打磨机设计说明书.docx
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打磨机设计说明书
产品设计
课程设计说明书
设计题目：
带碎屑袋的手持打磨机设计
工程机械学院工业设计25010801班
设计者：
王璐希杨兵兵魏马丁
********
一.市场调查
1．手持式打磨机概述··········································第3页
2．现有的手持式打磨机的缺陷··································第3页
3．使用打磨机的安全要点······································第3页
4．打磨机设计要点············································第3页
二、设计过程
1．现有的打磨机内部结构分析：
·································第4页
2．逆推法建立打磨机功能树····································第9页
3．绘制结构功能图············································第10页
4．相似性评价整合功能元的解··································第11页
5.单一指标筛选··············································第14页
6.方案组合···················································第16页
三、方案筛选
1．原理解相容性评价··········································第17页
2．方案评价··················································第18页
（1）评价目标权重计算
（2）建立手持打磨机评价表
（3）原理方案确定
（4）原理方案优化
3．最终方案确定··············································第21页
四、最终方案展示··········································第25页
五、心得体会··············································第26页
六．参考文献···············································第27页
一、市场调研：
1.手持式打磨机概述
手持式电动打磨机是一种机械化工具，它以电
动机作为动力，通过传动机构驱动工作头进行工作。
手持式电动打磨机，结构轻巧，携带方便。
手持式
电动打磨机具有以下特征：
（1）结构复杂。
电动工具既要满足手感要求，
还要考虑美感；不同地区客户的区域性
差异、不同的手型大小都得考虑在内。
因而90%的外观都是复杂的自由曲面。
（2）安全性要求高。
图1-1：
打磨机图片
（3）设计周期短。
企业为了在市场中能占据优势，每一款产品从市场调研、概念设计、结构设计到定型、模具图及二维图，需要在短时间内完成
2.现有的手持式打磨机的缺陷：
（1）从飞轮、被打磨的物体中高速飞溅出颗粒，飞轮的转速可能大于1600米/分钟，可能对使用者造成意外伤害；
（2）如果打磨产生的火花点燃附近的可燃物，会发生爆炸或火灾；
（3）长期重复使用和不舒服的工作姿势，导致骨胳与肌肉的功能紊乱；
（4）砂轮片外露，容易割伤使用者；
（5）噪声导致听力下降；
（6）吸入打磨产生的粉尘，造成人体伤害。
。
3.使用打磨机的安全要点
（1）砂轮片:
A.如果砂轮片破损严重或有裂纹，必须立即更换；
B.如果砂轮片曾经被摔过或重击过，即使无裂痕，
也绝对不能使用；
（2）防护罩:
A.如果防护罩不在正确位置，
打磨机不能使用；
（3）打磨机的使用:
A.总是双手使用手持式打磨机；
B.使双手远离高速旋转的砂轮；
C.重复使用；
D.适当用力；
E.避免长时间处于振动状态；
F.尽量保持腕关节平直；
