东华大学机械工程学院实验指导书实验名称休闲娱乐机械与家用机械的设计及改进课程名称自选综合实验专业学期姓名学号指导教师周申华实验成绩实验日期年月日一、实验目的及要求1.实验目的：（1）了解并体验新产品开发的流程；（2）掌握资料调研和检索的方法和技巧（3）掌握CAD、CAE软件在产品设计中的运用；（4）了解一些基本零件的加工及装配方法；2.实验要求：（1）进行具体工作之前应先安排出自己的工作计划，作为检查工作进度的依据；（2）对相关领域的机械产品及专利进行调研，自行拟定所需要设计的机械产品创新方案；（3）对设计产品进行建模及仿真，选择较重要的零件进行力学校核；（4）绘制产品装配图纸及主要零件图纸，总量约折合1张A0当量；（5）拟写该产品的实用新型专利说明书。
二、实验装置1、计算机及相关CAD、CAE软件2、游标卡尺、钢尺等测绘工具3、扳手、螺丝刀等基本拆装工具4、图纸绘图仪三、实验内容1、基于对生活的观察，结合主题对某一领域的问题进行调研，拟定自己的设计方向；2、对同类或类似产品及专利进行检索，必要时可进行一定的测绘，并在此基础上提出自己的创新方案；3、对该机械产品的零件进行设计、装配、仿真及校核；4、绘制主要零件的工程图及产品的装配图，渲染产品效果图；5、拟写该创新产品的实用新型专利说明书。
四、实验报告要求1、对设计领域的国内外相关产品进行描述及分析，指出现有产品优点及不足；2、说明自己设计的产品的工作原理、主要特点及创新点；3、归纳整理设计流程，绘制主要结构的机构简图，记录仿真、校核的计算过程及结果；4、写出经过本次设计后的体会与收获5、将图纸及拟写的实用新型专利说明书作为本实验报告的附录。
五、实验进度安排实验内容学时数调研并拟定设计方案8产品建模8仿真及校核 4工程图及效果图 4实用新型专利说明书撰写 4撰写实验报告及验收 4六、考核方式学生需提交：实验报告（附实用新型专利说明书及折合约1张A0当量的工程图）一份；工作日志一份；调研报告（含相关产品的文献/专利目录及总结）一份；设计资料光盘（含CAD模型、运动仿真动画、力学校核数据、电子版工程图等）一份；实验报告正文家用机械-多功能家具的设计方案1前期调研.......................................................... 错误！未定义书签。
2设计灵感和设计方案 ..................................... 错误！未定义书签。
3总体设计图和工作原理图 . (8)4零件的有限元分析 (11)5设计过程中遇到的问题 ................................. 错误！未定义书签。
6实验心得.......................................................... 错误！未定义书签。
计算机三维建模效果图1 前期调研对于不少业主来说，新居里的空间不够宽敞让他们在选择家具时更显为难。
因为要在买家具时考虑在有限的空间里营造舒适与美观。
其实要节省空间，只要选购家具时注意一下家具的结构与功能，选择那些能一物多用的产品，就能让家具发挥最大功能，实现节省家居空间、让空间更加宽敞的目的。
如果你的居室面积不是很大，那么就一定要考虑家具的多功能化。
一件家具如果具有多重功能，就能在不同的空间里扮演不同的角色，更好的节省家居空间。
例如一个小巧的角几，下面带着4个轮子，推着走非常方便。
把它推到沙发前，可以做一个临时的茶几，晚上睡觉前又能放到房间充当床头柜。
而一些多功能鞋柜则能身兼数职，既可以做凳子、鞋柜，又可做收纳箱。
目前市场上的多功能家具品类多样，大至睡床、沙发，小至边几、鞋柜，都能见到多功能家具的身影。
这类家居可随着大件家具(床、衣柜等)成套买，也可以单件买。
不仅受到小户型业主的青睐，一物多用的功能也受到不少买了大户型的家庭喜欢。
多功能家具的分类种类初始功能新设功能举例产品举例床榻坐卧遥控、按摩、变形智能床、充气床、折叠床椅凳坐靠旋转、升降、按摩按摩椅、折叠沙发、牙科椅箱柜储存自动开关、升降、消毒防霉衣橱、升降柜、保险箱桌案支撑旋转、升降、变形旋转餐桌、自动麻将桌框架悬挂多层、升降、遥控遥控窗帘、自动百叶窗门屏隔挡调温、隔音、自动开关自动门、音乐墙、沐浴门2 设计灵感和设计方案这个“白色立方体”看上去就像一个巨型的盒子，其实就是一套多功能家具，拆开是两沙发和一个茶几，还是一个空间节省概念设计。
设计灵感通过检索一些其他专利，我们组决定设计一个书桌-书架-床转变的多功能家具，这样不仅节省空间，而且也能让户主学习休息两不误。
我们的灵感来源于下面一幅图：这幅图让我们觉得这种通过沙发的翻转来演变成床，角色的转变让户主既可以坐在沙发上看电视，同时又可以变为一个休息的地方，达到了节省空间和一物多用的效果，不仅大方美观，而且也是家居变得趣意盎然。
我们想到这样的方法同样可以应用到书架和床板的演变上，让人们不仅可以学习，而且可以休息。
为此，我们决定发明一种书桌-书架-床的转变的多功能家具。
设计方案a 书架的具体设计书架的具体作用：1、放置书籍，供参阅和学习2、书架转变为支架，起支撑床板作用书架的安装：通过连接件与床板相连，床板在翻转的过程中，书架会由于重力的作用产生转动。
