多功能梯子的设计.doc

摘 要
本设计是一种多功能推车梯子，综合了普通梯子、手推车、平板车、铲车的功能，将此四项功能融合为一体，并拥有独特的攀爬台阶功能，很好的解决了目前人们日常生活中对于搬运货物中经常遇到的问题。设计中融入了人性化、实用性设计理念，在多功能基础上进行创新设计，通过严格的材料选择和力学分析进行设计。本设计过程主要依靠电脑绘图，利用大量三维图片将每个结构的设计和模型以图文并茂形式进行了详细的分析和阐述。本文将分析设计的整个过程，以及每个零件的制作和设计过程进行了详尽的描述，充分体现了针对大众进行设计的方向，将人性化设计贯穿整个设计的始终，在开发多功能的同时也提高了产品的实用性。

关键词：产品 多功能 设计
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Abstract
This design is a multi-purpose ladder cart, a comprehensive general ladder, trolleys, Ping Banche, lift truck features, this one for the four functions of integration and unique features climbing stage, a very good solution of the current daily life In the handling of the goods in the often encountered problems. Integrated into the design of humanity, practical design, multi-function on the basis of innovative design, a rigorous analysis of material selection and mechanical design. The design process relied mainly on computer graphics, use of large three-dimensional image of each design and structure of the model illustrated in the form of a detailed analysis and elaboration. This paper will analyse the whole process of design, and every part of the design and production process of a detailed description, fully embodies the general public for the design direction, humanity will run through the entire design has always been designed, in the development of multi-function while Enhance the usefulness of the product.

Key words: product-design

目 录
1 绪论………………………………………………………… 1
1.1 研究背景……………………………………………… 1
1.2 研究目的及意义……………………………………… 1
1.3 设计理念……………………………………………… 2
1.4 前期准备……………………………………………… 2
2 前期总体结构分析设计…………………………………… 4
2.1 多功能产品设计中的常见问题……………………… 4
2.1.1 多功能产品使用过程中，功能之间相互影响… 4
2.1.2 多功能造成成本的浪费………………………… 4
2.1.3 多功能造成功能浪费…………………………… 4
2.2 产品的人性化设计方法……………………………… 4
2.2.1 设计思维………………………………………… 5
2.2.2 功能规划………………………………………… 5
2.2.3 造型语意………………………………………… 5
2.2.4 材料选择………………………………………… 6
2.2.5 色彩运用………………………………………… 6
2.2.6 操作界面………………………………………… 6
2.3 梯子形态下的人体舒适度及安全总体分析设计…… 6
2.3.1 上下梯子所需时间……………………………… 7
2.3.2 三点接触比例…………………………………… 7
2.3.3 梯子架材料的选用……………………………… 9
2.3.4 梯子踏板结构设计……………………………… 10
2.3.5 台阶安全措施…………………………………… 11
2.3.6 台阶的材料……………………………………… 13
2.4：推车部分的设计………………………………………15
2.4.1 三种推车示意图………………………………… 15
2.4.2 转向问题………………………………………… 16
2.4.3 锁轮功能………………………………………… 17
2.5 爬台阶部分设计……………………………………… 19
2.5.1 星轮的选择……………………………………… 19
2.5.2 爬台阶功能的实现……………………………… 20
2.5.3 三星轮安装位置问题…………………………… 21
3 具体结构分析设计…………………………………………22
3.1 梯子部分：…………………………………………… 22
3.1.1 梯子双杆结构的固定及受力分析……………… 22
3.1.1.1 前杆部分………………………………………22
3.1.1.2 后杆部分…………………………………… 22
3.1.1.3 连接器1的设计………………………………24
3.1.1.4 前杆、后杆、连接器的组合结构……………24
3.1.1.5 受力分析………………………………………25
3.1.2 三个台阶的设计………………………………… 25
3.1.3 三个台阶在双杆间的连接……………………… 27
3.2 铲车部分……………………………………………… 29
3.3 平板车和推车部分：………………………………… 31
3.4 爬台阶功能结构部分………………………………… 33
3.4.1 三星轮的结构…………………………………… 33
3.4.2 三星轮的安装…………………………………… 34
4 种形态的实现………………………………………… 36
4.1 梯子形态……………………………………………… 36
4.2平板车形态…………………………………………… 36
4.3手推车形态…………………………………………… 37
4.4铲车形态……………………………………………… 37
4.5攀爬台阶功能………………………………………… 37
结论………………………………………………………… 38
致谢………………………………………………………… 39
参考资料…………………………………………………… 40
1绪论
1.1 研究背景
目前，很多功能单一的常规产品已经不能再满足人们生活多元化需要，功能单一的产品由于其功能的局限性，让人们为了需要不得不购买很多此类产品，浪费金钱、占用空间、使用不方便，给人们的生产、生活带来了很多不便。
产品的多功能化已经成为现代设计的主流，多功能产品的市场占有率逐日上升，已经成为人们日常选择产品的主要考虑方向。

