摘要本设计拟设计一种老年人阅讀时使用的放大镜搁置的摆放支架它不仅可以按照老人阅读的速度调整纵向（y）/横向（x）的位置，实现类似我们利用电脑阅读时的自动滾屏操作该阅读书架是利用直线电机设计的一种新颖的机械结构，可以实现利用手动遥控控制放大镜能在x和y方向自如的移动以实现阅讀不同的区域。本设计基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业学科的知识体系的前提下完成设备的发明和制做應用机械专业的相关知识完成产品的总体设计，应用力学材料学的相关知识完成对产品的受力、寿命，成本等方面的检测在工业设计嘚知识体系下应用美学与外观设计等知识对产品的外观进行美化，使产品更人性化更安全。应用各种传动机构实现产品的预期设计功能主要运用步进电机带动丝杠，同步齿形带等简单的机械结构实现对放大镜移动的控制。关键词 制造工业必须自提升机器其工业产品的質量这就是为什么工业需要质量可控性工具以及方法的原因。在本文中为了尽可能保证适用于零件的一系列功能设备标准，我们提出叻一个允许机械工具优化调整的方法设备必须使用 准定义的最大的材料设备。 根据所提出的方法做出了一个几何模型富含调整参数的互换性边界构成了该模型的基础。这个几何模型和第一批生产零件的对比使我们获得了调整参数的变量这些变量可以直接纠正了（机床）其后的零件在最大程度上遵循功能需求时机床的 特定行为。至少这个方法给出了统计型进程控制迈出了的第一步。 关键词调整 ; 几何质量控制 ; 机械加工 ; 公差 引言 如今市场的波动和时尚要求越来越需求创新和不同的模式随着批量规模的缩小，在尽可能降低花费同时减少延遲的情况下设计生产最优产品是必要的因此，必须采用并行工程的概念这在工业和学术领域是众所周知的。零件的设计计划进程甚臸是产品系统都要同时进行。 图 1 展示了集成设计和制造中包含的不同项目我们注意到产品（或工作部件），制造进程（机器加工成型，装配等等）以及制造原料（机械 工具）以便于获得生产进度，同时还有可制造工作部件甚至是制造系统产品设计的目标由规定所有操作，资源以及最适于功能需求的实际机制所必要的进程组成这个交互作用必须解决几个问题产品质量，预期寿命产品反应能力等等，而且约束条件为花费市场，安全性合法性等等。为了解决这些诸多问题方法，模型和工具已被使用对于每个使用者（设计室，淛造销售，生产等等）其中的任何一个都必须是具有代表性而且贯穿产品生命周期的几个阶段。 在本文中我们将致力于制造产品的幾何质量。其中一种提高产品质量的方式是通过以下方 式控制几何公差 因此我们提出一些工具和方法允许我们解决第一点。我们工作在夶规模生产的制造环境中这些零件有相同的尺寸且每种型号的零件都彼此相隔开。我们假设它们是严格关注局部变形和整体变形这就昰为什么制造误差比实际变形大的原因，因为仅有调整和公差是可控的此外，我们也可连接调整参数的值和功能需求的值即适用在机械零件中。这样目标是为了控制机床的调整参数，使它满足功能需求 调整任务与公差任务，为了了解调整的问题首先我们不得不定義公差作业。公差作业是机械制造几何定义的一个子集仅限于几何方面，设计产品需要两个研究 第一个由选择被设计的解决方案和提絀实际机械制造的制造进程组成。实际制造是功能需求的解释这项研究的主要目的是获得技术绘制。绘制需要极其重视各零件间的关系尤其是制造生产中的（关系）。 第二个研究分析并验证了先前研究的结果机械制造的两个方面在同一时间被研究。 因此我们现在可鉯根据产品设计给出公差的目标 公差的目标包括控制机械制造中介于实际几何和名义几何间的小偏差以便于最大程度遵循其功能需求。 如果问题是控制制造前小偏差的影响我们不得不解决一个模拟产品绘图的问题来展示结果。 如果小偏差的控制发生在制造期间我们不得鈈调整机床。 因此调整是常用公差问题中的实践性和技术性方面。调整和公差有着相同的目的 机床的调整 3． 1 功能要求和 言 关于调整的萣义，优化调整需要一个功能要求的准确表达通常，装配和定位是两个有几何表 达的被研究的功能要求 边界的概念巧妙的解释了装配環境。如果它所有加工点没有任何一个妨碍互换性边界这个机械装置的零件就能配合其他所有部分。 准 5 允许材料在最大需求条件下在垂矗方向的使用这种情况描绘了近乎完美的边界概念和功能需求装配。如果一个被制造零件整体位于互换性边界的良好一侧它才适合使鼡。在不违反边界条件下如果一个零件的物质接近边界反而更好因此，偏差更准确的说，是遵循功能、介于部件和边界的数值评估差徝 另一方面， 准语言并不能被准确翻译其定位的功能需求实际上，标准 语言不能完全地考虑不同形式的影响或局部变形的影响根据技术绘图，主要影响是优良零件不与其他零件相容且根据功能（需求）优良零件也被拒绝（使用）。因此这个产品不是最优的。 实际仩根据 言中的定位条件，没有人可以使机械工具最优化除了公差带中的错误分布之外，公差的 何模型考虑了所有形式的特征偏差因此，装配的两零件间的位置偏差并不被推测为有实际关联这就是为什么这篇文章提供了一种仅考虑装配条件的方法的原因。此外为了加大优化程度，装配条件必须采用材料需求最大值以及垂直方向 图 3 展示了调整过程中出现的不同数量以及零件加工的防未知干扰调整。 調整机床要求连接加工表面和机床的工作部分由于调整工作、加工进程以及机床的动静行为造成的许多错误和未知性，因而这不能一次荿功这些不确定性就是制造偏差的起因。为了控制一些例如螺栓、可逆性位移和导轨缺陷等一些不确定性因素影响机床建造人员会在傳统机床的数控单元或可调下降保护器中放置一些调整元素。这些参数的修改允许不确定带相较于实际位置产生位移这个显示数量的尺団就是长度。 反过来（因为）它确保遵循功能需求，所以加工的 尺寸数量更加复杂所以在实践中，这些需求必须被翻译为兼容长度的呎寸因此，测量任务的目标是评定功能的遵循情况以及在兼容调整参数下给出测量数量显示数量和测量数量的差值给出测量参数调整徝。 3． 3 调整模型校正测定 我们规定在互换性边界的几何表现（图）上建立一个模型与调整参数一致的尺寸的变化，允许我们对模型变形例如，这允许我们用调整最佳的模型去配合通过被坐标测量机初次加工的零件给出的几何图在移动和变形模型之后，尺寸的变化给出叻调整参数精确的调整值因此，在已经介绍了这些校正后接下来被加工零件就 有更多机会去配合最佳互换性边界，因而符合功能需求 几何调整方法 为了解释提出的方法，我们使用了工业调整问题中具有代表性的应用下面的技术绘图（图 4） 根据 准中的叙述规定了被制慥零件。其第一功能就是要遵循装配环境当盖子位于 A 平面且一根轴穿过 C 圆筒时两个螺栓必须与零件配合。盖子是在传统机床上加工用┅个钻孔工具钻出两个直径为 孔，位于A 平面一个钻孔工具完成直径 28孔。三个纵向可调下降保护器将每个床身固定在工作位置机器给出其他的交叉位置以及钻孔指示。 这与数 控机床没有区别；仅是我们来处理数字中断罢了 几何调整模型 几何调整模型是基于垂直条件的几哬特征结构。特征安装在准确位置这个模型必须包括使用最大材料需求定义数据的特征。最小几何约简元素和尺寸特性代表着每个特征然后这个模型根据机床的可调整能力被参数化。 纵向孔位置参数化 3使孔直径参数化。 句话说根据波音的定义它们几乎是关键流程参數， 初始调整钻孔以及测定。 首先机床根据零件的表面尺寸被初次 调整。接下来第一个零件被加工。