人力甩干桶结构设计

刘庆

摘 要：人力甩干桶是一种将人体腿部上、下运动的力转化为驱动轴的旋转力，再通过增速机构提高转速，从而带动甩干桶甩干衣物的装置。该装置主要以无法使用大功率电器的住校生和节能环保一族为用户群体，不仅可使住校生在晾晒衣服时更方便，还能提供一般踏步机的健身功能。

关键词：人力甩干桶；驱动轴；大功率电器；洗衣机

中图分类号：TH89 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.127

1 研究的目的和意义

宿舍是学生长期生活的区域，具有人口密度大、空间狭小的特点。对于住校生而言，需要清洗的衣服较多，晾晒时需要的面积较大，未经甩干的衣服容易滴水，进而引发地面溅水和潮湿问题。然而，大多数学校出于对安全的考虑，明令禁止寝室内使用洗衣机等大功率电器。因此，为了满足在校生和节能环保人士的需要，本文发明了一种人力甩干桶装置，它可以像洗衣机一样快速甩干衣物。使用该装置时，需要使用者踩在踏板上原地跑步，通过人与机器的结合，使用者既可获得运动的乐趣，还能达到健身的效果。人力甩干桶的结构原理如图1所示。

2 工作原理

使用者双脚踩在左、右两片踏板上，通过腿部的上、下运动，在导向筒的导向下，摇杆带动旋转轴旋转；旋转轴与大皮带轮相连，大、小皮带轮通过V形带传动；增速机构采用两对传动比相同的增速齿轮来提高转速，并与内筒中心轴间通过一对锥形齿轮达到换向的目的；中心轴与旋转内筒相连，其间有密封圈、轴承、轴承座、垫片、螺栓、螺钉等元件，内筒可带动衣物旋转，通过离心力的作用甩干衣物。

3 结构设计

3.1 动力部分

该机械装置利用直列式发动机汽缸的工作原理，结构简单，可将人体运动时产生的动能和重力势能通过腿部传递到踏板上，从而带动旋转轴旋转。通过统计16～25岁学生的平均身高、正常跑步运动时双腿抬高和落下的频率数据发现，其腿部平均每分钟上、下运动70次，腿部上、下运动的平均高度差为20 cm，两脚左、右间隔25 cm，可以此作为尺寸设计的依据。因此，在箱体中间位置加设了1个支撑板，以保证旋转轴在长期使用时有较好的圆柱度。为了提高使用时的安全性，还在箱体处设置了1个扶手，从而使使用者保持身体的平稳性。

3.2 传动机构

常见的减速机构包括齿轮减速机构、行星齿轮减速机构、摆线针轮减速机构、蜗轮蜗杆减速机构等。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。齿轮传动具有体积小、质量轻、工作可靠、可根据需要任意连接和安装位置多样化的特点。本装置采用2个传动比为1∶3的齿轮组来加快转速。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。由于人体在运动时会产生振动，动力机构与传动机构采用带传动连接可减轻振动对甩干桶旋转平稳性的影响。大带轮与小带轮的直径比为3∶2，总传动比为3×3×1.5=13.5，最终传递到甩干桶主轴的转速约为70×13.5=945 r/min，可甩干衣物中70%的水分。增速机构输出轴为水平方向，甩干内桶主轴为竖直方向，因此，采用一对锥形齿轮啮合可达到换向的目的。

3.3 简易甩干桶

为了节约空间，对甩干桶内筒进行了优化设计。在一般甩干桶的基础上，适当缩减了直径和深度，这样在保证具有足够的空间容纳冬季比较厚重的衣服的同时，提高了内筒转动的稳定性。当甩干桶内放置的衣物不均匀或甩干桶旋转中心不在中心轴线时，会产生剧烈的摆动，严重时会导致内筒结构变形、损坏，进而缩短使用寿命。为了解决这个问题，在内筒与外筒间均匀设置了上、下4个导向球，并在旋转内筒上的对应位置设置了导向槽，这样在限制内筒偏移量的同时，还扩大了接触面积、减小了内筒所受的最大应力值。

4 发展前景

本装置不仅可以用于甩干衣物，还可以当作健身器材来使用。在使用时，使用者腿部的上、下运动可以锻炼腿部、臀部的肌肉，长期使用有助于紧实使用者的身体线条，增加肺活量，最终达到瘦身的目的。此外，如果将甩干桶换为发电机组，则可为蓄电池充电。

5 结束语

本文利用简单的机械结构，创新性地设计出了适合住校生和节能环保人士使用的甩干衣物装置，为其日常生活提供了方便和乐趣，弥补了国内非电力驱动甩干桶产品的空白。然而，本装置仍存在有待解决的问题，比如各零件尺寸的选择、强度的校核以及外观的优化设计等。在今后的设计中，可对零件材料和机构空间位置进行优化，从而为广大用户提供更好的服务。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

〔编辑：张思楠〕