可伸縮避雨晾衣架的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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1、 可伸縮避雨晾衣架的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 7 【摘 要】本文結(jié)合日常生活中衣物晾曬的需要，設(shè)計(jì)出一種較為簡(jiǎn)單和實(shí)用的可伸縮避雨晾衣架。它主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)套、手搖、和活動(dòng)架等部件組成。導(dǎo)軌主要是通過(guò)滾珠在導(dǎo)套內(nèi)進(jìn)行自由伸縮的滑動(dòng)，活動(dòng)架由拉線連接懸掛于導(dǎo)軌伸出前端的滑輪上。可伸縮晾衣架的工作原理是：通過(guò)使用手搖控制導(dǎo)軌在導(dǎo)套內(nèi)的伸出和縮進(jìn)，從而使掛于活動(dòng)架上的衣物伸出和收回陽(yáng)臺(tái)進(jìn)行晾曬；同時(shí)，使用手搖控制活動(dòng)架的升降對(duì)衣物進(jìn)行晾曬和取回。可伸縮晾衣架具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：晾衣架 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 手搖自鎖裝置 【Abs

2、tract】In this paper, a simple and practical flexible drying rack is designed according to the daily laundry needs. The drying rack is mostly composed of guided track, guided kits, hand, and activities frame. In this design, the guided track takes freely telescopic sliding in the guided kits through

3、ball bearing, and the activities frame is hanged on the pulley on the front of guided track, which is connected by the cable. The basic working principle of this drying rack is: the guided track puts out and retreats during the guided kits controlled by hand, so, the laundries hanged on the activiti

4、es frame can put out and draw back as you can; at the same time, the hand can control activities frame to put out and draw back the laundries. The drying rack has a strong practical value. Key words：Drying rack; Structural design; Guide design; Hand self-locking devices

5、 引 言 社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，從而使得人們的生活節(jié)奏變得越來(lái)越快，時(shí)間的觀念也越來(lái)越強(qiáng)。在人們緊張而繁忙的生活工作中，衣物的晾曬成為一個(gè)問(wèn)題。 傳統(tǒng)的晾衣架是將兩個(gè)固定架安裝在陽(yáng)臺(tái)外，然后將晾衣桿安裝到固定架上，衣物就是懸掛于晾衣桿上進(jìn)行晾曬的。傳統(tǒng)晾衣架它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，不具備自動(dòng)伸縮晾曬衣物的功能。在春夏季節(jié)，屋外的天氣變化比較頻繁，假如晾曬在外面的衣物遇到下雨的情況，晾衣架不能收回陽(yáng)臺(tái)內(nèi)，衣物則受到雨淋不能及時(shí)的晾干；在夏天炎熱的天氣里，晾曬在外的衣物會(huì)受到太陽(yáng)光猛烈的的曝曬而使其褪色或者減壽。當(dāng)晾曬在陽(yáng)臺(tái)外的衣物遇到刮風(fēng)的情況，因?yàn)橐挛锊?/p>

6、能收回到陽(yáng)臺(tái)內(nèi)，就很有可能會(huì)被風(fēng)吹落。 針對(duì)以上的諸多問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了可伸縮避雨晾衣架。它能根據(jù)外界多變的氣候環(huán)境通過(guò)手動(dòng)伸縮晾曬衣物；并具有在有陽(yáng)光照射時(shí)，伸出陽(yáng)臺(tái)晾曬；在刮風(fēng)下雨時(shí)，收回陽(yáng)臺(tái)內(nèi)避免風(fēng)吹雨打的伸縮功能。它自身所具備的功用，能滿(mǎn)足人們對(duì)衣物晾曬的需求，使衣物的晾曬變得簡(jiǎn)單、方便。 1. 手動(dòng)避雨晾衣架的原理 圖1 晾衣架伸縮圖 1、2、3—滑輪 4、5—導(dǎo)軌支桿 6—導(dǎo)套支桿 7—手搖裝置 8—導(dǎo)軌 9—活動(dòng)架 可伸縮避雨晾衣架（如圖1所示）由滑輪、導(dǎo)軌支桿、導(dǎo)套支桿、手搖裝置、導(dǎo)軌和活動(dòng)架幾部分組成。晾衣架的伸出和收回（也就是活動(dòng)架的伸出和收回

