家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì)

家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì),家用,多功能,推車(chē),梯子,設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題題 目：目： 家用家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì)多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì) 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 2010962915 2010962915 姓姓 名：名： 蔣遵亮蔣遵亮 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng)姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng) 完成日期：完成日期： 20142014 年年 5 5 月月 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2010962915 姓名： 蔣遵亮 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng) 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)家用多功能推車(chē)梯子,主要功能是推車(chē)、梯子、凳子、桌子。其中下面幾點(diǎn)要重點(diǎn)注意： 1.梯子必須瞞住強(qiáng)度要求支點(diǎn)應(yīng)能承受 300kg 的垂直重量。 2.各功能之間的相互轉(zhuǎn)化，互相影響。 3.做梯子時(shí)的安全問(wèn)題。 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題 1.梯子各部分的強(qiáng)度計(jì)算。 2.各功能的轉(zhuǎn)換怎么實(shí)現(xiàn)。 3.對(duì)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì) 4.材料的選擇 三、進(jìn)度安排 序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間 1 查閱資料、調(diào)研 12 周 2 任務(wù)書(shū) 34 周 3 方案，結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì) 56 周 4 總裝配圖，零部件圖的繪制 710 周 5 寫(xiě)出初稿 1112 周 6 修改，寫(xiě)出正式稿 13 周 7 答辯 14 周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第一卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 2、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第二卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 3、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第三卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 4、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第五卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 5、孫恒，陳作模，葛文杰機(jī)械原理 （M）高等教育出版社，2006.5 6、濮良貴，紀(jì)明剛機(jī)械設(shè)計(jì) （第八版） （M）高等教育出版社，2006.5 7、吳宗澤，羅圣國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) （M）高等教育出版社，2006.5 8、周良得，朱泗芳現(xiàn)代工程圖學(xué) （M）湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000.9 9、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室理論力學(xué)（I） （第 7 版） （M）高等 教育出版社，2009.7 10、劉鴻文， 材料力學(xué) I （第 5 版） （M）高等教育出版社，2011.5 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表 學(xué)號(hào) 2010962915 姓名 蔣遵亮 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。 綜 合 評(píng) 價(jià) 本設(shè)計(jì)選題綜合性較強(qiáng)， 符合機(jī)械專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和要求； 題目難度適中，與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密。該生具有較強(qiáng)的查閱文獻(xiàn)和綜合歸納資料的能力，綜合應(yīng)用本科所學(xué)知識(shí)能力較強(qiáng)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力較好，英文水平及應(yīng)用不錯(cuò)。 論文立論正確，論述比較充分，整體結(jié)構(gòu)尚可；設(shè)計(jì)與計(jì)算科學(xué)，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，圖紙完備，引文規(guī)范。論文文字通順，該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同意參加答辯。 評(píng)閱人： 2014 年 月 日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn) 學(xué)號(hào)： 2010962915 姓名： 蔣遵亮 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 33 頁(yè) 圖 表 10 張 論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要： 家用多功能推車(chē)梯子是一個(gè)集推車(chē)、梯子、桌子于一體的裝置，其主要 關(guān)節(jié)， 杠桿等。 多功能主要是為了節(jié)約家庭空間， 增加產(chǎn)品的可用性。 達(dá)到節(jié)約成本， 節(jié)約空間的作用 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是油漆噴涂機(jī)送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括： 1、梯子的整體外形和尺寸設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，并對(duì)比各種方案，選擇最優(yōu)方案 3、材料的選用。4、梯子的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的意義在于通過(guò)對(duì)幾組方案的觀察，和其結(jié)構(gòu)功能的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出新的具 有多功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能應(yīng)用，以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。并培養(yǎng)個(gè)人思考問(wèn) 題解決問(wèn)題，力求創(chuàng)新的能力。也對(duì)大學(xué)四年里學(xué)的理論知識(shí)的一個(gè)實(shí)踐檢驗(yàn)。提高 自己實(shí)踐能力。并且通過(guò)幾種不同的方案進(jìn)行對(duì)比選擇，最后選擇出最優(yōu)的方案， 再對(duì)其進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。尺寸的設(shè)計(jì)之外，強(qiáng)度和硬度的性能也是需要關(guān)注的問(wèn)題。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該生在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出基礎(chǔ)知識(shí)較扎實(shí)、獨(dú)立工作能力較強(qiáng)。計(jì)算機(jī)操作熟練。勞動(dòng)紀(jì)律性強(qiáng)，工作較認(rèn)真。