通过使用坐标测量机的测定作業从被加工零件的表面提取点现在，一系列被测点 表者每个特征 调整模型和被提取点间的偏差 我们现在还在寻找调整模型和被提取点の间的最佳配合。我们必须指定被测点 属于调整模型其自身的点 I 之间的偏差出于这个考虑我们采用隔离初始调整模型而是使用点 I 的运动萣义的非共面直线对位移的原则。我们采用被测点和移动模型表面的点之间偏差的准确表达 这种方法表明通过表面特征的几何特性和被測点的知识，约束可以确定移动模型的表面点然而，常规加工 特征中一直是可行的平面圆柱，球圆锥，抛物线大齿轮表面等等。對于初始位置的最小几何约简元素的认知定规定了初始调整模型微位移非共面直线对正式表达了初始约简元素的移动。 这个关系给出了投影在 R 基准面上的点 O 出位移因素 γ 是 R 基准面中 S 小三角位移的构成。 -u,v,w 是属于 S 的点 O 变化的微小位移的构成 这个 可以被等同的描述为一个 4*4 矩陣。 这些数学关系允许我们轻松的计算出每个特征（通过其自身的几何约简元素定义）的不同模型（表面的运动的）和依附于零件定义嘚其特 别因素（特性）。 运动约简元素描绘出了调整模型被测点 表面点 I 之间的偏差被运动约简元素正式求出。初始模型的原始因素允许變大而产生形变 因此，对于每种形状（平面圆柱），偏差从初始模型的约简元素中表达其自身被测点，非共面直线对的未知数以及模型初始因素的变化 图 7 展示了小于被测点和其表面点间偏差的不同操作。 这个模型代表了依附于机床的表面零件与机床的调整因素相┅致的初始因素，且每个缺口代表着首批零件和表面零件间的偏差未知数允许我们将不同数据的机床和坐标测量机配合。未知数和因素 嘚变化会改变偏差解决调整因素的校正解决校正等于找到约束条件下最优化问题的答案。答案的目标是找出最适合被测点的移动形变模型尽管如此，被测点并不违反模型的限制 数学描述为 目标 零件和调整模型的最佳配合 我们找到了最大偏差的最小值 约束 对任意偏差小於零，如果正交矢量的方向没有偏离问题就没有被测点违反模型的限制 因素 知数和模型自身的特别因素 约束条件下最优化的结果给出了特别因素的准确值，这样之后的零件就能最好的适合功能需求经 典求解程序软件的使用可以通过数字法或分析法来解决这个优化（问题）。 图 8 展示了改良环的回转（运动） 图 9 展示了调整模型和首批零件之间最佳配合的最后相关位置。 我们已经将这种方法在一些实际加工Φ运用我们注意到首批零件（加工）之后机床调整应有一个合理、迅速的改良。确实这个进程纠正了初始静态调整偏差但是却留下了┅些与首批零件加工偏差一致的错误。通常来说静态调整错误比制造错误要大。考虑了接下来的零件我们已经规定了一个策略来改良機床调整以及纠正残余加工错误。以简单的例子零件 j 之后的因素 p 的 纠正 同于零件 j 获得的因素 对立变化，被 j 除 结论评论 因为我们求出了調整因素在最符合功能需求条件下的调整值，（所以）提出的方法是最优化的有了这个方法，尽管每次纠正是属于单维空间我们仍可鉯控制被加工零件的三维方面。 即使它们不与调整因素相一致这个方法也允许我们控制偏差引起的影响。描述那些偏差是没有必要的唎如，孔的半径的增加会控制钻孔工具和支撑平面间的角度偏差；然而我们没有必要去确定它。 这个方法的运用足够控制公差公差的模拟不需要工艺。调整方法和经验允许我们根 据功能需求去控制制造偏差根据单个进程的实践选择，零件是最优制造的 至少，这种方法是数控进程的第一步与监督因素一致的偏差；调整因素控制进程。 英文文献翻译 助老型全自动“方便阅读架”机械、控制结构的设计與制作 of 1 助老型全自动“方便阅读架”机械、控制结构的设计与制作 2 1. 论文题目 助老型全自动“方便阅读架”机械控制结构的设计与制作 2. 论攵结构 体结构的设想 论文的总体结构将做如下安排 会老龄化问题出来的各方面问题以及机电一体化技术的应用与发展。 发设计出一种能够幫助高龄老人总结市场上现有阅读书架 的结构特征和特点，将其与机械结构巧妙结合以实现预期的功能， 对其整体结构进行设计与优囮 便阅读架”结构特点以及工作原理进行研究及阐述。 便阅读架”的结构和零部件进行设计、加工、装配为该方便阅读架进行程序的編写及调试，使其按预定的工作状态运行 题研究的目的、意义 人口老龄化问题是当今世界各国都要而临的一个严峻挑战。人口老龄化的發展导致老年人口过多影响人口年龄结构，结养老事业造成巨大压力对于我国，这尤为突出一是我国老年人曰的绝对数量很大， 1996 年峩国 65 岁以上的老年人曰已达 0. 86 亿同年 60 岁以上的老人已达 1. 30 亿 ;二是我国人口老龄化的发展速度快，一般西方国家从人口成年型国家进入老年型國家要经过 50而我国大约用不了 20 年。 [1] 目前高龄老年人阅读是他们了解社会的一种主要渠道但是高龄老人阅读确实存在不小的困难，高龄咾人的眼睛已经严重老花他们阅读时不仅需要带上高深的老花镜，还要手拿放大镜这样才能勉强阅读，这种阅读方式不仅劳累还要隨着阅读的部位的不同手持放大镜不断改变位置，增加了不少的阅读负担本设计拟设计一种老年人阅读时使用的放大镜搁置的摆放支架，它不仅可以按照 老人阅读的速度自动调整纵向（ y） /横向（ x）的位置实现类似我们利用电脑阅读时的自动滚屏操作，还可以按照手动控淛的方式来实现手动控制改变放大镜的位置以实现阅读不同的区域。 要解决的问题 3 目前市场上的阅读架功能比较单一，大多只单单提供了固定书籍位置的功能并不能满足高龄老年人阅读的需求，本设计要解决的问题主要是为老年人阅读看报提供一个操作简单方便实鼡的自动化机械产品，以帮助老年人在视力受老花眼限制的状况下更好地阅读有了既定结构的放大镜阅读架能够免去老年人手持放大镜嘚不便，可以让双手解 放出来去做其它事情还能避免佩戴眼镜的不适。阅读架可以通过调节按钮实现放大镜上下左右平移同时能够保證移动速度均匀，优化老年人的读书条件整个控制过程使用红外遥控实现，让使用者可以通过按键选择放大镜的移动状态让产品充分發挥机电一体化产品的特点，使其运行简单可靠结构简易轻便，满足老年人的读书看报需求 要工作 主要任务是 利用直线电机设计一种噺颖的机械结构，控制放大镜的摆放之间能在 x 和 y 方向自如的移动其移动的速度是可调的，其不仅可以实现不同速度自动移动还可以实現利用手动的控制手动移动。 本设计要求学生能按照设计的基本要求设计出装配的零件图，还应当对控制系统有一个初步的设计同时還建议本设计最好能制作出实物。 便阅读架”装配图一张 要创新点 片机控制系统集成在一起实现自动化方式从而解放双手，极大自提升機器了老年 人阅读体验 带方便，成本低廉易于生产制造，适合推广是一款经济实用型产品。 适应不同书脊厚度的放置提高了书籍嘚放置平整度，书架的倾斜角度还可以根据不同的阅读习惯进行调节从而达到良好的阅读效果。 工简单方便、成本低 4 3. 文献综述 进电机基本原理 步进电机作为执行元件 泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展 与日俱增 进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构当步进驱动器接收到一个脉冲信号 称为“步距角’ 从而达到准确定位的目的 ;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转動的速度和加速度 进电机可以作为一种控制用的特种电机 精度为 100的特点 . 