G.尽量减少不舒服姿势；图1-2：
打磨机使用配套工具
4.打磨机设计要点
（1）定位：
设计目标的确定首先取决于市场的定位，即专业工具还是家用工具。
这两种工具最明显区别在于使用寿命。
专业电动打磨机可能每一天被使用4～6个小时，而且每天都可能被使用。
而家用工具可能一个月才使用一次，甚至一年一次。
重要的是，专业人员依靠专业工具谋生，工具的失效就意味着时间或金钱的损失。
（2）技术要求：
和其它工业产品的开发过程一样，在打磨机的设计过程中，设计师、工程师和市场营销人员相互合作，不断地交换思想。
因此，设计项目的初始阶段就要清楚的了解技术要求。
设计的过程在一开始可能是定位于创造全新的产品。
然而通常情况下，设计过程往往是对现有产品进行革新。
（3）人机因素：
手持式打磨机的使用方式决定人的因素是设计的关键问题。
使用者要牢牢把握工具，实现用力推或压，并精确地控制工具的运动。
工具可能被举过头顶，也可能置于膝下或身体一侧。
工具可能间歇工作，也可能不间断地工作。
这些因素决定工具设计中的人机工程学是极为重要，尤其是在使用者和工具长期直接接触的手柄。
手柄设计的成败直接决定产品的兴衰。
因此手柄的触感和把持的舒适感必须优良。
设计者通过人机工程计算，合理布置手柄的位置，使得使用者的前臂和轴向力在一条直线上。
手柄设计的舒适感是关键要素之一，但不是全部。
其它人机工程因素必须考虑，如工具重量，重心平衡，开关位置，扣动开关的力度，震动和噪音，操作者视线，碎屑飞溅方向，风口朝向等等。
以上任何方面的缺失都会导致该工具在使用者心目中的负面影响。
因此必须通盘考虑人机因素，使工具能够帮助使用者干净利落地完成工作。
（4）安全
安全是电动打磨机设计必须考虑的重要因素。
使用打磨机有很多潜在的危险，如磨头的断裂，漏电等等。
即使工具在非工作状态，依然存在危险，大部分电动工具具有较大的重量，因此工具从高处跌落很可能使人受伤。
要解决这个问题，首先要知道使用者弃用安全装置的原因。
然后尽可能地改善设计，另一类安全措施就是强制使用安全装置。
不管设计者付出多大努力，电动工具的安全性还是由使用者正当的操作来决定。
二、设计过程
1.现有的打磨机内部结构分析：
通过对现有的手持打磨机的分析，针对打磨机的各个零件进行功能定义，并归纳、编辑。
利用逆推法，首先对对现有的、不同的多款手持打磨机进行拆解，分析其每个零件的结构与功能，见表2-1。
表2-1：
打磨机结构分析
A.
1.电动手柄2.主动轮3.电机主体4.从动轮5.手柄连杆6.操作手柄7.连杆8.砂带9.第一连板10.张紧弹簧11.第二连板
B
1壳体2轴3打磨片4轴承壳5孔6定子7转子8偏心轴承9送风器10轴承11轴承壳12冷却翅片13开关14孔15控制单元16外罩17抽吸管道18柔软部分19碎屑袋20偏心轴
D
2、逆推法建立打磨机功能树
先分析总结手持式打磨机单个零件所实现的功能元，又由于一些功能元需要若干零件配合才能实现，也需要对一些零件进行组合，逐一罗列所有功能元之后，确保所有功能元能够最终组合并且实现手持式打磨机的总功能，然后将各个功能元相互整合，整合为次级分功能，再将分功能整合为总共能，得到手持式打磨机的动能树，如下：
固定磨具
去除固体保护磨具
磨掉固体
传送碎屑
保护碎屑
除尘储存碎屑
引导气体
过滤
控制开关
打磨材料控制
调节
提供能源
能源处理保护
输送能量
传动
传送人力
造型防护
连接与支承
3.绘制功能结构图
为了表述手持式打磨机的技术过程以及与周围环境的关系，根据之前得到的的功能树，考虑各个功能元之间的逻辑关系，分级处理分功能、功能元，分功能与功能元通过洗衣机的功能结构图，如图2-1所示的形式，从整体把握，物质、能量、信息的流程，使同级分功能、上级分功能、下级分功能相互联系。
图2-1手持式打磨机功能结构图
3.分析现有产品，汇总各个功能元的解
通过前面进行的各个工作步骤之后，我们得到了手持式打磨机的总共能、分功能、功能元之间的关系，也就是手持式打磨机的输入与输出以及内部的转换，接下来，针对不同分功能进行功能元求解。
为了得到发散，充分的解，我们对现有的、不同的多款洗衣机进行拆解，分析其每个零件的结构与功能，并将各功能元的解进行汇总，按照不同的功能元进行分类。
