婁彭予，婁天祥

（1.徐州市樹人中學(xué)，江蘇徐州221000；2.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州221140）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，老百姓的健康意識(shí)逐漸增強(qiáng)，健身也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，而很多人由于工作等原因造成無(wú)法經(jīng)常在室外健身，室內(nèi)健身成為最佳選擇和愛好。如果能把室內(nèi)健身和做家務(wù)結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)健身和做家務(wù)的雙重目的。在本設(shè)計(jì)中，把室內(nèi)健身和洗衣機(jī)結(jié)合起來(lái)組成了健身洗衣機(jī)，一般的家用洗衣機(jī)都是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)用人力代替電力，既能實(shí)現(xiàn)健身的目的，又能完成洗衣工作。并且為了消除健身和做家務(wù)可能會(huì)給人帶來(lái)的無(wú)聊感覺，在健身洗衣機(jī)上還設(shè)計(jì)了一個(gè)置物板，操作者在健身洗衣的同時(shí)，可以在置物板上放置平板電腦或者書籍等，這樣同時(shí)以達(dá)到休閑消遣的目的。

1 健身洗衣機(jī)設(shè)計(jì)方案

健身洗衣機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，由置物板1、長(zhǎng)連桿2、短連桿 3、定位板 4、后腿 5、躺板 6、支腿板 7、健身器支架8、腳蹬踏板9、第一組鏈輪10、進(jìn)水口11、變速箱12、洗衣滾筒13、第二組鏈輪14、出水口15等零部件組成，如圖1所示。

健身器支架、前腿、后腿、支腿板等零部件組成了休閑躺板部分，后腿高度可以調(diào)節(jié)，用以調(diào)整躺板的傾斜角度。

長(zhǎng)連桿、短連桿、置物板等零部件組成了折疊連桿機(jī)構(gòu)。在長(zhǎng)連桿和短連桿上設(shè)計(jì)了三角擋塊，當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)展開時(shí)，三角擋塊可以定位連桿機(jī)構(gòu)的展開位置；在置物板上設(shè)計(jì)了溝槽，可以在溝槽內(nèi)放置平板電腦或書籍等物品，用于在操作機(jī)器時(shí)的休閑。

圖1 健身洗衣機(jī)方案圖

腳蹬踏板為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作者躺在躺板上，用腳驅(qū)動(dòng)腳蹬踏板。

第一組鏈輪和第二組鏈輪組成了增速機(jī)構(gòu)[1]。一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪安裝在踏板軸上，腳蹬踏板帶動(dòng)一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪，一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)一級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪，一級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪與二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪安裝在同一軸上，二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪在通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)二級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)增速，以達(dá)到洗衣機(jī)所需速度。

變速箱為調(diào)速機(jī)構(gòu)[1]，安裝在增速機(jī)構(gòu)之后，可以實(shí)現(xiàn)二種轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換。由撥叉控制雙聯(lián)齒輪的位置，當(dāng)雙聯(lián)齒輪與主動(dòng)軸上的分度齒輪嚙合時(shí)，實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒輪的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾筒的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗衣功能；當(dāng)雙聯(lián)齒輪與主動(dòng)軸上的整齒輪嚙合時(shí)，實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)齒輪的連續(xù)性轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的脫水功能。

洗衣機(jī)構(gòu)采用滾筒式結(jié)構(gòu)，滾筒的主軸與調(diào)速機(jī)構(gòu)的輸出軸相連接，通過(guò)調(diào)速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)。在洗衣機(jī)構(gòu)的頂部設(shè)計(jì)了進(jìn)水口，在底部設(shè)計(jì)出水口，并在出水口設(shè)計(jì)了開關(guān)閥門。

2 折疊連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在健身器支架上設(shè)計(jì)了可折疊的連桿機(jī)構(gòu)[2]，如圖2所示。連桿機(jī)構(gòu)包括兩根短連桿和兩根桿長(zhǎng)連桿，兩根短連桿通過(guò)鉸鏈連接在健身器支架兩側(cè)，兩根短連桿和長(zhǎng)連桿通過(guò)鉸鏈連接，兩根長(zhǎng)連的另一端鉸鏈連接在置物板上，在兩根短連桿、長(zhǎng)連桿和健身器支架與短連桿連接的鉸鏈處上設(shè)計(jì)了三角擋塊，在置物板上設(shè)計(jì)了溝槽，當(dāng)連桿結(jié)構(gòu)展開如圖2所示，三角擋塊可以支撐連桿機(jī)構(gòu)的展開位置，操作者可以在置物板上放置平板電腦或書籍等物品，以供操作者在使用機(jī)器時(shí)可以消遣休閑。當(dāng)健身洗衣機(jī)不使用時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)可以折疊收起，操作如下：先把兩根短連桿繞與健身器支架連接的鉸鏈沿逆時(shí)針時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一直轉(zhuǎn)到與定位板貼緊，然后把兩根長(zhǎng)連桿繞與短連桿連接的鉸鏈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一直轉(zhuǎn)到與定位板貼緊，長(zhǎng)連桿的長(zhǎng)度超過(guò)健身器支架的尾部，再把置物板沿順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一直放到健身器支架的尾部，自然下垂即可。