永磁式步 进电机 混合式步进电机 单相式步进电机等。 [6] 电一体化技术嘚相关应用与发展 机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容其基本特征可概括为 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置与布局各功能单元在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上 实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术 机电一体化基本结构偠素 械本体部分 机械本体就像人体的身躯骨架，它是系统所有功能元素的机械支持结构包括机身框架机械连接等 力部分 动力部分与人体內脏产生能量去维持生命运动一样，为系统提供能量和动力功能驱动执行机构使系统按照控制要求正常运行 感部分 传感部分就像人的眼鼻耳口等感觉器官将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测变成可识别的信号，传输到信息处理单元经过分析处悝后产生相应的控制信息 动部分 驱动部分就像人体的肌肋腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样，在控制信息作用下驱动执行机构完成各种動作和功能 5 行部分 执行部分如同人的四肢由大脑支配完成各项工作任务一样，根据控制信息和指令完成各种动作和功能执行机构是运动蔀件一般采用机械电磁电液等机构 制及信息处理部分 控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆思考和判断问题一樣，将来自各传感器的检测信息集中存储分析加工并根据信息处理的结果按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的運行它一般由 计算机可编程序控制器数控装置以及逻辑电路 A/D 与D/A 转换 I/O 输入输出接口和计算机外部设备等组成。 [2] 步齿形带的相关应用与发展 带傳动按功能可分为摩擦传动和啮合传动摩擦传动包括 平带传动、 V 带传动、多楔带传动等 ;啮合传动有同步齿形带 简称同步带或齿形带 传动。 20 世纪70 年代以前平带传动在动力带传动中占有一定地位，但 70 年代后期开始平带传动的生产急速下降，到了 80 年代同步带传动的生产和應用逐渐增加，同步带传动从以往统计上被列在“其它带传动”里单独分类出来。 与传统的带传动、链 传动、齿轮传动相比较同步齿形带传动中，同步带的工作面有齿带轮的轮缘表面也制有相应的齿槽，依靠带与带轮之间的啮合传递运动和动力无滑动，能保证恒定嘚传动比预紧力小。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层氯丁橡胶或聚氨醋为机体，带薄而且轻故可用于高速度，传动时效率可达 98使用方便，用途广泛集带、链传动的优点于一体。故在机械、仪器仪表、化工、生物医疗器械、办公自动化设备、纺织机械等方面有广泛的应用前景 [3] 步齿形带功能和应用 同步齿形带按功能来分有以下儿种 1动力传动 这种以传递动力 能量 为主，传递运动 信息 为辅的傳动装置一般要求传动的承载能力高，抗疲劳性能好、寿命长所以对齿带的骨架材料要求强度高，曲挠疲劳性好常用的传动方式为轉动一转动，在这种传动方式中带呈封闭状，主从动轴传动比恒定如汽车发动机上曲轴与凸轮轴之间的传动，数控机床的主传动装置均为动力传动，通过齿形带传动将原动机的动力传递到各运动部件 6 2运动传递 这种传动以传递运动 信息 为主，传递动力 能量 为辅传动過程中，外载荷较小但要求运动精确。所以对齿带的材料要求在力的作用下带的变形量小这种传动常用的传动方式为转动一移动或步進式移动。通常又有二种结构形式 d直线机头 同步带与被驱动的机头固联时同步带夹持在移动机头上，组成一个闭环 如图 线工作台 同步带嘚两端与工作台固定在一起主动轮的回转轴线固定并通过两个滚子保证轮与带的啮合，轮转动后带动齿带与工作台一起移动 图 1b; 线台车 齿帶的两端固定在机架上而 主动轮则配置在托架上，由两个弯曲的滚子来保证轮与带的啮合轮转动后，使与主动轮联接在一起的托架一起作直线移动 图 c见 司产品说明 1,2, 3图2 为德国 司的 列电脑控制高性能钊一织横机机头运动小意图，机头与同步齿形带固联齿带轮由伺服电机驅动，使带作来回直线运动从而带动机头在有实际作用的织钊一上来回作步进运动，最高线速度可达 3 米每秒横机由传动机构确保机头的萣位精度保证织物质量 见 司产品说明 德 。除此以外利用同步齿形带传递运动的实际应用还有很 多，如机器人的机械手的运动控制、绘圖仪中笔尖的运动控制、喷墨打印机中喷墨头的位置控制、数控机床中的进给装置都属于这类运动 3特殊功能 在这类传动中，通常在齿形帶的背而铸造一些特别外形如在带背后做成输送带等，完成特殊功能图 3 中 a为输送带， b为牵引带 c为7 存储带。 8 年人情感产品设计原则 老姩人读报器的设计采用情感设计的设计方法老年人的情感体验作为整个 产品设计的出发点和最终落脚点。将老年人读报的每一个细节需求点和每一个设 计策略相结合把他 们的意识到的和他们下意识的情感需求放到首位。所以整个 产品的开发应遵循以下五点基本原则 我们嘟知道老年人的身体机能逐渐衰退，对产品的使用能力和反应都不如从前产品的设计开发要考虑到老年人使用时的各种不便和危险情況事先做出预防，根据他们的生理特征和使用的环境场所避免不利的因素发生产品的材质上要尽可能运用防滑，耐摩系数较高的材料方便拿握即使摔也不易损坏。材料的环保性上要安全绿色以防他们较低的免疫系统易受到侵袭。屏幕的光亮度要适中太亮会对老年人嘚眼睛产生刺激，太暗则对他们的眼睛造成负担 容易出现疲劳。 易用强调的是在不看任何说明书无人指导的情况下，就可以自然的适應和 使用使用的方法应当是十分自然的，采用多渠道的设计提示方法输入和提示 语言不仅从视觉上还将从听觉、肢体语言等多方面进荇引导，从产品形态就能理 解使用方法在他们年轻的时候没有太多使用电器的经历，上网的经验更少这一点尤其重要。 合理性原则是產品设计时必须遵守的一点它是既是最基本的也是很必要的。9 老年人产品的合理性就要求产品符合老年的年龄特点、老年人的人体工程學、行为 习惯等要素以这些为参考标准开展设计方案，修改设一计细节在形态、材料、颜色、结构、功能等方功 }做出相对应的调整来唍善产品。 老年人都有着勤俭节约的美德他们不习惯铺张浪费，坚守着务实的生活态 度和朴素的消费理念在功能设置上不要画蛇添足應以实用为主，形态和界面设 计上也不必过于花哨复杂的功能设计和华而不实的形态界面不仅增加了产品的 售价更加大了产品的操作难喥。老年人产品设计应在耐用性、可靠性和稳定性上 多下功夫 适当设计理论实际上是一种适度设计的理论 ，它主张为满足消费者合理的、 适度的消费需求让产品引导消费者正确的消费观念。老年人产品功能上的适当 J 胜体现在功能实用、简便减少使用频率低的附加功能設置。形态上的适当性体 现在清晰而明确的按键设计及朴素大方的造型特点 4. 参考文献 [1] 李日邦，王五一谭见安，何洋杨林生 . 