能如期完成設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)方案正確，圖面質(zhì)量較好，結(jié)構(gòu)合理。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)認(rèn)較真，具有一定的專(zhuān)業(yè)英文文獻(xiàn)閱讀與翻譯能力。同意其參加答辯。 建議成績(jī)?cè)u(píng)定為： 指導(dǎo)教師： 2014 年 5 月 日 答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ) 該生對(duì)論文陳述條理不夠清楚，內(nèi)容不夠悉，基本概念及理論知識(shí)模糊，回答問(wèn)題欠準(zhǔn)確。 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績(jī)?cè)u(píng)定為 答辯小組組長(zhǎng)： 2014 年 5 月 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn) 經(jīng)答辯委員會(huì)討論，同意該畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定為 。 答辯委員會(huì)主任： 2014 年 5 月 日 目目 錄錄 摘要 . 1 ABSTRACT. . 2 1 緒論 . 3 1.1 研究背景 . 3 1.2 研究目的及意義 . 3 1.3 設(shè)計(jì)理念 . 3 1.4 前期準(zhǔn)備 . 4 2 前期總體結(jié)構(gòu)分析 . 5 2.1 多功能產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題 . 5 2.2 多功能產(chǎn)品使用過(guò)程中功能之間相互影響 . 5 2.2.1 多功能造成的成本浪費(fèi) . 5 2.2.2 多功能造成的功能浪費(fèi) . 6 2.3 產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)方法 . 6 2.3.1 設(shè)計(jì)思維 . 6 2.3.2 功能規(guī)劃 . 6 2.3.3 操作方法 . 6 2.3.4 材料選擇 . 6 2.3.5 操作方法 . 6 2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設(shè)計(jì) . 6 2.4 梯子材料的選擇 . 7 3 各部分的設(shè)計(jì) . 9 3.1 各個(gè)零件的尺寸參數(shù)結(jié)構(gòu) . 9 3.1.1 桿身 1 . 9 3.1.2 桿件 2 . 9 3.1.3 臺(tái)階 . 10 3.1.4 梯子關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì) . 10 3.1.4.1 棘輪的參數(shù) . 11 3.1.4.2 棘爪的參數(shù) . 11 3.1.4.3 關(guān)節(jié)輪裝配圖尺寸 . 11 3.1.5 支座的設(shè)計(jì) . 12 3.1.5.1 支座 1. . 12 3.2 梯子部分的設(shè)計(jì) . 13 3.2.1 人字梯的設(shè)計(jì) . 13 3.2.2 直梯的設(shè)計(jì) . 14 3.3 推車(chē)部分的設(shè)計(jì) . 14 3.3.1 手推車(chē)的結(jié)構(gòu) . 14 3.3.2 萬(wàn)向輪的設(shè)計(jì) . 15 3.4 桌子部分的設(shè)計(jì) . 18 4 各形態(tài)的受力分析 . 19 4.1 梯子時(shí)的受力分析 . 19 結(jié)論 . 20 致謝 . 21 參考資料 . 22 附錄：譯文及原文 . 23 1 摘摘 要要 這次設(shè)計(jì)的是一款家用多功能推車(chē)梯子,其主要功能有人字梯、 直梯、 手推車(chē)、 桌子、凳子、平板車(chē)。這些功能都是人們?cè)谏钪薪?jīng)常使用的。這次設(shè)計(jì)主要以安全性、人性化、實(shí)用性為主在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，通過(guò)對(duì)材料和力學(xué)分析力求達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)將會(huì)使用 3D 建模，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、各部分的連接形象的展現(xiàn)在人們的眼中。也能讓人們對(duì)這款產(chǎn)品的價(jià)值有更深的了解。安全性是這款產(chǎn)品一直強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，同時(shí)實(shí)用性也是我們一直注意的。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：梯子 多功能 家用 設(shè)計(jì) 2 Abstract This design is a household multifunctional cart ladder, its main function has the ladder, ladder, carts, tables, stools, flat car. These functions are often used in life. This design mainly safety, humanized, practical give priority to optimize the innovation in the original basis, through the analysis of materials and mechanics to achieve optimal design. This design will use the 3D modeling, the connecting image product structure, each part of the show in the eyes of the people. Can also make people have a deeper understanding of the value of the product. Safety is the focus of this product has been emphasized, while the utility is also our attention. Key Words: Multifunctional Household Design 3 1 1 緒緒 論論 1.11.1 研究背景研究背景 現(xiàn)在，隨著城市化越來(lái)越嚴(yán)重，家庭的空間越來(lái)小，需要用的東西卻越來(lái)越多，一些必須要有但是不常用的東西及浪費(fèi)的金錢(qián)，還占用空間，所以單一的產(chǎn)品已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的要求了。 因此，多功能已經(jīng)成為現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢(shì)，它在市場(chǎng)上的占有率日漸上升，也是人們購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品是考慮的一個(gè)重要因素。 然而，現(xiàn)在市面上那些多功能產(chǎn)品一個(gè)勁的最求產(chǎn)品的多功能而忘記了產(chǎn)品最基礎(chǔ)的功能，忽略了產(chǎn)品的實(shí)用性和人性化，讓人們覺(jué)得用起來(lái)并不那么舒暢。造成功能上的浪費(fèi)。 作為最基礎(chǔ)的梯子，只有 1%的時(shí)間在用，還有 99%的時(shí)間都在閑置。但是它在家庭中卻必不可缺。因此，在不用的時(shí)候怎么用是我們這次設(shè)計(jì)的主要目的，在一個(gè)家庭中，桌子，凳子是必不可缺的，也用不嫌多的。而推車(chē)、鏟車(chē)也是日常生活中不可或缺的工具。 1.2 1.2 研究目的及意義研究目的及意義 設(shè)計(jì)目的：這次設(shè)計(jì)綜合了常見(jiàn)的幾款梯子，通過(guò)觀察其結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出集梯子、推車(chē)、鏟車(chē)、桌子、凳子為一體的多功能梯子。達(dá)到節(jié)約成本，節(jié)省空間的作用。 本設(shè)計(jì)的意義在于：通過(guò)對(duì)幾組方案的觀察，和其結(jié)構(gòu)功能的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出新的具有多功能的產(chǎn)品， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能應(yīng)用， 以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 并培養(yǎng)個(gè)人思考問(wèn)題，解決問(wèn)題，力求創(chuàng)新的能力。