按下开关，让电动机反转即可。
§机构效果简图
§ 机构零件规格
§ 机构运动简图
名称 规格 数量 杆1 L=500mm D=30mm 4 杆2 L=1200m D=30mm 4 杆6 L=300mm D=30mm 4 杆12 L=2500mm
D=30mm
2 蜗杆
Z 1=1 m 1=10
d 1=80mm
2
蜗轮 Z 2=31
m 2= d 2=300mm B=50mm 2
减速器
i=10:1（传动比）
=80% 2 深沟球轴承 GBT297—1994 6004型 4 电动机 n=500r/min P=70w 2 轴承套
42/47
6
§ 运动计算分析
电动机的额定功率P 为70W ，额定转速为500 r/min ，其额定扭矩
m
N Te ?=?=34.150007.09549
电动机通过变速器将动力传递给蜗杆
m N Te i T ?=?=?=4.1334.1101
传递到蜗杆的功率为
W P P 5611==η
蜗杆通过涡轮驱动晾衣架运动，晾衣架对涡轮中心的扭矩
θsin 432=M （θ为晾衣架转动的角度，－75o ≤θ≤75o ）
所以晾衣架的角速度和角度的关系为
W
M P M P 42sin 432sin 098
.0750
750
121
2====
=?
?
?
-?
-θωωηθ
ηω
晾衣架的平均角速度为
min 13.0rad =ω
所以晾衣架要转动到预定的位置需耗时
s t 1013.03.1==
晾衣架位移和角度的关系
()θcos 12-=L S
四、心得体会
创新的作用体现在我们生活中的方方面面，大到人类文明进步、人类科学的发展、现代科学体系、技术和经济发展、综合国力，小到我们的日常生活，一个创新的点子往往能给我们带来太多的便利。
12max 1233y 2.4=0.85=3.250.53z Bx M MPa I F MPa
A
MPa
My MPa Iz
δδδδδδ====+==做出杆的弯矩图：杆3截面的正应力
对晾衣杆分析：作出晾衣杆的弯矩图：
通过这次的机械创新设计实习，我从一开始的无从下
手，经过查阅资料、咨询老师、与同学之间相互讨论等方式，对机械设计的全过程逐步地有了了解，并且能够根据机构功能的需要设计出机械来。
在这次研究性的学习中，充分发挥了我们的自学能力、
想象力和动手能力。首先是根据所选题目的设计要求，要构想出半自动晾衣架的大概机构形态，以及可能要用到的机构组合。然后，根据初步估计，对构想出的几种方案进行比较和选择。最后是将零件具体的规格数据代入计算，分析结果，看是否满足运动学要求，是否满足零件的强度要求等。
尤其是在运动的分析与计算过程中，是我们机械原理、材料力学等课程所学的理论知识的实际运用，并顺便帮我们复习了一下所学内容。
这次机械创新设计实习，给了我一个锻炼自己的机会，并将所学知识有了一个综合性的实际运用，提高了我的创新能力，开拓性思维以及独立的动手能力，真是受益匪浅。
五、参考文献
1、黄纯颖主编《机械创新设计》高等教育出版社
2、张春林主编《机械创新设计》机械工业出版社
3、李萍萍贺炜主编《机械制图与计算机绘图》机械工业出版社
4、李海萍主编《机械设计基础》苏州大学出版社
5、居毅．机械设计实验教学的创新与探讨[J]．实验室研究与探索，2002，11(3)：11-13．
6、汪超．机械创新设计实验教学改革的探讨[J]．装备制造技术，2008(8)：179-180.
7、宋志强．关于机械创新设计实例与实践的研究[J]．呼沦贝尔学院学报，2008,16（1）：96-99.
8、机械设计手册
9、百度文库等