多功能产品即一种产品在原有功能的基础上同时又增加了其他功能。然而在现代产品设计中，很多产品一味注重产品的多功能，而忽略了产品本身应该实现的功能。更不可置信的是，很多产品的功能之间根本不存在任何联系，从而造成了消费者使用中的障碍。
常用的梯子、手推车、平板车、铲车，只具有其各自功能。常见梯子都比较大，不适合家用，人们放置或搬取高处物体时，往往用凳子叠加，这样不但麻烦，并且不安全；常见手推车、平板车、铲车等只具有在平坦路面上运动的功能，如果遇到台、楼梯，在无电梯的情况下必须人力搬运运送的货物。以上情况给人们的生活工作带来诸多不便。
1.2 研究目的及意义
本设计的目的在于：本设计吸收了常用的梯子、手推车、平板车、铲车的工作特点，将其进行了功能合成，成为多功能梯子推车，使其不但具有以上4种功能，并且加入了攀爬台阶的功能，让一种产品具有以上5种功能，并且使用方便，便于存放，节省空间。
本设计的意义在于：通过将多个单一功能产品的功能进行合理拆组，设计出新的具有多功能的产品，实现产品的多功能应用，以及产品的更新换代。并且通过设计过程，提高自己对机械设计制造方面知识的丰富和认识的提高，检验自己学习过的成绩，为以后学习工作积累经验。
1.3 设计理念
根据设计目的和设计意义，以实用性为中心，以创新为思想，对项目进行设计。在设计过程中，不但要考虑到将各个产品的单一功能进行整合方法，并且要考虑到整合后的具体实用性。尽量避免各个功能之间的影响，尽量让某些重复的结构用一个结构代替，尽量考虑到人体工学，尽量从整体的角度审视整个设计，尽量寻找和合理解决设计中出现的问题。
做到以最简约的结构设计，得到最强大而多样化的功能。坚持以人为本，完善人性化设计，做出最让民众喜欢和乐于接受的商品。
1.4前期准备
在毕业论文设计的初期，查阅了大量的相关书籍，深入了解多功能产品设计的相关知识，了解了多功能产品现实特性，参考了大量梯子、手推车、铲车、平板车、爬台阶结构等资料，尤其是功能合成后的整体设计做了分析。在设计之前，参考了关于产品的多功能设计以及产品的人性化设计等资料，为设计的总体结构方向进行了定位；在设计的过程中，先将各种功能结构进行整理，并提出了学者最新提出的三点接触比例的新概念，并用图示的方式表达；接着系统的将梯子模型、三星轮模型和三种车模型分类分析，总结出该模型存在的问题。
为了将各个功能实现的问题更好的提出和解决，将设计预分为了前期设计和具体设计两部分。
前期设计部分，是根据设计的总体理念提出问题，并通过查阅资料等方式尝试解决问题和进行思路上的总体方向设计。
具体设计部分，是在前期设计的基础上按照各个功能和步骤进行的细节设计，并且在设计中不断发现和解决新的问题，力求将设计做到完美。
2 前期总体结构分析设计
2.1 多功能产品设计中的常见问题
我们可以从以下几个方面进行分析：
2.1.1 多功能产品使用过程中，功能之间相互影响
人们在使用多功能产品的时候，定义在任何特定任务中，都只用到一种功能，而在使用这种功能的时候，其他的功能处于闲置状态，而且会在一定程度上影响正常功能的使用，因此会形成一定的不便。
2.1.2 多功能造成成本的浪费
多功能产品在实现多功能的时候，势必要考虑功能之间的整合，以及相对位置关系，使用中的相互影响作用，因此就会无形中增加了造型的成本，
2.1.3 多功能造成功能浪费
产品都是针对特定消费者进行设计的，对于产品的功能，同样需要根据具体消费者的特点进行考虑，如果产品的功能过多，势必会造成目标人群的不满意，因为他们在选择一个产品的同时也购买到这个产品的其他附属功能，而当他们不需要这些功能的时候，就造成了产品的浪费。
在之后的设计中，一定要注意并避免以上3点。

