可伸缩避雨晾衣架的创新设计

可伸缩避雨晾衣架的创新设计7【摘 要】本文结合日常生活中衣物晾晒的需要，设计出一种较为简单和实用的可伸缩避雨晾衣架。它主要由导轨、导套、手摇、和活动架等部件组成。导轨主要是通过滚珠在导套内进行自由伸缩的滑动，活动架由拉线连接悬挂于导轨伸出前端的滑轮上。可伸缩晾衣架的工作原理是：通过使用手摇控制导轨在导套内的伸出和缩进，从而使挂于活动架上的衣物伸出和收回阳台进行晾晒；同时，使用手摇控制活动架的升降对衣物进行晾晒和取回。可伸缩晾衣架具有很强的实用价值。关键词：晾衣架 结构设计 导轨设计 手摇自锁装置【Abstract】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 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 activities 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引 言社会的不断进步和科学技术的快速发展，从而使得人们的生活节奏变得越来越快，时间的观念也越来越强。在人们紧张而繁忙的生活工作中，衣物的晾晒成为一个问题。传统的晾衣架是将两个固定架安装在阳台外，然后将晾衣杆安装到固定架上，衣物就是悬挂于晾衣杆上进行晾晒的。传统晾衣架它的结构简陋，不具备自动伸缩晾晒衣物的功能。在春夏季节，屋外的天气变化比较频繁，假如晾晒在外面的衣物遇到下雨的情况，晾衣架不能收回阳台内，衣物则受到雨淋不能及时的晾干；在夏天炎热的天气里，晾晒在外的衣物会受到太阳光猛烈的的曝晒而使其褪色或者减寿。当晾晒在阳台外的衣物遇到刮风的情况，因为衣物不能收回到阳台内，就很有可能会被风吹落。针对以上的诸多问题，我们设计了可伸缩避雨晾衣架。它能根据外界多变的气候环境通过手动伸缩晾晒衣物；并具有在有阳光照射时，伸出阳台晾晒；在刮风下雨时，收回阳台内避免风吹雨打的伸缩功能。它自身所具备的功用，能满足人们对衣物晾晒的需求，使衣物的晾晒变得简单、方便。1. 手动避雨晾衣架的原理图1 晾衣架伸缩图1、2、3滑轮 4、5导轨支杆 6导套支杆 7手摇装置 8导轨 9活动架 可伸缩避雨晾衣架（如图1所示）由滑轮、导轨支杆、导套支杆、手摇装置、导轨和活动架几部分组成。晾衣架的伸出和收回（也就是活动架的伸出和收回）晾晒衣物是由导轨的伸缩完成的，而导轨的伸缩是由拉线控制导轨的两个支杆进行的。具体的伸缩原理如下：拉线通过手摇装置、滑轮、导轨支杆形成拉线回路。当固定于导轨支杆5上的拉线通过滑轮3、滑轮2由手摇7收回时，固定于导轨支杆4上的拉线就会伸长，导轨支杆5就会被拉线拉出，导轨8就会被拉伸出，活动架伸出阳台外晾衣；当固定于导轨支杆4上的拉线通过滑轮1由手摇收回时，固定于导轨支杆5上的的拉线就会伸长，支杆4就会被拉线拉回，即导轨8就会被拉缩回，活动架收回阳台内晾衣。晾衣架通过上升下降来控制晾晒和收回衣物，即是要控制活动架的上升和下降，以完成衣物的晾晒和收回。活动架的上升和下降是由另一个手摇控制装置通过拉线的伸缩来完成。伸缩或升降后通过一个回转棘爪双向棘轮机构来固定。2. 可伸缩避雨晾衣架的结构设计2.1导轨、导套的设计对于导轨、导套的设计最重要的是实用。它既表现为技术性能好、安全可靠，同时也体现为整个产品系统的人性化，使人们在使用产品时，减少疲劳与能量消耗，增大舒适度。导轨、导套是依据阳台的宽度（宽度为1.2m）而进行设计的，从而能保证衣物能伸出阳台进行晾晒。下面分别对导轨和导套的设计进行详细的说明。导轨的设计，如下图2所示：图2 导轨图导轨前端的孔是用于滑轮的安装，目的就是用拉线通过滑轮来连接晾衣活动架，可以使拉线在手摇的控制下来控制晾衣活动架的升降。如下图3所示：图3 升降滑轮装配图活动架由两个固定两根挂衣杆的固定架固定，固定架由拉线连接通过导轨上的滑轮由手摇控制升降。如下图4和图5所示： 图4 活动架装配图 图5 活动架示意图导轨后端的两个孔是用来安装导轨支杆的，从而使拉线通过导轨支杆来控制导轨的运动。如下图6所示： 图6 导轨示意图 导轨上的凹槽滑道是用来放置滚珠，导轨通过滚珠在导套上进行伸出和收回的滑动，以完成活动架的伸出和缩回晾晒衣物。导轨与导套之间采用滚珠的连接滑动，主要是考虑到滚珠的滑动性强，与导轨、导套间的摩擦力小，使导轨在导套中的滑动比较轻松方便；同时采用滚珠的设计，使安装和拆卸比较方便。导套的设计，如下图7所示：图7 导套示意图导套中间的槽是用于导轨支杆的通过，导套前端的孔是用于挡珠板的安装。防止滚珠从导轨中滑落，同时也是用于固定导套支架的。如下图8所示:图8 导套装配图导轨、导套的设计主要是为了能够加工方便，降低成本,也考虑到了所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。2.2手摇机构的设计针对自动晾衣架升降和伸缩两种运动线路，方便晾衣架的控制，设计了两种不同的手摇。下面对这两种手摇分别进行说明。