一種半自動杯子清潔器的設計

韓校粉 安樹 孫立明

摘 ?要：為了解決現有杯子污漬多，清潔起來費時費力的問題，設計了一種半自動杯子清潔器，主要由刷頭調節裝置、手持部分、自適應杯蓋和控制盒裝置四部分組成，能實現自動和手動兩種清洗模式，工作時，能夠根據杯子口徑大小自動固定杯子，根據杯徑的大小自動調節刷頭的擴張程度，通過升降運動和旋轉運動以清洗杯子的不同部位，操作方便，省時省力。

關鍵詞：杯子清潔器;自動;手動;自適應

中圖分類號：TS972.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）28-0039-02

Abstract： In order to solve the problem that the existing cup has many stains and it takes time and effort to clean， a semi-automatic cup cleaner is designed， which is mainly composed of a brush head adjusting device， a hand-held part， an adaptive cup cover and a control box device， it can realize automatic cleaning mode and Manual cleaning mode， when working， it can automatically fix the cup according to the size of the cup， automatically adjust the degree of expansion of the brush according to the size of the cup diameter， and clean the different parts of the cup by lifting movement and rotating motion， which is convenient to operate， saves time and effort.

Keywords： cup cleaner; automatic; manual; adaptive

引言

隨著人們生活水平的提高，生活節奏的加快，人們越來越注重享受清潔的生活。水杯，是我們日常生活中經常使用而且清潔程度要求很高的物品，杯子污漬的清洗令人煩惱。現如今，我國關于刷杯子方面的產品，大多數結構都是直桿前端有刷頭，清洗時將刷子伸進杯子內，手動旋轉，清洗內杯壁，操作費力，清潔效果不太理想。還有一部分是利用一個簡單的四桿機構，伸進杯后拉動連桿張開接觸杯壁，然后再用手旋轉洗刷杯子，費時費力。理想的杯子清潔器應該具有自動清潔的功能，在一定程度上能適應各種不同形狀的杯子，因此，提出一種杯子清潔器的設計，主要適用于圓柱狀或類圓柱狀的，口徑大概是40mm～70mm，高度150mm～250mm的各種杯子，可以實現自動或手動清洗。

1 方案設計與實現原理

1.1 整體結構

計了一種半自動杯子清潔器，可實現自動或手動清洗杯內污漬，解決目前清洗杯內污漬費時費力的問題，整體機構如圖1所示，半自動杯子清潔器主要由刷頭調節裝置、手持部分、自適應杯蓋和控制盒裝置四部分組成。

1.2 刷頭調節裝置

刷頭調節裝置具體結構如圖2所示。它由兩組對稱分布的六桿機構組成，中間的圓筒相當于是機架，該六桿機構由一個曲柄滑塊機構和一個平行四邊形機構串聯組成，在平行四邊形的連桿上設計有固定孔，可以通過螺紋連接固定各種各樣的刷頭，平行四邊形機構是一種特殊的雙曲柄機構，在運動時，兩個曲柄的轉速和方向始終相同，連桿做的是平行移動。根據平行四邊形的這一運動特征，設計了一個曲柄滑塊機構，用于控制平行四邊形機構的伸縮程度。調節時，上下移動滑塊位置，通過連桿帶動平行四邊形中的曲柄轉動，從而達到調整平行四邊形的伸展程度，適應各種直徑杯壁的目的。

1.3 手持部分

手持部分主體為一圓柱形空心圓筒狀，內置開關、電池、電機裝置及齒條，電機提供動力，帶動刷頭調節裝置實現圓周轉動;齒輪齒條的傳動主要是利用電機減速后帶動齒輪轉動，齒輪位置固定，齒條可以隨著刷體上下移動，從而實現清洗杯內不同高度污漬的目的。為了保證齒條能夠實現上下運動，使用了單刀雙置開關來控制電機的正反轉，電機輸出的轉動方向改變，就會帶動齒輪的運動方向改變，齒條就能達到換向的目的。

1.4 自適應杯蓋

自適應杯蓋主體為圓錐形，采用的是橡膠材質，具有一定的韌性和密封性，自適應杯蓋與控制盒連在一起，手持部分可從自適應杯蓋及控制盒的中間孔槽穿過，使用時，圓錐臺面在力的作用下，緊貼杯口，杯口直徑不同，與其接觸的圓錐臺面半徑就不同，這種設計，可以保證刷頭調節裝置的中心線始終與杯子軸線重合，達到密封對中的目的，在清潔杯子時，使杯子的受力均勻，震動小，穩定性好。

1.5 控制盒

控制盒內布置有減速電機、電池盒、轉速調節裝置、電源開關等。減速電機軸上連有齒輪，通過齒輪齒條嚙合實現刷頭的升降;轉速調節裝置通過改變電路中電阻的大小，調節電壓，控制升降的速度;單刀雙擲開關控制齒條升降的方向。控制盒與自適應杯蓋是連接在一起的。

1.6 實現原理

半自動清潔器的技術方案可概括為：采用兩個電機，一電機通過軸套帶動連桿機構實現圓周旋轉運動;另一電機帶動齒輪轉動，通過齒輪齒條機構，帶動連桿機構實現升降運動，單刀雙擲開關控制升降方向，轉速調節裝置控制升降速度;兩運動疊加實現刷頭的旋轉升降運動。采用由平行四邊形和曲柄滑塊機構組成的六桿機構來適應不同直徑的杯壁;采用橡膠材質的圓錐形自適應杯蓋以達到密封對中的目的。

2 創新點

設計的半自動杯子清潔器主要包括了三個創新點。首先，設計中采用曲柄滑塊機構和平行四邊形機構組成的六桿機構，配以清潔不同污漬的刷頭，可以適應不同直徑的杯壁，保證了機構的運動靈活性和多用性。其次，電機帶動刷頭調節裝置高速旋轉時，由于存在離心力，平行四邊形機構會根據杯壁的大小調整伸展程度，使刷頭能夠自適應地貼近杯壁，同時又因為刷毛具有一定的柔軟度，在其與杯壁摩擦時不至于卡死，在一定程度上屬于過載保護。最后，圓錐形自適應杯蓋及控制盒可以從清潔器中分離出來，此時可以手動控制刷頭調節裝置沿杯子軸線方向上的運動，使用靈活。

3 實際應用效果

設計的這種半自動杯子清潔器，恰好解決了生活中清潔杯子的小難題，對于小口徑的杯子，先把多桿機構收縮，將刷頭從杯口伸進去后再舒張開，從而洗刷杯子;而碰到刷不到的杯口或者杯底時，可以去掉自適應杯蓋和控制盒，單獨手握操作洗刷，如圖3所示，所以該清潔器可實現自動或手動清洗杯子，清洗效果好，操作方便，省時省力。

4 結束語

設計的這種半自動杯子清潔器，合理將連桿機構、齒輪機構進行組合，能夠實現自動或手動清洗杯子兩種模式，經實踐檢驗，效果良好，具有很大的市場推廣價值。

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