高效迷你手动甩干桶设计与研究

朱一羽 金宇新 王家新 高晖婷 赵源野 张鹏超 徐飞

摘 要：本论文所研究的甩干桶是一种将人体用脚踩踏向下的力作为驱动力，通过传动装置转化为驱动轴的转矩，通过齿轮增速机构提高转速，使甩干桶的内桶做高速旋转运动，从而使内桶中的衣物脱水的装置。该装置主要适用于无法使用大功率电器的学校宿舍中的住校生和住宅面积小的蜗居群体，使蜗居群体在节能环保的前提下，解决衣物脱水、甩干的难题。

关键词：手动 按压式；甩干桶；节能环保

1.研究的目的和意义

目前各大高校的学生和各初、高中学生的学生大多在学校住宿，宿舍是学生长期生活的区域，人口密度大，空间却又非常有限，且出于安全的考虑，一般学校寝室明令禁止使用洗衣机等大功率电器，这就导致了洗完的衣服无法进行快速脱水，衣物将难以在短时间内晾干[1]。另外，当人们出门旅游等场所需要甩干衣服时，普通的洗衣机和甩干机通常不便于携带和使用，很难找到合适的甩干工具，对人们的生活起居造成很大的困扰，且容易导致居住场所潮湿。同样的，这种现象也困扰了大城市的蜗居族[2]。

为了解决这个问题，本课题针对现有甩

依赖电能、使用空间受限制等缺点，拟设计一种结构设计合理、使用方便、节约能源、节约空间、环保便利的高效迷你手动甩干桶。它利用创新概念设计，采用人机工程学设计理论，操作简单、方便，省时、省力，老少皆宜；同时具有噪音低、脱水率高、成本低、节约能源、适用面广等优点。

2.总体结构方案设计与工作原理介绍

本文设计了一种高效迷你手动甩干桶，能够快速甩干衣物。甩干桶的结构原理如图1所示。

1-外桶盖销轴 2-外桶盖 3-外桶 4-滚珠 5-内桶 6-密封圈 7-螺栓 8-螺母 9-下箱体 10-角接触球轴承 11-下箱体前盖 12-端盖 13-螺钉 14-角接触球轴承 15-挡圈 16-2轴大齿轮 17-端盖 18-螺钉 19-角接触球轴承 20-离合器 21-销轴 22-卷簧 23-销轴 24-齿条 25-螺栓螺母 26-齿条压板 27-挡圈 28-螺钉 29-1轴小齿轮 30-1轴 31-角接触球轴承 32-挡圈 33-深沟球轴承 34-角接触球轴承 35-1轴大齿轮 36-角接触球轴承 37-3轴挡圈 38-3轴 39-2轴 40-2轴小轴承 41-挡圈 42-3轴小轴承 43-下箱体后盖 44-密封圈 45-卷簧 46-换珠盖 47-排水管

2.2 工作原理

使用者脚踩在踏板上，通过腿部用力向下踩脚踏板，使齿条带动1轴上的小齿轮转动，小齿轮通过键连接带动1轴转动，1轴上装有大齿轮；1轴大齿轮带动2轴小齿轮，动力从1轴传递到2轴，2轴上的大齿轮再带动3轴上的小齿轮转动，小齿轮再通过键连接带动3轴转动，3轴即为主轴。3轴上端为花键结构与内桶底部的花键槽配合，从而带动内桶旋转。内桶带动衣物旋转，通过离心力的作用脱水。

3.结构设计

3.1传动机构结构设计

常见的增速机构包括齿轮增速机构、摆线针轮增速机构、涡轮蜗杆增速机构等。在对比、研究各种减速机构的特点和本装置对传动机构的性能要求后，决定采用齿轮传动。本装置采用2个转动比为4：1的齿轮组来加快转速，两级加速的总传动比为16：1，使用时用120N的力踩脚踏板能将内桶加速到1800转/分钟，可甩干衣物中70%的水分。

3.2单向动力传动设计

1轴大齿轮内装有离合器，保证单向传动动力。当脚踩踏板时齿条将动力传递给1轴小齿轮带动1轴转动；当脚松开踏板时，卷簧带动踏板向上反弹到原位即脚踏板复位，脚踏板复位时带动齿条复位，由于离合器有单向传递动力的功能，轴1不带动大齿轮回转，重复踩脚踏板使得脚踏的动力源源不断的传递给3轴，从而保证内筒能够持续高速运动使衣物脱水。

3.3动力设计与计算

含初始条件设定（作用在脚踏板上的力与速度），传动比分配与计算，齒轮相关参数计算与选定，轴的结构设计与计算，轴的强度校核等。

根据机构工作需要，设计模数为2的直齿圆柱齿轮。 。两级加速比，传动比都为4：1，选用材料为玻璃纤维增强MC尼龙。根据整体工作空间限制以及传动比、模数选择齿数，计算主动小齿轮，计算主动小齿轮直径。

已知 d=mz，根据机械设计手册14-23，表14-1-9，选取齿轮齿数z1=18，Xmin=0.12 （机械设计手册14-27）

∴

∴

齿宽

加速器从动小齿轮由于传动比恒定，所以选用与主动轮相同的小齿轮以便于计算和校核。

根据齿根弯曲疲劳强度进行设计

由图机械设计手册10-22[3]，查得

大小齿轮材料相同，计算转矩

两级加速后

3.4内筒结构设计

为了减小空间，对内筒进行了优化设计，这样在保证足够的空间容纳衣物的同时，也提高了内筒转动的稳定性。内筒内壁设计有凸起的辐条用于增加内桶壁的摩擦。内桶外侧上设计有2条滚道，与外桶滚道配合形成封闭的滚道，在每条滚道里安装有n颗滚珠，滚珠既降低了内桶和外桶的摩擦力，也对内桶起支撑和减震作用外桶滚道上开有小孔用于安装滚珠，小孔外塞有换珠盖。内桶侧面开有均布排水小孔，内桶底面也开有排水孔，在下箱体侧面开有排水孔，在此两个孔内安装有排水管，此排水管延伸到箱体外。

4.发展前景

与市场上现有的甩干机相比，本设计的甩干桶节能减排，低碳环保，具有较高的使用价值，符合大众的消费理念，再加上学生族、蜗居族等是一个高密度群体，消费群体规模比较大，产品需求量大，所以未来的经济效益可观。

5.结束语

本文利用简单的结构，创新性地设计出了适合住校生、蜗居族和节能环保人士使用的按压式甩干桶，可为其生活提供方便，弥补了国内非电力驱动甩干桶的空白。此外，本装置仍有改进的空间，可对零件材质和机构空间位置进一步优化，以得到更加优化的产品。

参考文献：

[1] 张乐莹，杨雷，刘艳.家用拖把拧干器机构设计[J]. 轻工科技. 2014（12）

[2] 乔维强，吴路路，张恒，包鸿，李志辉. 基于脚踏车的节能健身型洗衣机设计[J].科技传播. 2012（15）

[3]成大先.机械设计手册[M] .北京：化学工业出版社，2001.