可伸缩避雨晾衣架的创新设计.doc

1、1可 伸 缩 避 雨 晾 衣 架 的 创 新设 计1【 摘 要 】 本 文 结 合 日 常 生 活 中 衣 物 晾 晒 的 需 要 ， 设 计 出 一 种 较 为 简 单 和 实 用 的 可 伸 缩 避雨 晾 衣 架 。 它 主 要 由 导 轨 、 导 套 、 手 摇 、 和 活 动 架 等 部 件 组 成 。 导 轨 主 要 是 通 过 滚 珠 在导 套 内 进 行 自 由 伸 缩 的 滑 动 ， 活 动 架 由 拉 线 连 接 悬 挂 于 导 轨 伸 出 前 端 的 滑 轮 上 。 可 伸 缩 晾衣 架 的 工 作 原 理 是 ： 通 过 使 用 手 摇 控 制 导 轨 在 导 套 内 的

2、 伸 出 和 缩 进 ， 从 而 使 挂 于 活 动 架上 的 衣 物 伸 出 和 收 回 阳 台 进 行 晾 晒 ； 同 时 ， 使 用 手 摇 控 制 活 动 架 的 升 降 对 衣 物 进 行 晾 晒和 取 回 。 可 伸 缩 晾 衣 架 具 有 很 强 的 实 用 价 值 。关 键 词 ： 晾 衣 架 结 构 设 计 导 轨 设 计 手 摇 自 锁 装 置【 Abstract】 In this paper, a simple and practical flexible drying rack is designed according to the daily laundry nee

3、ds. 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 ball bearing, and the activities frame is hanged on the pulley on the front of guided track, which is connected

4、 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 activities frame can put out and draw back as you can; at the same time, the hand can control activities frame to put o

5、ut and draw back the laundries. The drying rack has a strong practical value. Key words： Drying rack; Structural design; Guide design; Hand self-locking devices2引 言社 会 的 不 断 进 步 和 科 学 技 术 的 快 速 发 展 ， 从 而 使 得 人 们 的 生 活 节 奏 变 得 越 来 越 快 ，时 间 的 观 念 也 越 来 越 强 。 在 人 们 紧 张 而 繁 忙 的 生 活 工 作 中 ， 衣 物 的 晾 晒 成 为

6、 一 个 问 题 。传 统 的 晾 衣 架 是 将 两 个 固 定 架 安 装 在 阳 台 外 ， 然 后 将 晾 衣 杆 安 装 到 固 定 架 上 ， 衣 物就 是 悬 挂 于 晾 衣 杆 上 进 行 晾 晒 的 。 传 统 晾 衣 架 它 的 结 构 简 陋 ， 不 具 备 自 动 伸 缩 晾 晒 衣 物的 功 能 。 在 春 夏 季 节 ， 屋 外 的 天 气 变 化 比 较 频 繁 ， 假 如 晾 晒 在 外 面 的 衣 物 遇 到 下 雨 的 情况 ， 晾 衣 架 不 能 收 回 阳 台 内 ， 衣 物 则 受 到 雨 淋 不 能 及 时 的 晾 干 ； 在 夏 天 炎 热 的 天

7、 气 里 ， 晾晒 在 外 的 衣 物 会 受 到 太 阳 光 猛 烈 的 的 曝 晒 而 使 其 褪 色 或 者 减 寿 。 当 晾 晒 在 阳 台 外 的 衣 物 遇到 刮 风 的 情 况 ， 因 为 衣 物 不 能 收 回 到 阳 台 内 ， 就 很 有 可 能 会 被 风 吹 落 。针 对 以 上 的 诸 多 问 题 ， 我 们 设 计 了 可 伸 缩 避 雨 晾 衣 架 。 它 能 根 据 外 界 多 变 的 气 候 环境 通 过 手 动 伸 缩 晾 晒 衣 物 ； 并 具 有 在 有 阳 光 照 射 时 ， 伸 出 阳 台 晾 晒 ； 在 刮 风 下 雨 时 ， 收 回阳 台 内

