可伸縮分層旋轉式儲物箱的結構設計

武新濤?劉暢?謝時峰?劉鑫泉?徐兵

摘 要：為解決日常用品存放凌亂、不規律的問題，本文在國內外現有儲物箱的基礎上，設計了一種可伸縮分層旋轉式儲物箱。該儲物箱結構簡單，操作方便，通過程序編碼控制電機運動，驅動抽屜伸縮和主體升降，圍繞中心軸實現分層旋轉，使人們生活更加便利。

關鍵詞：儲物箱;齒輪傳動裝置;主體升降裝置;可伸縮抽屜裝置;往復運動裝置

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0048-03

Abstract： In order to solve the messy and irregular storage of daily necessities， this paper designed a telescopic layered rotating storage box based on existing storage boxes at home and abroad. The storage box has simple structure and convenient operation. The motor movement is controlled by program coding， the drawer is driven to expand and the main body is up and down， and the layered rotation is realized around the central axis to achieve the purpose of convenient storage and make people's life more convenient.

Keywords： storage box;gear transmission device;main lifting device;retractable drawer device;reciprocating device

隨著人們物質生活水平不斷提升，生活用品種類增加，如何更快捷有效地存取物品成為當前研究的重點。儲物箱在日常生活中尤為常見，可以幫助人們儲存物品，節省空間，是深受人們青睞的產品，在日常生活中需求明顯。但目前的儲物箱功能比較單一，且具有存儲不便、不能分門別類儲存、不方便取物和不能隨意移動等缺點[1-3]。因此，急需設計一種新型的儲物箱，以解決存儲不便、不能分門別類存儲物品的問題。對此，本文設計了一種可伸縮分層旋轉式儲物箱。

1 可伸縮分層旋轉式儲物箱的整體結構

本文設計的可伸縮分層旋轉式儲物箱主要由齒輪傳動裝置、主體升降裝置、可伸縮抽屜裝置和往復運動裝置四個部分組成。齒輪傳動裝置主要通過內部各個齒輪間相互嚙合，與往復運動機構中齒輪配合，實現抽屜的打開和閉合。主體升降裝置通過齒輪和齒條配合，通過程序編碼控制電機正反轉，進而控制可伸縮分層旋轉式儲物箱箱體機構主體升降。可伸縮抽屜裝置通過抽屜外側齒輪、齒條相互嚙合，并通過往復運動裝置中電機軸上齒輪旋轉轉向，控制抽屜打開和閉合。往復運動裝置主要是利用電機旋轉帶動不完全齒輪旋轉，進而控制往復運動裝置做上下往復運動。可伸縮分層旋轉式儲物箱層端蓋上面附有插座，可以給電器充電。在端蓋周圍設有圍欄，起到防止物品掉落的作用，在圍欄上均勻分布有掛鉤，可以懸掛衣物。底部附有萬向輪，可以隨意移動儲物箱，比傳統儲物箱更省力、更便捷。可伸縮分層旋轉式儲物箱主體和內部結構分別如圖1和圖2所示。

2 可伸縮分層旋轉式儲物箱的工作原理

可伸縮分層旋轉式儲物箱設計的目的是為生活中物品整理和儲存提供便利，使物品擺放更有規律。其工作原理可分為兩大部分：第一部分為主體升降裝置，通過固定中心軸上附著齒輪和齒條配合，利用程序編碼控制電機正反轉，實現主體上升和下降，從而達到取物的目的;第二部分為可伸縮抽屜裝置，通過往復運動裝置上齒輪與不同高度的齒輪嚙合，不同高度齒輪與附著抽屜上齒條配合，實現抽屜打開和閉合。

3 可伸縮分層旋轉式儲物箱的裝置介紹

3.1 齒輪傳動裝置

齒輪傳動裝置是整個儲物箱的核心，通過齒輪與齒輪嚙合、帶傳動傳遞力和彈簧對嚙合后齒輪進行復位。每層抽屜打開和閉合是通過往復裝置提供動力。由于儲物箱內部結構呈柱形，不能把往復運動裝置放到柱形對稱中心線處，而要放在靠近柱形外筒的位置，在對面抽屜上的齒輪不能傳遞往復運動機構上電機的力，因此，需要帶傳動，使用同軸固定齒輪，上面一個齒輪通過齒輪嚙合提供動力，下面一個齒輪通過帶把動力傳送到帶的從動端，齒輪傳動裝置如圖3所示。在往復運動裝置嚙合四個不同高度的齒輪一、二、三、四上設有彈簧，起到復位作用，不會因齒輪上下移動使齒輪有少許位置變化，影響齒輪下次嚙合，齒輪上彈簧被固定，嚙合位置處在彈簧原長，使其他位置齒輪自動復位，原理是利用彈簧拉伸和壓縮均有力作用，實現齒輪復位[4]。

