一種健身洗衣機的設計

婁彭予，婁天祥

（1.徐州市樹人中學，江蘇徐州221000；2.徐州工業職業技術學院，機電工程學院，江蘇 徐州221140）

0 引言

隨著經濟的發展和生活水平的不斷提高，老百姓的健康意識逐漸增強，健身也成為人們日常生活中的重要組成部分，而很多人由于工作等原因造成無法經常在室外健身，室內健身成為最佳選擇和愛好。如果能把室內健身和做家務結合，即可實現健身和做家務的雙重目的。在本設計中，把室內健身和洗衣機結合起來組成了健身洗衣機，一般的家用洗衣機都是由電機驅動，本設計用人力代替電力，既能實現健身的目的，又能完成洗衣工作。并且為了消除健身和做家務可能會給人帶來的無聊感覺，在健身洗衣機上還設計了一個置物板，操作者在健身洗衣的同時，可以在置物板上放置平板電腦或者書籍等，這樣同時以達到休閑消遣的目的。

1 健身洗衣機設計方案

健身洗衣機采用臥式結構，由置物板1、長連桿2、短連桿 3、定位板 4、后腿 5、躺板 6、支腿板 7、健身器支架8、腳蹬踏板9、第一組鏈輪10、進水口11、變速箱12、洗衣滾筒13、第二組鏈輪14、出水口15等零部件組成，如圖1所示。

健身器支架、前腿、后腿、支腿板等零部件組成了休閑躺板部分，后腿高度可以調節，用以調整躺板的傾斜角度。

長連桿、短連桿、置物板等零部件組成了折疊連桿機構。在長連桿和短連桿上設計了三角擋塊，當連桿機構展開時，三角擋塊可以定位連桿機構的展開位置；在置物板上設計了溝槽，可以在溝槽內放置平板電腦或書籍等物品，用于在操作機器時的休閑。

圖1 健身洗衣機方案圖

腳蹬踏板為驅動機構，操作者躺在躺板上，用腳驅動腳蹬踏板。

第一組鏈輪和第二組鏈輪組成了增速機構[1]。一級鏈傳動的大鏈輪安裝在踏板軸上，腳蹬踏板帶動一級鏈傳動的大鏈輪，一級鏈傳動的大鏈輪通過傳動鏈帶動一級鏈傳動的小鏈輪，一級鏈傳動的小鏈輪與二級鏈傳動的大鏈輪安裝在同一軸上，二級鏈傳動的大鏈輪在通過傳動鏈帶動二級鏈傳動的小鏈輪，實現兩級增速，以達到洗衣機所需速度。

變速箱為調速機構[1]，安裝在增速機構之后，可以實現二種轉速的轉換。由撥叉控制雙聯齒輪的位置，當雙聯齒輪與主動軸上的分度齒輪嚙合時，實現雙聯齒輪的間歇性轉動，從而帶動滾筒的間歇性轉動，實現洗衣功能；當雙聯齒輪與主動軸上的整齒輪嚙合時，實現雙聯齒輪的連續性轉動，帶動滾筒連續轉動，實現洗衣機的脫水功能。

洗衣機構采用滾筒式結構，滾筒的主軸與調速機構的輸出軸相連接，通過調速機構調節滾筒的轉動。在洗衣機構的頂部設計了進水口，在底部設計出水口，并在出水口設計了開關閥門。

2 折疊連桿機構的設計

在健身器支架上設計了可折疊的連桿機構[2]，如圖2所示。連桿機構包括兩根短連桿和兩根桿長連桿，兩根短連桿通過鉸鏈連接在健身器支架兩側，兩根短連桿和長連桿通過鉸鏈連接，兩根長連的另一端鉸鏈連接在置物板上，在兩根短連桿、長連桿和健身器支架與短連桿連接的鉸鏈處上設計了三角擋塊，在置物板上設計了溝槽，當連桿結構展開如圖2所示，三角擋塊可以支撐連桿機構的展開位置，操作者可以在置物板上放置平板電腦或書籍等物品，以供操作者在使用機器時可以消遣休閑。當健身洗衣機不使用時，連桿機構可以折疊收起，操作如下：先把兩根短連桿繞與健身器支架連接的鉸鏈沿逆時針時針的方向轉動，一直轉到與定位板貼緊，然后把兩根長連桿繞與短連桿連接的鉸鏈沿順時針方向轉動，一直轉到與定位板貼緊，長連桿的長度超過健身器支架的尾部，再把置物板沿順時針的方向轉動，一直放到健身器支架的尾部，自然下垂即可。