第一种为控制晾衣架升降的手摇，它主要是由手柄（图9）、空心轴、饶线圈、棘轮手摇前盖（图10）、后盖（图11）组成。下图12所示为手摇结构（没有前盖和棘轮的情况下）： 图9 手柄示意图 图10 前盖示意图 图11 后盖示意图 图12 手摇装配图空心轴套在前盖和后盖的圆环之间，将绕线圈固定于空心轴上，通过手柄转动空心轴，带动绕线圈转动，从而控制晾衣架的升降。当衣物升降到合适位置的时候，将手柄插入后盖的方形孔，从而固定住空心轴，使其不在重力的作用下转动；当需要升降衣物的时候，再将手柄从方形孔内拉出，转动绕线圈，升降衣物。第二种为控制晾衣架前后伸缩的手摇，它主要由棘轮、手柄、绕线圈、带轮、手摇盖（分为前盖、后盖）。如下图13和图14所示： 下图13 图14手柄通过手摇盖，将带轮与绕线圈紧固于手摇上，使手柄不能从手摇盖中脱出，通过手柄带动绕线圈转动，控制晾衣架的伸缩。3.晾衣架的选材及受力分析3.1选材晾衣架的选用的材料是硬铝合金LY1，牌号为201，可进行热处理强化，在退火和刚淬火状态下塑性良好。合金常采用阳极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。这种材料也是制作各种高负荷的零件和构件的常用材料，如飞机上的骨架零件、隔框、翼肋、翼梁等。这里直接选择好材料后，不必再进行热处理，它在冷轧成型材时等于已经进行热处理。拉绳材料采用尼龙6，其拉伸强度为60MP。3.2受力分析为了避免晾衣架在使用的过程中会发生弯曲变形，所以需要对晾衣架选择的材料进行弯曲校核，确定选择的材料是否满足要求。晾衣架的主要受力部分是导杆和晾衣杆。下面分别对各部分的受力进行弯曲的校核。3.2.1导杆校核：当导轨伸出导套最大距离时，所受到的弯矩最大，可以计算得到它的最大工作应力。这时导轨相当于一悬臂梁。导杆采用的材料是硬铝合金LY1，许用应力为300MPa。每根晾衣杆假设所挂衣物为20件，每件衣物为2Kg，则每根导轨受到力为400N,而导轨伸出的最大距离为400mm。图15 截面图为了计算方便，将导轨的横截面由图15a简化为图15b形状，如果在图15b形状下强度满足的话，则所选材合适。已知F = 400 N , L = 400 mm，弯矩M=F x L=400 N x400 mm=160000 N. mmWz=(b1h12-b2h22)/6=(28302-20242)/6=3080 mm3max=M/ Wz=51.95 MPa =300 MPa3.2.2晾衣杆的校核： 晾衣杆受到衣物的重力，F400 N ,晾衣杆晾衣长度为L=2000 mm 。D=15 mm 可视为均布载荷，则F=q x L ,根据受力平衡 F = F1+F2,可以求出 F1 = F2 = 200 N 。分析图16b可以得到晾衣杆受到的最大剪力 FQmax = ql/2 = 200 N,分析图16c得到晾衣杆受到的最大弯矩 Mmax = ql2/8= 50 N.M可晾衣杆的抗弯截面系数 Wz3.14 x D3/32 = 3.14 x 153/32 = 0.33x103 mm3。计算得到晾衣杆的最大工作应力为= Mmax / Wz = 150MPa ，远远小于材料的许用应力 300MPa 。所以晾衣杆的强度足够。图 16 受力分析、剪力、弯矩图3.2.3固定架的校核：和导套连接的固定架一共有四个，只要校核其中一个固定架，就可以得出选用的材料是否合适。图 17 受力分析、截面图由上图17知固定架受到拉力的作用，由导杆校核可以知道固定架受到的拉力大小为F2 = 200N ，固定架的横截面积为 S = 600 mm2，所以固定架受到的拉应力 F/S = 0.325MPa。远远小于材料的许用应力，选择的材料合适。4.结论手动避雨晾衣架机械结构部分的设计充分结合了现有晾衣架简洁、方便、实用等优点，晾衣架的机械结构简单，零件数量少，大大降低了晾衣架的生产成本。同时，也使得晾衣架的安装、拆卸和维修变得更为简单和方便。虽然结构简单，零件数量不多，但晾衣架完全能满足衣物的自动晾晒功能。自动晾衣架的使用既表现出了技术性能好、安全性能高，同时也体现出与人相适应的人性化设计，使人们在使用它的时候，减少疲劳与能量消耗，增大舒适度。参考文献：1 梁德本.叶玉驹，机械制图手册第3版M，北京：机械工业出版社，2002.2 许德珠，械工程材料M.北京：高等教育出版社，2001.3 姜勇.刘为亚，AutoCAD2007基础培训教程M，北京：人民邮电出版社，2007.4 王兰美.机械制图M.北京：高等教育出版社，2005. 5 石力开，材料辞典M.北京：化学工业出版社，2006.6 杨伯源 材料力学M.北京：国防工业出版社，2004.7 陈立德.机械设计基础M.北京；高等教育出版社，20048王晓青.徐庆华，机械制图M，武汉：中国地质大学出版社，2004.9李雪早.李智，互换性与测量技术，北京：科学出版社，200610余小燕.郑毅，机械制造基础，北京：科学出版社，200311张定华，工程力学，北京：高等教育出版社，2000