通过对现有的产品进行拆分，将各个零件按照其所实现的不同功能元进行汇总，通过功能元求解，经选择与变异，得到一些功能元载体的备选方案，得到下表2-2：
表2-2：
功能元的解汇总
一级
功能元
二级
功能元
功能元的解（零件代号）
去除固体
去除固体
B-3,D-5,A-8,E2-2,C-1
保护磨具
D-14,D-20,D-19,D-7,D-13,C2-3,E2-1,E1-2
固定磨具
C2-2,A-7,A-9,A-11,G1-15,G-）
除尘
传送碎屑
C2-1,C2-9,C3-1,G1-6,X2
保护碎屑
D-18,D-12,B-16,C2-9
储存碎屑
C1-6,B19,G1-7
引导气体
C2-1,C2-9,C3-1,B9,B17,E3,E4-a,E4-b,E4-c,E4-d
过滤
C3-4
控制
控制开关
D-1,B-13,D-29,E2-5,E5-6,G1-9
调节
D-23,D-27
能源
提供能源
D-4,B6,B7,C1-9,A-3
保护
D-5,B-12
输送能量
D-21,D-22,D-23,D-24,D-26,B-15,E5-7,G1-10,G1-8
传动
D-9,D-10,B-2,B-20,G1-12.G1-13,A2,A4,G4,G5,C1-7,B-4,B-10,B8
造型
传送人力
D-2,G1-2,G1-3,B-18,A-1,A5,A6,F-17,E5-5,G3-1,G3-2
防护
D-2,D-3,D-6,B-1,E5-2
连接与支承
D-56,B-1,B-16,A-12,E5-2,F-12
4．相似性评价，整合功能元的解：
由于部分功能元的解具有相似性，需要将他们进行整合，减少方案数目。
（1）功能元：
去除固体
分析：
对磨具形状相似的磨头进行整合。
表2-3：
磨头形式筛选评分表
B-3
A-8
D-15
C-1
C2-2
B-3
10
A-8
5
10
D-15
8
5
10
C、-1
6
5
7
10
E2-2
7
6
7
9
10
通过小组对功能元的解进行相似性评价，E2-2与C-1两个解的相似度较高，将其整合为一个解。
B-3与D-15相似性较高，整合为一个解。
（2）功能元：
固定磨具
分析：
对相似的固定磨具的结构形式进行整合。
表2-4：
固定形式筛选评分表
C2-2
A7-11
G1-15
G2
C2-2
10
A7-11
5
10
G1-15
9
5
10
G2
8
5
9
10
通过小组对该功能元的解进行相似性评价，G1-15滑动底板与C2-2塑料圆盘固定磨具的结构形式高度相似，故整合为1个。
G2与G1-15结构相似，故将其整合。
（3）功能元：
传动碎屑
分析：
引导气体的原理是否相似
表2-5：
引导气体的构建筛选评分表
B9+B17+B5
C2-1+C2-9+C3-1
E4
E3
B9+B17+B5
10
C2-1+C2-9+C3-1
7
10
E4
9
6
10
E3
9
7
9
10
B9+B17+B5与E3仅仅是放置位置的不同，在功能原理上是相同的，故将其整合。
且E3与E4主要结构相似，故整合。
（4）功能元：
储存碎屑
分析：
形状的相似度
表2-6：
储存碎屑形式筛选评分表
C1-6
B-19
G1-7
C1-6
10
B-19
8
10
G1-7
8
9
10
C1-6吸尘箱与C1-17吸尘盒形状相似，而且功能相同，故整合。
B-19碎屑袋子与C1-6，G1-17材质不同，功能结构相似，故整合。
（5）功能元：
保护碎屑
分析：
结构相似的进行整合。
表2-7：
保护碎屑结构筛选评分表
B6+B7
D-4
C1-9
A-3
B6+B7
10
D-4
9.5
10
C1-9
9
5
10
A-3
9
5
7
10
D-18防尘罩与D-12需要整合，而且形状相同，B-16外置，在磨具安装上与D-18，D-12形状相似，故将其整合。
（6）功能元：
提供动能
分析：
对功能原理以及结构相似的进行整合
表2-8：
提供动能筛选评分表
C1-4+
C1-5+
C1-7
D-9
+
D-10
B-2+B-4+
B-10+B-22
+B-8
A2+A4
E2-3
+
