可伸缩分层旋转式储物箱的结构设计

武新涛?刘畅?谢时峰?刘鑫泉?徐兵

摘 要：为解决日常用品存放凌乱、不规律的问题，本文在国内外现有储物箱的基础上，设计了一种可伸缩分层旋转式储物箱。该储物箱结构简单，操作方便，通过程序编码控制电机运动，驱动抽屉伸缩和主体升降，围绕中心轴实现分层旋转，使人们生活更加便利。

关键词：储物箱;齿轮传动装置;主体升降装置;可伸缩抽屉装置;往复运动装置

中图分类号：TB472文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）05-0048-03

Abstract： In order to solve the messy and irregular storage of daily necessities， this paper designed a telescopic layered rotating storage box based on existing storage boxes at home and abroad. The storage box has simple structure and convenient operation. The motor movement is controlled by program coding， the drawer is driven to expand and the main body is up and down， and the layered rotation is realized around the central axis to achieve the purpose of convenient storage and make people's life more convenient.

Keywords： storage box;gear transmission device;main lifting device;retractable drawer device;reciprocating device

随着人们物质生活水平不断提升，生活用品种类增加，如何更快捷有效地存取物品成为当前研究的重点。储物箱在日常生活中尤为常见，可以帮助人们储存物品，节省空间，是深受人们青睐的产品，在日常生活中需求明显。但目前的储物箱功能比较单一，且具有存储不便、不能分门别类储存、不方便取物和不能随意移动等缺点[1-3]。因此，急需设计一种新型的储物箱，以解决存储不便、不能分门别类存储物品的问题。对此，本文设计了一种可伸缩分层旋转式储物箱。

1 可伸缩分层旋转式储物箱的整体结构

本文设计的可伸缩分层旋转式储物箱主要由齿轮传动装置、主体升降装置、可伸缩抽屉装置和往复运动装置四个部分组成。齿轮传动装置主要通过内部各个齿轮间相互啮合，与往复运动机构中齿轮配合，实现抽屉的打开和闭合。主体升降装置通过齿轮和齿条配合，通过程序编码控制电机正反转，进而控制可伸缩分层旋转式储物箱箱体机构主体升降。可伸缩抽屉装置通过抽屉外侧齿轮、齿条相互啮合，并通过往复运动装置中电机轴上齿轮旋转转向，控制抽屉打开和闭合。往复运动装置主要是利用电机旋转带动不完全齿轮旋转，进而控制往复运动装置做上下往复运动。可伸缩分层旋转式储物箱层端盖上面附有插座，可以给电器充电。在端盖周围设有围栏，起到防止物品掉落的作用，在围栏上均匀分布有挂钩，可以悬挂衣物。底部附有万向轮，可以随意移动储物箱，比传统储物箱更省力、更便捷。可伸缩分层旋轉式储物箱主体和内部结构分别如图1和图2所示。

2 可伸缩分层旋转式储物箱的工作原理

可伸缩分层旋转式储物箱设计的目的是为生活中物品整理和储存提供便利，使物品摆放更有规律。其工作原理可分为两大部分：第一部分为主体升降装置，通过固定中心轴上附着齿轮和齿条配合，利用程序编码控制电机正反转，实现主体上升和下降，从而达到取物的目的;第二部分为可伸缩抽屉装置，通过往复运动装置上齿轮与不同高度的齿轮啮合，不同高度齿轮与附着抽屉上齿条配合，实现抽屉打开和闭合。

3 可伸缩分层旋转式储物箱的装置介绍

3.1 齿轮传动装置

齿轮传动装置是整个储物箱的核心，通过齿轮与齿轮啮合、带传动传递力和弹簧对啮合后齿轮进行复位。每层抽屉打开和闭合是通过往复装置提供动力。由于储物箱内部结构呈柱形，不能把往复运动装置放到柱形对称中心线处，而要放在靠近柱形外筒的位置，在对面抽屉上的齿轮不能传递往复运动机构上电机的力，因此，需要带传动，使用同轴固定齿轮，上面一个齿轮通过齿轮啮合提供动力，下面一个齿轮通过带把动力传送到带的从动端，齿轮传动装置如图3所示。在往复运动装置啮合四个不同高度的齿轮一、二、三、四上设有弹簧，起到复位作用，不会因齿轮上下移动使齿轮有少许位置变化，影响齿轮下次啮合，齿轮上弹簧被固定，啮合位置处在弹簧原长，使其他位置齿轮自动复位，原理是利用弹簧拉伸和压缩均有力作用，实现齿轮复位[4]。