也對(duì)大學(xué)四年里學(xué)的理論知識(shí)的一個(gè)實(shí)踐檢驗(yàn)。提高了自己實(shí)踐能力的同時(shí)，也豐富了我對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知。為以后的工作奠定一定的基礎(chǔ)。 1.3 1.3 設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)理念 根據(jù)設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)意義，以安全性為重點(diǎn)，實(shí)用性為目標(biāo)，以創(chuàng)新為源泉,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中既要考慮到產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題,也要考慮各功能之間的轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào).盡量避免各個(gè)功能之間的影響,盡量用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能的使用。 做到以最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，得到功能的最大化。堅(jiān)持實(shí)用與人性化并重，做出最讓民眾喜歡喝樂(lè)于接受的商品。 4 1.41.4 前期準(zhǔn)備前期準(zhǔn)備 在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的前期，我查閱了許多的相關(guān)書(shū)籍，更加深入的了解多功能梯設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，了解了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，參考了市面上大部分梯子的結(jié)構(gòu)資料，綜合了所有的梯子的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)之前，參考了關(guān)于產(chǎn)品的多功能設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)等資料，為設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)方向進(jìn)行了定位：在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，先將各種功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，進(jìn)行總體的分析。 為了將各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題更好的提出和解決，將設(shè)計(jì)預(yù)分為了前期設(shè)計(jì)和具體設(shè)計(jì)兩部分。 前期設(shè)計(jì)部分，是根據(jù)設(shè)計(jì)的總體理念提出問(wèn)題，并通過(guò)查閱資料等方式嘗試解決問(wèn)題和進(jìn)行思路上的總體方向設(shè)計(jì)。 具體設(shè)計(jì)部分，是在前期設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上按照各個(gè)功能和步驟進(jìn)行的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，并且在設(shè)計(jì)中不斷發(fā)現(xiàn)和解決新的問(wèn)題，力求將設(shè)計(jì)做到完美。 5 2 2 前期總體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)前期總體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 2.12.1 多功能產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題多功能產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題 我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析： 2.1.1 多功能產(chǎn)品使用過(guò)程中，功能之間相互影響 人們?cè)谑褂枚喙δ墚a(chǎn)品的時(shí)候，定義在任何特定任務(wù)中，都只用到一種功能，而在使用這種功能的時(shí)候，其他的功能處于閑置狀態(tài)，而且會(huì)在一定程度上影響正常功能的使用，因此會(huì)形成一定的不便。 2.1.2 多功能造成的成本浪費(fèi) 多功能產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)多功能的時(shí)候，勢(shì)必要考慮功能之間的整合，以及相對(duì)位置關(guān)系，使用中的相互影響作用，因此就會(huì)無(wú)形中增加了造型的成本。 2.1.3 多功能造成的功能浪費(fèi) 產(chǎn)品都是針對(duì)特定消費(fèi)者進(jìn)行設(shè)計(jì)的，對(duì)于產(chǎn)品的功能，同樣需要根據(jù)具體消費(fèi)者的特點(diǎn)進(jìn)行考慮，如果產(chǎn)品的同事也購(gòu)買(mǎi)到這個(gè)產(chǎn)品的其他附屬功能，而當(dāng)他們不需要這些功能的時(shí)候，就造成了產(chǎn)品的浪費(fèi)。 在之后的設(shè)計(jì)中，一定要注意并避免以上 3 點(diǎn)。 2.22.2 產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)方法產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)方法 人性化設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品在滿(mǎn)足基本的物質(zhì)性功能以外，還要更多地關(guān)注產(chǎn)品的綜合社會(huì)價(jià)值， 關(guān)注人的精神和情感需求的滿(mǎn)足， 在操作上產(chǎn)品與人的關(guān)系應(yīng)該更加友好，對(duì)產(chǎn)品的使用與擁有能給人帶來(lái)過(guò)程的預(yù)約和精神上的享受。這就要求設(shè)計(jì)師在對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行針對(duì)性研究的基礎(chǔ)上，還必須將目光放大對(duì)產(chǎn)品被使用過(guò)程中的情景和狀態(tài)進(jìn)行研究，并且就產(chǎn)品與使用者的非物質(zhì)性關(guān)聯(lián)因素也要進(jìn)行考究與推敲，對(duì)產(chǎn)品在物質(zhì)與精神層面進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。所以，產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)的方法除了圍繞功能、造型、材料和安全等大要素而展開(kāi)的功能規(guī)劃的人性化設(shè)計(jì)、造型語(yǔ)意的人性化設(shè)計(jì)、材料選擇的人性化設(shè)計(jì)和色彩運(yùn)用的人性化設(shè)計(jì)，還應(yīng)該包括：設(shè)計(jì)思維的人性化設(shè)計(jì)與操作界面的人性化設(shè)計(jì)個(gè)方案。 2.2.1 設(shè)計(jì)思維 設(shè)計(jì)思維人性化的一個(gè)重要的方面是不能忽視對(duì)人類(lèi)自身的關(guān)懷。在環(huán)保意識(shí)越來(lái)越增強(qiáng)的今天，設(shè)計(jì)師應(yīng)該增強(qiáng)自己的環(huán)保意識(shí)，要以盡可能小的資源代價(jià)，獲取最大的使用價(jià)值。 利用綠色的設(shè)計(jì)的理念來(lái)指導(dǎo)是我們的設(shè)計(jì)，為人類(lèi)的生存和未來(lái)承當(dāng)起最基本 6 的責(zé)任和和直接的義務(wù)。設(shè)計(jì)思維的人性化也強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)師與消費(fèi)者雙方的溝通、聯(lián)系和交流，深度挖掘超越產(chǎn)品基本功能以外，能夠滿(mǎn)足各種不同消費(fèi)群體更為深沉次的心里與精神的需要，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與人更加和諧的關(guān)系。 除了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的人性化，給產(chǎn)品一個(gè)恰到好處的命名，往往會(huì)成為設(shè)計(jì)人性化的“點(diǎn)睛”之筆。 