自動晾衣架設(shè)計

郭致綱，陳麗緩，盧思彤

(1.廊坊市人才服務(wù)中心，河北 廊坊 065000；2.北華航天工業(yè)學院機電工程學院，河北 廊坊 065000)

科學技術(shù)的發(fā)展讓生活變得更加便捷，一些家居產(chǎn)品把簡單、實用的自動化生活推向千家萬戶，可以看出未來家居行業(yè)的發(fā)展趨勢將更趨向于小巧、便捷和智能。但晾曬工具做為生活中不可或缺的一部分還是處于相對原始的層次，沒有什么太大改變，漸漸與自動化步伐脫節(jié)。針對這個問題，設(shè)計一種新型自動晾衣架，就有望實現(xiàn)智能晾曬。

1 整體結(jié)構(gòu)及機架設(shè)計

本設(shè)計的衣架需安裝在陽臺頂部，且適用于不封閉陽臺，為保證完成預(yù)想功能，設(shè)計整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1所示，1為固定面板，使用時固定在陽臺頂部，2為支撐架，是衣架的主體部分，內(nèi)裝軸承，可旋轉(zhuǎn)，3為拉桿，減輕滑軌受力，改善受力結(jié)構(gòu)，保證穩(wěn)定性光軸，4為滑軌電機，提供動力，5為連桿，保證前后伸縮架的同步性，6為伸縮架，攜帶衣物前后移動為支撐架是衣架的主體部分內(nèi)裝有軸承，可旋轉(zhuǎn)，7為伸縮轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上裝有鋼絲繩，轉(zhuǎn)軸隨光軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸的正反轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩正向或反向纏繞，完成衣架前后伸縮運動，8為大轉(zhuǎn)軸，在電機的帶動下上下傳遞扭矩，9為電機，提供動力，10傳動齒輪，與大齒輪接觸，傳遞扭矩。設(shè)計衣架總長1500mm，寬180mm，高 600mm。

圖1 整體結(jié)構(gòu)簡圖

機架是晾衣架的主體，主要的受力部分，為了安裝方便，結(jié)構(gòu)采用桁架結(jié)構(gòu)，保證其強度，材料選用Q345鋼，主體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 衣架結(jié)構(gòu)簡圖

衣架主體既要承受向下的拉力又要保證旋轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性，類似塔吊結(jié)構(gòu)，參照塔吊結(jié)構(gòu)做部分設(shè)計工作。如圖2所示，下端晾曬桿c分晾曬臂與平衡臂兩部分，為保證其整體強度，同時減輕部分重力作用，選擇一整根鋼管，設(shè)計總長1500mm。資料顯示，常用QTZ63塔吊，起重臂最長50m，平衡臂長11.55m，二者之間比例關(guān)系約為5:1，據(jù)此取總長的六分之一設(shè)計平衡臂長。

對于拉桿位置的選擇，塔吊基本為雙吊點，其吊點位置由經(jīng)驗公式確定即L1=0.23L，L2=0.74L，本設(shè)計由于承受重量不是特別大，故選擇L2=0.74L，塔吊規(guī)定允許安全系數(shù)最小為1.15，初選安全系數(shù)為1.2。

對于角度α的選擇，因為總高是600mm，太低拉伸作用不大，太高對固定端不利，故α選在在25°到30°之間，為了便于加工、安裝初選α=30°。

綜上作述，對于機架的設(shè)計最終尺寸確定為a=600m，b=73mm，c=925mm，d=325mm，e=1500mm，α=30°。

2 減速器與伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計

本衣架為家居產(chǎn)品，對其設(shè)計應(yīng)遵循緊湊、實用原則，其體積不應(yīng)過大，但傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該達到要求。現(xiàn)設(shè)計二級減速器，保證傳遞較大扭矩，三維結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 減速器三維效果圖

如圖3所示，1為固定齒輪，2為小轉(zhuǎn)軸，3為一級減速齒輪，4為電機，5為大轉(zhuǎn)軸，6為二級減速齒輪。整體運動形式如下：電機通過一級減速齒輪帶動大轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，大轉(zhuǎn)軸又通過二級減速齒輪帶動小轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而小轉(zhuǎn)軸頂部的小齒輪繞固定的大齒輪轉(zhuǎn)動，由于大齒輪固定，所以相對來說電機、大小轉(zhuǎn)軸以及相連的套筒就會繞固定的大齒輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)衣架的回轉(zhuǎn)，電機的正反轉(zhuǎn)動，衣架的轉(zhuǎn)進或轉(zhuǎn)出。

圖4 伸縮結(jié)構(gòu)三維效果圖

為了達到更好晾曬效果，體現(xiàn)本款設(shè)計的實用性，設(shè)計衣架伸縮結(jié)構(gòu)，以便晾曬更多的衣物，利用更多室外空間，同時也使衣物接觸更多的陽光，提高晾曬效率。市場中也有許多伸縮衣架，有上下升降伸縮，也有菱形桁架結(jié)構(gòu)向外伸縮，但都只是單純的伸縮運動，或手搖驅(qū)動或電機帶動。本款設(shè)計衣架采用聯(lián)動結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)桁架伸縮結(jié)構(gòu)，這也是本設(shè)計創(chuàng)新點之一。對于導軌的設(shè)計主要是安全可靠，剛度好，導套的設(shè)計更應(yīng)該體現(xiàn)其滑動過程的平穩(wěn)性。總體來說應(yīng)體現(xiàn)整個產(chǎn)品的人性化，使人們在使用過程中更便捷，其整體三維效果如圖4所示。

本伸縮結(jié)構(gòu)是將會回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為伸縮運動，體現(xiàn)聯(lián)動效果。回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)原理平面簡圖如圖5所示。

圖5 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)平面簡圖

如圖5所示，1圖為主動轉(zhuǎn)軸，2為回轉(zhuǎn)軸，槽1處固定鋼絲繩一端并正向纏繞幾圈，繞過回轉(zhuǎn)軸2，另一端固定在槽2處，3代表移動部件，與上端鋼絲繩固定。工作時，1正向轉(zhuǎn)動，完成放繩動作，同時槽2回收，3向右運動；當1反向回轉(zhuǎn)時，槽2完成放繩動作，槽1回收，3向左運動。

3 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

旋轉(zhuǎn)運動是本款衣架的另一個創(chuàng)新點。盡管使用受一定限制，但就南方來說，很多陽臺均為不封閉陽臺，這變成了此款衣架的用武之地。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為L型，長端固定，短端向內(nèi)外旋轉(zhuǎn)，設(shè)計旋轉(zhuǎn)角度為120°。其動力為電機提供，旋轉(zhuǎn)軸與頂端固定，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部示意圖

如圖6所示，大齒輪固定，小轉(zhuǎn)軸通過齒輪嚙合繞大齒輪轉(zhuǎn)動，大轉(zhuǎn)軸由電機帶動旋轉(zhuǎn)通過齒輪嚙合繞小轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，由剖面結(jié)構(gòu)可以看出，內(nèi)桿1套由推力球軸承2，而大齒輪又固定在內(nèi)桿1上，內(nèi)桿又與固定端相連，總的運動效果是，電機帶動大轉(zhuǎn)軸連同小轉(zhuǎn)軸及其支撐架一起繞內(nèi)桿旋轉(zhuǎn)，此結(jié)構(gòu)巧妙的運用相對運動原理，使得提供主動力的機構(gòu)進行回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，內(nèi)桿底端也有推力球軸承，結(jié)構(gòu)與上圖相同，共同承受整體重力，提高強度，保證運行可靠。