圖2 折疊連桿機(jī)構(gòu)

3 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、增速機(jī)構(gòu)和調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

健身器支架的前面設(shè)置了洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖1所示。操作者躺在健身器支架上，雙腳用力蹬兩個(gè)腳蹬踏板，腳蹬踏板帶動(dòng)一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)一級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪，一級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪與二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪安裝在同一軸上，二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪在通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)二級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)增速。

機(jī)構(gòu)還設(shè)計(jì)了變速箱，已實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的洗衣和脫水功能，變速機(jī)構(gòu)如圖3所示。二級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪與變速箱的輸入軸相連，在輸入軸安裝了分度齒輪和整齒輪，在變速箱的輸出軸安裝了雙聯(lián)齒輪，操作者可以通過(guò)撥叉控制雙聯(lián)齒輪的位置，當(dāng)雙聯(lián)齒輪與分度齒輪嚙合時(shí)，使雙聯(lián)齒輪產(chǎn)生間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)洗衣滾筒的內(nèi)部滾筒間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的洗衣功能；當(dāng)雙聯(lián)齒輪與整齒輪嚙合時(shí)，使雙聯(lián)齒輪連續(xù)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)洗衣滾動(dòng)的內(nèi)部滾筒連續(xù)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的脫水功能。

圖3 變速機(jī)構(gòu)

4 洗衣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

洗衣機(jī)構(gòu)采用滾筒形式，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)滾筒洗衣機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致。如圖4所示。在洗衣滾筒的正面設(shè)置了滾筒門，可以取放衣物等；洗衣滾筒的動(dòng)力輸入為背面的滾筒主軸，滾筒主軸與變速器的輸出軸相連接，保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)；為了方便人工操作，在洗衣滾筒的上部設(shè)置了進(jìn)水口，操作者可以通過(guò)進(jìn)水口往洗衣滾筒內(nèi)部注水；在洗衣滾筒的下部設(shè)置了出水口，在出水口前設(shè)置了閥門，當(dāng)健身洗衣機(jī)開始洗衣工作時(shí)，閥門關(guān)閉，當(dāng)開始脫水操作時(shí)，把閥門打開，方便排水。

圖4 洗衣機(jī)構(gòu)

5 健身洗衣機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真

利用UG軟件對(duì)健身洗衣機(jī)各零件進(jìn)行三維建模，并完成裝配[3]，如圖5所示。對(duì)健身洗衣機(jī)三維裝配體定義機(jī)架、鏈輪1、鏈輪2、減速器輸入軸、洗衣機(jī)內(nèi)圈等連桿，在鏈輪1上施加輸入動(dòng)力扭矩，通過(guò)鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)洗衣機(jī)內(nèi)圈工作，在洗衣和脫水兩個(gè)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，洗衣機(jī)內(nèi)圈速度和加速度仿真分析如圖6所示，速度和加速度基本在±0.03范圍內(nèi)變動(dòng)，表明工作狀態(tài)很平穩(wěn)。

圖5 健身洗衣機(jī)仿真模型

6 結(jié)論

本文中設(shè)計(jì)了一種健身洗衣機(jī)，包含休閑躺板、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、增速機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和洗衣機(jī)構(gòu)五部分，集健身、休閑、洗衣等功能與一體。

圖6 洗衣機(jī)內(nèi)圈速度和加速度變動(dòng)曲線圖

設(shè)計(jì)了休閑躺板，由前腿和后腿支撐，后腿高度可以調(diào)節(jié)，以調(diào)整躺板傾斜角度；設(shè)計(jì)了可以折疊的休閑支架，用以放置書或者平板電腦；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用腳踏式，腳踏板安裝在休閑躺板的底部的腳踏板軸上；增速機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)鏈傳動(dòng)，一級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪安裝在踏板軸上，一級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪與二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪安裝在同一軸上，二級(jí)鏈傳動(dòng)的小鏈輪與后面的調(diào)速機(jī)構(gòu)相聯(lián)接；調(diào)速機(jī)構(gòu)采用分度齒輪與全齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)輸出軸的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸聯(lián)接洗衣機(jī)構(gòu)；洗衣機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)式，設(shè)有內(nèi)桶和外殼，內(nèi)桶做間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到洗衣的效果。本項(xiàng)設(shè)計(jì)綠色環(huán)保，在休閑健身的同時(shí)，可以完成洗衣的工作。