圖2 折疊連桿機構

3 驅動機構、增速機構和調速機構的設計

健身器支架的前面設置了洗衣機的驅動機構，如圖1所示。操作者躺在健身器支架上，雙腳用力蹬兩個腳蹬踏板，腳蹬踏板帶動一級鏈傳動的大鏈輪轉動，一級鏈傳動的大鏈輪通過傳動鏈帶動一級鏈傳動的小鏈輪，一級鏈傳動的小鏈輪與二級鏈傳動的大鏈輪安裝在同一軸上，二級鏈傳動的大鏈輪在通過傳動鏈帶動二級鏈傳動的小鏈輪，實現兩級增速。

機構還設計了變速箱，已實現洗衣機的洗衣和脫水功能，變速機構如圖3所示。二級鏈傳動的小鏈輪與變速箱的輸入軸相連，在輸入軸安裝了分度齒輪和整齒輪，在變速箱的輸出軸安裝了雙聯齒輪，操作者可以通過撥叉控制雙聯齒輪的位置，當雙聯齒輪與分度齒輪嚙合時，使雙聯齒輪產生間歇性轉動，從而帶動洗衣滾筒的內部滾筒間歇性轉動，實現洗衣機的洗衣功能；當雙聯齒輪與整齒輪嚙合時，使雙聯齒輪連續快速轉動，從而帶動洗衣滾動的內部滾筒連續快速轉動，實現洗衣機的脫水功能。

圖3 變速機構

4 洗衣機構的設計

洗衣機構采用滾筒形式，內部結構與傳統滾筒洗衣機的內部結構基本一致。如圖4所示。在洗衣滾筒的正面設置了滾筒門，可以取放衣物等；洗衣滾筒的動力輸入為背面的滾筒主軸，滾筒主軸與變速器的輸出軸相連接，保持同步轉動；為了方便人工操作，在洗衣滾筒的上部設置了進水口，操作者可以通過進水口往洗衣滾筒內部注水；在洗衣滾筒的下部設置了出水口，在出水口前設置了閥門，當健身洗衣機開始洗衣工作時，閥門關閉，當開始脫水操作時，把閥門打開，方便排水。

圖4 洗衣機構

5 健身洗衣機的運動仿真

利用UG軟件對健身洗衣機各零件進行三維建模，并完成裝配[3]，如圖5所示。對健身洗衣機三維裝配體定義機架、鏈輪1、鏈輪2、減速器輸入軸、洗衣機內圈等連桿，在鏈輪1上施加輸入動力扭矩，通過鏈傳動和齒輪傳動帶動洗衣機內圈工作，在洗衣和脫水兩個轉速狀態下，實現機構的運動仿真，洗衣機內圈速度和加速度仿真分析如圖6所示，速度和加速度基本在±0.03范圍內變動，表明工作狀態很平穩。

圖5 健身洗衣機仿真模型

6 結論

本文中設計了一種健身洗衣機，包含休閑躺板、驅動機構、增速機構、調速機構和洗衣機構五部分，集健身、休閑、洗衣等功能與一體。

圖6 洗衣機內圈速度和加速度變動曲線圖

設計了休閑躺板，由前腿和后腿支撐，后腿高度可以調節，以調整躺板傾斜角度；設計了可以折疊的休閑支架，用以放置書或者平板電腦；驅動機構采用腳踏式，腳踏板安裝在休閑躺板的底部的腳踏板軸上；增速機構采用兩級鏈傳動，一級鏈傳動的大鏈輪安裝在踏板軸上，一級鏈傳動的小鏈輪與二級鏈傳動的大鏈輪安裝在同一軸上，二級鏈傳動的小鏈輪與后面的調速機構相聯接；調速機構采用分度齒輪與全齒輪嚙合實現輸出軸的間歇性轉動，輸出軸聯接洗衣機構；洗衣機構采用滾動式，設有內桶和外殼，內桶做間歇性轉動，以達到洗衣的效果。本項設計綠色環保，在休閑健身的同時，可以完成洗衣的工作。