2.2 产品的人性化设计方法
人性化设计要求产品在满足基本的物质性功能以外,还要更多地关注产品的综合社会价值,关注人的精神和情感需求的满足,在操作上产品与人的关系应该更加友好,对产品的使用与拥有能给人带来过程的愉悦和精神上的享受。这就要求设计师在对消费者进行针对性研究的基础上,还必须将目光放到对产品被使用过程中的情景和状态进行研究,并且就产品与使用者的非物质性关联因素也要进行考究与推敲,对产品在物质与精神层面进行全方位的设计。所以,产品人性化设计的方法除了围绕功能、造型、材料和色彩等4大要素而展开的功能规
划的人性化设计、造型语意的人性化设计、材料选择的人性化设计和色彩运用的人性化设计,还应该包括:设计思维的人性化设计与操作界面的人性化设计2个方面。
2.2.1 设计思维
设计思维人性化的一个重要的方面是不能忽视对人类自身的关怀。在环保意识越来越增强的今天,设计师也应增强自己的环保意识,要以尽可能小的资源代价,获取最大的使用价值。
利用绿色设计的理念来指导我们的设计,为人类的生存和未来承担起最基本的责任和直接的义务。设计思维的人性化也强调设计师与消费者双方的沟通、联系和交流,深度挖掘超越产品基本功能以外,能够满足各种不同消费群体更深层次的心理与精神的需求,实现产品与人的更加和谐的关系。
除了在产品设计工作中实现产品的人性化,给产品一个恰到好处的命名,往往会成为设计人性化的“点睛”之笔。
2.2.2 功能规划
在这里定义的产品功能规划是指预测产品的发展并协调各种新旧功能以适应其发展的过程,当然在此过程中要综合考虑社会需求、科技因素、价格因素、使用因素等等问题。归根到底功能是为用户服务的,功能的增加必需要增加用户的使用方便性,假设不能达到,那就证明这个功能是多余的无用的功能,这就体现了功能规划的人性化因素。
2.2.3 造型语意
通过设计的造型语意,引发人的情感体验和心理感受,是人性化设计的重要方法之一。人们对产品的第一印象就是通过造型来实现的,设计中的造型要素是人们对设计最关注的一方面。而所有的功能、使用方式最终也必须通过造型而得以明确与实现。
2.2.4 材料选择
材料的人性化设计包括:选用绿色材料使产品具备人性化特征;发挥材料的表面肌理特性体现人性化;从文化与审美层面选择材料体现人性化;从安全的角度选择材料体现人性化;从环境适应性角度选择材料体现人性化。
2.2.5 色彩运用
艺术心理学家认为,色彩能直接诉诸人的情感体验,它是一种情感语言,它所表达的是一种人类内心中某些极为复杂的感受。梵高说:“没有不好的颜色,只有不好的搭配。”对于产品设计也是一样,色彩是最能直接反应人们感受的一种方式,色彩也是设计人性化表达的重要方法。色彩对人引起的视觉效果反应在物理性质方面,如冷暖、远近、轻重、大小等,色彩的物理作用在产品设计中极为重要。
2.2.6 操作界面
操作界面的人性化实际上也属于功能规划的人性化中间的一部分,但是它非常重要, “强调一切为人所使用的物,都必须适合于人”, 确立了“以人为本”的造物原则,从此人类的产品创造步入人性化设计的时代。。在界面设计中不光功能的规划很重要,还要从易于识别、易于使用的角度对产品的人机关系进行全面的思考与审视,实现产品的人性化。

2.3 梯子形态下的人体舒适度及安全总体分析设计
由于梯子部分是核心结构，所以本设计首先从梯子的设计入手。因为本设计需要充分体现以人为本的实用性特点，所以，结构设计的本身需要涉及到在具体使用过程中的人体舒适度，并以此为基础进行梯子结构的相应设计：
研制机器和工具的各种技术措施都不完善，除非能适应人的因素，包括人体尺寸，常规的人体姿势、动作和行为。因此符合人机工程的要求是安全工作场所的首要条件。
行为研究是必要的，特别对哪些几乎是无意识的习惯动作的研究。多动因子的动作和作业的试验，有助于对工作场所或某种器具的各个组成部分进行评价和优化。为此，进行了相应的试验，研究标准轻便直梯放置角度不同对攀登者上下梯子动作的影响。
试验的主要目的主要是：研究安全的爬梯子的常规动作，确定适合于人体度量和生物力学因素的条件，如身体尺寸、动作和各种力学。这些条件应保证人以自然动作爬梯子时发生事故的危险性减至最小。
2.3.1 上下梯子所需时间
从图1可以得出一个重要结论，当梯子倾角为70°时，移动单位高度所需的时间最短，因此可以说它是最佳角度。这证实了Lehmann的结论，说明梯子倾角为70°时，移动单位高度所小号的能量最少。如果工作人员的能力和工作效率保持不变，梯子倾角为70°时，人所受到的干扰以及不良因素较少，完成某一动作所需要的时间也越短。

