雨傘甩干裝置的探討

【摘要】雨傘甩干裝置主要用在超市、商場、酒店等門口，在下雨天方便顧客快速把雨傘甩干。本課題主要是對雨傘甩干裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計及初探，考慮到成本、結(jié)構(gòu)等問題，設(shè)計出了一套簡易的甩干裝置。該裝置的設(shè)計包括了：傳動部件的設(shè)計、過濾部件的設(shè)計、導(dǎo)流部件的設(shè)計，以及整體結(jié)構(gòu)和外觀的設(shè)計。該設(shè)計基本滿足了雨傘甩干的要求，達(dá)到了簡潔、方便的設(shè)計理念。

【關(guān)鍵詞】雨傘；快干；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.背景意義

當(dāng)遇到下雨天，人們都會攜帶一把雨傘逛街、乘車或者進(jìn)辦公室等各種場所，這樣濕淋淋的雨傘會帶來很多不方便，每當(dāng)這個時候，超市、商場門口就會有個服務(wù)員專門發(fā)放塑料袋，方便我們把雨傘裝起來帶進(jìn)去，這樣浪費人力而且很不環(huán)保。那么有沒有一種簡單的裝置可以快速把雨傘甩干呢？帶著這個疑問我想到了洗衣機，它主要是通過高速運轉(zhuǎn)下做勻速圓周運動利用離心原理將衣物上的水分甩干脫離，其實雨傘上吸附的水比濕透的衣物上的水要容易干的多，利用類似洗衣機的離心原理，發(fā)明了一種雨傘甩干裝置，放在商場或者酒店門口，給人們提供方便。

國內(nèi)目前有類似功能的裝置。有已經(jīng)申請專利的帶甩干機的雨傘，這種雨傘，電池內(nèi)芯傘把的尾端有尾蓋，上部設(shè)有開關(guān)按鈕，并連接在傘桿上，其頂部裝有小型電動機，內(nèi)部有電源線與下端的電池及開關(guān)按鈕接通，小型電動機的傳動部分與傘支架連接，在電動作用下，可將傘支架上的水份甩干。這種帶甩干機的雨傘，其特征是：電池內(nèi)芯傘把的下端有尾蓋，上部有開關(guān)按鈕，頂端連接的傘桿上端設(shè)有小型電動機，并連接在傘支架上。這種實現(xiàn)雨傘甩干裝置的優(yōu)點是比較方便，跟雨傘連接在一起，但雨傘設(shè)計成本較高，不適合推廣使用。本文探討的是一種獨立的甩干裝置，適用于不同型號、不同樣式的雨傘，它采用純機械的方式來驅(qū)動設(shè)備，既節(jié)約了成本又實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)布局的簡單化。

2.設(shè)計思路

本次設(shè)計的雨傘甩干裝置主要目的是能夠通過這一簡易裝置來實現(xiàn)濕雨傘脫水變干。這一設(shè)備的主要核心組成部分是主箱體內(nèi)的一套簡易的手動一級增速裝置，它通過人工轉(zhuǎn)動手柄帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，在各齒輪的嚙合下使得整個增速器能夠很輕松實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)速，由于它本身不需要像洗衣機一樣要求較高的轉(zhuǎn)速，所以初步設(shè)計階段考慮采用一級增速器；另外過濾裝置過濾網(wǎng)可以盛裝雨傘，在高速運轉(zhuǎn)的情況下做離心運動，依附在雨傘上的水滴就會被甩出脫離雨傘；雨水沿著過濾網(wǎng)內(nèi)壁經(jīng)過出水路徑再流入儲水盒，暫時存放排出的水，待水滿后取出倒掉。這是整個裝置的重要三大組成部分。本次設(shè)計來源于日常生活，也可以看作是一種創(chuàng)新設(shè)計，要求裝置結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)適用，便于加工推廣使用。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1過濾網(wǎng)的設(shè)計

對于過濾網(wǎng)的制作材料，塑料材質(zhì)無疑是最佳的選擇，這樣的過濾網(wǎng)重量較輕，也不易發(fā)生腐爛生銹的現(xiàn)象，而且成本很低，對于轉(zhuǎn)速不是很高的環(huán)境能滿足設(shè)計的要求。設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，要考慮到諸多的因素：（1）對于不同樣式的雨傘能否很好的容納其放入與取出；（2）在運動的過程中，采用什么樣的方式對內(nèi)部的物品進(jìn)行遮蓋，讓其甩出的水不至于到處亂飛；（3）過濾網(wǎng)上的孔洞的數(shù)量以及排列方式安排是否合理，能否達(dá)到最佳的過濾效果；（4）要考慮過濾網(wǎng)的外觀設(shè)計，其外觀尺寸大小、空間容量大小及形狀影響到整個裝置的布局；（5）也是很重要的一點，設(shè)計的產(chǎn)品能不能比較方便的開模，加工，在節(jié)約成本上也是很重要的一環(huán)。為了排出的雨水能順利流出過濾網(wǎng)進(jìn)入儲水盒，過濾網(wǎng)內(nèi)壁采用間斷的掏空的結(jié)構(gòu)，底部留出一個水槽以便于水流入儲水盒。過濾網(wǎng)的底座下面是棘輪槽，方便裝配的時候和棘輪結(jié)合在一起。

3.2儲水盒的設(shè)計

儲水盒主要是方便盛裝排出的雨水，這里要結(jié)合過濾網(wǎng)的外觀尺寸的大小及主箱體增速器的外觀尺寸來設(shè)計儲水盒的形狀及尺寸大小，儲水盒的容量沒必要過大，但是儲水盒的進(jìn)水口路徑和出水孔路徑要設(shè)計合理，以便于雨水順暢的排除，同時儲水盒的取、放要能很輕松的完成。