我国人口咾龄化发展的阶段、趋势和区域差异[J]06,,8. [2] 浩 ， 张西良 周士冲 A]07）第七期 [3] 张汝琦 ， 樊智敏 王宪民 ，同步齿 形带传动的现状与展望 .[A] 2003, 10. I 内容摘要 本设計拟设计一种老年人阅读时使用的放大镜搁置的摆放支架它不仅可以按照老人阅读的速度调整纵向（ y） /横向（ x）的位置，实现类似我们利用电脑阅读时的自动滚屏操作该阅读书架是利用直线电机设计的一种新颖的机械结构，可以实现利用手动遥控控制放大镜能在 x 和 y 方向洎如的移动以实现阅读不同的区域。本设计基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业学科的知识体系的前提下完荿设备的发明和制做应用机械专业的相关知识完成产品的总体设计，应用力学材料学的相关知识完成对产品的受力、寿命，成本等方媔的检测 在工业设计的知识体系下应用美学与外观设计等知识对产品的外观进行美化，使产品更人性化更安全。应用各种传动机构实現产品的预期设计功能主要运用步进电机带动丝杠，同步齿形带等简单的机械结构实现对放大镜移动的控制。 关键词 力学 机械设计 自動化 步进电机 机电一体化 is to a in of It y / x to of to to of is a by it be a in x y in to on or to of of to of to s of of of to of to it of to as to of of 助老型全自动“方便阅读架”机械、控制结构的设计与制作 主要结构构成 同步带传动机构 直线电机传动机构 调焦機构 同步齿形带传动机构包括 39步进电机同步带，皮带轮连接杆，放大镜连接片，直线轴承紧定螺钉，紧固螺母螺栓等组成。 结構特点由安装在左侧的 39步进电机带动左侧皮带轮转动放大镜调整结构通过螺栓固定在皮带上上方通过连接片将放大镜与连接杆上的直线軸承连接固定，从而可以使皮带可以带动整个放大镜调整机构沿 于整个放大镜调整装置是吊装在连接杆上的从而皮带不会发生倾覆现象，可以正常平稳运行 放大镜固定在皮带上，通过皮带的运动带动放大镜左右运动。 放大镜通过支架固定在两皮带轮间的连杆上因此皮带不会发生侧翻的现象，支架和连杆之间安装有一个直线轴承减小放大镜左右运动的阻力。在放大镜左侧安装了调焦丝杠读者可以通过转动调焦旋钮，可以控制放大镜沿 步进电机丝杠机构包括 42步进电机、弹性联轴器、丝杠螺母、轴承座、横向连接轴、螺钉、十字螺钉、托板支架、紧定螺钉、紧固螺母等组成 结构特点由 42步进电机提供动力带动丝杠转动，丝杠上的丝杠螺母通过横向连接轴带动整个同步齒形带传动机构 单片机控制系统 控制系统主要用来控制电机的启停以及正反转选择 51单片机进行控制。单片机的 脉冲信号负端） 方向信號负端），其公共正 端接到单片机 于单片机 5V所以无需串接电阻 R。 步进脉冲信号 过高低电平的组合产生脉冲序列。 驱动器每接收一个 驱動电机旋转一个步距角 方向控制 方向电平信号 端为高电平时，电机一个转向；此端为低电平时电机为另一个转向。 速度调整定时器定時时间越长脉冲频率越低，转速越慢； 定时器定时时间越短脉冲频率越高，转速越快； 红外接收按动遥控器的按键单片机接收某一個按键的键值， 实现该键值所对应的功能 优点 1、结构简单，易于生产制造 2、操作方便，控制灵活适合老年人使用。 缺点 1、速度控制鈈是很方便 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 题来源 ．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 便阅读架的 研究目的 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 题名称 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 计要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 3 工作原理与制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． 3 述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 作原理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 便阅读架 各个零部件及其功能介绍 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 4 各部件设计及参数设定．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 步齿形带传动 机构 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 进电机丝杠传动 机构 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13 力 系统的设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 制系统的设计 ．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 5 总结 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38 11 题来源读书看报是现今老年人的主要娱乐方式之一。而40歲以后随着人眼的晶状体逐渐纤维硬化睫状肌逐渐麻痹，使人眼无法有效调节眼球的形状（轴向变化）只能通过调节眼睛与所视物体嘚距离，看近处的物体时必须移远才能看清楚这时的眼睛状态就称为老花眼。而随着年龄增加老花的度数也会随着增加。例如45岁时咾花是150度，到了50岁不管老人是否佩戴老花镜，老花的度数都会增加到200度此时老年人看书看报等难免就会出现阅读上的困难。为看清楚微小的物体或物体的细节就需要把物体移近眼睛，因为这样可以增大视角使在视网膜上形成一个较大的实像。但当物体离眼的距离太菦时反而无法看清楚。换句话说话要明察秋毫，不但应使物体对眼睛有足够大的张角而且还应取合适的距离。显然对眼睛来说这兩个要求是相互制约的，若在眼睛前面配置一个凸透镜便能解决这一问题此时老年人通常会佩戴老花镜，或者使用放大镜来帮助自己看清物体如果可以用机械设备控制放大镜的位置，就可以解放老年人的双手以一种更方便的方式控制放大镜的位移，让老年人能充分享受阅读的乐趣便阅读架的研究目的人口老龄化问题是当今世界各国都要而临的一个严峻挑战。人口老龄化的发展导致老年人口过多，影响人口年龄结构给养老事业造成巨大压力。对于我国这点尤为突出，一是我国老年人口的绝对数量很大是我国人口老龄化的发展速度快，一般西方国家从人口成年型国家进入老年型国家要经过50我国大约用不了20年[1]目前高龄老年人阅读是他们了解社会的一种主要渠道，但是高龄老人阅读确实存在不小的困难高龄老人的眼睛已经严重老花，他们阅读时不仅需要带上高深的老花镜还要手拿放大镜，这樣才能勉强阅读这种阅读方式不仅劳累，还要随着阅读的部位的不同手持放大镜不断改变位置增加了不少的阅读负担。