8、避 免 风 吹 雨 打 的 伸 缩 功 能 。 它 自 身 所 具 备 的 功 用 ， 能 满 足 人 们 对 衣 物 晾 晒 的 需 求 ，使 衣 物 的 晾 晒 变 得 简 单 、 方 便 。1. 手 动 避 雨 晾 衣 架 的 原 理可 伸 缩 避 雨 晾 衣 架 （ 如 图 1所 示 ） 由 滑 轮 、 导 轨 支 杆 、 导 套 支 杆 、 手 摇 装 置 、 导 轨和 活 动 架 几 部 分 组 成 。 晾 衣 架 的 伸 出 和 收 回 （ 也 就 是 活 动 架 的 伸 出 和 收 回 ） 晾 晒 衣 物 是由 导 轨 的 伸 缩 完 成 的 ， 而 导 轨 的 伸 缩 是 由

9、 拉 线 控 制 导 轨 的 两 个 支 杆 进 行 的 。 具 体 的 伸 缩原 理 如 下 ：拉 线 通 过 手 摇 装 置 、 滑 轮 、 导 轨 支 杆 形成 拉 线 回 路 。 当 固 定 于 导 轨 支 杆 5上 的 拉 线通 过 滑 轮 3、 滑 轮 2由 手 摇 7收 回 时 ， 固 定于 导 轨 支 杆 4上 的 拉 线 就 会 伸 长 ， 导 轨 支 杆5就 会 被 拉 线 拉 出 ， 导 轨 8就 会 被 拉 伸 出 ，活 动 架 伸 出 阳 台 外 晾 衣 ； 当 固 定 于 导 轨 支 杆4上 的 拉 线 通 过 滑 轮 1由 手 摇 收 回 时 ， 固 定于 导 轨

10、 支 杆 5上 的 的 拉 线 就 会 伸 长 ， 支 杆 4就 会 被 拉 线 拉 回 ， 即 导 轨 8就 会 被 拉 缩 回 ，活 动 架 收 回 阳 台 内 晾 衣 。晾 衣 架 通 过 上 升 下 降 来 控 制 晾 晒 和 收 回衣 物 ， 即 是 要 控 制 活 动 架 的 上 升 和 下 降 ， 以完 成 衣 物 的 晾 晒 和 收 回 。 活 动 架 的 上 升 和 下降 是 由 另 一 个 手 摇 控 制 装 置 通 过 拉 线 的 伸 缩 来 完 成 。伸 缩 或 升 降 后 通 过 一 个 回 转 棘 爪 双 向 棘 轮 机 构 来 固 定 。2. 可 伸 缩 避 雨

11、晾 衣 架 的 结 构 设 计2.1导 轨 、 导 套 的 设 计对 于 导 轨 、 导 套 的 设 计 最 重 要 的 是 实 用 。 它 既 表 现 为 技 术 性 能 好 、 安 全 可 靠 ， 同 时也 体 现 为 整 个 产 品 系 统 的 人 性 化 ， 使 人 们 在 使 用 产 品 时 ， 减 少 疲 劳 与 能 量 消 耗 ， 增 大 舒图 1 晾衣架伸缩图1、2、3滑轮 4、5导轨支杆 6导套支杆 7手摇装置 8导轨 9活动架 3适 度 。导 轨 、 导 套 是 依 据 阳 台 的 宽 度 （ 宽 度 为 1.2m） 而 进 行 设 计 的 ， 从 而 能 保 证 衣 物

12、能 伸出 阳 台 进 行 晾 晒 。 下 面 分 别 对 导 轨 和 导 套 的 设 计 进 行 详 细 的 说 明 。导 轨 的 设 计 ， 如 下 图 2所 示 ：图 2 导 轨 图导 轨 前 端 的 孔 是 用 于 滑 轮 的 安 装 ， 目 的 就 是 用 拉 线 通 过 滑 轮 来 连 接 晾 衣 活 动 架 ， 可以 使 拉 线 在 手 摇 的 控 制 下 来 控 制 晾 衣 活 动 架 的 升 降 。 如 下 图 3所 示 ：图 3 升 降 滑 轮 装 配 图活 动 架 由 两 个 固 定 两 根 挂 衣 杆 的 固 定 架 固 定 ， 固 定 架 由 拉 线 连 接 通 过 导