2.3.2 三点接触比例
三点接触规律，即在上下梯子的过程中，人至少要用三个肢体同时分别接触梯子的横档和扶手。因此我们研究了梯子的倾角对总时间中三点接触周期所占比例的影响，结果发现，梯子的倾角为60°时，这种比例最小，50°时稍大，90°时比例最大（见图2和图3）。

很明显，这说明人在上梯子时应快速抓扶以保持身体的平衡，梯子倾角为60°时，生物力学条件最佳。
据相关资料显示，梯子的最佳受力角度是75°，在60°~80°内为可竖立范围。
2.3.3 梯子架材料的选用

4 种形态的实现
4.1 梯子形态：
将前杆后杆展开一定角度，将台阶拉开，让台阶1的凹槽位置扣在后杆中上部的杆处，收起铲板，旋转调整三星轮位置，将前杆杆脚与后杆杆脚立于地面上，梯子形态完成。

4.2平板车形态：
将台阶合拢到前杆，再将前杆后杆合拢，收起铲板，旋转调整三星轮位置，将三星轮和万向轮朝下放置于地面上，平板车形态完成。

4.3手推车形态：
在平板车基础上，将后杆抬起，即成手推车。

4.4铲车形态：
在平板车基础上，将万向轮一端抬起，三星轮接触地面，铲板展开，即成铲车。

4.5攀爬台阶功能：
在铲车形态下，利用三星轮的转动功能，使用者只需向上拉动即可实现台阶的攀爬。
结 论

毕业设计是对大学期间所学只是的一次总的检验和巩固，是一次很好的理论练习实际的锻炼，相比以前的几次课程设计，毕业设计对所学基础知识和专业知识的涉及面更加广泛，是知识与实践的有机结合。做好本次毕业设计可以为以后的工作打下坚实的基础和积累丰富的经验，因此本次毕业设计具有很重要的意义。
本次毕业设计的主要任务是设计用于日常生活的一种多功能用品------多功能推车梯子。《毕业设计说明书》对多功能推车梯子做了简要介绍。多功能推车梯子的设计是为了解决目前人们日常生活中对于搬运货物中经常遇到的问题。本设计可以利用手推车、平板车、铲车三种形态对物品进行运输；在遇到楼梯、台阶时，可以利用独有的爬台阶装置进行顺利的攀爬；在放置和提取位于高处的物品时，又可以利用梯子形态方便的进行工作。
在设计过程中，遇到了很多前所未有的问题，提高了自己独立解决问题的能力。通过设计，学到了很多新的知识，熟悉了Pro ENGINEER、AutoCAD、Photo shop等设计软件的运用，对利用软件进行机械图样的设计的方式基本掌握。提高了自身技术水平，运算能力及运用计算机识图、制图和查阅手册，使用国家标准和信息资源。在设计前，采纳了关于人性化设计等方面的建议，对本设计的实用性方面有很大的帮助，让我确定了结构简单化、功能多样化、以人为本的设计理念，这对我今后的设计有很大的帮助。

致 谢

本论文是在指导老师刘传邵教授、张昌娟老师的悉心指导下完成的。在本设计过程中，多次经刘传邵教授、张昌娟老师的耐心指导和帮助，并一次次地给我讲解，使我2的设计思路明确、豁然开朗，同时指出设计中出现的问题而深入浅出地给我解答。两位老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多道理。在此谨向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢！
本论文的顺利完成，还离不开各位同学和朋友的关心和帮助，在此向罗克、龙威永等同学表示深深的感谢！
由于经验和水平都是极大的制约因素，所以在设计中难免有诸多错误和不足之处，望能得到各位老师和同学的指点和帮助，提出宝贵意见，给予批评指正！
参考资料
[1] 陈波. 两种能爬楼梯的小手推车[J]. 建筑机械, 1998,(05)
[2] 王泽印. 手推车的改进[J]. 起重运输机械, 1980,(05)
[3] 于飞. 斜度不同时人爬梯子的行为特点(三)[J]. 工业安全与环保, 1995,(08)
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[5] 桂元龙 产品人性化设计的方法 广东轻工职业技术学院
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[7] 《材料力学》
[8] 《画法几何与工程制图》