2.2.2 功能規(guī)劃 在這里定義的產(chǎn)品功能規(guī)劃是指預(yù)測(cè)產(chǎn)品的發(fā)展并協(xié)調(diào)各種新舊功能以適應(yīng)其發(fā)展的過(guò)程，當(dāng)然在此過(guò)程中要綜合考慮社會(huì)的需求、科技因素、價(jià)格因素、使用因素等等問(wèn)題。歸根到底功能是為用戶(hù)服務(wù)的，功能的增加必須要增加用戶(hù)的使用方便性，假設(shè)不能達(dá)到，那就證明這個(gè)功能是多余的無(wú)用的功能，這就體現(xiàn)了功能規(guī)劃的人性化因素。 2.2.3 造型語(yǔ)意 通過(guò)設(shè)計(jì)的造型的語(yǔ)意，引發(fā)人的情感體驗(yàn)和心理感受，是人性化設(shè)計(jì)的重要方法之一。人們對(duì)產(chǎn)品的第一印象就是通過(guò)造型來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)中的造型要素是人們對(duì)設(shè)計(jì)師關(guān)注的一方面。而所有的功能、使用方式最終頁(yè)必須通過(guò)造型而得以明確與實(shí)現(xiàn)。 2.2.4 材料選擇 材料的人性化設(shè)計(jì)包括：選用綠色材料使產(chǎn)品具備人性化特征；發(fā)揮材料的表面肌理特征體現(xiàn)人性化；從文化與審美層面選擇材料體現(xiàn)人性化；從安全的角度選擇材料體現(xiàn)人性化；從環(huán)境適應(yīng)性角度選擇材料體現(xiàn)人性化。 2.2.5 操作方法 操作界面的人性化實(shí)際上也屬于功能規(guī)劃的人性化中間的一部分，但是它非常重要， “強(qiáng)調(diào)一切為人所使用，都必須適合于人” ，確立了“以人為本”的造物原則，從此人類(lèi)的產(chǎn)品創(chuàng)造步入人性化設(shè)計(jì)的時(shí)代。在界面設(shè)計(jì)中不光功能的規(guī)劃很重要，還要從易于識(shí)別、易于使用的角度對(duì)產(chǎn)品的人機(jī)關(guān)系進(jìn)行全面的思考與審視，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的人性化。 2.3 2.3 梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設(shè)計(jì)梯子形態(tài)下的人體舒適度及安全總體分析設(shè)計(jì) 由于梯子部分是核心結(jié)構(gòu)，所以本設(shè)計(jì)首先從梯子的設(shè)計(jì)入手。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)需要充分體現(xiàn)以人為本的實(shí)用性特點(diǎn)，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本身需要涉及到在具體使用過(guò)程中的人體舒適度，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行梯子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)設(shè)計(jì)： 研制機(jī)器和工具的各種技術(shù)措施都不完善，除非能適應(yīng)人的因素，包括人體尺寸，常規(guī)的人體姿勢(shì)、動(dòng)作和行為。因此符合人機(jī)工程的要求是安全工作場(chǎng)所的首要條件。 行為研究是必要的，特別對(duì)那些幾乎是無(wú)意識(shí)的習(xí)慣動(dòng)作的研究。多動(dòng)因子 7 的動(dòng)作和作業(yè)的實(shí)驗(yàn)，有助于對(duì)工作場(chǎng)所或某種器具的各個(gè)組成部分進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化。為此， 進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)， 研究標(biāo)準(zhǔn)輕便直梯放置角度不同對(duì)攀登上下梯子動(dòng)作的影響。 試驗(yàn)的主要目的是：研究安全的爬梯子的常規(guī)動(dòng)作，確定適合于人體度量和生物力學(xué)因素的條件，如身體尺寸、動(dòng)作和各種力學(xué)。這些條件應(yīng)保證人以自然動(dòng)作爬梯子是發(fā)生事故的危險(xiǎn)性減至最小。 2.4 梯子桿材料的選用 作梯子，首先需要考慮梯子可以承載人體的重量，即梯子的材料以及尺寸選擇。經(jīng)過(guò)查詢(xún)和對(duì)比，梯子的材料選擇鋁合金。鋁合金在現(xiàn)代機(jī)械制造中的應(yīng)用占有很多大的比例，是制作此類(lèi)產(chǎn)品的最佳選擇。一下是目前市場(chǎng)常用鋁合金材料的一些相關(guān)信息： 表 2.4-1 鋁合金的分類(lèi)與性能 8 表 2.4-2 鋁及鋁合金管材的品種和規(guī)格范圍 根據(jù)這些信息，在本設(shè)計(jì)中，鋁合金材料我選擇鋁合金 6061:。選擇理由是這種材料具有中等強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、可焊接，氧氣效果好。很常用，各項(xiàng)性能優(yōu)越。管材我選厚壁矩形管。選擇理由是其性能指標(biāo)剛好適合本設(shè)計(jì)使用。 9 3 3 各部分的設(shè)計(jì)各部分的設(shè)計(jì) 3.13.1 各個(gè)零件的尺寸參數(shù)結(jié)構(gòu)各個(gè)零件的尺寸參數(shù)結(jié)構(gòu) 3.1.1 桿身 1 圖 3.1.1-1 桿身 1 如圖所示，桿身長(zhǎng) 60mm，寬 20mm，高 760mm，薄壁厚 1.35mm。在距離桿角295mm,615mm 處分別有一對(duì)內(nèi)側(cè)孔， 尺寸為 30*30mm.是用來(lái)安裝臺(tái)階的。 距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個(gè)對(duì)稱(chēng)的等邊三角的8 的孔，是用來(lái)固定關(guān)節(jié)的。 3.1.2 桿件 2 圖 3.1.2-2 桿身 2 10 如圖所示， 桿身長(zhǎng) 60mm， 寬 20mm， 高 600mm,薄壁厚 1.35mm。 在距離桿腳 85mm，405mm 處分別有一對(duì)內(nèi)側(cè)方孔，尺寸為 30*30mm.是用來(lái)安裝臺(tái)階的。距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個(gè)對(duì)稱(chēng)的等邊三角的8 的孔，是用來(lái)固定關(guān)節(jié)的。 3.1.3 臺(tái)階 圖 3.1.3-1 臺(tái)階 如圖所示，桿身的長(zhǎng)寬高是 30*30*50mm，薄壁厚為 1.35mm。距離兩桿腳、20mm,50mm,處打三個(gè)對(duì)稱(chēng)的等邊三角的8 的孔，是用來(lái)固定臺(tái)階和桿身增加安全性的。 3.1.4 梯子關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì) 3.1.4.1 棘輪的參數(shù)。 如圖所示，齒數(shù) 16，直徑60 ，壓力角 20。齒厚 10mm，模數(shù) 3.75。中間是一個(gè)10 的孔。 11 圖 3.1.4.1-1 棘輪 3.1.4.2 棘爪的參數(shù) 3.1.4.2-1 棘爪 如上圖所示，用10 的孔固定在軸上，上方的爪固定固定齒的走向。詳細(xì)尺寸見(jiàn)零件圖 3.1.4.3 關(guān)節(jié)輪裝配圖尺寸 3.1.4.3-1 關(guān)節(jié) 裝配方式如圖所示，此外殼是沖壓件，外圓直徑為 60mm。下面的薄壁尺寸是57*17.3mm。 12 3.1.5 支座的設(shè)計(jì) 3.1.5-1 支座 如圖所示，吃裝配圖尺寸是 57.3118mm. 3.1.5.1 支座 1 3.1.5.1-1 支座 1 厚度為 10mm 13 3.23.2 梯子部分的設(shè)計(jì)梯子部分的設(shè)計(jì) 3.2.1 人字梯的設(shè)計(jì) 3.2.1-1 人梯子 梯子總高是 1300mm,寬是 510mm. 14 3.2.2 直梯的設(shè)計(jì) 3.2.2-1 直梯 直梯總長(zhǎng)度為 2800mm,寬為 510mm。 3.3 3.3 推車(chē)部分的設(shè)計(jì)推車(chē)部分的設(shè)計(jì) 3.3.1 手推車(chē)的結(jié)構(gòu) 3.3.1-1 手推車(chē) 如圖所示，在梯子的第二節(jié)和第三節(jié)下方裝上可收起來(lái)的萬(wàn)向輪，在把第一節(jié)通過(guò)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)到主體的上面。這樣就可以實(shí)現(xiàn)手推車(chē)的功能。載物臺(tái)的長(zhǎng)和寬分別是1200mm、510mm。 15 3.3.2 萬(wàn)向輪的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)在鏟車(chē)形態(tài)下， 由于是前輪輪后輪同事著地， 所以， 在運(yùn)行中存在轉(zhuǎn)向問(wèn)題。