(新)机械原理创新设计——半自动晾衣架

机械原理创新设计说明书

设计题目：半自动晾衣架

目录

一. 绪论 (3)

1.课题的选定和要求 (3)

2. 课程设计目的 (3)

二. 方案设计 (3)

1.方案一 (4)

2. 方案二 (5)

三. 几个重要的参数 (7)

1.绪论

1.1课题的选定和要求。

1.1.1课题的选定

晾晒衣服是频繁而单调的工作。衣物的沉重、晾架的高度以及衣物在天气变化时的容易受到损坏和弄脏，这些问题一直烦扰着家庭主妇们。目前，市面上出现了各式各样的晾衣架，其目的在于缓解举手晾衣的麻烦，避免天气带来的危害并充分利用阳光。但其实在很多方面并没有完全自动化甚至符合生活需求，只是适当的减少了工作量。以前，晾衣架最简单的一种是一根竹竿固定或悬挂在屋顶板下、窗外等地方；现在的居民很多是在天花板下焊接一根铁管作为晾衣架的挂具，晾衣服时，必须将衣服一件一件地穿上衣架，再用杈子将衣服挂在铁管上，工作效率低，又不方便，时常将衣服掉地弄脏，而且还不能充分利用阳光。即便近期出现的自动晾衣架，大多也只能通过升降来简化凉衣服的工作量，还不能同时实现升降并且伸缩屋内外这两方面的功能。针对以上提出的现象，经过研究调查，本人决定选择半自动晾衣架作为课题，设计可以同时实现升降和在屋内外伸缩的晾衣架。

1.1.2课题要求

（1）晾衣架能自动升降以缓解举手晾衣的麻烦；

（2）晾衣架能自动伸出和缩回，既充分利用了阳光，减少事故隐患，又不影响整个小区的总体美观；

（3）足够的承载力；

（4）操作方便，省力。

1.2课程设计目的

1）使学生初步了解机械设计的全过程，得到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，初步具备的机构选型、组合和确定运动方案的能力；

2）以机械系统运动方案设计为切入点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深所学的理论知识；

3）使学生掌握机械运动方案设计的内容，方法，步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念；

4）进一步提高学生运算，绘图以及运用计算机和技术资料的能力；

5）通过编写说明书，培养学生表达，归纳，总结的能力；

6）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。

2.方案设计

2.1方案一

2.1.1方案一结构示意图

通过研究设计，绘制出方案一的结构示意图如图2-1A和B。

图2-1A 方案一整体结构示意图

图2-1B 方案一运动结构示意图

2.1.2方案一组成结构

如图2-1A所示，A图中两个运动结构为对称结构，其运动结构如图2-1B所示。由这两个图可以看出，该运动机构由6个运动构件组成，其他为附属运动装置。构件1固定于天花板上，构件2垂直于天花板位于窗户两侧，对称的构件6相连接，用于悬挂衣物。挂于固定杆1和2上的是固定挂钩1和2，，用于固定滑块3和5的位置，通过把手1和2来控制两个固定挂钩。

2.1.3方案一的工作原理

通过把手2将固定挂钩2固定于固定杆2上，固定挂钩2的设计弯度较大，

使固定杆与挂钩的相对移动较小，从而使滑块5不能在构件6上滑动；下拉把手1使滑块3在构件2上向下滑动，构件6随之绕构件1转动，同时实现晾衣杆的升降和内外移动，此时，可以挂上衣物，接着抬起把手1使滑块3向上移动，通过构件4带动构件6撑起晾衣杆，移动把手1将固定挂钩1挂于固定杆1上，使滑块3在垂直方向上得到固定，从而使构件6始终保持水平。由于构件6的转动幅度有限，很大程度上不能完全满足用户使衣物内外移动的需求，使用滑块5来实现衣物在个人需要内的内外移动。利用把手2取下固定挂钩2，解除对滑块5的约束，前后推动把手2，实现晾衣杆的内外移动。当滑块5移动过程中，会带动构件4，此时滑块3在构件2上的移动收到约束，将会使得构件2产生摇杆运动，由于构件2位于两侧，无论从美观上还是空间上都没有不利影响。

