机械设计方法学结课作业.docx
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机械设计方法学结课作业
机械设计方法学作业
组合式衣架
班级：
装控0941班
姓名：
宋洋洋
学号:
2009021020114
日期：
2012年6月2日
组合衣架
摘要：
组合晾衣架的功能主要分两个大的功能，一，防风，这个功能可以通过衣架的合理设计来达到功能需求。
其二，防雨，这是该设计的一个难点，其控制部分的电路CPU采用89C2051单片机利用温度、雨水、光敏等传感器，达到下雨时自动将防护布放下来已达到防雨的功能。
关键词：
组合晾衣架，防风，防雨。
概述
上了一学期的《机械设计方法学》这门课，确实受益匪浅，尤其是在王强老师的引导下，我开始留意生活，留意生活中得不便之处，然后提出一些解决的想法。
我觉得这个思想对我的影响很大，我觉得我从一个只会吸收被人知识的一个学习者变成了一个会创造的或者说敢于去创造的一个设计者。
就如现在我做的课题，正是由于我在学校生活中获得的灵感。
大家都知道，在我们学校没阳台的宿舍大家很多人都在外边晾衣服，有时我们去上课后，起风或下雨的时候没办法收衣服，结果下课回去后衣服不是掉地上就是刚刚快干得衣服又给淋湿了，于是我便萌生了设计一个能防风防雨的组合衣架。
目前人们所使用的晾衣架多为不能随外界环境变化而自动防护的传统类型。
假如住户是双职工，或者住户有事在外，那么如果刮风，下雨，传统类型的晾衣架就做不到使晾晒在室外的衣物防风、避雨、避露水的功能。
目前国内也有生产智能晾衣架的厂家。
但是他们所生产的智能晾衣架都是安装在阳台内部，通过电路的控制使晾衣架根据不同的情况垂直升降，以达到智能晾衣的功能。
而我这是是把普通衣架经过适当的设计使衣架能用在多种环境下，并通过不同功能的组合来满足不同人群的需求。
第一章明确设计任务
1．1社会需求
采用隐性需求法：
随着经济的发展和许多学校新校区的建立，学生宿舍的条件是日益完善，宿舍用品也日益趋于多样化。
但仍有一些不足之处，比如有的宿舍没有阳台,有的不在晾衣服的时候将衣服挂在室外,当有风的时候衣服常常被刮的满地都是,白洗了不说,还弄的比原来还脏,尤其是在北方,春秋天的时候,这种情况更是经常发生。
同样在下雨天，我们也面临着衣服被淋湿晒坏的缺陷，所以我就想设计一种风雨衣架,使得挂在室外的衣服不会因为风的缘故给掉下来，不会因为下雨来不及收衣服而把衣服淋湿，由于其可组合可分离性。
其适用人群非常广。
1.2市场调查分析
1.2.1市场描述
一些较老的宿舍或者农村家庭，一般会把衣服晾在外边，这就免不了会受到风吹雨淋。
尤其是在没人看的时候，比如在学校学生们上课顾不上看，晾在宿舍有晾不好，再如就是每天上班的人也没有时间去看管晾在外边的衣服。
我们的产品将填补这一项市场空白，为学生在宿舍的生活带来便利，也为所有在室外晾衣服的人群带来了福音。
这个市场是巨大的，因为学校众多，不论是大学还是高中，不论在乡村还是在城市，虽然我们的产品属于一项新的发明，而且在市场上也没发现同类产品，这就更加提升了我的这种产品的实用性和竞争力。
尤其是将防风防雨两种功能集成在一起，使其具有多功能性
1）能避免被风刮下来。
2）不怕雨淋
3）加上衣架上特殊的设计，使得该种衣架能晾多种类型的东西而不仅仅是衣服。
1.2.2目标市场
我们将目标市场定义为：
没阳台的宿舍，农村家庭、室外晾衣服的人群等，我们的产品拥有以下优势；填补这个市场防风防雨组合衣架的空白，产品的多功能性，产品的便利性，产品的组合性，以及产品的不同组合形成的不同价位更使得这款产品拥有了广泛的人群支持和广泛的选择性。
