娄彭予，娄天祥

（1.徐州市树人中学，江苏徐州221000；2.徐州工业职业技术学院，机电工程学院，江苏 徐州221140）

0 引言

随着经济的发展和生活水平的不断提高，老百姓的健康意识逐渐增强，健身也成为人们日常生活中的重要组成部分，而很多人由于工作等原因造成无法经常在室外健身，室内健身成为最佳选择和爱好。如果能把室内健身和做家务结合，即可实现健身和做家务的双重目的。在本设计中，把室内健身和洗衣机结合起来组成了健身洗衣机，一般的家用洗衣机都是由电机驱动，本设计用人力代替电力，既能实现健身的目的，又能完成洗衣工作。并且为了消除健身和做家务可能会给人带来的无聊感觉，在健身洗衣机上还设计了一个置物板，操作者在健身洗衣的同时，可以在置物板上放置平板电脑或者书籍等，这样同时以达到休闲消遣的目的。

1 健身洗衣机设计方案

健身洗衣机采用卧式结构，由置物板1、长连杆2、短连杆 3、定位板 4、后腿 5、躺板 6、支腿板 7、健身器支架8、脚蹬踏板9、第一组链轮10、进水口11、变速箱12、洗衣滚筒13、第二组链轮14、出水口15等零部件组成，如图1所示。

健身器支架、前腿、后腿、支腿板等零部件组成了休闲躺板部分，后腿高度可以调节，用以调整躺板的倾斜角度。

长连杆、短连杆、置物板等零部件组成了折叠连杆机构。在长连杆和短连杆上设计了三角挡块，当连杆机构展开时，三角挡块可以定位连杆机构的展开位置；在置物板上设计了沟槽，可以在沟槽内放置平板电脑或书籍等物品，用于在操作机器时的休闲。

图1 健身洗衣机方案图

脚蹬踏板为驱动机构，操作者躺在躺板上，用脚驱动脚蹬踏板。

第一组链轮和第二组链轮组成了增速机构[1]。一级链传动的大链轮安装在踏板轴上，脚蹬踏板带动一级链传动的大链轮，一级链传动的大链轮通过传动链带动一级链传动的小链轮，一级链传动的小链轮与二级链传动的大链轮安装在同一轴上，二级链传动的大链轮在通过传动链带动二级链传动的小链轮，实现两级增速，以达到洗衣机所需速度。

变速箱为调速机构[1]，安装在增速机构之后，可以实现二种转速的转换。由拨叉控制双联齿轮的位置，当双联齿轮与主动轴上的分度齿轮啮合时，实现双联齿轮的间歇性转动，从而带动滚筒的间歇性转动，实现洗衣功能；当双联齿轮与主动轴上的整齿轮啮合时，实现双联齿轮的连续性转动，带动滚筒连续转动，实现洗衣机的脱水功能。

洗衣机构采用滚筒式结构，滚筒的主轴与调速机构的输出轴相连接，通过调速机构调节滚筒的转动。在洗衣机构的顶部设计了进水口，在底部设计出水口，并在出水口设计了开关阀门。

2 折叠连杆机构的设计

在健身器支架上设计了可折叠的连杆机构[2]，如图2所示。连杆机构包括两根短连杆和两根杆长连杆，两根短连杆通过铰链连接在健身器支架两侧，两根短连杆和长连杆通过铰链连接，两根长连的另一端铰链连接在置物板上，在两根短连杆、长连杆和健身器支架与短连杆连接的铰链处上设计了三角挡块，在置物板上设计了沟槽，当连杆结构展开如图2所示，三角挡块可以支撑连杆机构的展开位置，操作者可以在置物板上放置平板电脑或书籍等物品，以供操作者在使用机器时可以消遣休闲。当健身洗衣机不使用时，连杆机构可以折叠收起，操作如下：先把两根短连杆绕与健身器支架连接的铰链沿逆时针时针的方向转动，一直转到与定位板贴紧，然后把两根长连杆绕与短连杆连接的铰链沿顺时针方向转动，一直转到与定位板贴紧，长连杆的长度超过健身器支架的尾部，再把置物板沿顺时针的方向转动，一直放到健身器支架的尾部，自然下垂即可。

