人力甩干桶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉慶

摘 要：人力甩干桶是一種將人體腿部上、下運(yùn)動的力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)力，再通過增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速，從而帶動甩干桶甩干衣物的裝置。該裝置主要以無法使用大功率電器的住校生和節(jié)能環(huán)保一族為用戶群體，不僅可使住校生在晾曬衣服時(shí)更方便，還能提供一般踏步機(jī)的健身功能。

關(guān)鍵詞：人力甩干桶；驅(qū)動軸；大功率電器；洗衣機(jī)

中圖分類號：TH89 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.127

1 研究的目的和意義

宿舍是學(xué)生長期生活的區(qū)域，具有人口密度大、空間狹小的特點(diǎn)。對于住校生而言，需要清洗的衣服較多，晾曬時(shí)需要的面積較大，未經(jīng)甩干的衣服容易滴水，進(jìn)而引發(fā)地面濺水和潮濕問題。然而，大多數(shù)學(xué)校出于對安全的考慮，明令禁止寢室內(nèi)使用洗衣機(jī)等大功率電器。因此，為了滿足在校生和節(jié)能環(huán)保人士的需要，本文發(fā)明了一種人力甩干桶裝置，它可以像洗衣機(jī)一樣快速甩干衣物。使用該裝置時(shí)，需要使用者踩在踏板上原地跑步，通過人與機(jī)器的結(jié)合，使用者既可獲得運(yùn)動的樂趣，還能達(dá)到健身的效果。人力甩干桶的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

2 工作原理

使用者雙腳踩在左、右兩片踏板上，通過腿部的上、下運(yùn)動，在導(dǎo)向筒的導(dǎo)向下，搖桿帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸與大皮帶輪相連，大、小皮帶輪通過V形帶傳動；增速機(jī)構(gòu)采用兩對傳動比相同的增速齒輪來提高轉(zhuǎn)速，并與內(nèi)筒中心軸間通過一對錐形齒輪達(dá)到換向的目的；中心軸與旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒相連，其間有密封圈、軸承、軸承座、墊片、螺栓、螺釘?shù)仍?，?nèi)筒可帶動衣物旋轉(zhuǎn)，通過離心力的作用甩干衣物。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 動力部分

該機(jī)械裝置利用直列式發(fā)動機(jī)汽缸的工作原理，結(jié)構(gòu)簡單，可將人體運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的動能和重力勢能通過腿部傳遞到踏板上，從而帶動旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。通過統(tǒng)計(jì)16～25歲學(xué)生的平均身高、正常跑步運(yùn)動時(shí)雙腿抬高和落下的頻率數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其腿部平均每分鐘上、下運(yùn)動70次，腿部上、下運(yùn)動的平均高度差為20 cm，兩腳左、右間隔25 cm，可以此作為尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)。因此，在箱體中間位置加設(shè)了1個(gè)支撐板，以保證旋轉(zhuǎn)軸在長期使用時(shí)有較好的圓柱度。為了提高使用時(shí)的安全性，還在箱體處設(shè)置了1個(gè)扶手，從而使使用者保持身體的平穩(wěn)性。

3.2 傳動機(jī)構(gòu)

常見的減速機(jī)構(gòu)包括齒輪減速機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)、擺線針輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)等。對比、研究各種減速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和本裝置對傳動機(jī)構(gòu)的性能要求后，決定采用齒輪傳動。齒輪傳動具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠、可根據(jù)需要任意連接和安裝位置多樣化的特點(diǎn)。本裝置采用2個(gè)傳動比為1∶3的齒輪組來加快轉(zhuǎn)速。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)。由于人體在運(yùn)動時(shí)會產(chǎn)生振動，動力機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)采用帶傳動連接可減輕振動對甩干桶旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的影響。大帶輪與小帶輪的直徑比為3∶2，總傳動比為3×3×1.5=13.5，最終傳遞到甩干桶主軸的轉(zhuǎn)速約為70×13.5=945 r/min，可甩干衣物中70%的水分。增速機(jī)構(gòu)輸出軸為水平方向，甩干內(nèi)桶主軸為豎直方向，因此，采用一對錐形齒輪嚙合可達(dá)到換向的目的。

3.3 簡易甩干桶

為了節(jié)約空間，對甩干桶內(nèi)筒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在一般甩干桶的基礎(chǔ)上，適當(dāng)縮減了直徑和深度，這樣在保證具有足夠的空間容納冬季比較厚重的衣服的同時(shí)，提高了內(nèi)筒轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。當(dāng)甩干桶內(nèi)放置的衣物不均勻或甩干桶旋轉(zhuǎn)中心不在中心軸線時(shí)，會產(chǎn)生劇烈的擺動，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致內(nèi)筒結(jié)構(gòu)變形、損壞，進(jìn)而縮短使用壽命。為了解決這個(gè)問題，在內(nèi)筒與外筒間均勻設(shè)置了上、下4個(gè)導(dǎo)向球，并在旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒上的對應(yīng)位置設(shè)置了導(dǎo)向槽，這樣在限制內(nèi)筒偏移量的同時(shí)，還擴(kuò)大了接觸面積、減小了內(nèi)筒所受的最大應(yīng)力值。

4 發(fā)展前景

本裝置不僅可以用于甩干衣物，還可以當(dāng)作健身器材來使用。在使用時(shí)，使用者腿部的上、下運(yùn)動可以鍛煉腿部、臀部的肌肉，長期使用有助于緊實(shí)使用者的身體線條，增加肺活量，最終達(dá)到瘦身的目的。此外，如果將甩干桶換為發(fā)電機(jī)組，則可為蓄電池充電。

5 結(jié)束語

本文利用簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出了適合住校生和節(jié)能環(huán)保人士使用的甩干衣物裝置，為其日常生活提供了方便和樂趣，彌補(bǔ)了國內(nèi)非電力驅(qū)動甩干桶產(chǎn)品的空白。然而，本裝置仍存在有待解決的問題，比如各零件尺寸的選擇、強(qiáng)度的校核以及外觀的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。在今后的設(shè)計(jì)中，可對零件材料和機(jī)構(gòu)空間位置進(jìn)行優(yōu)化，從而為廣大用戶提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔編輯：張思楠〕