设计报告-自动婴儿摇床

自动婴儿摇床设计
学校：中南大学
成员：潘辉机械0913
柴城机械0913
吴选机械0913
王迪机械0913
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完成日期：2011年9月8日
目录
一.设计背景及研究现状 (3)
二．设计方案 (7)
2.1.床架设计 (7)
2.2.床体设计 (8)
2.3.后箱的设计 (9)
2.4.传动机构设计 (11)
2.5.皮带轮传动装置 (14)
2.6. 组装 (15)
三：关键部位分析 (17)
3.1.曲柄摇杆机构 (17)
3.1.1结构的原本是数据 (17)
3.1.2曲柄摇杆机构的最小传动角，急回特征的计算 (18)
3.1.3.曲柄摇杆机构速度及加速度的仿真模拟 (18)
3.1.4 曲柄摇杆的受力分析 (23)
3.2 床体的受力分析 (23)
四．其他 (25)
4.1成本预算 (25)
4.2使用说明 (26)
4.3应用前景及市场 (27)
五．设计感想 (28)
六．组内分工及评分情况 (30)
七.参考文献 (31)
一·设计背景及研究现状
进入21世纪，中国大部分民众进入了小康生活，大部分父母对自己婴儿的生活要求也越来越高。

保障婴儿舒适的睡眠也成了重要的一部分。

而经过我们这几天对市场上卖的婴儿摇床的研究调研，发现了很多摇床存在着一些或多或少的问题。

中国的吊带式、吊杆式婴儿摇床是最近十年才流行起来的产品，在国内非常受欢迎。

中国是一个制造大国，摇床的生产量居世界第一。

中国式的摇床可大量出口到中东、非洲、东南亚等地，但却始终没能卖到欧美等发达国家，为什么？很多人解释说这是因为文化的差异，而导致在欧美国家的销售受阻。

其实不然，婴儿摇床只是一个以降低产品成本，而把婴儿床和摇篮结合在一起廉价工业品。

据测试，这种摇床的摇摆频率由于吊带或摇杆过短，其固有振动频率大都是60～70次/分钟左右，极少数可达到50次/分钟，摇摆的幅度通常也只有10cm左右。

这相当于人正常小跑的速度，用这种摇床摇婴儿就等于是抱着婴儿在跑步，婴儿当然不会感觉舒服、安全，因此也无法很快入睡。

正常的摇篮速度应该在50次/分钟以下，50次/分钟相当于正常人步行的速度，正常人步行每分钟100步，步行的周期就是50次。

当然，如果摇篮的速度低于每分钟40次，则摇动效果更好。

这个速度相当于正常人慢走散步的速度。

各种婴儿摇床如下
为什么婴儿喜欢睡摇床呢？是因为他们在妈妈肚子的时候，妈妈们每天的活动，在他们感觉来就像是摇床在摇啊摇，所以宝宝喜欢睡摇床。

一般用摇床只是为了帮助宝宝睡眠，若是宝宝不需要摇动就可以入睡，那是最好了。

千万不要养成了不摇睡不着的坏习惯。

中国式的摇床是一个商业化设计的结果，缺乏以人为本的人性化理念。

如前所述，这种摇动对婴儿十分不利，婴儿会感觉到不安全，不舒适，不能很快入睡，这样无形中就造成恶性的循环：父母会以为是由于摇晃不够而加紧摇动摇床，给婴儿带来更严重的伤害。

在欧美等发达国家，他们认为这种摇床是一种非人性化对婴儿有害的摇床，甚至有人认为使用这种摇床是在虐待婴儿！
就这一个设计失败的工业品，却为什么能在国内大受欢迎呢，究其原因，国内生产厂商从自身利益出发，为谋取暴利，他们把婴儿床和摇篮结合在一起，从而造成一种价格便宜，性价比高的假像，以蒙骗消费者。