因此前輪后輪將設(shè)計(jì)為帶轉(zhuǎn)向的腳輪。如下圖所示： 圖 3.3.2-1 普通萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu) 在手推車(chē)形態(tài)下，當(dāng)?？吭趲в衅露鹊牡缆飞蠒r(shí)，若無(wú)人看管，很容易自動(dòng)滑行。為了避免這種情況，后輪腳輪將加入手動(dòng)鎖輪功能。常用鎖輪結(jié)構(gòu)有兩種，如下圖 圖 3.3.2-2 自鎖腳輪 1 16 圖 3.3.2-3 自鎖腳輪 2 綜合考慮上述兩種功能，后輪腳輪江北實(shí)際為帶有轉(zhuǎn)向和手動(dòng)鎖輪功能，如下圖所示 17 圖 3.3.2-4 自鎖萬(wàn)向輪 以圖 為例，這種模型不但具有萬(wàn)向輪功能，而且在輪軸上帶有一個(gè)手動(dòng)柄的鎖輪功能，動(dòng)手動(dòng)柄處于圖 位置是，輪子可以正常旋轉(zhuǎn)：如果轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)柄，將手動(dòng)柄上兩個(gè)凸起旋轉(zhuǎn)到輪子兩邊的金屬框上，由于凸起的擠壓作用，使得金屬輪框發(fā)生形變，從而擠壓到輪子，是金屬輪框與輪子之間產(chǎn)生較大摩擦，實(shí)現(xiàn)鎖輪功能。另外，萬(wàn)向輪用合葉固定在梯子上面，當(dāng)不用的時(shí)候，它可以通過(guò)合葉靠在梯子的內(nèi)側(cè)。方便收納和美觀。 18 3.4 3.4 桌子部分的設(shè)計(jì)桌子部分的設(shè)計(jì) 圖 3.4-1 桌子 如圖所示， 加上長(zhǎng)為 1300mm， 寬為 470mm， 厚為 15mm 的塑料板， 就可以當(dāng)桌子用了，這個(gè)是另外選購(gòu)的。吃桌子高 760mm。符合國(guó)家規(guī)定的高度要求。 3.4 四種形態(tài)的實(shí)現(xiàn) 3.4.1 直梯形態(tài) 將梯子的三個(gè)關(guān)節(jié)開(kāi)關(guān)全部打開(kāi)，然后張開(kāi)關(guān)節(jié)，當(dāng)關(guān)節(jié)成 180 度是，就是直梯的形態(tài)。 3.4.2 人字梯形態(tài)： 將上半部分梯子往下折，當(dāng)?shù)酪欢ń嵌鹊臅r(shí)候，就成人字梯 3.4.3 將第二個(gè)關(guān)節(jié)打直，第一個(gè)和第三個(gè)關(guān)節(jié)呈 90 度，然后再加上板子，桌子的部分就完成了。 3.4.4 將左邊的第一節(jié)梯子轉(zhuǎn)到 0 度放在第二節(jié)梯子的上面。然后將右端的適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。再把貼在桿上面的萬(wàn)向輪通過(guò)合葉拉出來(lái)，放在地上。就是推車(chē)了。 19 第第 4 4 章章 各形態(tài)的受力分析各形態(tài)的受力分析 4.1 4.1 梯子時(shí)的受力分析梯子時(shí)的受力分析 在直梯子的形態(tài)下，1500N 物品放置于梯子中間，梯子與墻成 30 度角，桿長(zhǎng) 2800，現(xiàn)計(jì)算彎曲應(yīng)力： M (Fa/l) (1500600)/1300 W 從上面計(jì)算可以看出， 在這種狀態(tài)下， 此梯子的承受能力達(dá)到要求。 而從結(jié)構(gòu)來(lái)看，不輪人字梯，還是桌子的承受能力都要大于直梯時(shí)的力。因此，本產(chǎn)品的承受能力達(dá)到要求 。 20 結(jié)結(jié) 論論 畢業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總的檢驗(yàn)和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉，相比以前的幾次課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)實(shí)際對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的涉及面更加廣泛，是知識(shí)與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。做好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)具有很重要的意義。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)日常生活的一種多功能用品多功能推車(chē)梯子。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)多功能推車(chē)梯子做了簡(jiǎn)單介紹。多功能推車(chē)梯子的設(shè)計(jì)師為了解決目前人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)于搬運(yùn)貨物中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。而桌子、凳子可以在平時(shí)不用的時(shí)候， 可以節(jié)約空間， 在房間里既可以當(dāng)寫(xiě)字臺(tái)用， 也可以放在電視機(jī)旁邊當(dāng)?shù)首幼?，肯定?huì)用的上的。 再設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了很多前所未有的問(wèn)題，提高了自己獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多新的知識(shí)，熟悉了 solidworks、AutoCAD 等設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，對(duì)利用軟件進(jìn)行機(jī)械圖樣的設(shè)計(jì)的方式基本掌握。提高了自身技術(shù)水平，運(yùn)算能力及運(yùn)用計(jì)算機(jī)識(shí)圖、制圖和查閱手冊(cè)，使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和信息資源。在設(shè)計(jì)前，采納了關(guān)于人性化設(shè)計(jì)等方面的建議，對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)用性方面有很大的幫助，讓我確定了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、功能多樣化、以人為本的設(shè)計(jì)理念，這對(duì)我今后的設(shè)計(jì)有很大的幫助。 21 致致 謝謝 本論文是在指導(dǎo)老師姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，多次經(jīng)姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng)老師的耐心指導(dǎo)和幫助，并一次次地給我講解，使我的設(shè)計(jì)思路明確、豁然開(kāi)朗，同時(shí)指出設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題而深入淺出地給我解答。老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律已、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)，掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多道理。在此謹(jǐn)向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，還離不開(kāi)各位同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助，在此向羅意明等同學(xué)表示深深的感謝！ 由于經(jīng)驗(yàn)和水平都是極大的制約因素，所以在設(shè)計(jì)中難免有諸多錯(cuò)誤和不足之處，望能得到各位老師和同學(xué)的指點(diǎn)和幫助，提出寶貴意見(jiàn)，給予批評(píng)指正！ 