7、）晾曬衣物是由導(dǎo)軌的伸縮完成的，而導(dǎo)軌的伸縮是由拉線控制導(dǎo)軌的兩個(gè)支桿進(jìn)行的。具體的伸縮原理如下： 拉線通過(guò)手搖裝置、滑輪、導(dǎo)軌支桿形成拉線回路。當(dāng)固定于導(dǎo)軌支桿5上的拉線通過(guò)滑輪3、滑輪2由手搖7收回時(shí)，固定于導(dǎo)軌支桿4上的拉線就會(huì)伸長(zhǎng)，導(dǎo)軌支桿5就會(huì)被拉線拉出，導(dǎo)軌8就會(huì)被拉伸出，活動(dòng)架伸出陽(yáng)臺(tái)外晾衣；當(dāng)固定于導(dǎo)軌支桿4上的拉線通過(guò)滑輪1由手搖收回時(shí)，固定于導(dǎo)軌支桿5上的的拉線就會(huì)伸長(zhǎng)，支桿4就會(huì)被拉線拉回，即導(dǎo)軌8就會(huì)被拉縮回，活動(dòng)架收回陽(yáng)臺(tái)內(nèi)晾衣。 晾衣架通過(guò)上升下降來(lái)控制晾曬和收回衣物，即是要控制活動(dòng)架的上升和下降，以完成衣物的晾曬和收回?；顒?dòng)架的上升和下降是由另一個(gè)手搖控制裝置

8、通過(guò)拉線的伸縮來(lái)完成。 伸縮或升降后通過(guò)一個(gè)回轉(zhuǎn)棘爪雙向棘輪機(jī)構(gòu)來(lái)固定。 2. 可伸縮避雨晾衣架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1導(dǎo)軌、導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 對(duì)于導(dǎo)軌、導(dǎo)套的設(shè)計(jì)最重要的是實(shí)用。它既表現(xiàn)為技術(shù)性能好、安全可靠，同時(shí)也體現(xiàn)為整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的人性化，使人們?cè)谑褂卯a(chǎn)品時(shí)，減少疲勞與能量消耗，增大舒適度。 導(dǎo)軌、導(dǎo)套是依據(jù)陽(yáng)臺(tái)的寬度（寬度為1.2m）而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從而能保證衣物能伸出陽(yáng)臺(tái)進(jìn)行晾曬。下面分別對(duì)導(dǎo)軌和導(dǎo)套的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，如下圖2所示： 圖2 導(dǎo)軌圖 導(dǎo)軌前端的孔是用于滑輪的安裝，目的就是用拉線通過(guò)滑輪來(lái)連接晾衣活動(dòng)架，可以使拉線在手搖的控制下來(lái)控制晾衣活動(dòng)架的升

9、降。如下圖3所示： 圖3 升降滑輪裝配圖 活動(dòng)架由兩個(gè)固定兩根掛衣桿的固定架固定，固定架由拉線連接通過(guò)導(dǎo)軌上的滑輪由手搖控制升降。如下圖4和圖5所示： 圖4 活動(dòng)架裝配圖 圖5 活動(dòng)架示意圖 導(dǎo)軌后端的兩個(gè)孔是用來(lái)安裝導(dǎo)軌支桿的，從而使拉線通過(guò)導(dǎo)軌支桿來(lái)控制導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)。如下圖6所示： 圖6 導(dǎo)軌示意圖 導(dǎo)軌上的凹槽滑道是用來(lái)放置滾珠，導(dǎo)軌通過(guò)滾珠在導(dǎo)套上進(jìn)行伸出和收回的滑動(dòng)，以完成活動(dòng)架的伸出和縮回晾曬衣物。導(dǎo)軌與導(dǎo)套之間采用滾珠的連接滑動(dòng)，主要是考慮到滾珠的滑動(dòng)性強(qiáng)，與導(dǎo)軌、導(dǎo)套間的摩擦力小，使導(dǎo)軌在

