第五届全国大学生机械创新设计大赛(慧鱼组)实验报告

第五届全国大学生机械创新大赛慧鱼组设计#说明书#作品名称：多功能全自动储物柜参赛人员：谢友春唐琳杨猛洪海闫亚娟指导教师：覃莉杜超所属单位：西南石油大学2012年3月目录1、设计背景 22、创新点 33、设计 43.1外形设计 43.2升降构件设计 53.3伸缩取放构件设计 53.4副柜设计 63.5书桌设计 74、工作过程分析 75、控制程序 96、实用可行性及成本分析 97、作品应用前景 10参考文献 111、设计背景近年来，随着我国房地产市场持续升温，房价也一涨再涨，小户型住房成了市场的宠儿。由于小户型房间面积小，对各种家具的设计既是机遇又是挑战，同时对储物柜的要求也有了新的要求。因此对于居民来说，如何利用有限的空间发挥最大的效益是一个摆在每个家庭面前的难题。而对于家具制造商来说这却是一个极好的商机，谁能解决好这个空间利用的问题，谁就拿到了进入未来家具市场的门票。传统的成品家用储物柜（图1）约有2.5米左右，储物柜顶部距离屋顶还有一定的距离，但由于这部分空间由于取放东西的不便且存有安全隐患，因此绝大多数家庭不得不放弃使用这部分空间。当今的小户型住房本来面积就不大，如果利用传统的储物柜就不能充分地利用本来就小的空间，这无疑是雪上加霜。因此需要充分考虑传统储物柜到天花板之间的这部分闲置空间，将这一部空间分利用上，那么平时要占据很多空间而又不经常用的物什就可以放置在这些空间里。目前常用的方法就是根据房间的大小高低定制储物柜（图2，图3），但是定制的柜子成本较高，不能移动改变摆放位置，无法重复利用。通过以上分析，成品家具和定制家具各有弊端，而本文设计制作的多功能全自动储物柜可以很好地解决这些问题，既提高了空间利用率，又能像成品储物柜一样可随意移动，实现资源可持续利用。2、创新点分析本储物柜充分利用了传统储物柜与天花板之间的空间，在占地面积不变的条件下更好的实现了对上层空间的利用，从而实现了在小户型房屋里面达到了一物多用，大大提高了其空间利用率。综合分析本储物柜具有以下创新点：一、可伸缩结构。有的家庭对于储物空间的要求不是一成不变的，而是根据实际需求会发生一定的变化，所以对储物柜的扩展能力有了一定的要求，我们团队所设计的储物柜就考虑到了用户的这种需求，两个并排的储物柜在需要的时候是两个独立的储物柜，而在需要一个储物柜的时候，其中的一个储物柜可以收缩，从而节约了占地面积，用户有更大的空间另行分配。另外，用户的房屋户型不完全是规则的形状，特别是拐角的地方难以利用起来，我们设计的储物柜可以从中间折开，两个储物柜可以根据房屋形状调节成一定的角度。这样就可以根据房间的结构来调整储物柜的结构，从而充分利用空间。二、为了方便用户调节每层的高度，我们将传统的柜子隔板设计成为柜盒的形式，既方便调节高度，又方便取放物品。三、最下方的智能升降台。由于采用柜盒的形式取代固定的隔板形式，智能升降台就能实现取放不同层高的柜盒，方便用户拿取物品。四、智能升降台设计成书桌形式，在不取放物品时，可以回落到最下方作为书桌使用，实现了一物多用。3、设计方案3.1外形设计多功能全自动储物柜（图4-1、4-2）在外形上面跟传统的储物柜一样，占地面积较小，有着坚实的底座，从下向上是一层一层的柜盒，这个柜盒是可以自由移动的，较高层次的柜盒可以通过智能升降台取出，再回落到用户适宜取放的高度，用户使用完成以后，智能升降台可以再将柜盒复原安放到其以前的位置，与传统储物柜不同的是全自动储物柜的高度远远高于传统的储物柜，其高度可根据天花板的高度来设计，使其充分利用空间，从而达到更高的空间使用率。3.2升降构件设计传统的升降装置一般采用钢丝拉吊、链条带动、液压升降等，而多功能全自动储物柜的智能升降台的升降构件却没有采用以上几种装置，而是利用丝杠升降，通过电机带动丝杆转动，使升降台被带动升起，从而取放高层柜盒，使用户使用更加安全便捷。（图5）利用丝杠升降的好处有很多，首先螺旋升降具有自锁的特点，不至于在突然断电的情况下整个升降台下滑造成安全事故，其次，由于升降台是通过螺旋带动的，升降可以达到较大的精度，确保柜盒精确地安放在高层，使其更加稳固，在上升过程中利用安放在每一层储物柜的限位开关来控制每次上升的高度，再与齿轮升降结合起来可以精确的定位，所以我们选用的丝杠升降的提升结构和限位开关的控制结构更适用于这个储物柜。3.3伸缩取放构件设计当智能升降台上升到高层准备取下柜盒的时候，需要手臂伸到架子下面（图6），然后电磁铁启动，使升降台和架子底部通过电磁铁吸引在一起，然后将架子提升一段距离使其离开支撑它的支架，再利用伸缩构件将柜盒拉出来，使其整体离开储物柜，再由升降台取下来，方便用户储存物品（图7）。