高效迷你手動甩干桶設(shè)計與研究

朱一羽 金宇新 王家新 高暉婷 趙源野 張鵬超 徐飛

摘 要：本論文所研究的甩干桶是一種將人體用腳踩踏向下的力作為驅(qū)動力，通過傳動裝置轉(zhuǎn)化為驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩，通過齒輪增速機構(gòu)提高轉(zhuǎn)速，使甩干桶的內(nèi)桶做高速旋轉(zhuǎn)運動，從而使內(nèi)桶中的衣物脫水的裝置。該裝置主要適用于無法使用大功率電器的學校宿舍中的住校生和住宅面積小的蝸居群體，使蝸居群體在節(jié)能環(huán)保的前提下，解決衣物脫水、甩干的難題。

關(guān)鍵詞：手動 按壓式；甩干桶；節(jié)能環(huán)保

1.研究的目的和意義

目前各大高校的學生和各初、高中學生的學生大多在學校住宿，宿舍是學生長期生活的區(qū)域，人口密度大，空間卻又非常有限，且出于安全的考慮，一般學校寢室明令禁止使用洗衣機等大功率電器，這就導(dǎo)致了洗完的衣服無法進行快速脫水，衣物將難以在短時間內(nèi)晾干[1]。另外，當人們出門旅游等場所需要甩干衣服時，普通的洗衣機和甩干機通常不便于攜帶和使用，很難找到合適的甩干工具，對人們的生活起居造成很大的困擾，且容易導(dǎo)致居住場所潮濕。同樣的，這種現(xiàn)象也困擾了大城市的蝸居族[2]。

為了解決這個問題，本課題針對現(xiàn)有甩

依賴電能、使用空間受限制等缺點，擬設(shè)計一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、使用方便、節(jié)約能源、節(jié)約空間、環(huán)保便利的高效迷你手動甩干桶。它利用創(chuàng)新概念設(shè)計，采用人機工程學設(shè)計理論，操作簡單、方便，省時、省力，老少皆宜；同時具有噪音低、脫水率高、成本低、節(jié)約能源、適用面廣等優(yōu)點。

2.總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與工作原理介紹

本文設(shè)計了一種高效迷你手動甩干桶，能夠快速甩干衣物。甩干桶的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

1-外桶蓋銷軸 2-外桶蓋 3-外桶 4-滾珠 5-內(nèi)桶 6-密封圈 7-螺栓 8-螺母 9-下箱體 10-角接觸球軸承 11-下箱體前蓋 12-端蓋 13-螺釘 14-角接觸球軸承 15-擋圈 16-2軸大齒輪 17-端蓋 18-螺釘 19-角接觸球軸承 20-離合器 21-銷軸 22-卷簧 23-銷軸 24-齒條 25-螺栓螺母 26-齒條壓板 27-擋圈 28-螺釘 29-1軸小齒輪 30-1軸 31-角接觸球軸承 32-擋圈 33-深溝球軸承 34-角接觸球軸承 35-1軸大齒輪 36-角接觸球軸承 37-3軸擋圈 38-3軸 39-2軸 40-2軸小軸承 41-擋圈 42-3軸小軸承 43-下箱體后蓋 44-密封圈 45-卷簧 46-換珠蓋 47-排水管

2.2 工作原理

使用者腳踩在踏板上，通過腿部用力向下踩腳踏板，使齒條帶動1軸上的小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪通過鍵連接帶動1軸轉(zhuǎn)動，1軸上裝有大齒輪；1軸大齒輪帶動2軸小齒輪，動力從1軸傳遞到2軸，2軸上的大齒輪再帶動3軸上的小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪再通過鍵連接帶動3軸轉(zhuǎn)動，3軸即為主軸。3軸上端為花鍵結(jié)構(gòu)與內(nèi)桶底部的花鍵槽配合，從而帶動內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)。內(nèi)桶帶動衣物旋轉(zhuǎn)，通過離心力的作用脫水。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計

常見的增速機構(gòu)包括齒輪增速機構(gòu)、擺線針輪增速機構(gòu)、渦輪蝸桿增速機構(gòu)等。在對比、研究各種減速機構(gòu)的特點和本裝置對傳動機構(gòu)的性能要求后，決定采用齒輪傳動。本裝置采用2個轉(zhuǎn)動比為4：1的齒輪組來加快轉(zhuǎn)速，兩級加速的總傳動比為16：1，使用時用120N的力踩腳踏板能將內(nèi)桶加速到1800轉(zhuǎn)/分鐘，可甩干衣物中70%的水分。