商厂努力宣传他
们产品的价格低，功能多，却并不管这样的摇篮是否合格，是否有利宝宝健康成长。

在消费者不知情的情况下，他们的销售做得很成功，硬把这一劣质品做成了热销产品。

殊不知，就这个价格低、性价比高、广受中国年轻爸爸妈妈欢迎的产品，已经伤害了我们千千万万的下一代，而这种情况还在人为地继续着……。

据一些资料统计，在中国，受摇篮综合症影响的婴儿大约占5％，而在美国，只占5‰。

对吊带式、吊杆式婴儿摇床的总结是：失败的设计、有害的产品，成功的销售。

因此，我们需要设计出一个更简便，更舒适，更符合婴儿的自动式摇床。

设计时应注意以下问题：
1、安全标准：安全始终应当放在第一位来考虑，婴儿床必须符合严格的安全标准。

2、床缘栅栏：尽量选择圆柱形的栅栏，两个栅栏之间的距离不可超过6厘米，以防止宝宝把头从中间伸出来。

有些妈妈喜欢花纹比较复杂、雕饰比较多的婴儿床，事实上，这样的床对孩子是不够安全的。

因为床栏或床身上凸起的雕饰容易勾住孩子的衣物，孩子竭力挣脱时，就有可能碰撞受伤。

3、婴儿床的所有表面必须漆有防止龟裂的保护层：正在长牙的宝宝喜欢用嘴巴啃东西，因此床缘的双边横杆必须装上保护套，家长尤应注意金属材料的婴儿床绝对不能含有铅等对孩子身体有害的元素。

4、缓冲围垫：围在婴儿床内四周围布制的塑胶制的容易撕裂围垫，能够保护婴儿的头部。

围垫最少要有六个以上的结缚处;将结缚的带子保持最短的长度，以防备宝宝勒到脖子。

一旦宝宝踏到围垫上便应该拿掉围垫，因为它们可能成为宝宝爬出床外的垫脚石。

5、床垫：当床垫调到其最高位置时，它与床缘的距离至少要25厘米以上。

床垫要与床架紧紧密合，以预防宝宝探头进去。

在床垫的选择上，传统的棉制被褥是不错的选择。

6、装饰图案：婴儿床的表面不要贴上贴纸，如果贴纸翘开，孩子很有可能会把它撕下来，塞进口中。

而且印有鲜艳图案的帖纸易使孩子烦躁不安，通常暖色调的规律图案会使孩子平静并心情愉悦。

有的婴儿床涂有各种颜色，如
果涂料中含铅，当婴儿啃咬栏杆时就有发生铅中毒的危险，发生铅中毒，会使婴儿出现贫血。

7、婴儿床的大小：婴儿床如果太小，用1年左右就要淘汰，似乎有点浪费。

但是如果太大，又不能给婴儿提供安全感。

8、栅栏的使用：栅栏的高度一般以高出床垫50厘米为宜。

要是太低，等到孩子能抓住栅栏站立时，随时有爬过栅栏掉下来的危险。

如果太高，父母抱起或者放下婴儿都十分不便。

所以，可以选择栅栏附有活动小门或栅栏可以
整体放下的婴儿床，这样抱孩子或给孩子换尿布的时候就不必老弯下腰来抱婴儿，也就不会引起腰酸背痛了
9、滚轮和摇摆功能：有些婴儿床安装了小轮子，可以自由地推来推去。

这种小床，必须注意它是否安有制动装置，有制动装置的小床才安全，同时制动装置要比较牢固，不至于一碰就松。

还有的小床可以晃动，有摇篮的作用，这种床也一定要注意它各部位的连接是否紧密可靠。

最好不要买只能晃动不能固定的小床，因为婴儿的成长速度很快，睡摇篮的时间毕竟短，更需要的还是一张固定的床
二．设计方案
2.1.床架设计
床架主要起支撑作用，床架的设计必须要稳固，要保证宝宝睡觉时的安全性，因此，底盘必须稳固，要选用坚固的材料。

我们的设计如下
长方形状的地盘
两根支撑柱之间加一连杆起稳固作用
底盘：长1200mm
宽800mm
高80mm
整个床架高1500mm
2.2.床体设计
床体的设计应以保证宝宝睡眠时的安全和舒适为主，应选取无害的材料，应保证卫生。