13、 轨 上 的 滑 轮由 手 摇 控 制 升 降 。 如 下 图 4和 图 5所 示 ：图 4 活 动 架 装 配 图 图 5 活 动 架 示 意 图导 轨 后 端 的 两 个 孔 是 用 来 安 装 导 轨 支 杆 的 ， 从 而 使 拉 线 通 过 导 轨 支 杆 来 控 制 导 轨 的运 动 。 如 下 图 6所 示 ：图 6 导 轨 示 意 图导 轨 上 的 凹 槽 滑 道 是 用 来 放 置 滚 珠 ， 导 轨 通 过 滚 珠 在 导 套 上 进 行 伸 出 和 收 回 的 滑 动 ，以 完 成 活 动 架 的 伸 出 和 缩 回 晾 晒 衣 物 。 导 轨 与 导 套 之 间 采 用

14、 滚 珠 的 连 接 滑 动 ， 主 要 是 考虑 到 滚 珠 的 滑 动 性 强 ， 与 导 轨 、 导 套 间 的 摩 擦 力 小 ， 使 导 轨 在 导 套 中 的 滑 动 比 较 轻 松 方便 ； 同 时 采 用 滚 珠 的 设 计 ， 使 安 装 和 拆 卸 比 较 方 便 。导 套 的 设 计 ， 如 下 图 7所 示 ：4图 7 导 套 示 意 图导 套 中 间 的 槽 是 用 于 导 轨 支 杆 的 通 过 ， 导 套 前 端 的 孔 是 用 于 挡 珠 板 的 安 装 。 防 止 滚珠 从 导 轨 中 滑 落 ， 同 时 也 是 用 于 固 定 导 套 支 架 的 。 如 下

15、 图 8所 示 :图 8 导 套 装 配 图导 轨 、 导 套 的 设 计 主 要 是 为 了 能 够 加 工 方 便 ， 降 低 成 本 ,也 考 虑 到 了 所 设 计 的 零 件 在满 足 使 用 要 求 的 前 提 下 ， 制 造 的 可 行 性 和 经 济 性 。2.2手 摇 机 构 的 设 计针 对 自 动 晾 衣 架 升 降 和 伸 缩 两 种 运 动 线 路 ， 方 便 晾 衣 架 的 控 制 ， 设 计 了 两 种 不 同 的手 摇 。 下 面 对 这 两 种 手 摇 分 别 进 行 说 明 。第 一 种 为 控 制 晾 衣 架 升 降 的 手 摇 ， 它 主 要 是 由 手

16、 柄 （ 图 9） 、 空 心 轴 、 饶 线 圈 、 棘 轮手 摇 前 盖 （ 图 10） 、 后 盖 （ 图 11） 组 成 。 下 图 12所 示 为 手 摇 结 构 （ 没 有 前 盖 和 棘 轮的 情 况 下 ） ： 图 9 手 柄 示 意 图 图 10 前 盖 示 意 图图 11 后 盖 示 意 图 图 12 手 摇 装 配 图空 心 轴 套 在 前 盖 和 后 盖 的 圆 环 之 间 ， 将 绕 线 圈 固 定 于 空 心 轴 上 ， 通 过 手 柄 转 动 空 心轴 ， 带 动 绕 线 圈 转 动 ， 从 而 控 制 晾 衣 架 的 升 降 。 当 衣 物 升 降 到 合 适