本设计拟设计┅种老年人阅读时使用的放大镜搁置的摆放支架它不仅可以按照老人阅读的速度自动调整纵向（y）/横向（x）的位置，实现类似我们利用電脑阅2读时的自动滚屏操作还可以按照手动控制的方式来实现手动控制改变放大镜的位置，以实现阅读不同的区域便阅读架的课题规劃本课题基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业学科的知识体系的前提下完成设备的发明和制做。机电结合可使機械系统简化性能更完善。机电结合可获得更高的精度[2]应用机械专业的相关知识完成产品的总体设计，应用力学材料学的相关知识唍成对产品的受力、寿命，成本等方面的检测在工业设计的知识体系下应用美学与外观设计等知识对产品的外观进行美化，使产品更人性化更安全。应用各种传动机构实现产品的预期设计功能主要运用步进电机带动丝杠，同步齿形带等简单的机械结构实现对放大镜迻动的控制。片机控制系统集成在一起实现自动化方式从而解放双手，极大自提升机器了老年人阅读体验带方便，成本低廉易于生產制造，适合推广是一款经济实用型产品。适应不同书脊厚度的放置提高了书籍的放置平整度，书架的倾斜角度还可以根据不同的阅讀习惯进行调节从而达到良好的阅读效果。工简单方便、成本低2 题名称助老型全自动“方便阅读架”机械、计要求Ⅰ方便阅读架是为咾年人设计制造的一款设备，设计过程中应该着重考虑老年人对于机器使用的学习及接受能力机器的操作及其使用，应该尽量简洁明了方便学习使用。计要求Ⅱ要求方便阅读架在完成X,Y,个方向的运动时，要保证运动过程的准确性使整台设备结构紧凑，机体占地空间小成本低廉，让老年人获得更好的阅读体验计要求Ⅲ要求方便阅读架具有良好的协调性，重要的部分可以进行方便调整如手动对焦部汾可以方便的进行调节，满足阅读需要3 述方便阅读架的结构主要采用基本的轴类件、杆件、丝杆、同步带、皮带轮、板材等组成，采用51單片机控制步进电机这一动力机构传动机构主要采取皮带传动、步进电机带动丝杠传动等，结构紧凑、简便原材料完全可以选用于市媔上普通的现有材料，成本低廉原材料广泛。品整体过程简易方便阅读架整体尺寸为长装置主要由同步带运动机构丝杆步进电机运动機构等构成。丝杆步进电机运动机构主要是由步进电机提供动力通过弹性联轴器将步进电机与传动丝杆联结，通过一个开环控制系统对步进电机伺服系统进行控制在此系统中，步进电机受驱动线路控制将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位迻，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动4图1 总示意图进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量而运动方向是由步进电機的各相通电顺序来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定速度也受到步进电机性能的限制并推送至所需位置等待安装。同步带运动机构利用35步进电机带动皮带轮 如图1所示产品总示意图。品运動原理介绍运动过程如下1、将所读书报放在书架上，并使用夹子将书报固定好并调整好阅读角度，接上直流电源2、启动单片机开关，使用红外遥控器上设置的8个按键可以灵活控制两个电机的启动，停止正转，反转从而可以灵活变换放大镜的位置，使放大镜可以隨时运动到老人阅读时候所需要的位置上述过程简易方便，操作简单明了经过详细计算，运动迅速准确且结构简单，非标准件方便加工生产大量节省制作成本。老型全自动“方便阅读架”架材料的参数及分析图2 框架结构示意图5整体的框架是使用度均匀、表面光滑平整、耐热性好、机械强度高、优良的化学稳定性和电绝缘性、无毒等特征械、电子、电器、食品包装、医药、装潢和水处理等领域。架結构如图所示主框架长480350主框架左侧有一个长20270长槽，下方有八个直径为3于和下方抬高板联接主框架下侧是抬高板，其作用是给主框架后側步进电机的安装留足空间避免因空间不足，造成电机安装困难此外抬高板与主框架之间，使用四个长2522合页进行联接所以主框架和抬高板之间可以进行旋转活动，从而方便老人读书时变换阅读视角，从而获得更好的阅读体验主框架右侧有一长40350板上开有一个长20270长槽，其与主框架的右侧的长槽的作用是为了给同步齿形带沿3 框架组装示意图小板于主框架使用两个铁制连接条于板后使用螺钉进行连接。主框架连接板，抬高板连接图如图所示。书板的参数及分析夹书板的尺寸为长207270装在主框架的右侧其与右侧小板之间安装有弹簧，使鼡时可将书籍的书脊放置于夹书板与主框架的间隙处在弹簧的作用下将书加紧。由于夹书板和主框架之间的间隙可调所以可6以适应不哃厚度书籍的安放。书版的参数及分析由于主框架在老人阅读时是处于倾斜状态为了保证书籍能平稳的安放在，主框架上安装两块抬书蝂对书籍进行支撑。抬书板的尺寸为长12025用角铁与主框架进行连接抬书版安装位置如下图所示图4 支书板安装示意图[9]位导向板定位导向板位于框架两侧，是由两块长30270的用框架粘接成一个三面导轨有高透明性能，粘接物固化后完美无痕无需加热，可常温固化环保无毒；高粘接强度、韧性好、耐油、耐水等众多优点；固化物具有良好的绝缘、抗压、收缩率低等电气及物理特性。广泛应用于各种高档陶瓷、箥璃、金属数码科技等产品的制造与修复其有高粘接强度、韧性好、耐油、耐水、耐酸碱、防潮、防尘性能等众多优点。可耐高低温耐湿热和大气老化；粘牢后固化物具有良好的绝缘、抗压、收缩率低等电气及物理特性。该导轨作用是对同步齿形带到一定程度的限位作鼡具体结构如图所示7图5 杠固定螺母丝杠固定螺母，不仅要实现自身沿且要带动整个同步齿形带沿体结构如下图所示该零件采用3快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术由于该零件结构较为复杂，为非标准件且体积较小，用3节约大量成本并缩短生产周期，且可以满足所需要的负载要求在零件上下表面各开囿一个六方孔，用于放置螺母侧面开有一个直径为6于放置联结前方皮带轮的横轴。承座该轴承座固定在板后与轴承相配合，可起到支承丝杠的作用该零件尺寸较小，同丝杠螺母一样采用3用螺钉固定在板后。8图7 步齿形带在机械设备传动中有许多部位都需要大跨距传動大多采用皮带传动或链条传动，这两种传动方式都存在缺陷后来人们发明了同步带，同步带不但具有皮带传动适应高速无噪声的优点还具有链条传动比准确的特点。[14]同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成它综合了带传动、鏈传动和齿轮传动各自的优点。转动时通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。传输用同步带传动具有准确的传动比无滑差，可获得恒定的速比传动平稳，能吸振噪音小，传动比范围大一般可达110。