青岛农业大学科技论文课

1、便捷式半自动晾衣架的设计 摘要：晾晒衣服是频繁而单调的工作。面对现在市场上一些所谓的自动晾衣架，其实在很多方面并没有完全自动化甚至符合生活需求，只是适当的减少了工作量。以前，晾衣架最简单的一种是一根竹竿固定或悬挂在屋顶板下、窗外等地方；现在的居民很多是在天花板下焊接一根铁管作为晾衣架的挂具，晾衣服时，必须将衣服一件一件地穿上衣架，再用杈子将衣服挂在铁管上，工作效率低，又不方便，时常将衣服掉地弄脏，而且还不能充分利用阳光。即便近期出现的自动晾衣架， 大多也只能通过升降来简化凉衣服的工作量，还不能同时实现升降并且伸缩屋内外这两方面的功能。根据这样的现实情况我们小组决定运用所学知识设计一款实用的半自

2、动晾衣架，我们希望为所有的家庭主妇们带来便利。现在市场上已经出现了许多款自动或半自动晾衣架，但它们仅仅能实现衣服放入自动的升降，不能使衣服伸出或缩回，所以这种晾衣架注定不会受到广大家居人的追捧。因此一种功能全面的自动晾衣架必将应运而生。我们按照晾衣架的总体功能要求，分析了现代家庭式阳台的主要的格局以及相应的尺寸，在保证自动晾衣架的升降和伸缩功能的前提下尽量保证了阳台的美观，设计出一种平稳的半自动晾衣架。关键字：晾衣架；便捷；智能 本机构运用折叠杆自由伸缩和前后移动的特性来实现晾衣架的升降和伸缩。传动机构有锥齿轮的相互啮合来实现丝杠的转动，从而使螺母前后移动给工作部分提供做够的动力。它的工作部分

3、主体是折叠杆件，螺母将与折叠杆件铰接，螺母的移动带动折叠杆件左端的链接杆的移动，再而带动滑轮的移动从而实现晾衣架的升降和伸缩。机构组成：此机构包括驱动传动机构和工作部分。驱动传动部分包括摇把、锥齿轮、连杆、丝杠和螺母。工作部分包括滑轮、导轨，折叠衣架结构简图：（侧面图） 1 零件的详细说明1.1驱动部分其主要依靠锥齿轮的传动其工作图如下：1摇把 2、4、5、6锥形齿轮 3连杆1.2 传动机构部分：6导轨7轮子8动力输入齿轮9丝杠10螺母11箱体12轴承13顶杆1.3衣架的工作部分： 折叠晾衣杆的杆件与传动件（螺母与滑轮）连接的杆长为（250+300）mm，而中间的长连杆长为（250+250）m

4、m，连接挂衣杆的的短杆长250mm。杆件的截面均为20×10mm2。杆件的材料为铝合金A213，其许用应力=315-345(Mp)。1.4构件尺寸的确定：1.4.1(梯形齿)丝杠的选择： 梯形丝杆系列代号梯形丝杆基本尺寸公称直径导程螺距（单条线）mmmm螺母前进490mm,丝杆一定要旋转圈数n=4906=82 1.4.2轴承的选择：1.4.3顶杆：在晾衣服的过程中不起作用，收衣服时保证机构回到原始状态（构件13）。1.4.4梯形齿螺母的选择： 1.5锥齿轮的选择; Z2:Z4=4:1 Z5:Z6=7:12杆件分析2.1对衣架两边支撑杆的力的分析及强度的分析。由上图可知其简化过程，得F

5、=G/(2sin a),Fx=F×cos a=G/(2tan a),同理可得Fy=G/2. 由上图可解O点处的受力情况：F1+Fycos a- Fycos a-2Fxsin a=o;F2+2Fxcos a+Fysina- Fysina=0;M+0.55Fycosa+0.25Fxsina-0.30Fxsina=0由上式可得：F1=2Fxsin a=Gcosa;F2=-2Fxcos a=-(G/sina-Gsina);M=-0.55Fycosa+0.05 5Fxsina=-0.25Gcosa;综上所述，杆BC的受力情况为：Fx,Fy,F1,F2,M；它们都是夹角a的函数，夹角a的范围是1

6、7 -39，BC杆 的剪力和弯矩的情况如图：F1=Gcosa;F=Gcosa; M=-0.25Gcosa ;则BC杆的剪力图如下：BC杆的弯矩图如下：而BC杆的轴向受力:CO段内力Fco=Fxcosa-Fysina=G/sina-Gsina/2;OB段内力Fob=F=G/(2sina).而杆的截面面积A=2×10-4m2;则F coMax= 200/ sin39 -100sin39（N）=254.9N.F obMax =100/ sin39 (N)=158.9N;则Max1=FcoMax/A=254.9/2×10 4=1.27(Mp).但是BC杆受但弯曲变形，其弯矩MMax

7、=0.25×200×cos39=38.9(N.m)；则Ma2x=MMax/W.其中W=bh2/12=1/3×10-6m3;则Max2= MMax/W=116.7(Mp).即总=Max1+Max2=117.97(Mp).而铝合金的许用应力=315(Mp) 即所用的材料与尺寸符合强度要求。可见，杆件产生的应力主要是由于弯矩引起的，因此折叠衣架的其他杆件的强度一定符合要求。 2.2对丝杆上螺母及焊接杆的力分析与强度分析。其受力情况如下图：M=0.1×Fx=G/(20sina),即此力矩就是螺母对丝杠的矩。当a=17时，M有最大值，MMax=200/(20

8、15;sin17)=34.2(Mp).此力矩的大小对螺母连杆产生的弯曲作用是在可允许范围内。3 功能与运动分析 3.1传动机构及工作部分：1轴承、2螺母、3丝杠、4顶杆、5驱动杆、6导轨、7滑轮 上图为传动机构位置尺寸以及部分机构尺寸。其说明了机构整体的大小和运动范 围。下图为传动机构和工作机构的实际运行的初始位置和最终位置。 如上图，杆L1的长度为550，杆子L2的长度为250，而且装置的其实位置时的夹角为39，而终了角度为17，支撑轮子的导轨长度S为393mm，滚轮的直径d为50mm所以衣架的水平运动L与竖直方向H的距离很容易可以得到： L=S-d+L1×（Cos17-Cos39

9、）=438-50+300×(Cos17-Coa39)=441.7mm.H=(L1+6L2)(Sin39-Sin17)=(300+6×250) ×0.337=606.5mm3.2机构的运行分析：我们的这种设计主要考虑了晾衣架的平稳性和升降伸缩功能的实现，采用了锥齿轮的驱动传动和丝杠的传动。首先手摇锥齿轮来给自动晾衣架提供动力。锥齿轮的转动来带动丝杠的的转动，丝杠转动促使螺母的前进和后退，螺母的移动带动了折叠衣架驱动杆的上端的移动来实现衣杆的升降和伸缩。 我们在设计的过程中，遇到了研究障碍。在想在给衣杆挂衣服时，随着重量的增加，滑轮会自动向前滚动可能会是衣服触地带来不便。我们想的方法就是在折叠架上加了一个顶杆（如上图中的13）顶杆的一段固定在杆上，这样就是斜杆与水平向的角度最大只能到39，这样问题就解决了。在衣架工