自动晾衣架设计

郭致纲，陈丽缓，卢思彤

(1.廊坊市人才服务中心，河北 廊坊 065000；2.北华航天工业学院机电工程学院，河北 廊坊 065000)

科学技术的发展让生活变得更加便捷，一些家居产品把简单、实用的自动化生活推向千家万户，可以看出未来家居行业的发展趋势将更趋向于小巧、便捷和智能。但晾晒工具做为生活中不可或缺的一部分还是处于相对原始的层次，没有什么太大改变，渐渐与自动化步伐脱节。针对这个问题，设计一种新型自动晾衣架，就有望实现智能晾晒。

1 整体结构及机架设计

本设计的衣架需安装在阳台顶部，且适用于不封闭阳台，为保证完成预想功能，设计整体结构如图1。

图1所示，1为固定面板，使用时固定在阳台顶部，2为支撑架，是衣架的主体部分，内装轴承，可旋转，3为拉杆，减轻滑轨受力，改善受力结构，保证稳定性光轴，4为滑轨电机，提供动力，5为连杆，保证前后伸缩架的同步性，6为伸缩架，携带衣物前后移动为支撑架是衣架的主体部分内装有轴承，可旋转，7为伸缩转轴，转轴上装有钢丝绳，转轴随光轴旋转，转轴的正反转动带动钢丝绳正向或反向缠绕，完成衣架前后伸缩运动，8为大转轴，在电机的带动下上下传递扭矩，9为电机，提供动力，10传动齿轮，与大齿轮接触，传递扭矩。设计衣架总长1500mm，宽180mm，高 600mm。

图1 整体结构简图

机架是晾衣架的主体，主要的受力部分，为了安装方便，结构采用桁架结构，保证其强度，材料选用Q345钢，主体结构如图2所示。

图2 衣架结构简图

衣架主体既要承受向下的拉力又要保证旋转时的稳定性，类似塔吊结构，参照塔吊结构做部分设计工作。如图2所示，下端晾晒杆c分晾晒臂与平衡臂两部分，为保证其整体强度，同时减轻部分重力作用，选择一整根钢管，设计总长1500mm。资料显示，常用QTZ63塔吊，起重臂最长50m，平衡臂长11.55m，二者之间比例关系约为5:1，据此取总长的六分之一设计平衡臂长。

对于拉杆位置的选择，塔吊基本为双吊点，其吊点位置由经验公式确定即L1=0.23L，L2=0.74L，本设计由于承受重量不是特别大，故选择L2=0.74L，塔吊规定允许安全系数最小为1.15，初选安全系数为1.2。

对于角度α的选择，因为总高是600mm，太低拉伸作用不大，太高对固定端不利，故α选在在25°到30°之间，为了便于加工、安装初选α=30°。

综上作述，对于机架的设计最终尺寸确定为a=600m，b=73mm，c=925mm，d=325mm，e=1500mm，α=30°。

2 减速器与伸缩结构设计

本衣架为家居产品，对其设计应遵循紧凑、实用原则，其体积不应过大，但传递的转矩应该达到要求。现设计二级减速器，保证传递较大扭矩，三维结构如图3。

图3 减速器三维效果图

如图3所示，1为固定齿轮，2为小转轴，3为一级减速齿轮，4为电机，5为大转轴，6为二级减速齿轮。整体运动形式如下：电机通过一级减速齿轮带动大转轴旋转，大转轴又通过二级减速齿轮带动小转轴转动，从而小转轴顶部的小齿轮绕固定的大齿轮转动，由于大齿轮固定，所以相对来说电机、大小转轴以及相连的套筒就会绕固定的大齿轮旋转，从而实现衣架的回转，电机的正反转动，衣架的转进或转出。

图4 伸缩结构三维效果图

为了达到更好晾晒效果，体现本款设计的实用性，设计衣架伸缩结构，以便晾晒更多的衣物，利用更多室外空间，同时也使衣物接触更多的阳光，提高晾晒效率。市场中也有许多伸缩衣架，有上下升降伸缩，也有菱形桁架结构向外伸缩，但都只是单纯的伸缩运动，或手摇驱动或电机带动。本款设计衣架采用联动结构，突破传统桁架伸缩结构，这也是本设计创新点之一。对于导轨的设计主要是安全可靠，刚度好，导套的设计更应该体现其滑动过程的平稳性。总体来说应体现整个产品的人性化，使人们在使用过程中更便捷，其整体三维效果如图4所示。

本伸缩结构是将会回转运动转为伸缩运动，体现联动效果。回转结构原理平面简图如图5所示。

图5 回转结构平面简图

如图5所示，1图为主动转轴，2为回转轴，槽1处固定钢丝绳一端并正向缠绕几圈，绕过回转轴2，另一端固定在槽2处，3代表移动部件，与上端钢丝绳固定。工作时，1正向转动，完成放绳动作，同时槽2回收，3向右运动；当1反向回转时，槽2完成放绳动作，槽1回收，3向左运动。

3 旋转结构设计

旋转运动是本款衣架的另一个创新点。尽管使用受一定限制，但就南方来说，很多阳台均为不封闭阳台，这变成了此款衣架的用武之地。旋转结构为L型，长端固定，短端向内外旋转，设计旋转角度为120°。其动力为电机提供，旋转轴与顶端固定，其内部结构如图6所示。

图6 旋转结构内部示意图

如图6所示，大齿轮固定，小转轴通过齿轮啮合绕大齿轮转动，大转轴由电机带动旋转通过齿轮啮合绕小转轴旋转，由剖面结构可以看出，内杆1套由推力球轴承2，而大齿轮又固定在内杆1上，内杆又与固定端相连，总的运动效果是，电机带动大转轴连同小转轴及其支撑架一起绕内杆旋转，此结构巧妙的运用相对运动原理，使得提供主动力的机构进行回转，实现旋转功能，内杆底端也有推力球轴承，结构与上图相同，共同承受整体重力，提高强度，保证运行可靠。