3.2 主體升降裝置

主體升降裝置由柱形外筒、內壁上齒條組成，齒條頂部固定有電機和齒輪，電機固定在中心軸上，頂部有上升、下降和停止三個按鈕，如圖1和圖4所示。三個按鈕后均連接有壓力傳感器，壓力傳感器后接有一個控制電機正反轉電路。當按下按鈕時，壓力傳感器傳導電信號經放大器放大，再傳導到電機正反轉控制電路，該控制電路具有機械和電氣雙重互鎖的性質，保證電機安全運行。當按下上升按鈕時，控制電路控制電機順時針轉動，帶動齒輪順時針轉動，使齒輪帶動齒條上升，由于齒條附著在箱體內部柱形外筒上，箱體與其他部位無固定連接，可以抬升主體箱體。當按下下降按鈕時，控制電路控制電機逆時針轉動，帶動齒輪逆時針轉動，使齒輪帶動齒條下降，箱體隨著齒條下降。在箱體上升和下降過程中，按下停止按鈕，此時正反轉控制電路中沒有電流，箱體便可停止，固定到相應位置，方便取物與存物[5]。

3.3 可伸縮抽屜裝置

可伸縮分層旋轉式儲物箱共分三層，層與層之間通過底板進行分層，底板利用螺紋與柱形外筒配合，進而實現分層旋轉。每層結構和原理一樣，且每層抽屜又劃分四部分，四部分均能實現單獨打開和閉合，每個抽屜一側設置有不同高度的滑槽，四個位置不同的齒輪一、二、三、四分別和相對應的四個齒條嚙合，如圖5所示。每個抽屜底部設有滾珠，滾珠底部有滑槽，實現抽屜打開和閉合。每個底板上設有程序編碼控制往復運動裝置，通過程序運行來控制往復運動裝置上下運動，往復運動裝置上設有電機，和每一層不同高度齒輪一、二、三、四分別嚙合，嚙合四個齒輪均由階梯軸固定，以保證正常工作。上面設有彈簧復位機構，每次和電機上齒輪嚙合后，使不同高度齒輪能夠回到嚙合前位置，保證每次都能打開對應抽屜，并保證抽屜正常工作。接通電源后，電機轉動帶動齒輪轉動，通過帶傳動使四個抽屜上的齒輪均能與電機上的齒輪嚙合，控制抽屜打開和閉合，達到伸縮目的。

3.4 往復運動裝置

往復運動裝置由不完全齒輪、齒條和電機組成，執行端上搭載電機，為齒輪傳動裝置提供動力。在延時開關電路作用下，電機開始工作。往復運動裝置上的齒輪與控制不同抽屜打開和閉合的齒輪嚙合，實現抽屜打開。當打開的抽屜關閉時，往復運動裝置就會運動到最初位置，即復位，在電路和編程基礎上實現。可伸縮分層旋轉式儲物箱往復運動裝置如圖6所示。

4 結語

本文設計的可伸縮分層旋轉式儲物箱主要包括齒輪傳動裝置、主體升降裝置、可伸縮抽屜裝置和往復運動裝置。該儲物箱利用編程控制電機轉向，通過傳動實現抽屜打開和閉合，能解決物品凌亂和空間利用率較低等問題，為以后存儲領域發展提供技術參考。

參考文獻：

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[2]陳艷麗.遠程電子儲物箱管理系統的設計[D].武漢：武漢工程大學，2011：1-87.

[3]張先震，黃山，李寧，等.自動儲物柜控制系統設計[J].微計算機信息，2009（26）：42-43，61.

[4]田國禎.基于力反饋的慣性約束聚變換靶技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009：1-68.

[5]袁蕾舒.遙控機器人升降裝置的設計與研究[D].綿陽：西南科技大學，2018：1-95.