基于单向螺旋传动的智能脱水装置设计研究

江伟 涂家海 潘喜利

摘要：为解决雨伞上雨水破坏家庭环境设备等问题，结合螺旋传动原理，研究了将螺旋传动机构设计为单向螺旋传动机构，利用单向螺旋传动机构和杠杆机构实现了正向行程和反向行程，保持螺杆连续同向转动，智能控制模块实时监控雨伞脱水数据，研制了一种基于单向螺旋传动机构的智能脱水装置，适用于客厅、学生宿舍和酒店等各种场所。

关键词：智能;脱水装置;单向螺旋传动机构;雨伞

中图分类号：TH121;TK79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0008-01

0引言

下雨天使用雨伞后，雨伞的伞衣上会粘附有一定量的雨水。现代城市家庭大部分居住在厅室房屋内，装修豪华，地板常采用木质或毛毯等材料。当带有雨水的雨伞进入屋内，会导致地板损坏，破坏家庭环境设施，部分学者雨伞脱水和烘干装置，存在结构复杂等缺点，因此，本文研究设计了一种基于单向螺旋传动机构的智能脱水装置。

1智能脱水装置的设计目标

为了防止粘附有雨水的雨伞破坏家庭环境，智能脱水装置的主要设计目标是设计一种对雨伞脱水的智能脱水器。它的主要功能为存储多把雨伞并对雨伞进行智能脱水，操作使用方便。

根据智能脱水装置的设计目标，主要由存储部分、脱水机构部分、智能控制模块和辅助结构部分等组成，其中存储部分的功能是用来存放雨伞;脱水机构部分的功能是利用传动机构对雨伞进行脱水;智能控制模块的功能是检测雨伞的脱水情况并反馈给用户;辅助结构部分的功能主要包括对脱离的雨水进行存储，对脱水机构部分固定和辅助支撑等功能。

2智能脱水装置的设计与实现

2.1智能脱水装置的设计

智能脱水装置的设计主要包含脱水传动机构设计、智能控制模块和辅助结构设计等三个方面，其设计过程如下。

2.1.1脱水传动机构设计

脱水传动机构设计使用UG NX9.O进行三维建模设计，智能脱水装置主要由外箱体、储水盒和雨水收集罩等主要零部件组成。

2.1.2智能控制模块设计

智能控制模块主要用于对雨伞的脱水情况进行监控并反馈给用户，其原理如图1所示。重量检测传感器实时检测雨伞的重量数据并将数据传递给单片机，单片机对数据进行分析与判断雨伞的脱水情况，当经过一段时间的脱水，预算的重量数据没有任何变化时即判断脱水完成，通过显示模块反馈给用户脱水完成。

2.1.3智能脱水装置的辅助结构设计

智能脱水装置的辅助结构主要包含支撑系统、排水储水系统和复位机构等零部件组成。支撑系统主要包含外箱体、内支撑架和支座等零部件，用于对脱水传动机构起支撑和防护作用;排水储水系统主要由排水管和储水盒等零部件组成，用于对雨伞上的水进行收集和存储;复位机构主要包含摆杆、复位弹簧和脚踏板等组成，其中脚踏板用于为正向行程（螺旋传动）提供运行动力，复位弹簧用于为反向行程（复位）提供复位动力。

2.2智能脱水装置的工作原理

智能脱水装置的正向行程（螺旋传动）工作原理：當用脚踩脚踏板时，脚踏板下移，摆杆绕支座摆动，推动螺母套上移，即传动螺母端面齿和螺母套端面齿啮合，传动螺母和螺母套联结为一个整体并上移;传动螺母推动螺杆旋转，螺杆带动存放与脱水转筒转动，在离心力的作用下，存放在转筒中的雨伞上的雨水与雨伞脱离，穿过转筒壁上的孔，通过排水管流人储水盒中。智能脱水装置的反向行程（复位）工作原理：当脚松开脚踏板时，在复位弹簧的作用下，脚踏板下移，摆杆反向摆动，拉动螺母套下移，即传动螺母端面齿和螺母套端面齿分离，传动螺母绕螺杆旋转并下移，对螺杆运动不产生任何影响（螺杆继续沿原转动方向旋转），直至复位弹簧复位。如此反复给螺杆提供驱动力。当智能控制模块的显示模块提示已脱水完成，即停止提供驱动力。

2.3智能脱水装置主要零部件材料的选用

智能脱水装置的主要零部件包含脱水传动机构、复位机构和其它辅助结构等三个部分，材料及相关参数选用如下。

2.3.1脱水传动机构材料及参数的选用

脱水传动机构主要由转筒、螺杆、螺母套和传动螺母等零部件组成。转筒可选用不锈钢材料或塑料等材料制成并在转筒圆柱面和底面加工一定尺寸的数个孔。螺杆、螺母套和传动螺母选用不带自锁性的梯形螺纹，螺距可选用较大的螺距，材料可选用不锈钢、塑料或尼龙等常用材料，根据实际需要螺杆外径尺寸可选用6mm～12mm。

2.3.2复位机构材料及参数的选用

复位机构主要由摆杆和复位弹簧等零部件组成。为了增加摆杆强度和刚度，摆杆常选用不锈钢材料。复位弹簧主要采用拉簧为主，根据计算脚踏力，拉簧可选用参数：外径为6mm～12mm、长度为30mm～100mm、线径为1mm-3mm。

3结论

为解决雨伞上雨水破坏家庭环境设备等问题，本文研制了一种基于单向螺旋传动的智能脱水装置。智能脱水装置可存放于客厅、学生宿舍和酒店等各种场所的入口，存放多把雨伞并对雨伞进行智能脱水，具有结构简单和操作灵活等特点，易于产品化，市场应用前景良好。