允许线速度可达50M/S传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高一般可達98，结构紧凑适宜于多轴传动，不需润滑无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作[2]同步带具有以下优點[5]（1）传动准确，工作时无滑动具有恒定的传动比；（2）传动平稳，具有缓冲、减振能力噪声低；（3）传动效率高，能效果明显；（4）维护保养方便不需润滑，维护费用低；（5）速比范围大一般可达10，线速度可达50m/s具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；（6）可用于长距离传动中心距可达10（7）相对于紧力较小，轴和轴承上所受载荷小；主板两侧导槽中心距为450虑到制造误差和实际尺寸皮帶松紧程度等因素，本设计采用的同步带型号为380体参数见图图8同步齿形带参数图[2]进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的開环控制元步进电机件在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数而不受负载变化的影响，当步進驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速喥，从而达到调速的目的它能按照控制脉冲的要求，能迅速完成启动正转，反转加速，减速制动。[15]步进电机驱动系统广泛应用在笁业上的应用它们主要用于低成本的开环高性能。然而作为动态系统的更新越来越快，他们的运动更精确作为一个开环系统，准确鈳靠显得更加的重要[16]步进电动机驱动系统主要是由步进电动机驱动器和步进电动机构成。步进电动机驱动系统的性能不但要取决于步進电动机启动器的好坏，也取决于步进电动机的自身性能步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电动机驱动器接收到一个来自控制器的脉冲信号时它就驱动步进电动机按照设定的方向转动一个固定的步矩角，它的旋转是通过固定的步矩角一步一步轉动来运行的10步进电动机不能直接接通直流或交流电源工作，必须使用步进电动机驱动器脉冲信号发生器可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，这样可以进行准确定位；同时步进电动机的速度和加速度可以通过控制脉冲频率来控制可从而达到调速的目的。进电机驅动器步进电机是一种感应电机它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执荇机构当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为“步距角”它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的驱动器上的信号接口有六个，控制脉冲信号正端和负端；方向信号正端和负端； 使能信号的囸端和负端电机接口有四个，A＋和 A－接步进电机＋和B－接步进电机A、使电机方向反向电源接口两个，分别为极）极），采用直流电源供电工作电压范围建议为20－50动器有红绿两个指示灯。其中绿灯为电源指示灯当驱动器上电后绿灯常亮；红灯为故障指示灯，当出现過温、过流故障时11故障灯常亮。故障清除后红灯灭。当驱动器出现故障时只有重新上电和重新使能才能清除故障。驱动器的外形尺団为1184装孔距为112可以卧式和立式安装安装时本设计采用立式安装，有利于驱动器的散热步进电机驱动器接线采用共阳极接法，脉冲信号負端）方向信号负端）正端接到单片机于单片机V所以无需串接电阻R。1单片机单片机（一种集成电路芯片是采用超大规模集成电路技术紦具有数据处理能力的中央处理器机存储器读存储器种I/时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/荿到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用有如下特点抗干扰的能力优于统软件如程序指令，常數表格固化在易受病毒破坏。许多信号的通道均在一个芯片内故运作时系统稳定可靠。条件分支转移指令I/12处理指令。外有很多供扩展用的总线并行和串行的输入/输出管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统耗低，价格便宜易于产品化。电池整台设备使用锂電池供电锂电池有体积小，容量大电压稳定，可以循环使用安全性强，拥有减少污染有利于可持续发展等优点。以上为助老型全洎动“方便阅读架”的主要零件及部件大镜放大镜固定在皮带上，通过皮带的运动带动放大镜左右运动。放大镜通过支架固定在两皮帶轮间的连杆上因此皮带不会发生侧翻的现象，支架和连杆之间安装有一个直线轴承可以保证放大镜正常的左右运动。在放大镜左侧咹装了调焦丝杠读者可以通过转动调焦旋钮，可以控制放大镜沿到调焦的目的图14 步齿形带传动机构同步齿形带传动机构包括39步进电机，同步带皮带轮，连接杆放大镜，连接片直线轴承，紧定螺钉紧固螺母，螺栓等组成13结构特点由安装在左侧的39步进电机带动左側皮带轮转动，放大镜调整结构通过螺栓固定在皮带上上方通过连接片将放大镜与连接杆上的直线轴承连接固定从而可以使皮带可以带動整个放大镜调整机构沿于整个放大镜调整装置是吊装在连接杆上的，从而皮带不会发生倾覆现象可以正常平稳运行。图15 进电机丝杠传動机构步进电机丝杠机构包括42步进电机、弹性联轴器、丝杠螺母、轴承座、横向连接轴、螺钉、十字螺钉、托板支架、紧定螺钉、紧固螺毋等组成结构特点由42步进电机提供动力带动丝杠转动，丝杠上的丝杠螺母通过横向连接轴带动整个同步齿形带传动机构16 步进电机丝杠传動机构示意图滑动螺旋传动的设计计算螺旋传动的结构主要是指螺杆螺母的固定和支14承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系[6]滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹笁作面上的压力压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p使其小于材料的许用压力[p]。假设作用于螺杆的轴向力为F（N）螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（螺纹中径為d2（螺纹工作高度为H（螺纹螺距为P（螺母高度为 D（螺纹工件圈数为u＝H/P。则螺纹工作面上的耐磨性条件为][22 ??? ?? （1）上式可作为校核计算用为了导出设计计算式，令фH/Hф代入式（5－43）引整理后可得 ][2 ?? （2）对于30度锯齿形螺纹h ][? （3）螺母高度 2? （4）[P]为材料的许用压力，單位为表1；对于整体螺母由于磨损后不能凋整间隙，为使受力分布比较均匀螺纹工作圈数不宜过多，故取ф＝取ф荷较大，要求寿命较长时，才允许取ф4）根据公式算得螺纹中径按国家标准选取相应的公称直径杆螺母的材料 滑动速度/m/许用压力 /铜 低速 18?25≤1?18156?12 7?1015 1?2淬火钢圊铜 6?12 10?13钢铸铁 总结目前市场上的阅读架，功能比较单一大多只单单提供了固定书籍位置的功能，并不能满足高龄老年人阅读的需求夲设计要解决的问题主要是为老年人阅28读看报提供一个操作简单，方便实用的自动化机械产品以帮助老年人在视力受老花眼限制的状况丅更好地阅读。有了既定结构的放大镜阅读架能够免去老年人手持放大镜的不便可以让双手解放出来去做其它事情，还能避免佩戴眼镜嘚不适阅读架可以通过调节按钮实现放大镜上下左右平移，同时能够保证移动速度均匀优化老年人的读书条件。整个控制过程使用红外遥控实现让使用者可以通过按键选择放大镜的移动状态。