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1、 可伸縮避雨晾衣架的創(chuàng)新設計 7 【摘 要】本文結合日常生活中衣物晾曬的需要，設計出一種較為簡單和實用的可伸縮避雨晾衣架。它主要由導軌、導套、手搖、和活動架等部件組成。導軌主要是通過滾珠在導套內(nèi)進行自由伸縮的滑動，活動架由拉線連接懸掛于導軌伸出前端的滑輪上?？缮炜s晾衣架的工作原理是：通過使用手搖控制導軌在導套內(nèi)的伸出和縮進，從而使掛于活動架上的衣物伸出和收回陽臺進行晾曬；同時，使用手搖控制活動架的升降對衣物進行晾曬和取回?？缮炜s晾衣架具有很強的實用價值。 關鍵詞：晾衣架 結構設計 導軌設計 手搖自鎖裝置 【Abs

2、tract】In this paper, a simple and practical flexible drying rack is designed according to the daily laundry needs. The drying rack is mostly composed of guided track, guided kits, hand, and activities frame. In this design, the guided track takes freely telescopic sliding in the guided kits through

3、ball bearing, and the activities frame is hanged on the pulley on the front of guided track, which is connected by the cable. The basic working principle of this drying rack is: the guided track puts out and retreats during the guided kits controlled by hand, so, the laundries hanged on the activiti

4、es frame can put out and draw back as you can; at the same time, the hand can control activities frame to put out and draw back the laundries. The drying rack has a strong practical value. Key words：Drying rack; Structural design; Guide design; Hand self-locking devices

5、 引 言 社會的不斷進步和科學技術的快速發(fā)展，從而使得人們的生活節(jié)奏變得越來越快，時間的觀念也越來越強。在人們緊張而繁忙的生活工作中，衣物的晾曬成為一個問題。 傳統(tǒng)的晾衣架是將兩個固定架安裝在陽臺外，然后將晾衣桿安裝到固定架上，衣物就是懸掛于晾衣桿上進行晾曬的。傳統(tǒng)晾衣架它的結構簡陋，不具備自動伸縮晾曬衣物的功能。在春夏季節(jié)，屋外的天氣變化比較頻繁，假如晾曬在外面的衣物遇到下雨的情況，晾衣架不能收回陽臺內(nèi)，衣物則受到雨淋不能及時的晾干；在夏天炎熱的天氣里，晾曬在外的衣物會受到太陽光猛烈的的曝曬而使其褪色或者減壽。當晾曬在陽臺外的衣物遇到刮風的情況，因為衣物不

6、能收回到陽臺內(nèi)，就很有可能會被風吹落。 針對以上的諸多問題，我們設計了可伸縮避雨晾衣架。它能根據(jù)外界多變的氣候環(huán)境通過手動伸縮晾曬衣物；并具有在有陽光照射時，伸出陽臺晾曬；在刮風下雨時，收回陽臺內(nèi)避免風吹雨打的伸縮功能。它自身所具備的功用，能滿足人們對衣物晾曬的需求，使衣物的晾曬變得簡單、方便。 1. 手動避雨晾衣架的原理 圖1 晾衣架伸縮圖 1、2、3—滑輪 4、5—導軌支桿 6—導套支桿 7—手搖裝置 8—導軌 9—活動架 可伸縮避雨晾衣架（如圖1所示）由滑輪、導軌支桿、導套支桿、手搖裝置、導軌和活動架幾部分組成。晾衣架的伸出和收回（也就是活動架的伸出和收回

7、）晾曬衣物是由導軌的伸縮完成的，而導軌的伸縮是由拉線控制導軌的兩個支桿進行的。具體的伸縮原理如下： 拉線通過手搖裝置、滑輪、導軌支桿形成拉線回路。當固定于導軌支桿5上的拉線通過滑輪3、滑輪2由手搖7收回時，固定于導軌支桿4上的拉線就會伸長，導軌支桿5就會被拉線拉出，導軌8就會被拉伸出，活動架伸出陽臺外晾衣；當固定于導軌支桿4上的拉線通過滑輪1由手搖收回時，固定于導軌支桿5上的的拉線就會伸長，支桿4就會被拉線拉回，即導軌8就會被拉縮回，活動架收回陽臺內(nèi)晾衣。 晾衣架通過上升下降來控制晾曬和收回衣物，即是要控制活動架的上升和下降，以完成衣物的晾曬和收回?；顒蛹艿纳仙拖陆凳怯闪硪粋€手搖控制裝置