优点：床身在翻转的过程中，书籍保持平动而不用人为的卸下书籍，省时省力，方便快捷。
书架连接方式连接件固定方式b 书桌的具体设计书桌的具体作用：1、看书学习2、转变为支架，起支撑床板和平衡受力作用书桌的安装：通过固定铰链和床板相连，利用可拆卸的支撑杆固定床板。
优点：1、书桌可以通过移动支撑杆来使书桌翻转，节省空间2、书桌通过支撑杆的连接起到自锁的作用，跟随床板一起转动，作为支架，起支撑作用。
书桌的设计c 床板的设计和转变床板的作用：1、供人休息2、作为书架和书桌的靠板床板的安装：通过五个固定铰链与墙体连接3 总体的设计图和工作原理图图中 1.地板，2.墙壁，3.防脱杆，4.连接件，5.书本，6.书架，7.书桌，8.支撑杆，9.脚踩踏板，10.连接杆，11.支撑铰链，12.床板。
脚踩踏板防脱杆向上移动床身翻转书架平动具体参数设计1.床:长×宽×厚=2000×1480×40mm2.书桌：长×宽×厚=900×460×30mm3.书架：长×宽×厚=2000×220×20mm4.桌的高度=720mm5.床的高度=500mm工作原理：脚踩动踏板（9），踏板（9)向下转动，带动连接杆(10）,连接杆（10）带动B图中防脱杆（3）向上转动，由此，C图中，床板（12)向下转动，从D图可以看到，书架（6）由于重力的作用会相应的转动，但是书本（5）却始终保持在平动的状态，E图和F图是床板（12)翻转后的结果，可以看到书架(6)起到了支撑的作用，书桌（7）也由水平状态变为竖直状态，起到支撑床板（12)的作用。
4 零件的有限元分析结合我们已经设计出来的三维模型，我们认为装配体中床板与墙体连接处的支架零件受力最大，我们有必要对其进行受力分析。
下面是我们做得有限元分析材料属性号数实体名称材料质量体积1 SolidBody1(分割线1) 铸造碳钢0.274699 kg 3.52179e-005m^3材料名称: 铸造碳钢说明:材料来源:材料模型类型: 线性弹性同向性默认失败准则: 最大von Mises 应力应用程序数据:属性名称数值单位数值类型弹性模量2e+011 N/m^2 恒定泊松比0.32 NA 恒定抗剪模量7.6e+010 N/m^2 恒定质量密度7800 kg/m^3 恒定张力强度 4.8255e+008 N/m^2 恒定屈服强度 2.4817e+008 N/m^2 恒定热扩张系数 1.2e-005 /Kelvin 恒定热导率30 W/(m.K) 恒定比热500 J/(kg.K) 恒定载荷和约束夹具约束名称选择组说明固定铰链-1 <支架零件> 于 4 面铰链载荷载荷名称选择组装载类型说明力-1 <支架零件> 于 2 面应用力-1000 N 垂直于参考基准面相对于所选参考边线< 1 >使用均匀分布按序装载反作用力选择组单位总和X 总和Y 总和Z 合力整个实体N 0.25849 -0.192628 -2000.03 2000.03自由实体力选择组单位总和X 总和Y 总和Z 合力整个实体N -2.7895e-005 -0.000248909-0.0001125340.000274586自由体力矩选择组单位总和X 总和Y 总和Z 合力整个实体N-m 0 0 0 1e-033算例结果默认结果名称类型最小位置最大位置应力1 VON:vonMises 应力195944N/m^2节: 8711(-11.4514mm,-6.96451mm,-12.2116mm)1.51835e+008 N/m^2节: 13320(37.4022mm,-20 mm,8.50046mm)位移1 URES:合位移4.42248e-006 mm(-38.0716mm,0.0212231mm(-9.99996mm,节: 13517-18.75 mm, 4.70186 mm) 节: 1709.99976 mm,0.0212217 mm) 应变1ESTRN :对等应变1.30614e-006 单元: 5272 (0.87871 mm, -14.1577 mm,-0.268469 mm)0.000420654单元: 2690(36.7867 mm, -19.3755 mm, 8.85592 mm)支架零件-算例 2-应力-应力1支架零件-算例2-位移-位移1支架零件-算例2-应变-应变1结论:综上数据可知，当对零件施加1000N的力时，计算所得零件所受的最大应力为1.51835e+008 N/m^2，而材料的屈服强度为2.4817e+008 N/m^2，可见承受的最大应力小于屈服强度，不会因受力而弯曲变形。
5 设计过程中遇到的问题在前期讨论设计方案时，我们的想法多种多样，一开始想到怎么样解决书架翻转作为书桌的方案，不过因为没有合适并且成熟的想法，这个方案暂且搁置，我们后来讨论了绞肉机、旋转书架、沙发床、节省空间之餐桌，同时也检索了一些专利，但是总是找不出更加成熟的方案，直到我们上网查询到一副沙发床转变的多功能节省空间家具的图片，我们觉得我们的设计路线应转到节省空间的多功能家具方向，于是我们设计了这个书架-书桌-床转变的多功能家具。
在设计的过程中，我们的设计参数要跟随实际情况不断的修改，为了能接近我们实际生活中得家具的尺寸以及适应人们接触的实际情况，我们也是通过测量寝室中得书架、书桌、床的尺寸，结合自己的设计要求，做适当的参数修改。