E5-3
G1-13
C1-4+C1-5+C1-7
10
D-9+D-10
7
10
B-2+B-4+B-10+B-22
+B-8
6
9.5
10
A2+A4
7
7
7
10
E2-3+E5-3
6
6
5
6
10
G1-13
5
4
5
5
5
10
D-9+D-10与B-2+B-4+B-10+B-22+B-8都是轴、轴承，偏心轴传动转矩，类型高度相似，将其整合
（7）功能元：
控制
分析：
形状和操作方式相同的控制键进行整合
表2-9：
控制结构筛选评分表
D-1
B-13
D-29
E2-5
E5-6
G1-9
D-1
10
B-13
7
10
D-29
6.5
6
10
E2-5
5
7
4
10
E5-6
6.5
5
6
9
10
G1-9
3
9.5
3
4
2
10
G-9，B-13开关E2-5，E5-6开关都是按钮型开关，形状结构以及操作方法相似，故将其整合。
通过功能元的解进相似性评价，对相似功能元地解删减排除，和相同功能的零件进行合并，得到部分功能元的形态矩阵，见表2-10
表2-10：
功能元的形态矩阵
去除固体
（1）砂带A-8
（2）打磨片B-15
（3）立式磨头E2-2
保护磨具
（1）护罩
（2）洒水
D13+D14
（3）毛毡
（4）1.3兼备
固定磨具
（1）圆盘
（2）连杆
传送碎屑
（1）送风
（2）离心力
储存碎屑
（1）碎屑盒子
（2）尘袋
保护碎屑
（1）尘罩
（2）软管
提供动能
（1）气缸
（2）电机
保护
（1）D-5密封圈
（2）B-12冷却翅片
传送人力
（1）挤压手柄
（2）双手扶持
（3）弯曲把手
（4）副把手
机体连接
5.单一指标筛选：
针对每个功能元制定单一的指标，对其中分数较低的功能元的解进行删减。
（1）保护磨具：
指标：
结构复杂度
分析：
由于手持式打磨机整体小巧轻便，其中磨头保护结构，应该简单有效，便于拆卸更换。
表2-11：
保护磨具结构筛选评分表
护罩
洒水
毛毡
复杂1
ABC
中等2
B
简单3
CBA
AC
总分
9
3
8
利用洒水方式保护磨具，需要单独的洒水水箱与水管，以及密封结构，较复杂，故删去。
（2）传动：
指标
（1）：
结构精简
指标
（2）：
传送效率高
指标（3）：
维修性较好
指标（4）:
价格适中
手持式电动工具适宜于小工件、单件打磨，个人或家庭使用。
所以其价格因适中。
其中结构精简和传动效率高能够保证机器的工作效率，在价格一定的范围应该越高越好。
而维修性应保证使用者能够进行简单的维修，例如：
线路问题等。
较大的故障应保证专业人员利于拆卸修理。
故其权重系数依次为：
结构0.25效率0.25维修0.15价格0.35
表2-12：
传动结构筛选评价表
结构
传动效率
维修性
价格
总分
活塞传动
0.25
9
0.25
6
0.15
5
0.35
4
5.9
齿轮
8
9
7
5
7.05
蜗轮蜗杆传动
8
6
7
5
6.8
皮带传动
5
7
8
8
7
链传动
7
7
6
7
6.85
偏心轴传动
6
8
9
8
7.65
由评价结果得知，轴-偏心轮传动与齿轮传动系统综合评价最高，将其保留，其他加权得分较低，故删去。
（3）提供动能：
指标：
结构复杂度
表2-13：
提供动能结构筛选评分表
气缸
电机
复杂3
AB
中等2
C
AC
简单1
B
总分
8
5
指标：
性能
表2-14：
提供动能性能筛选评分表
电源插头
蓄电池
复杂3
AB
中等2
A
C
简单1
BC
总分
4
8
手持式打磨机应当具有结构简单，造型小巧，携带方便的特点，气缸较电机结构复杂，不便维修更换。
故排除。
蓄电池重量大，供电过程不均衡，影响打磨精度，故排除。
6.方案组合
经过制定评价指标对功能元的解进行筛选后，选出最优的解，得到下表2-15：
表2-15：
部分功能元的解
一级功能元
二级功能元
功能元的解
打磨
去除固体
（B-3+D-5），A-8，（E2-2+C-1）
保护磨具
（D-14+D-20+D-19+D-7+D-13），C2-3，（E2-1+E1-2）
固定磨具
（A-7+A-9+A-11），（G1-15+G-2+G2-2））
除尘
传送碎屑