22 參考資料 1、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第一卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 2、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第二卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 3、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第三卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 4、成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第三版第五卷） （M）化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 5、孫恒，陳作模，葛文杰機(jī)械原理 （M）高等教育出版社，2006.5 6、濮良貴，紀(jì)明剛機(jī)械設(shè)計(jì) （第八版） （M）高等教育出版社，2006.5 7、吳宗澤，羅圣國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) （M）高等教育出版社，2006.5 8、周良得，朱泗芳現(xiàn)代工程圖學(xué) （M）湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000.9 9、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室理論力學(xué)（I） （第 7 版） （M）高等 教育出版社，2009.7 10、劉鴻文， 材料力學(xué) I （第 5 版） （M）高等教育出版社，2011.5 23 附錄：譯文及原文 礦山裝載機(jī)動(dòng)臂開(kāi)裂的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析 E. Rusiski，J. Czmochowski，P. Moczko 弗羅茨瓦夫理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)和操作研究院，Lukasiewicza 6/7 51-370 弗羅茨瓦夫，波蘭 通訊作者郵件地址：eugeniusz.rusinskipwr.wroc.pl 收錄時(shí)間 15.03.2006，接受修訂的時(shí)間為 2006 年 4 月 30 日。 分析和建模 摘要： 目的：本文的主要目的是考論挖機(jī)在井下工作設(shè)計(jì)的問(wèn)題與研究地下礦機(jī)在工作時(shí)的開(kāi)裂原因 設(shè)計(jì)/方法/方式：主要采用了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法。采用有限元法用于數(shù)值模擬。對(duì)材料的評(píng)價(jià)運(yùn)用了斷口微觀評(píng)價(jià)，化學(xué)分析，硬度實(shí)驗(yàn)的方法。其實(shí)現(xiàn)的方法是通過(guò)破解裝載機(jī)動(dòng)臂，標(biāo)本材料的評(píng)價(jià)和兩者共同對(duì)比的結(jié)果的數(shù)值模擬分析得出。結(jié)果是主要通過(guò)數(shù)值實(shí)驗(yàn)、離散起重臂和預(yù)定義邊界條件的模型來(lái)確定的。對(duì)于起重臂的有限元分析對(duì)應(yīng)力分布的極端負(fù)載條件提供了信息。這項(xiàng)研究包括采用顯微鏡做宏觀和斷口檢查，起重臂材料的硬度試驗(yàn)。然后從兩種方法得出結(jié)論。 調(diào)查結(jié)果：發(fā)現(xiàn)地下銅礦用裝載機(jī)起重臂損壞的原因。 實(shí)踐意義：本研究為理論設(shè)計(jì)和制造工藝之間的過(guò)程中，在設(shè)計(jì)到對(duì)象的過(guò)程提供了廣泛的觀點(diǎn)方法。 獨(dú)創(chuàng)性/價(jià)值：本文用評(píng)估和測(cè)試結(jié)果的信息，解釋說(shuō)明的動(dòng)臂斷裂的原因的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析顯示設(shè)計(jì)和機(jī)器的制造過(guò)程的關(guān)系。這可以為設(shè)計(jì)師和研究員在調(diào)查過(guò)程或如何防止同類(lèi)機(jī)器的故障時(shí)提供有力的幫助。 關(guān)鍵字：CAD/CAM;材料；金屬學(xué)； 介紹 地下采礦機(jī)械包括以下：井架，屋頂，抽苔機(jī)，裝載機(jī)，運(yùn)輸車(chē)輛以及其它一般用于礦石開(kāi)采，裝載和運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備（即最為基本挖掘任務(wù)的設(shè)備）1。在生產(chǎn)實(shí)踐中探索與試驗(yàn)證明地下工作的設(shè)備以及作為其子組件的要求與地表運(yùn)行的機(jī)器不同。通常情況下開(kāi)采條件更為苛刻。由于他們的特點(diǎn)的使用過(guò)程，他們所受到差的工作條件，和多變的操作條件，同時(shí)經(jīng)常受到載荷沖擊。 （圖 1） 圖 1 自走式屋頂翻錄車(chē)在地下礦井期間的工作。 礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)需要使用快速構(gòu)造函數(shù)，準(zhǔn)確的計(jì)算方法。此設(shè)計(jì)還應(yīng)該有可靠的結(jié)構(gòu)，能承受要求的負(fù)荷，同時(shí)還應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性2。利用現(xiàn)代集成的 CAD / FEM 系統(tǒng)的方式可以實(shí)現(xiàn)此要求。在設(shè)計(jì)目標(biāo)和取得負(fù)載運(yùn)行條件的過(guò)程中也可以采用其他的方法3,4。盡管現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已被使用，但我們我們?nèi)匀挥^察到機(jī)器的承載元件的損壞。其原因包括以下： 1、 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤-缺乏精確的計(jì)算方法（采用舊的設(shè)計(jì)） ，設(shè)計(jì)師忽略了一些因素，犯負(fù)載低估的簡(jiǎn)單錯(cuò)誤，如多余應(yīng)力，平均應(yīng)力，類(lèi)似的影響。在一些時(shí)候可以徹底改變結(jié)構(gòu)的工作壓力。這種情況中觀察到的焊接，鍛造，鑄造件結(jié)構(gòu)。 2、 技術(shù)錯(cuò)誤-在設(shè)計(jì)或制造階段：不正確的技術(shù)，錯(cuò)誤的配合連接，焊接不良 差質(zhì)量的焊接技術(shù)，材料缺陷如不正確的鋼種，材料在張拉層壓的連接。 24 3、 開(kāi)采錯(cuò)誤-開(kāi)采過(guò)程中過(guò)載所造成的或不可預(yù)知的環(huán)境下出現(xiàn)的機(jī)械故障。 通過(guò)精確的分析可以更好的了解開(kāi)采過(guò)程中損壞故障的情況與原因，從而改善未來(lái)設(shè)計(jì)的對(duì)象。 在廣大的地下操作機(jī)器中，我們著重考慮裝載機(jī)。這種類(lèi)型的機(jī)器常見(jiàn)的故障是鏟斗和切割刀片損壞。還有就是構(gòu)架和載臂相關(guān)的損壞。在地下采銅礦機(jī)械中，起重臂常常受到損壞，圖 2 所示。里面包括起重臂的截面斷裂，導(dǎo)致完全從機(jī)器的前部與余部分的懸臂的分離。此故障常發(fā)生在鏟斗的過(guò)載運(yùn)行。 圖 2 損壞的載鏟 在本設(shè)計(jì)中為了以確定的吊桿損傷，判斷其原因，采用 CAD / FEM 對(duì)起重臂的數(shù)值應(yīng)力進(jìn)行評(píng)估。此外，還進(jìn)行詳細(xì)的材料分析，以檢查可能的物質(zhì)和技術(shù)故障，這也可能是 造成這種損傷的原因。 數(shù)值試驗(yàn) 起重臂的幾何模型是用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)離散模型。采用有限元法 6，7 和 8 進(jìn)行數(shù)字假設(shè)： 1、使用shell元素的鈑金建模 2、使用連接器，執(zhí)行器，車(chē)軸和螺栓/引腳建模修改橫梁的元素， 3、使用 RBE3 類(lèi)型的元素承載節(jié)點(diǎn)建模 4、鏟斗模型采用硬類(lèi)型元素 起重臂的數(shù)字建模如圖 3 所示。 25 圖 3 起重機(jī)的吊臂的離散模型 根據(jù)裝載機(jī)的技術(shù)參數(shù)的分析設(shè)定了起重臂的四個(gè)位置。其中一個(gè)假設(shè)如圖 4 所示。采用了 18種方法進(jìn)行分析。每個(gè)這些假定的鏟斗的一個(gè)固定位置，承受致動(dòng)器所產(chǎn)生的應(yīng)力負(fù)荷。作為簡(jiǎn)化，假設(shè)鏟斗有一個(gè)非常堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，以同樣的假設(shè)作為它的自己旋轉(zhuǎn)軸9。 圖 4 副臂的位置圖和負(fù)荷圖 對(duì)于起重臂的應(yīng)力計(jì)算采用了 I -DEAS 10系統(tǒng)的有限元分析。樣品的應(yīng)力計(jì)算如圖 5 所示 26 圖 5 根據(jù)胡伯-米塞斯理論采用等高線表示臂的應(yīng)力水平 計(jì)算出來(lái)的三維圖顯示了起重臂應(yīng)力的壓力大小和形變，主要取決于上的載荷的大小和幾何結(jié)構(gòu)。這實(shí)例的具有代表性。在這種情況下最大組合應(yīng)力 壓力主要集中在造成鏟斗結(jié)構(gòu)缺口處的驅(qū)動(dòng)器的接點(diǎn)上。