人力甩干桶結構設計

劉慶

摘 要：人力甩干桶是一種將人體腿部上、下運動的力轉化為驅動軸的旋轉力，再通過增速機構提高轉速，從而帶動甩干桶甩干衣物的裝置。該裝置主要以無法使用大功率電器的住校生和節(jié)能環(huán)保一族為用戶群體，不僅可使住校生在晾曬衣服時更方便，還能提供一般踏步機的健身功能。

關鍵詞：人力甩干桶；驅動軸；大功率電器；洗衣機

中圖分類號：TH89 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.127

1 研究的目的和意義

宿舍是學生長期生活的區(qū)域，具有人口密度大、空間狹小的特點。對于住校生而言，需要清洗的衣服較多，晾曬時需要的面積較大，未經(jīng)甩干的衣服容易滴水，進而引發(fā)地面濺水和潮濕問題。然而，大多數(shù)學校出于對安全的考慮，明令禁止寢室內使用洗衣機等大功率電器。因此，為了滿足在校生和節(jié)能環(huán)保人士的需要，本文發(fā)明了一種人力甩干桶裝置，它可以像洗衣機一樣快速甩干衣物。使用該裝置時，需要使用者踩在踏板上原地跑步，通過人與機器的結合，使用者既可獲得運動的樂趣，還能達到健身的效果。人力甩干桶的結構原理如圖1所示。

2 工作原理

使用者雙腳踩在左、右兩片踏板上，通過腿部的上、下運動，在導向筒的導向下，搖桿帶動旋轉軸旋轉；旋轉軸與大皮帶輪相連，大、小皮帶輪通過V形帶傳動；增速機構采用兩對傳動比相同的增速齒輪來提高轉速，并與內筒中心軸間通過一對錐形齒輪達到換向的目的；中心軸與旋轉內筒相連，其間有密封圈、軸承、軸承座、墊片、螺栓、螺釘?shù)仍瑑韧部蓭右挛镄D，通過離心力的作用甩干衣物。

3 結構設計

3.1 動力部分

該機械裝置利用直列式發(fā)動機汽缸的工作原理，結構簡單，可將人體運動時產生的動能和重力勢能通過腿部傳遞到踏板上，從而帶動旋轉軸旋轉。通過統(tǒng)計16～25歲學生的平均身高、正常跑步運動時雙腿抬高和落下的頻率數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其腿部平均每分鐘上、下運動70次，腿部上、下運動的平均高度差為20 cm，兩腳左、右間隔25 cm，可以此作為尺寸設計的依據(jù)。因此，在箱體中間位置加設了1個支撐板，以保證旋轉軸在長期使用時有較好的圓柱度。為了提高使用時的安全性，還在箱體處設置了1個扶手，從而使使用者保持身體的平穩(wěn)性。

3.2 傳動機構

常見的減速機構包括齒輪減速機構、行星齒輪減速機構、擺線針輪減速機構、蝸輪蝸桿減速機構等。對比、研究各種減速機構的特點和本裝置對傳動機構的性能要求后，決定采用齒輪傳動。齒輪傳動具有體積小、質量輕、工作可靠、可根據(jù)需要任意連接和安裝位置多樣化的特點。本裝置采用2個傳動比為1∶3的齒輪組來加快轉速。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點。由于人體在運動時會產生振動，動力機構與傳動機構采用帶傳動連接可減輕振動對甩干桶旋轉平穩(wěn)性的影響。大帶輪與小帶輪的直徑比為3∶2，總傳動比為3×3×1.5=13.5，最終傳遞到甩干桶主軸的轉速約為70×13.5=945 r/min，可甩干衣物中70%的水分。增速機構輸出軸為水平方向，甩干內桶主軸為豎直方向，因此，采用一對錐形齒輪嚙合可達到換向的目的。

3.3 簡易甩干桶

為了節(jié)約空間，對甩干桶內筒進行了優(yōu)化設計。在一般甩干桶的基礎上，適當縮減了直徑和深度，這樣在保證具有足夠的空間容納冬季比較厚重的衣服的同時，提高了內筒轉動的穩(wěn)定性。當甩干桶內放置的衣物不均勻或甩干桶旋轉中心不在中心軸線時，會產生劇烈的擺動，嚴重時會導致內筒結構變形、損壞，進而縮短使用壽命。為了解決這個問題，在內筒與外筒間均勻設置了上、下4個導向球，并在旋轉內筒上的對應位置設置了導向槽，這樣在限制內筒偏移量的同時，還擴大了接觸面積、減小了內筒所受的最大應力值。

4 發(fā)展前景

本裝置不僅可以用于甩干衣物，還可以當作健身器材來使用。在使用時，使用者腿部的上、下運動可以鍛煉腿部、臀部的肌肉，長期使用有助于緊實使用者的身體線條，增加肺活量，最終達到瘦身的目的。此外，如果將甩干桶換為發(fā)電機組，則可為蓄電池充電。

5 結束語

本文利用簡單的機械結構，創(chuàng)新性地設計出了適合住校生和節(jié)能環(huán)保人士使用的甩干衣物裝置，為其日常生活提供了方便和樂趣，彌補了國內非電力驅動甩干桶產品的空白。然而，本裝置仍存在有待解決的問題，比如各零件尺寸的選擇、強度的校核以及外觀的優(yōu)化設計等。在今后的設計中，可對零件材料和機構空間位置進行優(yōu)化，從而為廣大用戶提供更好的服務。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔編輯：張思楠〕