17、位 置 的 时 候 ， 将 手 柄插 入 后 盖 的 方 形 孔 ， 从 而 固 定 住 空 心 轴 ， 使 其 不 在 重 力 的 作 用 下 转 动 ； 当 需 要 升 降 衣 物的 时 候 ， 再 将 手 柄 从 方 形 孔 内 拉 出 ， 转 动 绕 线 圈 ， 升 降 衣 物 。5第 二 种 为 控 制 晾 衣 架 前 后 伸 缩 的 手 摇 ， 它 主 要 由 棘 轮 、 手 柄 、 绕 线 圈 、 带 轮 、 手 摇盖 （ 分 为 前 盖 、 后 盖 ） 。 如 下 图 13和 图 14所 示 ： 下 图 13 图 14手 柄 通 过 手 摇 盖 ， 将 带 轮 与 绕 线 圈

18、紧 固 于 手 摇 上 ， 使 手 柄 不 能 从 手 摇 盖 中 脱 出 ， 通过 手 柄 带 动 绕 线 圈 转 动 ， 控 制 晾 衣 架 的 伸 缩 。3.晾 衣 架 的 选 材 及 受 力 分 析3.1 选 材晾 衣 架 的 选 用 的 材 料 是 硬 铝 合 金 LY1， 牌 号 为 2 01， 可 进 行 热 处 理 强 化 ， 在 退火 和 刚 淬 火 状 态 下 塑 性 良 好 。 合 金 常 采 用 阳 极 氧 化 处 理 与 涂 漆 方 法 或 表 面 加 包 铝 层以 提 高 其 抗 腐 蚀 能 力 。 这 种 材 料 也 是 制 作 各 种 高 负 荷 的 零 件 和

19、 构 件 的 常 用 材 料 ， 如 飞机 上 的 骨 架 零 件 、 隔 框 、 翼 肋 、 翼 梁 等 。 这 里 直 接 选 择 好 材 料 后 ， 不 必 再 进 行 热 处理 ， 它 在 冷 轧 成 型 材 时 等 于 已 经 进 行 热 处 理 。 拉 绳 材 料 采 用 尼 龙 6， 其 拉 伸 强 度 为60MP。3.2受 力 分 析为 了 避 免 晾 衣 架 在 使 用 的 过 程 中 会 发 生 弯 曲 变 形 ， 所 以 需 要 对 晾 衣 架 选 择 的 材 料 进行 弯 曲 校 核 ， 确 定 选 择 的 材 料 是 否 满 足 要 求 。 晾 衣 架 的 主 要 受

20、 力 部 分 是 导 杆 和 晾 衣 杆 。 下面 分 别 对 各 部 分 的 受 力 进 行 弯 曲 的 校 核 。3.2.1导 杆 校 核 ：当 导 轨 伸 出 导 套 最 大 距 离 时 ， 所 受 到 的 弯 矩 最 大 ， 可 以 计 算 得 到 它 的 最 大 工 作 应 力 。这 时 导 轨 相 当 于 一 悬 臂 梁 。导 杆 采 用 的 材 料 是 硬 铝 合 金 LY1， 许 用 应 力 为 300MPa。 每 根 晾 衣 杆 假 设 所 挂 衣 物 为20件 ， 每 件 衣 物 为 2Kg， 则 每 根 导 轨 受 到 力 为 400N,而 导 轨 伸 出 的 最 大 距

21、 离 为 400mm。图 15 截 面 图为 了 计 算 方 便 ， 将 导 轨 的 横 截 面 由 图 15a简 化 为 图 15b形 状 ， 如 果 在 图 15b形 状 下强 度 满 足 的 话 ， 则 所 选 材 合 适 。6已 知 F = 400 N , L = 400 mm，弯 矩 M=F x L=400 N x400 mm=160000 N. mmWz=(b1h12-b2h22)/6=(28302-20242)/6=3080 mm3 max=M/ Wz=51.95 MPa =300 MPa3.2.2晾 衣 杆 的 校 核 ： 晾 衣 杆 受 到 衣 物 的 重 力 ， F 400