2.1.4小结

本设计方案通过较低的把手设计缓解了举手晾衣的麻烦，通过两个滑块和固定挂钩实现了晾衣杆升降和内外伸缩，既充分利用了阳光，减少事故隐患，又不影响整个小区的总体美观，在设计中将利用理论力学和材料力学以及机械原理的相关知识对各材料的尺寸等参数进行计算，使其具有足够的承受力，整个操作过程方便，省力。总体来讲，基本满足了设计要求，但是，为了使人能够用最小的力通过把手撑起晾衣架，将把手设计在中间，使得室内的美观受到一定程度的影响，并且，在不晾晒衣物时，使用阳台也不是很方便。因此，本人决定在方案一基础上进行改进，设计方案二。

2.2方案二

2.2.1方案二结构示意图

根据方案一中的基本思路和存在的问题进行思考，提出解决方案，设计得到方案二的结构示意图如图2-2A和B。

图2-2A 方案二整体结构示意图

图2-2B 方案二运动结构示意图

2.2.2方案二组成结构

如图2-2A和B，相对方案一而言，原本固定的把手1和2被改造成了运动的结构，与把手1和2相连接的滑块7和滑块9可以在构件8和构件10上往返运动。其他结构与方案一相同，即该运动机构由6个运动构件组成，其他为附属运动装置。构件1固定于天花板上，构件2垂直于天花板位于窗户两侧，对称的构件6相连接，用于悬挂衣物。挂于固定杆1和2上的是固定挂钩1和2，，用于固定滑块3和5的位置，通过把手1和2来控制两个固定挂钩。

2.2.3方案二的工作原理

本方案中所设计的晾衣架在未使用时，将把手1和2放置于窗户的两侧任意一侧均可，即可解决室内美观问题和晾晒衣物或使用阳台使所造成的不便。当需要晾晒衣物使用到把手时，手动将把手1和2通过滑块7和9在构件8和10上的滑动使其位于中间位置，从而达到省力的效果。其他工作过程同方案一，即通过把手2将固定挂钩2固定于固定杆2上，固定挂钩2的设计弯度较大，使固定杆与挂钩的相对移动较小，从而使滑块5不能在构件6上滑动；下拉把手1使滑块3在构件2上向下滑动，构件6随之绕构件1转动，同时实现晾衣杆的升降和内外移动，此时，可以挂上衣物，接着抬起把手1使滑块3向上移动，通过构件4带动构件6撑起晾衣杆，移动把手1将固定挂钩1挂于固定杆1上，使滑块3在垂直方向上得到固定，从而使构件6始终保持水平。由于构件6的转动幅度有限，很大程度上不能完全满足用户使衣物内外移动的需求，使用滑块5来实现衣物在个人需要内的内外移动。利用把手2取下固定挂钩2，解除对滑块5的约束，前后推动把手2，实现晾衣杆的内外移动。

2.2.4小结

本方案不仅能满足设计要求，并且还能使室内美观并使用方便，是最佳设计方案。因此，最终设计方案为本方案。

3.几个重要参数

3.1实际尺寸

本方案设计中，将阳台宽度定为3米，晾衣杆长度略小，设定为2.7米，设房屋高度为2.8米，图2-2B中所示构件2长度为2.5米，出于有便充分接受阳光以及小区美观的考虑，将构件6的长度定为2米，屋内0.5米，向外1.5 米，无论房屋楼层高低，均可充分接受到阳光。构件8和10的长度与晾衣杆长度相等，均为2.7米，由于随滑块滑动，没有固定高度。两个固定杆略低于天花板，长度为阳台宽度3米，高2.5米。现将各尺寸列于下表3-1。

表3-1 设计方案结构尺寸

根据公式F=3n-2Pl-Ph，得出自由度F为1，满足运动条件。

3.3受力

利用把手与滑块固定，当位于构件8和10的中间位置时，根据材料力学受力分析可知撑起衣物的力气减半，达到省力的效果，事半功倍。

心得体会

在这次机械创新课程设计的过程中，我充分利用了自己在机械设计基础这门课上所学得的知识，加上自己的创新思维完成了这次课题的设计内容。这次设计实习，让我意识到学习理论的重要性，并且找到了实践与理论的结合点，用理论指导实践，靠实践来检验理论。在老师的指导，同学的帮助，自己的努力之下，我设计出了两个方案，两个方案的基本原理和数据等大致相同，方案二是在方案一的基础上进行创新的，解决了方案一中存在的问题。将中间的把手1和2利用滑块使其能够左右移动，解决了使用的便利和生活中的美观问题。将来的生活中，我将会不断关注身边所使用的各种器械和存在的各种问题，不断开拓创新，争取将来设计出更加使用，切实可行的器械。

参考文献：

1、《机械原理》孙桓陈作模葛文杰主编