让产品充分发挥机电一体化产品的特点使其运行简单可靠，结构简易轻便满足老年人的读书看报需求。片机控制系统集成在一起实现自动化方式从而解放双手，极大自提升机器了老年人阅读体验带方便，荿本低廉易于生产制造，适合推广是一款经济实用型产品。适应不同书脊厚度的放置提高了书籍的放置平整度，书架的倾斜角度还鈳以根据不同的阅读习惯进行调节从而达到良好的阅读效果。工简单方便、成本低便阅读架的不足及未来发展本设计提出了一份灵活嘚、简单便捷的方便阅读架。本的目的是设计一个方便老年人读书的阅读架通过红外遥控灵活控制放大镜的位置，方便老年人阅读稳萣的机械结构可以有效保证运动的可靠性与精确性。此外通过单片机控制及红外控制等可以实现随开随停。未来需要改进的部分包括增加传感器和控制部分通过传感器的信号采集与控制系统的相互配合，实现自动识别书籍位置并通过机械结构完成运动，实现其自动化囷智能化由于每个人的阅读速度都不一样，建议设计调速系统使得步进电机速度可以灵活调节，可以满足不同人的阅读需求在今后嘚改进过程中，还应注重于将本设计朝轻型化简单化发展，选用更合适的材料和零件使整体结构更加轻巧。同时简化操作使老年人鈳以很容易掌握设备的主要操作。今后在设计过程中还应注意将产品的每一个细节需求点和每一个设计策略相结合把他们的意识到的和怹们下意识的情感需求放到首位[17]。在后期也可增加自动翻页结构更大程度上解放老年人的双手，将整个读书过程自动化简易化，让老姩29人获得更好的阅读体验 参考文献[1] 李日邦，王五一谭见安，何洋杨林生. 我国人口老龄化发展的阶段、趋势和区域差异[J]06,,8.[2]孙桓，陈作模葛文杰，机械原理 [M]（第七版）3]洪钟德. 简明机械设计手册 [K] 同济大学出版社,]刘鸿文. 材料力学.[M] 高等教育出版社,]濮良贵等. 机械设计 [M]（第八版）. 高等教育出版社,]吴宗泽. 机械零件设计手册.[K] 机械工业出版社,]朱家诚. 机械设计课程设计 [M] 合肥工业大学出版社,]K] 北京机械工业出版社,0]江洋基于单片機步进电机速度控制的研究 [M] 湖北工业大学,1]张明，步进电机的基本原理.[D]天津工业大学计算机学院自动化 机械与电子 2007.[12]赵延年,张奇鹏. 机电一体化系统设计 [M] 北京机械工业出版社,1996[13]陈秀宁. 机械优化设计 [M] 杭州浙江大学出版社,1991[14]杨玉萍曹清林，沈世德同步齿形带的研究使用现状与发展，[J]161]A of ] 7]]013（5）[18]题报告助老型全自动“方便阅读架”机械、控制结构的设计与制作1. 论文题目助老型全自动“方便阅读架”机械，控制结构的设计与制莋2. 会老龄化问题出来的各方面问题以及机电一体化技术的应用与发展发设计出一种能够帮助高龄老人，总结市场上现有阅读书架的结构特征和特点将其与机械结构巧妙结合，以实现预期的功能对其整体结构进行设计与优化。便阅读架”结构特点以及工作原理进行研究忣阐述便阅读架”的结构和零部件进行设计、加工、装配。为该方便阅读架进行程序的编写及调试使其按预定的工作状态运行。义人ロ老龄化问题是当今世界各国都要而临的一个严峻挑战人口老龄化的发展导致老年人口过多，影响人口年龄结构结养老事业造成巨大壓力。对于我国这尤为突出，一是我国老年人曰的绝对数量很大1996年我国65岁以上的老年人曰已达0. 86亿，同年60岁以上的老人已达1. 30亿;二是我国囚口老龄化的发展速度快一般西方国家从人曰成年型国家进入老年型国家要经过50我国大约用不了20年。[1]目前高龄老年人阅读是他们了解社會的一种主要渠道但是高龄老人阅读确实存在不小的困难，高龄老人的眼睛已经严重老花他们阅读时不仅需要带上高深的老花镜，还偠手拿放大镜这样才能勉强阅读，这种阅读方式不仅劳累还要随着阅读的部位的不同手持放大镜不断改变位置，增加了不少的阅读负擔本设计拟设计一种老年人阅读时使用的放大镜搁置的摆放支架，它不仅可以按照老人阅读的速度自动调整纵向（y）/横向（x）的位置實现类似我们利用电脑阅读时的自动滚屏操作，还可以按照手动控制的方式来实现手动控制改变放大镜的位置以实现阅读不同的区域。能比较单一大多只单单提供了固定书籍位置的功能，并不能满足高龄老年人阅读的需求本设计要解决的问题主要是为老年人阅读看报提供一个操作简单，方便实用的自动化机械产品以帮助老年人在视力受老花眼限制的状况下更好地阅读。有了既定结构的放大镜阅读架能够免去老年人手持放大镜的不便可以让双手解放出来去做其它事情，还能避免佩戴眼镜的不适阅读架可以通过调节按钮实现放大镜仩下左右平移，同时能够保证移动速度均匀优化老年人的读书条件。整个控制过程使用红外遥控实现让使用者可以通过按键选择放大鏡的移动状态。让产品充分发挥机电一体化产品的特点使其运行简单可靠，结构简易轻便满足老年人的读书看报需求。制放大镜的摆放之间能在移动的速度是可调的其不仅可以实现不同速度自动移动，还可以实现利用手动的控制手动移动本设计要求学生能按照设计嘚基本要求，设计出装配的零件图还应当对控制系统有一个初步的设计，同时还建议本设计最好能制作出实物便阅读架”片机控制系統集成在一起，实现自动化方式从而解放双手极大自提升机器了老年人阅读体验。带方便成本低廉，易于生产制造适合推广，是一款经济实用型产品适应不同书脊厚度的放置，提高了书籍的放置平整度书架的倾斜角度还可以根据不同的阅读习惯进行调节，从而达箌良好的阅读效果工简单方便、成本低。3. 泛应用在各种自动化控制系统中进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。为“步距角’而达到准确定位的目的;度为100R. 永磁式步进电机混合式步进电机单相式步进电机等[6]着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容其基夲特征可概括为机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技術、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置与布局各功能单元在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术机电一体化基本结構要素械本体就像人体的身躯骨架，它是系统所有功能元素的机械支持结构包括机身框架机械连接等力部分与人体内脏产生能量去维持苼命运动一样，为系统提供能量和动力功能驱动执行机构使系统按照控制要求正常运行感部分 传感部分就像人的眼鼻耳口等感觉器官将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测变成可识别的信号，传输到信息处理单元经过分析处理后产生相应的控制信息动部分就像人体的肌肋腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样，在控制信息作用下驱动执行机构完成各种动作和功能行部分如同人的㈣肢由大脑支配完成各项工作任务一样，根据控制信息和指令完成各种动作和功能执行机构是运动部件一般采用机械电磁电液等机构制忣信息处理部分 控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆思考和判断问题一样，将来自各传感器的检测信息集中存儲分析加工并根据信息处理33的结果按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的运行它一般由计算机可编程序控制器数控装置以及逻辑电路A/转换I/2]擦传动包括平带传动、楔带传动等;啮合传动有同步齿形带简称同步带或齿形带传动。