1.2.3目标消费群
我们产品的目标消费群主要是在室外晾衣服的人群。
不论是住在没阳台宿舍的学生还是上班族，不论是住在乡村的人群还是城市的人群，只要他们在室外晾衣服，只要他们的衣服还正在受着风吹雨打，我们的产品都会给他们带来很大的方便。
首先：
我们的产品可以帮人们去除被风刮掉衣服的烦恼，其次，还可以让人们摆脱下雨回家收衣服的尴尬，进而提高人们的生活档次。
我们的产品的高质量，价格合理，一些切合实际的人性化设计也会吸引相当一部分用户。
综上所述：
这个产品会吸引很大的客户群，市场潜力大。
设计要求
1
功能
防风防雨
2
适应性
目标市场：
没阳台的宿舍，农村家庭、室外晾衣服的人群等
3
性能
将普通衣架与防风防雨的功能集成在一起，提高了其实用性和便利性
4
可靠性
可靠性很高，维修方便
5
使用寿命
可长期使用，故障率报废率
6
安全
生产安全：
简单的塑料，简单的金属加工生产，安全性高
使用安全：
正确使用，无任何安全隐患
7
包装运输
防风制作主要为塑料，包装运输要求低
防雨要求较高，有的也有金属制作，包装运输也不会太高
第二章确定系统的总体目的性
总功能：
基于一般的多用衣架添以防风防雨的功能，防风的功能可以通过简单的机械设计来实现，而防雨的功能需要自动化所以需要有控制电路。
控制电路主要由单片；外接雨水感应控制电路；温度传感器控制电路；光敏传感器控制电路以及位置传感器等组成。
其控制电路原理框图可以借助现有的温湿感应电路原理框图
（1）来用
框图如下
光敏传感器
温度传感器
雨水传感器
控制系统原理图
（1）
防雨功能的机械部分可以有多种设计方案，具体分析见第三章
第三章进行功能分析
3．1功能描述
闭合采光衣架的功能描述
功能分析
解法构思
普通衣架
+
闭合装置
+
感光传动装置
适当组合
风雨组合衣架
3.2划分分功能及功能元
分工能的结构框图如下
3.3分功能求解
功能
功能解
防风
防雨
晾晒多种衣物
1
弹性自锁
导轨倾斜
防护布伸展
借鉴现有
衣架进行
合理设计
2
旋转开合
3
衣架设孔固定衣架
导轨倾斜
支架收缩
4
外加固定圈（类似用手系）
交叉支架收缩
具体图像如下所示
弹性自锁可以借鉴钥匙扣的设计
旋转开合可以借鉴手铐的设计
衣架设孔固定衣架
导轨倾斜防护布伸展
导轨倾斜支架收缩
交叉支架收缩
第四章将分功能综合为整体
4.1可能的解答
要将分功能给组合起来的方法有
分功能
防风
防雨
4种
弹性自锁
旋转开合
衣架设孔固定衣架
外加固定圈（类似用手系）
导轨倾斜
防护布伸展
4种
弹性自锁
旋转开合
衣架设孔固定衣架
外加固定圈（类似用手系）
导轨倾斜
支架收缩
4种
弹性自锁
旋转开合
衣架设孔固定衣架
外加固定圈（类似用手系）
交叉支架收缩
由表格可以得到要完成防风防雨的功能可以有12种的组合，从这两种功能的结合难易程度，以及组合衣架分开也能分别做到满足防风或防雨的功能，在考虑到满足更广大的人群，可以将其确定为一下几种方案：
方案一，弹性自锁+导轨倾斜防护布展开
方案二，旋转开合+导轨倾斜防护布展开
方案三，弹性自锁+导轨倾斜支架收缩
方案四，旋转开合+导轨倾斜支架收缩
方案五，弹性自锁+交叉支架收缩
方案六，旋转开合+交叉支架收缩
4.2通过评价比较，选择出最佳方案
总体分析，该产品是基于多类型衣物晾晒衣架，添加防风防雨功能功能的产品，命名为组合衣架是因为可以将防风和防雨的功能分开使用，以满足不同人群不同价格预期的人群，防风的功能容易满足，设计简单，制作容易，价格相对较低，故使用人群多分布在只对防风有特殊要求的消费者，并且为了满足不同工况条件，比如晾衣架或晾衣绳，晾衣架又有粗的和细的的区分，故在做方案评价的时候都要将其考虑在内。