3.3箱體外觀的設(shè)計

整個裝置的外觀如圖1所示。箱體的外觀設(shè)計同樣要結(jié)合儲水盒、過濾網(wǎng)以及主箱體增速器的尺寸大小進(jìn)行設(shè)計。箱體的外觀設(shè)計根據(jù)不同類型的雨傘甩干裝置設(shè)計的外形不一樣，本課題主要研究的是手動型，所以其外觀要簡單些，主要是在主箱體增速器的一側(cè)安裝一個驅(qū)動手柄，手柄可以簡單地進(jìn)行拆卸。增速器的箱體和雨傘甩干裝置的整個箱體是連成一體，也可簡單拆卸。這樣設(shè)計挪動方便。

圖1 雨傘甩干機整體結(jié)構(gòu)圖

3.4傳動裝置的設(shè)計

圖2 傳動部分示意圖

本人設(shè)計的雨傘甩干裝置的核心部件就是一套手動的一級增速裝置，如圖1.4所示：手柄連接低速軸，軸上嵌入一個齒數(shù)為72的大圓柱直齒輪1，與此嚙合的是齒數(shù)為24的小圓柱齒輪2，根據(jù)齒數(shù)比與轉(zhuǎn)速比成反比的關(guān)系，很容易得出齒輪2的轉(zhuǎn)速是齒輪1的三倍，假設(shè)手搖的轉(zhuǎn)速為3r/s，那么高速軸上就能得到9r/s較高的轉(zhuǎn)速。當(dāng)圓錐齒輪3得到高速軸傳遞過來的力后，根據(jù)圓錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的特點，通過齒輪4就得到了一個垂直傳動的力矩，驅(qū)動軸就可驅(qū)動雨傘甩干裝置的過濾桶轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了機械傳動。

對于機械傳動裝置在設(shè)計完成后，都要對其低速軸和齒輪進(jìn)行疲勞強度等一些參數(shù)的校核，但該套裝置是手動傳力，轉(zhuǎn)速不會太高，通過對該材料強度的分析和實驗，得出了完全可以滿足需要的結(jié)論。

4.后期改進(jìn)

本論文屬于一個創(chuàng)新設(shè)計，現(xiàn)在處于初步設(shè)計階段，后期還可以從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

（1）本次主要考慮的是手動型雨水甩干裝置，雖然比較節(jié)能環(huán)保，成本低廉，但是要投入生產(chǎn)，用到生活中不太切合實際。在后期設(shè)計中主要考慮自動型結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)自動化操作。自動型驅(qū)動需要設(shè)計一個開關(guān)控制系統(tǒng)，這個電力系統(tǒng)通過單片機的工作原理來控制小型電力驅(qū)動裝置的啟動與停止。該裝置的核心部分工作原理和手動型驅(qū)動是一樣的，區(qū)別在于他們的驅(qū)動形式不一樣，手動型驅(qū)動是靠人力轉(zhuǎn)動手柄來驅(qū)動運轉(zhuǎn)該裝置，自動型驅(qū)動是靠電力控制系統(tǒng)驅(qū)動裝置得電后驅(qū)動該裝置的。自動型裝置有一個控制面板，該控制面板上有控制啟動、停止的開關(guān)按鈕，還可以安裝一個顯示屏，顯示時間、轉(zhuǎn)速、定時等等。

（2）當(dāng)人員流動量比較大時，雨傘甩干裝置放在超市、商場門口必須要實現(xiàn)一個快速的功能，可以考慮對過濾網(wǎng)進(jìn)行改造，在過濾網(wǎng)的周圍安裝一套加熱裝置可以提升雨傘甩干裝置的速度，更有效率、快速的實現(xiàn)雨傘甩干。可以在過濾網(wǎng)的周圍環(huán)繞幾圈電阻熱偶或者電阻絲加熱裝置，來實現(xiàn)高溫蒸發(fā)部分水分。這個溫度既要起到蒸發(fā)作用同時不能損壞雨傘的面料，不過這種方案會增大該裝置的制造成本和加工難度，不能很廣泛使用。

（3）雨傘跟衣服不一樣，上面有很多金屬材料，如果雨傘放置不當(dāng)，在高速旋轉(zhuǎn)下就可能會損壞雨傘，在過濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)上應(yīng)加以改進(jìn)，可以把過濾網(wǎng)分成幾個小格，恰好能放一把雨傘進(jìn)去，較好的固定，還可以提高效率，可以同時幾把雨傘一起甩干。另外由于雨傘的外觀有多種，在過濾網(wǎng)的設(shè)計上應(yīng)該考慮不同尺寸的雨傘都能使用。在儲水盒的設(shè)計上可以更加優(yōu)化，人們需要隨時傾倒和清洗，浪費人力且不美觀，可以考慮直接將出水口連接地下通道，節(jié)省空間和材料。

（4）本次設(shè)計的是一級增速器，為了更省力，節(jié)省能源，可以改為二級增速器。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李育錫.機械設(shè)計課程設(shè)計.西北工業(yè)大學(xué).第一版.北京：高等教育出版社，2008：3-84.

[2]濮良貴，紀(jì)明剛，陳國定，吳立言.機械設(shè)計.西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室.第八版.北京：高等教育出版社.1960：186-235.

[3]王守長.雨傘甩干筒.中小企業(yè)科技信息，1996.10.