产品设计方案
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2023年3月3日发(作者：剖面图)产品创新设计方案书
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产品创新设计课程作品
“多功能储物架”设计方案书
组员：李文喜09机械2班
陈涛09机械1班
周睿09机械1班
许明建09机械1班
裴飞洋09机械1班
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蜗居多功能储物架设计说明书
摘要：
蜗居多功能储物架主要包括储物架主体、
平行四边形结构储被架、丝杆自锁分层台、简
易电脑桌、垃圾桶移出装置、翻转鞋架、双摇
杆雨伞架及接水装置、旋转衣帽架。其主要特
点是最大程度地节约利用空间，将生活必需品
统一整理收纳实现多功能储物。采用机械结构
简单易实现，连贯性好，设计结构紧凑。
关键词：
节约空间，整理收纳，丝杆自锁，平行四
边形。
作品简介
蜗居多功能储物架将生活零散必需品更具
规划性地整理收纳并在整场储存中贯彻最大空
间利用率的思想。按具体储存需求可逐个取出
特定功能的储存装置使用，而在不需要某项储
存功能时又可将该部分隐藏在储物架主体里。
如遇雨天需悬挂湿雨伞时，只需推出第二
层并掰下隐藏于其底下的双摇杆伞架和拉出接
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水装置即可；被褥冬用夏储，当冬季不再需要
储被架，只需掰下两边支杆，利用平行四边形
机构即可将储被架收缩至紧贴储物架主体而不
占用空间。
主要应用在小户型居民住房和集体宿舍。
1.研制背景及意义。
我国一直致力于解决买不起房买不到房的
新升级社会矛盾，由此推出了一系列社会保障
性住房，如经济适用房。此类住房有一共性，
即住房面积较小，大都被控制在35平米到80
平米之间。“蜗居”便成了当下社会的一个流行
词。并且，随着人们对未来生活品质要求的提
高，如何高效利用小面积住房的空间也成了当
下一个热议话题。
高效利用室内空间应该包括两个方面：一、
尽量减少储物框架本身占空率；二、储存统一
化规整化。而目前市场上虽然储物架众多，但
大都为固定框架，不能根据实际需求减少储物
架本身所占用空间，对小面积居民房和集体宿
舍造成放置压力，如：使用一个一般储物架来
储藏冬被，那在冬季被褥使用时，储物架处于
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空置状态白白占用室内空间。并且，现有储物
架都只具备单一储物功能，如：鞋架、书架、
衣帽架等，零散放置在室内，显得杂乱无章，
既浪费空间又不符合人们对高整洁度品质生活
的追求。
而我们设计和制作的蜗居多功能储物架
主要为解决以上两个问题，对现有储物架的一
种改良与创新。针对性解决现今广为推行的小
户型居住房以及集体宿舍的空间利用率和整洁
度问题。
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目前市场常见的储物架
常见衣帽架
常见鞋架
2.蜗居多功能储物架总体方案设计
2-1蜗居多功能储物架总体结构装配及总体功能简图：
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1、蜗居多功能储物架总体装配如图2-1所示：
收缩状态
伸展状态
图2-1蜗居多功能储物架装
配图
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2-2蜗居多功能储物架总体功能简介
蜗居多功能储物架主要包括储物架主体、
平行四边形结构储被架、丝杆自锁分层台、简
易电脑桌，垃圾桶移出装置、翻转鞋架、四杆
雨伞架及接水装置、旋转晾衣架。储物架主体
有四层。
底层：右侧装有垃圾桶移出装置，可将垃圾桶
放置在该装置上，使用时踩下踏板，垃圾桶即
可旋出，松开踏板，垃圾桶即可自动收回底层；
左侧设计双层鞋架，踩下踏板，待鞋架翻转出
后即可取放鞋。
第一层：可放置行李箱等闲置的大型物品；
第二层：常态时可与普通架子没有太大差别，
但在滑轨的辅助作用下可以向水平方向移出，
此时第二层即为一简易电脑桌，并制造出了更
多储物空间，即第一层顶层和第二层顶层也可
做暂时储物层。第二层底部布置有双摇杆雨伞
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架，常态时其收缩并置于第二层底部，遇雨天
需悬挂湿雨伞时，只需推出第二层并掰下隐藏
于其底下的四杆伞架和拉出接水装置即可。
第三层：为丝杆自锁分层台，转动摇柄可实现
分层台上升与下降。储物架杆上还装有三个旋
转衣帽架。
储被架：位于储物架主体的后侧，分为两层，
每层由三排平行四边形机构组成。冬季被褥被
使用，不再需要储被架，只需掰下两根支杆，
利用平行四边形机构即可将储被架收缩至紧贴
储物架主体而不占用空间。
2-3蜗居多功能储物架采用的机构及传动分析
表2-3蜗居多功能储物架所用机构及传动的性
能分析表
机构类型所属部件功用及性能
锥齿轮传将水平旋传动平稳，效率高，行程
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动转运动转
换为垂直
旋转的装
置
大；该机构能较精确、平
稳地实现主动轴与从动
轴同步旋转。
丝杆自锁机构升降装置具有自锁性能，实现升降与停止
滑轨机构滑轨及其支撑构
件
实现平行移出的动作
双摇杆机构杆状结构及其支
撑构件
机构简单，制作方便
平行四边
形机构
铝条及其
固定件
利用平行四边形易变性，
不使用时合起节省空间
杠杆机构杆状结构及其支
撑构件
3原理方案的实现
3.1机械部分设计
3.1.1垃圾桶移出锥齿轮装置
如图3-1-1所示，整个装置通过轴承座固定
在储物架主体上，踩下踏板后，连接踏板与锥