3.2單向動力傳動設(shè)計

1軸大齒輪內(nèi)裝有離合器，保證單向傳動動力。當腳踩踏板時齒條將動力傳遞給1軸小齒輪帶動1軸轉(zhuǎn)動；當腳松開踏板時，卷簧帶動踏板向上反彈到原位即腳踏板復(fù)位，腳踏板復(fù)位時帶動齒條復(fù)位，由于離合器有單向傳遞動力的功能，軸1不帶動大齒輪回轉(zhuǎn)，重復(fù)踩腳踏板使得腳踏的動力源源不斷的傳遞給3軸，從而保證內(nèi)筒能夠持續(xù)高速運動使衣物脫水。

3.3動力設(shè)計與計算

含初始條件設(shè)定（作用在腳踏板上的力與速度），傳動比分配與計算，齒輪相關(guān)參數(shù)計算與選定，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，軸的強度校核等。

根據(jù)機構(gòu)工作需要，設(shè)計模數(shù)為2的直齒圓柱齒輪。 。兩級加速比，傳動比都為4：1，選用材料為玻璃纖維增強MC尼龍。根據(jù)整體工作空間限制以及傳動比、模數(shù)選擇齒數(shù)，計算主動小齒輪，計算主動小齒輪直徑。

已知 d=mz，根據(jù)機械設(shè)計手冊14-23，表14-1-9，選取齒輪齒數(shù)z1=18，Xmin=0.12 （機械設(shè)計手冊14-27）

∴

∴

齒寬

加速器從動小齒輪由于傳動比恒定，所以選用與主動輪相同的小齒輪以便于計算和校核。

根據(jù)齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計

由圖機械設(shè)計手冊10-22[3]，查得

大小齒輪材料相同，計算轉(zhuǎn)矩

兩級加速后

3.4內(nèi)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了減小空間，對內(nèi)筒進行了優(yōu)化設(shè)計，這樣在保證足夠的空間容納衣物的同時，也提高了內(nèi)筒轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。內(nèi)筒內(nèi)壁設(shè)計有凸起的輻條用于增加內(nèi)桶壁的摩擦。內(nèi)桶外側(cè)上設(shè)計有2條滾道，與外桶滾道配合形成封閉的滾道，在每條滾道里安裝有n顆滾珠，滾珠既降低了內(nèi)桶和外桶的摩擦力，也對內(nèi)桶起支撐和減震作用外桶滾道上開有小孔用于安裝滾珠，小孔外塞有換珠蓋。內(nèi)桶側(cè)面開有均布排水小孔，內(nèi)桶底面也開有排水孔，在下箱體側(cè)面開有排水孔，在此兩個孔內(nèi)安裝有排水管，此排水管延伸到箱體外。

4.發(fā)展前景

與市場上現(xiàn)有的甩干機相比，本設(shè)計的甩干桶節(jié)能減排，低碳環(huán)保，具有較高的使用價值，符合大眾的消費理念，再加上學生族、蝸居族等是一個高密度群體，消費群體規(guī)模比較大，產(chǎn)品需求量大，所以未來的經(jīng)濟效益可觀。

5.結(jié)束語

本文利用簡單的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地設(shè)計出了適合住校生、蝸居族和節(jié)能環(huán)保人士使用的按壓式甩干桶，可為其生活提供方便，彌補了國內(nèi)非電力驅(qū)動甩干桶的空白。此外，本裝置仍有改進的空間，可對零件材質(zhì)和機構(gòu)空間位置進一步優(yōu)化，以得到更加優(yōu)化的產(chǎn)品。

參考文獻：

[1] 張樂瑩，楊雷，劉艷.家用拖把擰干器機構(gòu)設(shè)計[J]. 輕工科技. 2014（12）

[2] 喬維強，吳路路，張恒，包鴻，李志輝. 基于腳踏車的節(jié)能健身型洗衣機設(shè)計[J].科技傳播. 2012（15）

[3]成大先.機械設(shè)計手冊[M] .北京：化學工業(yè)出版社，2001.