图2 折叠连杆机构

3 驱动机构、增速机构和调速机构的设计

健身器支架的前面设置了洗衣机的驱动机构，如图1所示。操作者躺在健身器支架上，双脚用力蹬两个脚蹬踏板，脚蹬踏板带动一级链传动的大链轮转动，一级链传动的大链轮通过传动链带动一级链传动的小链轮，一级链传动的小链轮与二级链传动的大链轮安装在同一轴上，二级链传动的大链轮在通过传动链带动二级链传动的小链轮，实现两级增速。

机构还设计了变速箱，已实现洗衣机的洗衣和脱水功能，变速机构如图3所示。二级链传动的小链轮与变速箱的输入轴相连，在输入轴安装了分度齿轮和整齿轮，在变速箱的输出轴安装了双联齿轮，操作者可以通过拨叉控制双联齿轮的位置，当双联齿轮与分度齿轮啮合时，使双联齿轮产生间歇性转动，从而带动洗衣滚筒的内部滚筒间歇性转动，实现洗衣机的洗衣功能；当双联齿轮与整齿轮啮合时，使双联齿轮连续快速转动，从而带动洗衣滚动的内部滚筒连续快速转动，实现洗衣机的脱水功能。

图3 变速机构

4 洗衣机构的设计

洗衣机构采用滚筒形式，内部结构与传统滚筒洗衣机的内部结构基本一致。如图4所示。在洗衣滚筒的正面设置了滚筒门，可以取放衣物等；洗衣滚筒的动力输入为背面的滚筒主轴，滚筒主轴与变速器的输出轴相连接，保持同步转动；为了方便人工操作，在洗衣滚筒的上部设置了进水口，操作者可以通过进水口往洗衣滚筒内部注水；在洗衣滚筒的下部设置了出水口，在出水口前设置了阀门，当健身洗衣机开始洗衣工作时，阀门关闭，当开始脱水操作时，把阀门打开，方便排水。

图4 洗衣机构

5 健身洗衣机的运动仿真

利用UG软件对健身洗衣机各零件进行三维建模，并完成装配[3]，如图5所示。对健身洗衣机三维装配体定义机架、链轮1、链轮2、减速器输入轴、洗衣机内圈等连杆，在链轮1上施加输入动力扭矩，通过链传动和齿轮传动带动洗衣机内圈工作，在洗衣和脱水两个转速状态下，实现机构的运动仿真，洗衣机内圈速度和加速度仿真分析如图6所示，速度和加速度基本在±0.03范围内变动，表明工作状态很平稳。

图5 健身洗衣机仿真模型

6 结论

本文中设计了一种健身洗衣机，包含休闲躺板、驱动机构、增速机构、调速机构和洗衣机构五部分，集健身、休闲、洗衣等功能与一体。

图6 洗衣机内圈速度和加速度变动曲线图

设计了休闲躺板，由前腿和后腿支撑，后腿高度可以调节，以调整躺板倾斜角度；设计了可以折叠的休闲支架，用以放置书或者平板电脑；驱动机构采用脚踏式，脚踏板安装在休闲躺板的底部的脚踏板轴上；增速机构采用两级链传动，一级链传动的大链轮安装在踏板轴上，一级链传动的小链轮与二级链传动的大链轮安装在同一轴上，二级链传动的小链轮与后面的调速机构相联接；调速机构采用分度齿轮与全齿轮啮合实现输出轴的间歇性转动，输出轴联接洗衣机构；洗衣机构采用滚动式，设有内桶和外壳，内桶做间歇性转动，以达到洗衣的效果。本项设计绿色环保，在休闲健身的同时，可以完成洗衣的工作。