8、通過拉線的伸縮來完成。 伸縮或升降后通過一個回轉(zhuǎn)棘爪雙向棘輪機構來固定。 2. 可伸縮避雨晾衣架的結構設計 2.1導軌、導套的設計 對于導軌、導套的設計最重要的是實用。它既表現(xiàn)為技術性能好、安全可靠，同時也體現(xiàn)為整個產(chǎn)品系統(tǒng)的人性化，使人們在使用產(chǎn)品時，減少疲勞與能量消耗，增大舒適度。 導軌、導套是依據(jù)陽臺的寬度（寬度為1.2m）而進行設計的，從而能保證衣物能伸出陽臺進行晾曬。下面分別對導軌和導套的設計進行詳細的說明。 導軌的設計，如下圖2所示： 圖2 導軌圖 導軌前端的孔是用于滑輪的安裝，目的就是用拉線通過滑輪來連接晾衣活動架，可以使拉線在手搖的控制下來控制晾衣活動架的升

9、降。如下圖3所示： 圖3 升降滑輪裝配圖 活動架由兩個固定兩根掛衣桿的固定架固定，固定架由拉線連接通過導軌上的滑輪由手搖控制升降。如下圖4和圖5所示： 圖4 活動架裝配圖 圖5 活動架示意圖 導軌后端的兩個孔是用來安裝導軌支桿的，從而使拉線通過導軌支桿來控制導軌的運動。如下圖6所示： 圖6 導軌示意圖 導軌上的凹槽滑道是用來放置滾珠，導軌通過滾珠在導套上進行伸出和收回的滑動，以完成活動架的伸出和縮回晾曬衣物。導軌與導套之間采用滾珠的連接滑動，主要是考慮到滾珠的滑動性強，與導軌、導套間的摩擦力小，使導軌在

10、導套中的滑動比較輕松方便；同時采用滾珠的設計，使安裝和拆卸比較方便。 導套的設計，如下圖7所示： 圖7 導套示意圖 導套中間的槽是用于導軌支桿的通過，導套前端的孔是用于擋珠板的安裝。防止?jié)L珠從導軌中滑落，同時也是用于固定導套支架的。如下圖8所示: 圖8 導套裝配圖 導軌、導套的設計主要是為了能夠加工方便，降低成本,也考慮到了所設計的零件在滿足使用要求的前提下，制造的可行性和經(jīng)濟性。 2.2手搖機構的設計 針對自動晾衣架升降和伸縮兩種運動線路，方便晾衣架的控制，設計了兩種不同的手搖。下面對這兩種手搖分別進行說明。 第一種為控制晾衣架升降的手搖，它主要是由手柄（圖9）、

11、空心軸、饒線圈、棘輪 手搖前蓋（圖10）、后蓋（圖11）組成。下圖12所示為手搖結構（沒有前蓋和棘輪的情況下）： 圖9 手柄示意圖 圖10 前蓋示意圖 圖11 后蓋示意圖 圖12 手搖裝配圖 空心軸套在前蓋和后蓋的圓環(huán)之間，將繞線圈固定于空心軸上，通過手柄轉(zhuǎn)動空心軸，帶動繞線圈轉(zhuǎn)動，從而控制晾衣架的升降。當衣物升降到合適位置的時候，將手柄插入后蓋的方形孔，從而固定住空心軸，使其不在重力的作用下轉(zhuǎn)動；當需要升降衣物的時候，再將手柄從方形孔內(nèi)拉出，轉(zhuǎn)動繞線圈，升降衣物

12、。 第二種為控制晾衣架前后伸縮的手搖，它主要由棘輪、手柄、繞線圈、帶輪、手搖蓋（分為前蓋、后蓋）。如下圖13和圖14所示： 下圖13 圖14 手柄通過手搖蓋，將帶輪與繞線圈緊固于手搖上，使手柄不能從手搖蓋中脫出，通過手柄帶動繞線圈轉(zhuǎn)動，控制晾衣架的伸縮。 3.晾衣架的選材及受力分析 3.1選材 晾衣架的選用的材料是硬鋁合金LY1，牌號為2Ａ01，可進行熱處理強化，在退火和剛淬火狀態(tài)下塑性良好。合金常采用陽極氧化處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。這種材料也是制作各種高負荷的零件和構件的常