在這個(gè)接點(diǎn)上，同時(shí)也有一個(gè)改變起重臂的側(cè)帶材的剛性引起的襯套的致動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝螺栓上。這也是那里的起重臂開(kāi)裂發(fā)起點(diǎn)。 3.材料評(píng)估 損壞的起重臂和它是由材料使用以下方法評(píng)估11: 1、 肉眼目視檢查，以及體視顯微鏡檢查使用放大倍數(shù)可達(dá) 30 倍。 2、 采用掃描電子顯微鏡，進(jìn)行斷口評(píng)價(jià)。 3、 化學(xué)分析 4、 微觀評(píng)價(jià) 5、 硬度測(cè)試 3.1 宏觀的斷口評(píng)價(jià) 對(duì)骨折運(yùn)行起重臂的整個(gè)橫截面進(jìn)行臂的測(cè)試（圖 6） 根據(jù)斷口的分析可以得出該骨折是脆性斷裂，如圖（6）所標(biāo)記的 A 和 B 點(diǎn)所位于 S1 焊縫熔合材料的桿。分析該斷裂點(diǎn)的表面形貌 A 和 B 用掃描電子顯微鏡顯示出平滑的表面，其特征是對(duì)骨折始發(fā)點(diǎn)。在點(diǎn) A 和 B 的斷裂可能起源已在或焊后不久，最終導(dǎo)致立即脆性吊臂斷裂。它也可能焊接骨折導(dǎo)致小區(qū)域的疲勞。在 A 點(diǎn)所觀察到表面形態(tài)如圖 7 所示。 執(zhí)行了焊接接頭的宏觀評(píng)價(jià)的 S2 角焊縫交叉顯微如圖 8 所示。焊縫表面可用阿德勒的蝕刻液（ Ma11Fe ）蝕刻。 圖 6 斷裂帶形態(tài) 27 圖 7 為圖 6 中 A 點(diǎn)表面形態(tài)的 SEM 圖像 觀察證明不完整的角焊縫在焊接熔深的底部。這兩種焊接以及焊縫熔合線中還存在著許多焊接錯(cuò)誤而產(chǎn)生的氣泡。焊縫的宏觀檢查 關(guān)節(jié)也透露，在扁棒，起重臂各種結(jié)構(gòu)和 焊接接頭材料以及焊接熱影響區(qū)（熱影響區(qū)）內(nèi)。焊縫關(guān)節(jié)的宏觀檢查透漏出扁棒，起重臂各種結(jié)構(gòu)和焊接接頭材料以及焊接在熱影響區(qū)（熱影響區(qū)）內(nèi)。 圖 8 扁鋼和起重臂之間的焊接接頭 3.2 微觀評(píng)價(jià) 對(duì)于焊接接頭的連接點(diǎn)微觀評(píng)測(cè)優(yōu)于宏觀評(píng)價(jià)。 在Mi1Fe蝕刻后得出結(jié)論為起重臂焊接接頭的外部材料的微觀結(jié)構(gòu)是的ferriticperlite結(jié)構(gòu)，存在輕微的 Widmannsttten 特性結(jié)構(gòu)（圖 9） 。在這種類(lèi)型材料的化學(xué)成的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了削弱力學(xué)參數(shù)的，并且還引起焊接的不均勻。焊縫區(qū)的貝氏體的地方出現(xiàn)珍珠巖狀（偽共）結(jié)構(gòu)。該焊接點(diǎn)的偽共結(jié)構(gòu)表明，焊接是使用中碳鋼焊條進(jìn)行焊接的。 熱影響區(qū)表現(xiàn)出中小板珍珠巖結(jié)構(gòu)以及馬氏體結(jié)構(gòu)，其中熱影響區(qū)是區(qū)硬化的，從而導(dǎo)致形成脆性裂紋。 當(dāng)比較起重臂材料和熱影響區(qū)時(shí)在起重臂 HAZ 和焊接接頭的鐵素體 - 珠光體結(jié)構(gòu)之間的的珍珠巖結(jié)構(gòu)存在明顯差異。這種快速變化的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致焊接材料和焊接接頭的連接的參數(shù)在顯著變化。這也表明，這是使用不當(dāng)焊條進(jìn)行焊接時(shí)，具有與本焊接材料顯著不同的組合物。焊縫，熱影響區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)和焊接誤差如圖 10 所示。 28 9 起重臂材料的微觀結(jié)構(gòu) 圖 10 焊縫的顯微組織 - 熱影響區(qū)和焊縫 3.3 硬度測(cè)試 根據(jù)波蘭標(biāo)準(zhǔn) PN- EN 1043-1 采用維氏的方法檢測(cè)硬度。該測(cè)試顯示，熱影響區(qū)在焊接接頭顯著硬化與起重臂材料與材料的局部淬火，從而導(dǎo)致發(fā)生脆性斷裂。 4 結(jié)論 本文的主要目的是討論設(shè)計(jì)地下采礦用機(jī)械的問(wèn)題，并在其基礎(chǔ)上分析了挖掘機(jī)桿的斷裂問(wèn)題的原因，和它表面遭受損害如圖 2 所示。數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方法的使用，是從更廣泛的角度 看發(fā)生在這種類(lèi)型的機(jī)器的這樣的事故。 基于所執(zhí)行的熱潮材料測(cè)試，分析了與潤(rùn)滑槽的扁鋼之間的斷裂，焊接接頭以及起重臂側(cè)的片，以及在 MES 應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)了： 1、使用 Mi1Fe 片段的顯微鏡評(píng)價(jià)蝕刻，證明了焊縫的外起重臂的材料已經(jīng)呈現(xiàn)出輕微的證據(jù)鐵素體 - 珠光體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了 Widmannsttten 結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)由于熱處理不當(dāng)和鍛造，意味著，用于起重臂的金屬是不充分軋并具有較低的機(jī)械強(qiáng)度。 2、根據(jù)波蘭 PN-86/H-84018 的標(biāo)準(zhǔn)，碳當(dāng)量計(jì)算，基于該鋼在測(cè)試過(guò)程中確定的化學(xué)組成，在0.453 和接近到 0.46 的容許值之間。然而，評(píng)價(jià)表明吊臂景氣鋼可焊性較差，應(yīng)考慮到進(jìn)行任意的焊接修理前的說(shuō)明。 3、為各種各樣負(fù)載的進(jìn)行了有限元分析證明了脆性斷裂發(fā)生在一個(gè)結(jié)構(gòu)缺口，造成應(yīng)力集中在一點(diǎn)。在起重臂經(jīng)受例合并應(yīng)力達(dá)到最大，扭轉(zhuǎn)力為 29 4、 可以得出結(jié)論，沒(méi)有直接的焊接信息進(jìn)行（這只能是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室材料分析獲得）確定： Widmannsttten 結(jié)構(gòu)的存在 CE 邊緣碳當(dāng)量值 造成額外引入的殘余和局部應(yīng)力改變材料特性（材料硬化） 。這反過(guò)來(lái)加速脆性斷裂的發(fā)生。 5、 因?yàn)椴牧系娜毕菖c結(jié)構(gòu)不合理所造成起重臂斷裂是不可避免的，裝載機(jī)起重臂 負(fù)荷運(yùn)行，限制了其使用期。 參考文獻(xiàn) 1 K. Pieczonka: Scoop Loaders (in Polish), Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 1988. 2 T. Smolnicki, E. Rusinski, J. Czmochowski: Some aspects of load carying structures of mining machines, Mechanical Review, 1/2004 p. 32. 3 G. Wszolek: Vibration analysis of the excavator model in GRAFSIM program on the basis of a block diagram method. Journal of Materials Processing Technology 157/158 (2004) 268-273 4 A. Buchacz, A. Machura, M. Pasek, Hypergraphsinmodelling and analysis of complex mechanical systems, Systems Analysis Modelling Simulation, (2003), Taylor & Francis, New York. 5 A. Krukowski, J. Tutaj: Deformational connections. National Scientific publications, 1987. 6 E. Rusinski, J. Czmochowski, T. Smolnicki: Advanced Finite Element Method for Load-carrying Structures of Machines (in Polish), Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 2000. 