22、 N ,晾 衣 杆 晾 衣 长 度 为 L=2000 mm 。 D=15 mm 可 视 为 均 布 载 荷 ， 则 F=q x L ,根 据 受 力 平 衡 F = F1+F2,可 以 求 出 F1 = F2 = 200 N 。分 析 图 16b可 以 得 到 晾 衣 杆 受 到 的 最 大 剪 力 FQmax = ql/2 = 200 N,分 析 图 16c得 到 晾 衣 杆 受 到 的 最 大 弯 矩 Mmax = ql2/8= 50 N.M可 晾 衣 杆 的 抗 弯 截 面 系 数 Wz 3.14 x D3/32 = 3.14 x 153/32 = 0.33x103 mm3。计 算 得

23、到 晾 衣 杆 的 最 大 工 作 应 力 为 = Mmax / Wz = 150MPa ，远 远 小 于 材 料 的 许 用 应 力 300MPa 。 所 以 晾 衣 杆 的 强 度 足 够 。图 16 受 力 分 析 、 剪 力 、 弯 矩 图3.2.3固 定 架 的 校 核 ：和 导 套 连 接 的 固 定 架 一 共 有 四 个 ， 只 要 校 核 其 中 一 个 固 定 架 ， 就 可 以 得 出 选 用 的 材料 是 否 合 适 。图 17 受 力 分 析 、 截 面 图由 上 图 17知 固 定 架 受 到 拉 力 的 作 用 ， 由 导 杆 校 核 可 以 知 道 固 定 架

24、受 到 的 拉 力 大 小 为F2 = 200N ， 固 定 架 的 横 截 面 积 为 S = 600 mm2， 所 以 固 定 架 受 到 的 拉 应 力 F/S = 0.325MPa。 远 远 小 于 材 料 的 许 用 应 力 ， 选 择 的 材 料 合 适 。4.结 论手 动 避 雨 晾 衣 架 机 械 结 构 部 分 的 设 计 充 分 结 合 了 现 有 晾 衣 架 简 洁 、 方 便 、 实 用 等 优点 ， 晾 衣 架 的 机 械 结 构 简 单 ， 零 件 数 量 少 ， 大 大 降 低 了 晾 衣 架 的 生 产 成 本 。 同 时 ， 也 使得 晾 衣 架 的 安 装

25、、 拆 卸 和 维 修 变 得 更 为 简 单 和 方 便 。 虽 然 结 构 简 单 ， 零 件 数 量 不 多 ， 但晾 衣 架 完 全 能 满 足 衣 物 的 自 动 晾 晒 功 能 。 自 动 晾 衣 架 的 使 用 既 表 现 出 了 技 术 性 能 好 、 安全 性 能 高 ， 同 时 也 体 现 出 与 人 相 适 应 的 人 性 化 设 计 ， 使 人 们 在 使 用 它 的 时 候 ， 减 少 疲 劳与 能 量 消 耗 ， 增 大 舒 适 度 。7参 考 文 献 ：1 梁 德 本 .叶 玉 驹 ， 机 械 制 图 手 册 第 3版 M， 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社

26、 ， 2002.2 许 德 珠 ， 械 工 程 材 料 M.北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2001.3 姜 勇 .刘 为 亚 ， Auto CAD2007基 础 培 训 教 程 M， 北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社 ， 2007.4 王 兰 美 .机 械 制 图 M.北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2005. 5 石 力 开 ， 材 料 辞 典 M.北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 2006.6 杨 伯 源 材 料 力 学 M.北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 ， 2004.7 陈 立 德 .机 械 设 计 基 础 M.北 京 ； 高 等 教 育 出 版 社 ， 20048王 晓 青 .徐 庆 华 ， 机 械 制 图 M， 武 汉 ： 中 国 地 质 大 学 出 版 社 ， 2004.9李 雪 早 .李 智 ， 互 换 性 与 测 量 技 术 ， 北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 200610余 小 燕 .郑 毅 ， 机 械 制 造 基 础 ， 北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 200311张 定 华 ， 工 程 力 学 ， 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2000