10、導(dǎo)套中的滑動(dòng)比較輕松方便；同時(shí)采用滾珠的設(shè)計(jì)，使安裝和拆卸比較方便。 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)，如下圖7所示： 圖7 導(dǎo)套示意圖 導(dǎo)套中間的槽是用于導(dǎo)軌支桿的通過(guò)，導(dǎo)套前端的孔是用于擋珠板的安裝。防止?jié)L珠從導(dǎo)軌中滑落，同時(shí)也是用于固定導(dǎo)套支架的。如下圖8所示: 圖8 導(dǎo)套裝配圖 導(dǎo)軌、導(dǎo)套的設(shè)計(jì)主要是為了能夠加工方便，降低成本,也考慮到了所設(shè)計(jì)的零件在滿(mǎn)足使用要求的前提下，制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。 2.2手搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 針對(duì)自動(dòng)晾衣架升降和伸縮兩種運(yùn)動(dòng)線路，方便晾衣架的控制，設(shè)計(jì)了兩種不同的手搖。下面對(duì)這兩種手搖分別進(jìn)行說(shuō)明。 第一種為控制晾衣架升降的手搖，它主要是由手柄（圖9）、

11、空心軸、饒線圈、棘輪 手搖前蓋（圖10）、后蓋（圖11）組成。下圖12所示為手搖結(jié)構(gòu)（沒(méi)有前蓋和棘輪的情況下）： 圖9 手柄示意圖 圖10 前蓋示意圖 圖11 后蓋示意圖 圖12 手搖裝配圖 空心軸套在前蓋和后蓋的圓環(huán)之間，將繞線圈固定于空心軸上，通過(guò)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)空心軸，帶動(dòng)繞線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制晾衣架的升降。當(dāng)衣物升降到合適位置的時(shí)候，將手柄插入后蓋的方形孔，從而固定住空心軸，使其不在重力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)需要升降衣物的時(shí)候，再將手柄從方形孔內(nèi)拉出，轉(zhuǎn)動(dòng)繞線圈，升降衣物

12、。 第二種為控制晾衣架前后伸縮的手搖，它主要由棘輪、手柄、繞線圈、帶輪、手搖蓋（分為前蓋、后蓋）。如下圖13和圖14所示： 下圖13 圖14 手柄通過(guò)手搖蓋，將帶輪與繞線圈緊固于手搖上，使手柄不能從手搖蓋中脫出，通過(guò)手柄帶動(dòng)繞線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，控制晾衣架的伸縮。 3.晾衣架的選材及受力分析 3.1選材 晾衣架的選用的材料是硬鋁合金LY1，牌號(hào)為2Ａ01，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，在退火和剛淬火狀態(tài)下塑性良好。合金常采用陽(yáng)極氧化處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。這種材料也是制作各種高負(fù)荷的零件和構(gòu)件的常

13、用材料，如飛機(jī)上的骨架零件、隔框、翼肋、翼梁等。這里直接選擇好材料后，不必再進(jìn)行熱處理，它在冷軋成型材時(shí)等于已經(jīng)進(jìn)行熱處理。拉繩材料采用尼龍6，其拉伸強(qiáng)度為60MP。 3.2受力分析 為了避免晾衣架在使用的過(guò)程中會(huì)發(fā)生彎曲變形，所以需要對(duì)晾衣架選擇的材料進(jìn)行彎曲校核，確定選擇的材料是否滿(mǎn)足要求。晾衣架的主要受力部分是導(dǎo)桿和晾衣桿。下面分別對(duì)各部分的受力進(jìn)行彎曲的校核。 3.2.1導(dǎo)桿校核： 當(dāng)導(dǎo)軌伸出導(dǎo)套最大距離時(shí)，所受到的彎矩最大，可以計(jì)算得到它的最大工作應(yīng)力。這時(shí)導(dǎo)軌相當(dāng)于一懸臂梁。 導(dǎo)桿采用的材料是硬鋁合金LY1，許用應(yīng)力為300MPa。每根晾衣桿假設(shè)所掛衣物為20件，每件衣物