7 E. Rusinski: Finite Element Method; System COSMOS/M”(in Polish), WKL, Warsaw 1994 8 O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor: The finite element method. Vol. 1, Vol. 2. McGraw-Hill Bool Company, London 1991 9 E. Rusinski, K. Kanczewski, P. Moczko, W. Dudzinski, M. Lachowicz: Determination of causes of fracture of loader jib boom LK-2NCC. Report No. S-019/2005, Institute of Machine Design and Operation at the Wroclaw University of Technology. 10 Structural Dynamic Research Corporation: Exploring IDEAS Design. 11 W. Dudzinski and others: Structural materials in machines design, Wroclaw University of Technology Publishing House, Wroclaw 1994. Copyright by International OCSCO World Press. All rights reserved. 2006VOLUME 17ISSUE 1-2July-August2006Short paper273of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineeringof Achievements in Materialsand Manufacturing EngineeringNumerical and experimental analysis of a mines loader boom crackE. Rusiski*, J. Czmochowski, P. MoczkoInstitute of Machines Design and Operation, Wroclaw University of Technology,ul. Lukasiewicza 7/9 51-370 Wroclaw, Poland * Corresponding author: E-mail address: eugeniusz.rusinskipwr.wroc.plReceived 15.03.2006; accepted in revised form 30.04.2006Analysis and modellingAbstrActPurpose: The main purposes of the paper are to discuss designing problems of machines used in underground mining and investigation of its reasons based on cracked boom of underground mine machine.Design/methodology/approach: Numerical and experimental approach was considered. The finite element method was used for numerical simulation. Fractographic and microscopic evaluation, chemical analysis, hardness tests were used to perform material evaluations. The objectives are achieved by numerical simulation of cracked loader boom, material evaluations of specimens and comparison of results achieved from both approaches. These were determined through a numerical experiment, based on a discrete model of the jib boom and predefined boundary conditions. The finite element analysis for the jib boom provided information about stress distribution for extreme load conditions. The study included macroscopic and fractographic inspection, microscopic evaluation as well as hardness tests of the material used for the jib boom. Conclusions from both approaches were drawn then.Findings: The causes of damage of a loader jib boom used at an underground copper mine were found.Practical implications: The study provides practical implication into designing process of mentioned objects by wider view of relationships between theoretical design and manufacturing process.Originality/value: The paper provides information backed by evaluation and test results, stating the nexus of causes of the boom failure. The experimental and numerical approaches show relationship between designing and manufacturing process of machines. This can be helpful for the designers and researchers looking for reasons, methods of investigations or how to prevent failures of similar machines.Keywords: CAD/CAM; Materials; Metallography1. Introduction Machines used in underground mining, such as: derricks, roof bolting machines, loaders, transportation vehicles as well as others are generally used for ore exploitation, loading and transportation, i.e. basic mining tasks 1. Construction design practice, exploitation and tests prove that such machines as well as their sub-components are subject to requirements radically different from machines operating on the surface. In general exploitations conditions are much heavier. Considering their specific application, they are subject to adverse operating conditions, variable operating conditions and are often subject to percussive loads (fig. 1). Fig. 1. SWB (Self-propelled roof ripping vehicles) during operation at an underground mine Design of mining machines requires from the constructor to use quick and accurate calculation methods. The design should 1. Introduction30Short paper274Journal of Achievements in Materials and Manufacturing EngineeringE. Rusiski, J. Czmochowski, P. Moczko Volume 17 Issue 1-2 July-August 2006result in a reliable construction, withstanding the required loads, whilst also being economical 2. This can be achieved through the use of modern integrated CAD/FEM systems. Other approaches can be also used for the desig