齿轮的轴被带动，锥齿轮旋转。通过同模数锥
齿轮带动与之相连的竖直杆做大约120度转
动，固定在锥齿轮底部的垃圾桶托盘随之旋转，
从而实现垃圾桶移出功能。
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图3-1-1垃圾桶移出锥齿轮装置
3.1.2平行四边形机构
该机构主要运用在储被架上，利用的是平
行四边形易变性。当夏季需要储被时，拉开储
被架，平行四边形伸展至大约45cm，再掰起
每层两根支杆（支杆以转动副形式连接在储物
架主体上）用于固定即可放置被褥；冬季，又
可合起将储被架收缩至紧贴储物架主体而不占
用空间。
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图3-1-2剪叉机构
3-1-3丝杆自锁机构
如图3-1-5所示，框架内部由分层台隔开，底
部及两侧装有丝杆自锁升降机构，转动摇柄可
实现丝杆的前进与后退。下面仅以分层台的升
起为例简述机构原理。逆时针转动摇柄，丝杆
后退，根据相对运动与丝杆呈一定角度相连的
两根轴角度变大，带动俩平行轴以相同速率向
外侧运动。滑块沿光轴以相同速率也沿外侧滑
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动，从而带动与滑块相连的轴向上运动，支起
分层台。
下降时状态
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升起后状态
图3-1-3丝杆自锁机构
3.1.5滑轨机构
如图3-1-4所示滑轨连接第一层顶端与第二层
低部，以及第二层顶端与第三层底部，需要时，
拉出滑轨即可，从而实现第二层滑出动作。
未滑出状态
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滑出状态
图3-1-5滑轨机构
3-1-6双摇杆机构
如图3-1-5所示，不使用时向上推动两根平
行轴直至俩连架杆与连杆重合，即伞架收缩第
二层底部；当俩连架杆与连杆垂直伞架处于使
用状态。
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伞架收缩
伞架使用
图3-1-6双摇杆机构
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4.理论设计计算
4-1锥齿轮传动计算
由于齿轮工作可靠、使用寿命长、传动比
稳定、传动效率高、且可将将水平旋转运动转
换为垂直旋转，因此作品的传动采用锥齿轮传
动。传动几何计算如下：
一、选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
1．根据传动方案的设计，选用锥齿轮传
动；
2．垃圾桶移出装置，速度低，故选用8
级精度（GB10095-18）；
3．材料选择。查表齿轮选用40cr（调质）
硬度280HBS；
4．传动比：i=2；
5．齿轮齿数:40,20。
二、按齿面接触强度设计直齿圆柱齿轮
由设计计算公式进行计算，即：
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2
1
2
1)5.01(
)(92.2
HH
H
E
KTZ
d
1．确定公式内的各计算数值
1）选载荷系数K=1.2；
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查阅机械设计手册，螺旋传动中滑动螺旋
传动计算部分的工作压强p＝
nHd
f
12
式中
1
H=0.5，P=1.5mm，n=H／P=60，代
入上式中得:
P=5.74N／2mm，
丝杆往复移动速度较低，查机械设计手册，
取
p
p=8N／2mm，即p＜
p
p
丝杆耐磨性符合要求，选用合理。
4.4.1丝杆耐磨性验算
查阅机械设计手册，螺旋传动中滑动螺旋传
动计算部分的工作压强p＝
nHd
f
12
式中
1
H=0.5，P=1.5mm，n=H／P=60，代
入上式中得:P=5.74N／2mm，
丝杆往复移动速度较低，查机械设计手册，
取
p
p=8N／2mm，即p＜
p
p
丝杆耐磨性符合要求，选用合理。
5、创新点及预计应用前景
5.1创新点
1.现有的储物架不论用与不用都以固定结构
占用空间，而蜗居多功能储物架可按具体需求
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可逐个取出特定功能的储存装置使用，而在不
需要某项储存功能时又可将该部分隐藏在储物
架主体里，提高空间利用率；
2.突破了储物架传统意义上的单一储物功能，
而将储物、整理、清洁融为一体；
3.设计了平行四边形结构的专用储被架。
5.2市场前景
随着房价的高涨不下以及国家经济适用房
等政策的出台，小户型居民房必将成为一大购
房趋势。而且，在现有基础上更好地改善集体
宿舍拥挤也是一个亟待解决的问题。现在我们
需要解决的不是拓展居住面积而是妥善地规划
整理物品并且最大程度地提高室内空间利用
率。
蜗居多功能储物架通过将鞋架、伞架、书
架、垃圾桶架合理规整至一个储物架主体，突
破传统意义上单一储物功能，使储物、整理、
清洁一步到位，一举多得。同时，在不需使用
某项储存功能时，空架占用地被自动腾出，达
到空间利用率最优化。故将成为集体宿舍和正
在崛起的小户型经济适用房这一类消费者青睐
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的朝阳产品。
参考文献
[1]纪名刚，机械设计.高等教育出版社，2005.
[2]张春林曲继芳张美麟,机械创新设计.北
京：机械工业出版社,2004.
[3]何铭新，钱可强，机械制图..北京：机械工
业出版社,1999.
[4]陈于萍，周兆元，机械工业出版社,2008.
[5]范钦珊殷雅俊，材料力学.北京：清华大
学出版社，2004.