14、為2Kg，則每根導(dǎo)軌受到力為400N,而導(dǎo)軌伸出的最大距離為400mm。 圖15 截面圖 為了計(jì)算方便，將導(dǎo)軌的橫截面由圖15a簡(jiǎn)化為圖15b形狀，如果在圖15b形狀下強(qiáng)度滿(mǎn)足的話，則所選材合適。 已知F = 400 N , L = 400 mm， 彎矩M=F x L=400 N x400 mm=160000 N. mm Wz=(b1h12-b2h22)/6=(28302-20242))/6=3080 mm3 σmax=M/ Wz=51.95 MPa <[σ]=300 MPa 3.2.2晾衣桿的校核： 晾衣桿受到衣物的重力，F(xiàn)＝400 N ,晾衣桿晾衣長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2

15、000 mm 。D=15 mm 可視為均布載荷，則F=q x L ,根據(jù)受力平衡 F = F1+F2,可以求出 F1 = F2 = 200 N 。 分析圖16b可以得到晾衣桿受到的最大剪力 FQmax = ql/2 = 200 N, 分析圖16c得到晾衣桿受到的最大彎矩 Mmax = ql2/8= 50 N.M 可晾衣桿的抗彎截面系數(shù) Wz＝3.14 x D3/32 = 3.14 x 153/32 = 0.33x103 mm3。 計(jì)算得到晾衣桿的最大工作應(yīng)力為σ= Mmax / Wz = 150MPa ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力 300MPa 。所以晾衣桿的強(qiáng)度足夠。

16、 圖 16 受力分析、剪力、彎矩圖 3.2.3固定架的校核： 和導(dǎo)套連接的固定架一共有四個(gè)，只要校核其中一個(gè)固定架，就可以得出選用的材料是否合適。 圖 17 受力分析、截面圖 由上圖17知固定架受到拉力的作用，由導(dǎo)桿校核可以知道固定架受到的拉力大小為F2 = 200N ，固定架的橫截面積為 S = 600 mm2，所以固定架受到的拉應(yīng)力 σ＝ F/S = 0.325MPa。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力，選擇的材料合適。 4.結(jié)論 手動(dòng)避雨晾衣架機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)充分結(jié)合了現(xiàn)有晾衣架簡(jiǎn)潔、方便、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，晾衣架的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，大大降低了晾衣架的生產(chǎn)成本。同時(shí)，也使

17、得晾衣架的安裝、拆卸和維修變得更為簡(jiǎn)單和方便。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量不多，但晾衣架完全能滿(mǎn)足衣物的自動(dòng)晾曬功能。自動(dòng)晾衣架的使用既表現(xiàn)出了技術(shù)性能好、安全性能高，同時(shí)也體現(xiàn)出與人相適應(yīng)的人性化設(shè)計(jì)，使人們?cè)谑褂盟臅r(shí)候，減少疲勞與能量消耗，增大舒適度。 參考文獻(xiàn)： [1] 梁德本.葉玉駒，機(jī)械制圖手冊(cè)第3版[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. [2] 許德珠，械工程材料[M].北京：高等教育出版社，2001. [3] 姜勇.劉為亞，AutoCAD2007基礎(chǔ)培訓(xùn)教程[M]，北京：人民郵電出版社，2007. [4] 王蘭美.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2005. [5] 石力開(kāi)，材料辭典[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. [6] 楊伯源 材料力學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004. [7] 陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京；高等教育出版社，2004 [8]王曉青.徐慶華，機(jī)械制圖[M]，武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2004. [9]李雪早.李智，互換性與測(cè)量技術(shù)，北京：科學(xué)出版社，2006 [10]余小燕.鄭毅，機(jī)械制造基礎(chǔ)，北京：科學(xué)出版社，2003 [11]張定華，工程力學(xué)，北京：高等教育出版社，2000