设计如下：
床体：长1000mm
宽600mm
高300mm
2.3.后箱的设计
后箱主要起隔离传动装置和婴儿，以保障婴儿的安全性。

并且后箱上可以放置一些婴儿的必需品，让父母照顾更加省心。

设计如下：
后箱：长800mm 宽：200mm
高：1500mm
2.4.传动机构设计
传动机构我们采用曲柄摇杆机构。

传动机构的各部件长度尺寸影响了整个摇床的摆动幅度。

婴儿摇床的摆动幅度的设计应以安全为主，再考虑合适的摆动幅度。

预设摇床的摆动幅度为15deg，
最终设计的各部件尺寸如下：
曲柄长55.29mm
摇杆长300mm
曲柄摇杆的设计如下图所示：
设计完成后的实物图如下；图1
图2曲柄机构
图3 连杆机构
2.5.皮带轮传动装置
其中曲柄摇杆传动机构中图2的轮2由轮1经皮带带动转动传动机构示意图
2.6. 组装
加上后箱后的整体图
三：关键部位分析
3.1.曲柄摇杆机构
图3.1 曲柄摇杆的设计
3.1.1结构的原本是数据
其中曲柄长55.29mm
摇杆长300mm
设计要求为摇床摆动的频率为30次每分钟
因此曲柄的转速定为180度每秒
曲柄做匀速圆周运动
3.1.2曲柄摇杆机构的最小传动角，急回特征的计算由图3.1可得
行程速比系数K=1.182
传动角=42 度
由计算数据可以看出，
该摇床的行程系数比较小
最小传动角较大
符合该设计的要求
3.1.3.曲柄摇杆机构速度及加速度的仿真模拟
图3.2 曲柄的转速
图3.3 摇床的转速
图3.4 曲柄的角加速度
图3.5摇床的角加速度
从仿真数据可以看出
再主动轮做匀速圆周运动前提下
并且转速为180度每秒
摇床的最大转速为80度每秒
摇床的最大角加速度为350度每二次方秒
3.1.4 曲柄摇杆的受力分析
曲柄的转速为30n/min即：
ω=πrad/s
长度r=55.6mm
所以速度都比较缓慢且整体的负荷也比较轻，而杆件的截面都足够宽，能够保证运动时不会发生折断或弯曲的现象。

3.2 床体的受力分析
静止时床体的受力
图3.6 摇床静止时受力即弯矩图
所有品种的木材中，最大的顺纹抗剪强度为1.7N/mm2，最小顺纹抗剪强度为 1.3N/mm2。

最大横纹抗剪强度为 3.5N/mm2，最小横纹抗剪强度为3.2N/mm2
摇床中间截面足够安全不会发生折断，变形。

现考虑摇床两端的切应力
截面为直径为60mm的圆，剪力为150N
则：
τ=4Q/（3A）
τ=0.018N/mm2《1.3 N/mm2
所以满足要求，安全。

床体运动时由图3.5可知
摇床的最大角加速度约为：
α=6rad/s2
水平方向的最大加速度近似为
a=α*r=1.8m/s2
比加速度小很多，所以基本上，受力不会有数量级上的变化，仍远小于1.3 N/mm2
所以运动时摇床依然稳定。

四．其他
4.1成本预算
整个摇床整体部分均采用木制结构
床架100元、
床体100元、
后箱连同定时设备200、
传动机构100元
共计约500元
4.2使用说明
该产品为家庭用简易婴儿摇床，使用简单，方便，安全。

只需插上电源，打开开关，就能达到摇床自动摆动的效果。

而当您关上开关之后，这就是一款婴儿的固定床。

您也可以自己手动的摆动摇床。

后箱的设计然您照顾孩子更加方便快捷，您可以将婴儿的必需品，如奶粉，奶瓶，尿不湿等产品至于后箱之上。

该产品稳固，安全。

但最好不要将过重物品放于摇床之中。

4.3应用前景及市场
1）产品特色：产品简单可行，成本低。

2）市场；
现在人们越来越注重对孩子的培养，孩子的睡眠状况无疑是必须要解决的。

在摇床中，孩子将很快的进入高质量的睡眠。

而且很多夫妻，不会照看孩子，由于工作等各种原因，没有太多空暇的时间来给孩子手动摇床。

这无疑给这个创意很大的市场。

随着科技的发展，这个创意可以结合现在的电子科技，实现全自动功能。

能够识别孩子的哭声，并自动摇起来。

当孩子在床上不停翻动时，能够减慢摇动的幅度甚至停止摇摆。

解决孩子睡眠的问题，才能让其父母放心的工作，更好的照顾孩子。

五．设计感想
在本次设计过程中，我们遇到了很多困难，也从中学会了很多书本上学不到的东西。

要设计一个产品，必须得先了解这种产品的社会需求，社会用途，以及同类产品的缺陷及成本等等因素。

机械设计往往离不开自己的阅历，经验的积累固然可以从书本上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础，要理解吸收真的是一件很不容易的事。

