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(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)齒輪增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速，使甩干桶的內(nèi)桶做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使內(nèi)桶中的衣物脫水的裝置。該裝置主要適用于無(wú)法使用大功率電器的學(xué)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(dòng) 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(xué)生和各初、高中學(xué)生的學(xué)生大多在學(xué)校住宿，宿舍是學(xué)生長(zhǎng)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(xué)校寢室明令禁止使用洗衣機(jī)等大功率電器，這就導(dǎo)致了洗完的衣服無(wú)法進(jìn)行快速脫水，衣物將難以在短時(shí)間內(nèi)晾干[1]。另外，當(dāng)人們出門旅游等場(chǎng)所需要甩干衣服時(shí)，普通的洗衣機(jī)和甩干機(jī)通常不便于攜帶和使用，很難找到合適的甩干工具，對(duì)人們的生活起居造成很大的困擾，且容易導(dǎo)致居住場(chǎng)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(gè)問(wèn)題，本課題針對(duì)現(xiàn)有甩

依賴電能、使用空間受限制等缺點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)甩干桶。它利用創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)，采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)理論，操作簡(jiǎn)單、方便，省時(shí)、省力，老少皆宜；同時(shí)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(diǎn)。

2.總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與工作原理介紹

本文設(shè)計(jì)了一種高效迷你手動(dòng)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(guò)腿部用力向下踩腳踏板，使齒條帶動(dòng)1軸上的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪通過(guò)鍵連接帶動(dòng)1軸轉(zhuǎn)動(dòng)，1軸上裝有大齒輪；1軸大齒輪帶動(dòng)2軸小齒輪，動(dòng)力從1軸傳遞到2軸，2軸上的大齒輪再帶動(dòng)3軸上的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪再通過(guò)鍵連接帶動(dòng)3軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)。內(nèi)桶帶動(dòng)衣物旋轉(zhuǎn)，通過(guò)離心力的作用脫水。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的增速機(jī)構(gòu)包括齒輪增速機(jī)構(gòu)、擺線針輪增速機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿增速機(jī)構(gòu)等。在對(duì)比、研究各種減速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和本裝置對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能要求后，決定采用齒輪傳動(dòng)。本裝置采用2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)比為4：1的齒輪組來(lái)加快轉(zhuǎn)速，兩級(jí)加速的總傳動(dòng)比為16：1，使用時(shí)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(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1軸大齒輪內(nèi)裝有離合器，保證單向傳動(dòng)動(dòng)力。當(dāng)腳踩踏板時(shí)齒條將動(dòng)力傳遞給1軸小齒輪帶動(dòng)1軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)腳松開(kāi)踏板時(shí)，卷簧帶動(dòng)踏板向上反彈到原位即腳踏板復(fù)位，腳踏板復(fù)位時(shí)帶動(dòng)齒條復(fù)位，由于離合器有單向傳遞動(dòng)力的功能，軸1不帶動(dòng)大齒輪回轉(zhuǎn)，重復(fù)踩腳踏板使得腳踏的動(dòng)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(yùn)動(dòng)使衣物脫水。

3.3動(dòng)力設(shè)計(jì)與計(jì)算

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

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

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

∴

∴

齒寬

加速器從動(dòng)小齒輪由于傳動(dòng)比恒定，所以選用與主動(dòng)輪相同的小齒輪以便于計(jì)算和校核。

根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)

由圖機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)10-22[3]，查得

大小齒輪材料相同，計(jì)算轉(zhuǎn)矩

兩級(jí)加速后

3.4內(nèi)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了減小空間，對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣在保證足夠的空間容納衣物的同時(shí)，也提高了內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性。內(nèi)筒內(nèi)壁設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)內(nèi)桶起支撐和減震作用外桶滾道上開(kāi)有小孔用于安裝滾珠，小孔外塞有換珠蓋。內(nèi)桶側(cè)面開(kāi)有均布排水小孔，內(nèi)桶底面也開(kāi)有排水孔，在下箱體側(cè)面開(kāi)有排水孔，在此兩個(gè)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(chǎng)上現(xiàn)有的甩干機(jī)相比，本設(shè)計(jì)的甩干桶節(jié)能減排，低碳環(huán)保，具有較高的使用價(jià)值，符合大眾的消費(fèi)理念，再加上學(xué)生族、蝸居族等是一個(gè)高密度群體，消費(fèi)群體規(guī)模比較大，產(chǎn)品需求量大，所以未來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益可觀。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)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(bǔ)了國(guó)內(nèi)非電力驅(qū)動(dòng)甩干桶的空白。此外，本裝置仍有改進(jìn)的空間，可對(duì)零件材質(zhì)和機(jī)構(gòu)空間位置進(jìn)一步優(yōu)化，以得到更加優(yōu)化的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張樂(lè)瑩，楊雷，劉艷.家用拖把擰干器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 輕工科技. 2014（12）

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[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.