3.2 主体升降装置

主体升降装置由柱形外筒、内壁上齿条组成，齿条顶部固定有电机和齿轮，电机固定在中心轴上，顶部有上升、下降和停止三个按钮，如图1和图4所示。三个按钮后均连接有压力传感器，压力传感器后接有一个控制电机正反转电路。当按下按钮时，压力传感器传导电信号经放大器放大，再传导到电机正反转控制电路，该控制电路具有机械和电气双重互锁的性质，保证电机安全运行。当按下上升按钮时，控制电路控制电机顺时针转动，带动齿轮顺时针转动，使齿轮带动齿条上升，由于齿条附着在箱体内部柱形外筒上，箱体与其他部位无固定连接，可以抬升主体箱体。当按下下降按钮时，控制电路控制电机逆时针转动，带动齿轮逆时针转动，使齿轮带动齿条下降，箱体随着齿条下降。在箱体上升和下降过程中，按下停止按钮，此时正反转控制电路中没有电流，箱体便可停止，固定到相应位置，方便取物与存物[5]。

3.3 可伸缩抽屉装置

可伸缩分层旋转式储物箱共分三层，层与层之间通过底板进行分层，底板利用螺纹与柱形外筒配合，进而实现分层旋转。每层结构和原理一样，且每层抽屉又划分四部分，四部分均能实现单独打开和闭合，每个抽屉一侧设置有不同高度的滑槽，四个位置不同的齿轮一、二、三、四分别和相对应的四个齿条啮合，如图5所示。每个抽屉底部设有滚珠，滚珠底部有滑槽，实现抽屉打开和闭合。每个底板上设有程序编码控制往复运动装置，通过程序运行来控制往复运动装置上下运动，往复运动装置上设有电机，和每一层不同高度齿轮一、二、三、四分别啮合，啮合四个齿轮均由阶梯轴固定，以保证正常工作。上面设有弹簧复位机构，每次和电机上齿轮啮合后，使不同高度齿轮能够回到啮合前位置，保证每次都能打开对应抽屉，并保证抽屉正常工作。接通电源后，电机转动带动齿轮转动，通过带传动使四个抽屉上的齿轮均能与电机上的齿轮啮合，控制抽屉打开和闭合，达到伸缩目的。

3.4 往复运动装置

往复运动装置由不完全齒轮、齿条和电机组成，执行端上搭载电机，为齿轮传动装置提供动力。在延时开关电路作用下，电机开始工作。往复运动装置上的齿轮与控制不同抽屉打开和闭合的齿轮啮合，实现抽屉打开。当打开的抽屉关闭时，往复运动装置就会运动到最初位置，即复位，在电路和编程基础上实现。可伸缩分层旋转式储物箱往复运动装置如图6所示。

4 结语

本文设计的可伸缩分层旋转式储物箱主要包括齿轮传动装置、主体升降装置、可伸缩抽屉装置和往复运动装置。该储物箱利用编程控制电机转向，通过传动实现抽屉打开和闭合，能解决物品凌乱和空间利用率较低等问题，为以后存储领域发展提供技术参考。

参考文献：

[1]沈剑贤，黄石红.双机系统在电子存取柜中的应用[J].微计算机信息，2003（4）：41-42.

[2]陈艳丽.远程电子储物箱管理系统的设计[D].武汉：武汉工程大学，2011：1-87.

[3]张先震，黄山，李宁，等.自动储物柜控制系统设计[J].微计算机信息，2009（26）：42-43，61.

[4]田国祯.基于力反馈的惯性约束聚变换靶技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009：1-68.

[5]袁蕾舒.遥控机器人升降装置的设计与研究[D].绵阳：西南科技大学，2018：1-95.