呵呵。

机械设计贯穿设计、制造、使用，维护的整个过程，设计时的疏忽总会在这些方面反映出来，成功与否是很容易判断的。

设计的过程中，受制造的影响很大，亦就是说好的设计是不能脱离制造的，对制造越了解，越有助于提高设计水平。

模仿优秀的作品是每一个设计师的必走之路。

但是做设计，一定要有自己的想法，人也要有自己鲜明的个性，久了，就形成了自己的风格，风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系。

罗嗦的人搞出来的东西就是那么罗嗦的，小气的人搞出来的东西就是一副小家子气，不负责任的人搞出来的机器就跟那人的德行一样的不负责任。

能有自己的设计理念，设计风格，就是不一样，这样捣腾出来的东西就有了独特的灵魂。

行家一看就知道，这是用心的杰作。

在抄袭的时候积累了经验就要抱着否定的态度学习。

查阅资料，多看些经典的设计案例，和设计的禁忌，与自己接触过的一些东西进行对比，就有了大的提高。

就可以在现有的机器上动手术。

如：提高机器的附加值，完善更多的功能，让整机具备更高的可靠度。

从而迎合高端的客户；或者进行结构精简，保留一些常用功能，降低成本，满足些买不起那么也用不上多功能的客户的需求。

做到这样就可以称的上做机械设计开始入门了。

能不能成为世界级的发明家这个事情很难说的，呵呵。

但是凭自己多年经历见识，将一些结构进行组合，变异，嫁接，创造一些新的东西是不难的。

与其用一生的时间去研究永动机之类的高深课题，或者搞一些莫名其妙不能创造任何价值的所谓专利，不如用自己有限的生命去做些能在这个美丽的星球上留下点印记的事情。

到时候老得快死了，临终的时候还会想到，活了这么多年，捣腾了那么多机器在地球上跑，足以含笑九泉。

一个真正谈的能称之为机械设计工程师，需要十年甚至十年以上的磨砺。

还要有相当的天分以及勤奋和能造就人的环境。

天才等于99%的勤奋+1%的努力其实说的并不是只要下苦工就会有成就。

这句话说的是若一个人对某个职业没有那1%天分，再勤奋也是没有用的。

勤奋是一个发掘自己天分的一个途径，是有所成就的必须条件之一，而不是全部。

绝对不是。

机械零件材料选用的原则要考虑三个方面的要求
1、使用要求（首要考虑）：
1）零件的工况（震动，冲击，高温，低温，高速，高载都应当慎重对待）；2）对零件尺寸和质量的限制；
3）零件的重要程度。

（对于整机可靠度的相对重要性）
2、工艺要求：
1）毛坯制造（铸造，锻打，切板，切棒）；
2）机械加工；
3）热处理；
4）表面处理
3、经济性要求：
1）材料价格（普通圆钢与冷拉型材，精密铸造，精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比，）；
2）加工批量和加工费用；
3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的规格，合理的加以利用）
4）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代铜套，用含油轴承替代车削加工的一些套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等）。

另外，还要考虑当地材料的供应情况
机械设计的基本要求
a) 对机器使用功能方面的要求要注意协调、平衡！防止木桶效应的出现
b) 对机器经济性的要求设计经济性，在短的时间里投产上市，捞回开发期间的消耗，甚至边设计边制造
使用经济性要有最佳的性能价格比（产品在小批量做开始赚了，再来改的更好）
2、对机械零件设计的基本要求
a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种功能
b) 要尽量降低零件的生产、制造成本 c) 尽可能多的采用市场常见标准件。

d) 对可能系列化的产品，尽可能的在开始设计的时候考虑零件的通用性，无法通用的也要尽可能的在结构上类似，以减少制造过程的工艺编排，夹具工装设计的工作量。

六．组内分工及评分情况
画图设计潘辉
报告设计柴城
Ppt设计吴选
校检答辩王迪
在具体的实践中我们也相互讨论进行
本组对本次设计组内评分情况
潘辉优
柴城良
吴选良
王迪良
七.参考文献
《机械原理》第七版西北工业大学孙桓
《机械设计手册》化学工业出版社
中国婴儿摇床市场前景调查分析报告
《工程图学》第二版湖南科学技术出版社《材料力学》刘庆潭主编机械工业出版社。