可是由于防雨工能需要用到电机的带动防雨布的运动，故在结构上比较大，而且由于结构较复杂故成本相对较高，但是由于其可以固定安装在阳台上，或装在墙上，或者可以摆放在院子里，只有这样，衣架的研究才有广大的消费人群支持，并且在一些高级或专业的地方也可以用到比如说理发店和大的商场。
综上所述，方案的评价要从可分离生产，可适合多种工况，制造相对容易，价格相对较低，功能相对较多这些方面去考虑。
1）分析方案一
优点：
弹性自锁满足防风功能，比较稳固，导轨倾斜防护布展开满足防雨功能，防护范围广，防护密实，可以满足固定安装和灵活摆放，
缺点：
弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂，
2）分析方案二
优点：
导轨倾斜防护布展开满足防雨功能，防护范围广，防护密实，可以满足固定安装和灵活摆放。
旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。
缺点：
由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响，而且防护布伸展后需要人工重新卷起来比较麻烦。
3）分析方案三
优点：
弹性自锁满足防风功能，比较稳固。
导轨倾斜支架收缩来满足防雨功能，可基本达到防护要求，自动化较强，可以在工况适宜的时候自动展开达到晾衣服的要求，也可以在下雨的时候自动收缩，达到防雨要求。
缺点：
导轨需要固定安装在阳台外或外墙上才可以可以达到好的效果，使用场所受到限制，弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂。
4）分析方案四
优点：
旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。
。
导轨倾斜支架收缩来满足防雨功能，可基本达到防护要求，自动化较强，可以在工况适宜的时候自动展开达到晾衣服的要求，也可以在下雨的时候自动收缩，达到防雨要求。
缺点：
：
由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响。
而导轨需要固定安装在阳台外或外墙上才可以可以达到好的效果，使用场所受到限制
5）分析方案五
优点：
弹性自锁满足防风功能，比较稳固。
交叉支架收缩结构简单，价格便宜，比导轨支架收缩简洁方便，容易维修。
缺点：
弹性自锁工艺要求较高，加工较旋转开合的工艺复杂，而交叉支架结构刚度不如有导轨设计，但加导轨或类似导轨的装置会增加成本，最后由于交叉支架也需要固定装备，故应用范围有所限制。
6）分析方案六
优点：
旋转开合的防风设计谁说稳定性不如弹性自锁，但足以达到防风的需求，而且这样做可以还可以节约成本。
交叉支架收缩结构简单，价格便宜，比导轨支架收缩简洁方便，容易维修。
缺点：
由于旋转开合的稳定性毕竟不如弹性自锁，故其寿命可能会受到影响。
而交叉支架结构刚度不如有导轨设计，但加导轨或类似导轨的装置会增加成本，最后由于交叉支架也需要固定装备，故应用范围有所限制。
综上述，每种方案都有其缺点和优点，通过比较各种方案的特点，在经过主要次要矛盾的分析。
又考虑到该设计需满足适合多种工况，制造相对容易，价格相对较低，功能相对较多这些特点，故比较之下，选择方案二比较适合。
虽然防护布伸展后需要人工重新卷起来比较麻烦，但这种方案能够灵活摆放，有广大的消费群，而且这种方案能够满足防风防雨功能分离生产，可以实现按需按量生产，制作不是太复杂，制造成本比较合理。
第五章具体制作
5.1组合衣架的机构和功能实现
5.1.1方案描述
多类型衣物晾晒衣架基体图见下