13、用材料，如飛機上的骨架零件、隔框、翼肋、翼梁等。這里直接選擇好材料后，不必再進行熱處理，它在冷軋成型材時等于已經(jīng)進行熱處理。拉繩材料采用尼龍6，其拉伸強度為60MP。 3.2受力分析 為了避免晾衣架在使用的過程中會發(fā)生彎曲變形，所以需要對晾衣架選擇的材料進行彎曲校核，確定選擇的材料是否滿足要求。晾衣架的主要受力部分是導桿和晾衣桿。下面分別對各部分的受力進行彎曲的校核。 3.2.1導桿校核： 當導軌伸出導套最大距離時，所受到的彎矩最大，可以計算得到它的最大工作應力。這時導軌相當于一懸臂梁。 導桿采用的材料是硬鋁合金LY1，許用應力為300MPa。每根晾衣桿假設所掛衣物為20件，每件衣物

14、為2Kg，則每根導軌受到力為400N,而導軌伸出的最大距離為400mm。 圖15 截面圖 為了計算方便，將導軌的橫截面由圖15a簡化為圖15b形狀，如果在圖15b形狀下強度滿足的話，則所選材合適。 已知F = 400 N , L = 400 mm， 彎矩M=F x L=400 N x400 mm=160000 N. mm Wz=(b1h12-b2h22)/6=(28302-20242))/6=3080 mm3 σmax=M/ Wz=51.95 MPa <[σ]=300 MPa 3.2.2晾衣桿的校核： 晾衣桿受到衣物的重力，F(xiàn)＝400 N ,晾衣桿晾衣長度為L=2

15、000 mm 。D=15 mm 可視為均布載荷，則F=q x L ,根據(jù)受力平衡 F = F1+F2,可以求出 F1 = F2 = 200 N 。 分析圖16b可以得到晾衣桿受到的最大剪力 FQmax = ql/2 = 200 N, 分析圖16c得到晾衣桿受到的最大彎矩 Mmax = ql2/8= 50 N.M 可晾衣桿的抗彎截面系數(shù) Wz＝3.14 x D3/32 = 3.14 x 153/32 = 0.33x103 mm3。 計算得到晾衣桿的最大工作應力為σ= Mmax / Wz = 150MPa ， 遠遠小于材料的許用應力 300MPa 。所以晾衣桿的強度足夠。

16、 圖 16 受力分析、剪力、彎矩圖 3.2.3固定架的校核： 和導套連接的固定架一共有四個，只要校核其中一個固定架，就可以得出選用的材料是否合適。 圖 17 受力分析、截面圖 由上圖17知固定架受到拉力的作用，由導桿校核可以知道固定架受到的拉力大小為F2 = 200N ，固定架的橫截面積為 S = 600 mm2，所以固定架受到的拉應力 σ＝ F/S = 0.325MPa。遠遠小于材料的許用應力，選擇的材料合適。 4.結論 手動避雨晾衣架機械結構部分的設計充分結合了現(xiàn)有晾衣架簡潔、方便、實用等優(yōu)點，晾衣架的機械結構簡單，零件數(shù)量少，大大降低了晾衣架的生產(chǎn)成本。同時，也使

17、得晾衣架的安裝、拆卸和維修變得更為簡單和方便。雖然結構簡單，零件數(shù)量不多，但晾衣架完全能滿足衣物的自動晾曬功能。自動晾衣架的使用既表現(xiàn)出了技術性能好、安全性能高，同時也體現(xiàn)出與人相適應的人性化設計，使人們在使用它的時候，減少疲勞與能量消耗，增大舒適度。 參考文獻： [1] 梁德本.葉玉駒，機械制圖手冊第3版[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2002. [2] 許德珠，械工程材料[M].北京：高等教育出版社，2001. [3] 姜勇.劉為亞，AutoCAD2007基礎培訓教程[M]，北京：人民郵電出版社，2007. [4] 王蘭美.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2005. [5] 石力開，材料辭典[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006. [6] 楊伯源 材料力學[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004. [7] 陳立德.機械設計基礎[M].北京；高等教育出版社，2004 [8]王曉青.徐慶華，機械制圖[M]，武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2004. [9]李雪早.李智，互換性與測量技術，北京：科學出版社，2006 [10]余小燕.鄭毅，機械制造基礎，北京：科學出版社，2003 [11]張定華，工程力學，北京：高等教育出版社，2000