（C2-1+C2-9+C3-1）,（B9+B17+B5/E3/E4）
保护碎屑
（D-18+D-12/B-16），C2-9
储存碎屑
（C1-6/B-19/G1-7+C3-4）
控制
控制开关
（D-1+D-29）（B-13/E2-5+E5-6/G1-9）
调节
（D-23+D-27）
能源
提供能源
（D-4+D-5）（B6+B7/C1-9/A-3）
保护
B-12
输送能量
（D-21+D-22+D-23+D-24+D-26）,（B-15+E5-7）（G-10+G1-8）
传动
（C11-5+C-4+C1-7）（A2+A1）（G1-12+G1-13）（E2-3+E5-3）（G1-10+G1-8）
造型
传送人力
（D-2/B-18）/A-1/（A5+A6/F-117）/（C1-2+C1-3）
防护
D-2/D-3/D-6,（B-1,E5-2）
连接与支承
D-6,（B-1,E5-2）,B-16,A-12
将其零部件按功能合并为整体机构，概括得到手持式打磨机其形态矩阵，如下表2-16：
表2-:
16：
解形态矩阵
功能元
功能元的解
去除固体
1．砂带
2.打磨片
1.立式磨头
保护固体
护罩+毛毡
固定磨具
1.圆盘固定结构
2.连杆固定
传送碎屑
1.送风系统
储存碎屑
1.碎屑盒
保护碎屑
1.外置+软管
提供动能
1.电机
保护
1.冷却翅片
输送
1.电源连接件
传动
1.轴-偏心轴+齿轮
机体
三、方案筛选
1．原理解相容性评价
通过功能元的筛选，最后剩余方案:
3X2X3X1X1X1X1X1X1=18种
考虑其中的相容性：
部分功能元的解不相容不能同时使用，而部分功能元的解需要共同使用完成同一功能。
（1）若选用砂带磨头，只能用连杆方式固定，并且机体连接形式只能选择
（2）侧面连接或者（3），其原理解相互矛盾，所剩方案：
18-（2X2）=14种。
（2）若选用打磨片，只能采取圆盘固定，机体只能用
（1）顶部连接，其原理解相互矛盾，所剩方案：
14-（2X2）=10。
（3）若采用立式磨头，只能用圆盘固定，其原理解相互矛盾，所剩方案：
10-（2X2）=6种。
将不相容的原理解组合排除后，罗列最后剩下6种方案，如下：
方案一：
沙带+护罩+毛毡+连杆固定+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
方案二：
打磨片+护罩+毛毡+圆盘+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
方案三：
沙带+护罩+毛毡+连杆固定+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
方案四：
立式磨头+护罩+毛毡+圆盘+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
方案五：
立式磨头+护罩+毛毡+圆盘+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
方案六：
立式磨头+护罩+毛毡+圆盘+送风系统+碎屑盒+外罩+软管+电机+冷却翅片+电源连接件+轴+偏心轴传动系统+齿轮传动系统
2.方案评价：
通过前面的工作，我们得到了12种优选方案，现在针对这十二种方案，通过技术、经济、审美性评价，从中再得到较为全面的几个优选方案。
第1级评价目标权重系数技术计算：
（1）评价目标权重计算
表3-1：
第一级评价目标权重系数计算
经济性
审美性
技术性
总分
gi
经济性
2
1
3
0.25
审美性
2
0
2
0.17
技术性
3
4
7
0.58
总分
12
1
第2级评价目标权重系数计算：
表3-2：
第二级评价目标权重系数计算表
维修性
可靠性
有效性
安全性
操作性
保养性
能源消耗
总分
价值
系数
维修性
3
3
2
5
4
5
22
0.131
可靠性
5
4
3
6
5
6
29
0.173
有效性
5
4
3
6
5
6
29
0.173
安全性
6
5
5
7
6
7
36
0.214
操作性
3
2
2
1
3
4
15
0.089
保养性
4
3
3
2
5
5
22
0.131
升级会员 