当需要将柜盒放回原处时，升降台会进行相反的过程将其放回对应的层数。伸缩机构的原理是在升降台上面安装一个齿条，电机通过齿轮盒的转换沿着齿条前进，电机反转，升降台就可以退回来，通过这个构件实现了升降台的伸缩功能。3.4副柜设计在主柜一旁加一个副柜(图8)，使其在功能上多样化，同时可以利用家庭中的多余空间。副柜设计的目的是存放大件或者不能折叠的衣服，使其直接在副柜中挂起，副柜中的衣架是由可以伸缩的嵌套在一起的不锈钢管制作而成，这样就能实现副柜的伸缩，从而根据家庭的空间大小来调整副柜的大小。而副柜中的第2、3层衣杆是可以通过旋转来实现升降目的的，这样同样可以利用到人们平时利用不到的上层空间。（图9）图9副柜挂件升降图10副柜旋转配合两个并排的储物柜在只需其中一个的时候，另外一个可以通过缩放功能使其体积缩小，达到节省空间的目的，从而实现了空间的多变化，同时在副柜底部装有万向轮，使其在缩进的时候减少摩擦，在另一侧安装有齿条和齿轮，利用电机带动齿轮转动，带动要缩进的储物柜一侧向之靠拢，同时也能让副柜进行旋转与主柜呈90—180度（图10），这样就能解决房间拐角带来的不便问题。副柜的背部是可以伸缩的栅栏型结构，用来固定副柜的两侧架子。同时起到密封作用。收缩时栅栏与衣架同步合紧，既调整了大小又节约了空间。3.5书桌设计 当今的小户型住户对于家具的多功能有了更大的要求，用户希望在占地相当的条件下可以实现更多的功能，而本次设计的储物柜就考虑到这一点，在智能升降台不工作的时候可以放在最下面，在升降台上面加上一个桌面，就可以形成一个简易书桌（图11），可以满足用户的日常看书要求。如果用户有其它需求需要占用这部分空间，可以使升降台上升到最顶端，从而腾出部分空间。4、工作过程分析用户在使用本储物柜的时候下面几层可以按普通的储物柜正常使用，没有任何影响，但是当用户使用上层的储物空间的时候由于上层距离地面较高，需要智能升降台的帮助，可以按动控制按钮使智能升降台从最下面上升到所需要利用的那一层上面，有指定层的限位开关控制升降台的停止，升降台利用上面的齿条和电机控制升降台伸出直到那一层支架下面，电磁铁开始工作，使升降台的前端的电磁铁和支架底部的铁片吸引在一起，升降台上升将支架抬离开储物柜一段距离，升降台再缩回来，回到原来位置，这时限位开关已经识别了升降台的复原，可以将其带回下层用户可以够得到的地方，方便用户使用，用户使用完成以后，再次按动开关，升降台带着支架再次上升，回到之前取出支架的位置，通过限位开关停止以后，升降台伸入支架处，将支架放到之前的位置，电磁铁关闭失去磁力，升降台下降一段距离，使其稳定后升降台缩回，此时高层支架安放完成，升降台通过螺杆旋转回到地面，继续承担起书桌的用途。而副柜主要起到调节大小，适应空间的作用，副柜有三层，第一层（最底层）只有两根嵌套在一起的不锈钢管不进行升降，衣物随取随放。第2,3层由于距离地面较高，所以采用升降装置，每层衣架都由电机蜗轮带动，电机的旋转由脉冲计数器控制从而保证精确定位，并保持衣架的平衡，当用户需要取拿哪层的衣物时只需按下对应层数的开关，点击会带动衣架自动降下，如果想同时取拿2,3层的衣物，可以同时按下对应的开关。而当需要存放的衣物不多且空间不够时，就可以按下副柜的伸缩按钮，电机会带动卡在副柜底部的齿条使整个副柜开始收缩。同样地，如果遇到房间的墙角不易摆放储物柜时，就可以手动拉动副柜使其与拐角相吻合，这样就真正做到了合理利用空间节约空间的目的了。5、控制程序6、实用可行性及成本分析本储物柜的设计初衷就是在家庭中实用，通过柜上的机械构件使其达到预期设计的目的，所使用的机械构件在现今都已经有成熟的生产，在上面没有任何限制因素，现今的储物柜生产设计研发都考虑到更加人性化的设计，而不仅仅是注重于储物柜自身，所以象这样的全自动多功能储物柜的生产销售也符合当今行情。本储物柜跟传统的储物柜相比使用了较多的机械构件和电气构件，在成本上面会比传统储物柜花费更多，随着机械工业生产设计技术的进步，以后的机械构件会在成本上有较大的下降，所以生产的成本也会有一定程度的降低，会得到一个合理的性价比，使大多数家庭会因为它的功能优势大于价格劣势而选择这样的自动多功能储物柜！7、作品应用前景在作为家用储物柜的时候一方面可以根据所用的具体位置来改变储物柜的安放形式，另一方面也可以根据用户的要求将储物柜改变形状，更加适合用户的家庭形状，达到更大的实用性。该装置不仅可以作为家用的储物柜，同时也可以在大型图书馆里面当作书柜使用，下面的书桌可以当着阅览桌，同时经过改造的书柜可以实现多个书柜共享一个智能升降台，从而实现图书馆的智能化，而不是现在的工作人员用梯子带有安全隐患的整理图书，对未来图书馆的发展会带来更加便捷的模式。