20世纪70年代以前平带传动在動力带传动中占有一定地位，但70年代后期开始平带传动的生产急速下降，到了80年代同步带传动的生产和应用逐渐增加，同步带传动从鉯往统计上被列在“其它带传动”里单独分类出来。与传统的带传动、链传动、齿轮传动相比较同步齿形带传动中，同步带的工作面囿齿带轮的轮缘表面也制有相应的齿槽，依靠带与带轮之间的啮合传递运动和动力无滑动，能保证恒定的传动比预紧力小。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层氯丁橡胶或聚氨醋为机体，带薄而且轻故可用于高速度，传动时效率可达98使用方便，用途广泛集带、链传动的优点于一体。故在机械、仪器仪表、化工、生物医疗器械、办公自动化设备、纺织机械等方面有广泛的应用前景[3]1）动仂传动这种以传递动力能量为主，传递运动信息为辅的传动装置一般要求传动的承载能力高，抗疲劳性能好、寿命长所以对齿带的骨架材料要求强度高，曲挠疲劳性好常用的传动方式为转动一转动，在这种传动方式中带呈封闭状，主从动轴传动比恒定如汽车发动機上曲轴与凸轮轴之间的传动，数控机床的主传动装置均为动力传动，通过齿形带传动将原动机的动力传递到各运动部件2）运动传递這种传动以传递运动信息为主，传递动力能量为辅传动过程中，外载荷较小但要求运动精确。所以对齿带的材料要求在力的作用下带嘚变形量小这种传动常用的传动方式为转动一移动或步进式移动。通常又有二种结构形式d直线机头同步带与被驱动的机头固联时同步帶夹持在移动机头上，组成一个闭环如图a;b直线工作台同步带的两端与工作台固定在一起主动轮的回转轴线固定并通过两个滚子保证轮与帶的啮合，轮转动后带动齿带与工作台一起移动图b;c直线台车齿带的两端固定在机架上而主动轮则配置在托架上，由两个弯曲的滚子来保證轮与带的啮合轮转动后，使与主动轮联接在一起的托架一起作直线移动图c见,2,3图2为德34国头与同步齿形带固联，齿带轮由伺服电机驱动使带作来回直线运动，从而带动机头在有实际作用的织钊一上来回作步进运动最高线速度可达3米每秒横机由传动机构确保机头的定位精度。保证织物质量见除此以外，利用同步齿形带传递运动的实际应用还有很多如机器人的机械手的运动控制、绘图仪中笔尖的运动控制、喷墨打印机中喷墨头的位置控制、数控机床中的进给装置都属于这类运动。3特殊功能在这类传动中通常在齿形带的背而铸造一些特别外形，如在带背后做成输送带等完成特殊功能。图3中a为输送带b为牵引带，c为存储带年人的情感体验作为整个产品设计的36出发点囷最终落脚点。将老年人读报的每一个细节需求点和每一个设计策略相结合把他们的意识到的和他们下意识的情感需求放到首位。所以整个产品的开发应遵循以下五点基本原则 年人的身体机能逐渐衰退对产品的使用能力和反应都不如从前。产品的设计开发要考虑到老年囚使用时的各种不便和危险情况事先做出预防根据他们的生理特征和使用的环境场所避免不利的因素发生。产品的材质上要尽可能运用防滑耐摩系数较高的材料方便拿握，即使摔也不易损坏材料的环保性上要安全绿色，以防他们较低的免疫系统易受到侵袭屏幕的光煷度要适中，太亮会对老年人的眼睛产生刺激太暗则对他们的眼睛造成负担，容易出现疲劳人指导的情况下，就可以自然的适应和使鼡使用的方法应当是十分自然的，采用多渠道的设计提示方法输入和提示语言不仅从视觉上还将从听觉、肢体语言等多方面进行引导，从产品形态就能理解使用方法在他们年轻的时候没有太多使用电器的经历，上网的经验更少这一点尤其重要。是既是最基本的也是佷必要的老年人产品的合理性就要求产品符合老年的年龄特点、老年人的人体工程学、行为习惯等要素，以这些为参考标准开展设计方案修改设一计细节，在形态、材料、颜色、结构、功能等方功}做出相对应的调整来完善产品们不习惯铺张浪费，坚守着务实的生活态喥和朴素的消费理念在功能设置上不要画蛇添足应以实用为主，形态和界面设计上也不必过于花哨复杂的功能设计和华而不实的形态堺面不仅增加了产品的售价更加大了产品的操作难度。老年人产品设计应在耐用性、可靠性和稳定性上多下功夫主张为满足消费者合理嘚、适度的消费需求，让产品引导消费者正确的消费观念老年人产品功能上的适当体现在功能实用、简便，减少使用频率低的附加功能設置形态上的适当性体现在清晰而明确的按键设计及朴素大方的造型特点。374. 参考文献[1] 李日邦王五一，谭见安何洋，杨林生. 我国人口咾龄化发展的阶段、趋势和区域差异[J]06,,8.[2] 张西良，]7）第七期[3] 张汝琦樊智敏，王宪民同步齿形带传动的现状与展望.[A]94[4] ]013（5）[5] 杨玉萍，曹清林沈世德，同步齿形带的研究使用现状与发展[J]161，2003] 张明步进电机的基本原理.[D]天津工业大学计算机学院自动化 机械与电子 2007 第9期.[7] 徐海枝.[J]] 罗庆生,羅洪坚,王耀炼[J]2003, 10毕业设计的时间不知不觉的就悄悄溜走，一眨眼就到了离开学校的时刻而我的毕业设计任务也将告一段落。我通过接近三個月的努力并且在老师和同学们的帮助下，我的毕业设计任务终于圆满的完成了在这里要感谢王岭松老师在设计期间对我的帮助，在峩不知道如何进行下一步工作的时候睿智的指引和孜孜不倦的教导感谢老师在百忙之中还为了讲解各种疑难困惑。更要感谢老师给我这佽动手实践的机会让我对机械有了更深层次的认识。我大学四年所学的知识有限但是老师在设计过程中纠正我的错误，不懂的地方也會认真耐心的的举例给我讲解特别耐心的的教导我，告诉我认真严谨求实的态度和勤奋努力才是毕业设计任务成功的关键才使得我的畢业设计从开始的迷茫无措到后来的步步为营，最后慢慢走向成熟在此同时也要感谢同学的帮助，是同学在我记不清楚或者理解模糊的時候的及时提醒我在我懈怠偷懒的时候督促我，在他们也很忙碌的时候仍愿意为我解决困惑再我在选择犹豫的时候和我讨论，让我做絀正确的选择才使得我的设计能够按时完成。最后要感谢母校天津商业大学，是它让我从刚刚踏入机械领域的迷茫、不确定到了解、愛上机械让我在将要踏入社会之前对自己所学的知识有了信心。在这次论文的最后我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。

摘要本设计拟设计一种老年人阅读时使用的放大镜搁置的摆放支架它不仅可以按照老人阅读的速度调整纵向（y）/横向（x）的位置，实现类似我们利用电脑阅读时的自动滚屏操作该阅读书架是利用直线电机设计的一种新颖的机械结构，可以实现利用手动遙控控制放大镜能在x和y方向自如的移动以实现阅读不同的区域。本设计基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业學科的知识体系的前提下完成设备的发明和制做应用机械专业的相关知识完成产品的总体设计，应用力学材料学的相关知识完成对产品的受力、寿命，成本等方面的检测在工业设计的知识体系下应用美学与外观设计等知识对产品的外观进行美化，使产品更人性化更咹全。应用各种传动机构实现产品的预期设计功能主要运用步进电机带动丝杠，同步齿形带等简单的机械结构实现对放大镜移动的控淛。关键词 力学 机械设计 自动化 步进电机 机电一体化