5.1.2防风功能的实现
采用方案二中用旋转开合设计实现。
旋转开合可以借鉴手铐的设计，只需简单开合即可
5.1.3防雨功能控制电路的设计
1）控制电路设计
在晾衣架的外端装湿度传感器和光强传感器，雨布轴上卷绕防水雨布。
湿度传感器和光强传感器感应外界天气变化，当大气湿度达到80％以上，或光强弱到一定数值，传感器发出信号，通过控制电路控制电机的转动，通过传动机构使晾衣横杆缩回，同时电机带动雨布轴，将雨布伸出打开，包裹整个晾衣架；当天晴或天亮时，晾衣横杆伸出，雨布缩回，继续晾晒衣物。
。
2）控制电路设计
由雨水感应控制电路；温度传感器控制电路；光敏传感器控制电路以及位置传感器控制电路产生的数字信号，经89C2051单片机的输入口输入给单片机。
单片机经分析处理后所得到的结果，从单片机输出引脚输出相应的信号，从而控制电动机正反转。
雨水感应器控制电路设计
雨水感应器是本次设计的重点，设计中采用了多点：
式布置的方式，将其与两定值电阻及一滑动变阻器构成了如图3所示的桥式控制电路，当有雨水时，雨水感应器WY阻值变小，此时比较器5脚电压高于4脚电压，2脚输出高电平，单片机P1．2采集到高电平，由程序判断控制输出，使防护布自动伸展。
当天晴时，雨水感应器WY阻值变大，此时比较器5脚电压低于4脚电压，2脚输出低电平，单片机P1．2采集到低电平，由程序判断控制输出，使防护布自动收回。
光敏感应器控制电路
由光敏电阻，两个定值电阻构成了如图4所示的光敏传感桥式控制电路。
阳光明媚时光敏电阻W1阻值变小，此时比较器7脚电压高于6脚电压，1脚输出高电平，单片机P3．5采集到高电平，由程序判断控制输出，使防护布自动收回。
天阴时，光敏电阻W1阻值变大，此时比较器7脚电压低于6脚电压，1脚输出低电平，单片机P3．5采集到低电平，由程序判断控制输出，使防护布自动伸展。
机械设计部分
图是自动伸缩式防雨晾衣架三维结构模型图。
在晾衣架机构的最上层两侧装有雨布轨道，两根雨轨道的一端与墙体固定，并与上层电动雨布箱相连，另一端向外延伸并稍向下倾斜。
雨布轨道上装传送带。
雨布缠绕在雨布轴上，两端与传动带固定，雨布轴转动时，通过传送带带动雨布打开或缩回。
两根雨布轨道下面是晾衣架的主体晾衣轨道杆，两个晾衣轨道杆的内部是滑槽，在滑槽内装有传动晾衣横杆的滑车、传动带或钢丝，滑车部分是由滑车壳体、滑轮以及滑轮轴组成，晾衣横杆支撑在滑车七面装的凸耳上，滑车由电机驱动。
电子感应箱装在一根轨道杆的外端。
在两根轨道杆外侧面分别装有左、右电动雨布箱，左、右电动雨布箱两端下面分别装有雨布轨道；雨布轨道末端用水平的连接杆相连。
电动雨布箱的结构：
雨布缠绕在滚轴上，滚轴一端装有滚轮，滚轮上绕有拉绳，在滚轮外侧的滚轴上装有电机，电机由固定环固定在雨布箱内，电机外装有电路接线盒，在滚轴的另一端装有固定环，在雨布箱下端开有雨布出口。
1．晾衣架主体2．晾衣横杆3．上侧雨布组件4．两侧雨布组件
结语
本文设计组合衣架的能够实现下雨自动收衣，刮风不怕刮掉，可以晾晒多种衣物。
组合衣架可分可合，消费人群可以很广，还可以分件生产。
设计中的雨水感应器采用多点布置方式，灵敏度得到提高。
可以较长时间的使用，能满足使用要求，具有积极的推广应用价值。
参考文献
[1]林若波，李锡丰，郑烁．晴雨智能晾衣架的设计[J]．电子技术，2006．
[2]万福君，潘松峰．单片微机原理系统设计与应用[M】．合肥：
中国科学技术大学出版社，2001．
[3]杨文显做型计算机原理与接口技术咖．北京：
清华大学出版社，2002．
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