智能奶瓶清洗機的設計1

張高揚　楊丙輝　張文杰　羅水瓊　林欣悅　劉海龍　林志康

摘要：新型高效的奶瓶清洗工具將會成為嬰兒母親的必須品之一，為此設計一種智能奶瓶清洗機將尤為必要。本文將對智能奶瓶清洗機的設計進行論述：主要包括結構設計的理論和相關設計的應用。智能奶瓶清洗機的設計主要采用計算機輔助設計進行，先通過計算機建模設計出智能奶瓶清洗機的模型，再將模型各組份拆分，然后分別對模型進行可行性分析和參數調整實驗，得出模型修正和改進數據，最終根據此數據指導智能奶瓶清洗機的設計。

關鍵詞：智能清洗;奶瓶清洗機;紫外線消毒;51單片機

Design of Intelligent Bottle Cleaning Machine

ZHANG Gaoyang YANG Binghui * ZHANG Wenjie LUO Shuiqiong

LIN Xinyue LIU Hailong LIN Zhikang

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Tarim University， Alar， Xinjiang， 843300 China）

Abstract： A new and efficient bottle cleaning tool will become one of the necessary products for infant mothers. This paper will discuss the design of intelligent bottle cleaning machine， including the theory of structure design and the application of related design. The design of intelligent bottle cleaning machine is mainly carried out by computer aided design. The model of intelligent bottle cleaning machine is designed by computer modeling， then each component of the model is split， and then the feasibility analysis and parameter adjustment experiment of the model are carried out respectively.

Key Words： Intelligent cleaning; Bottle cleaning machine; Ultraviolet disinfection; 51MCU

0 引言

在嬰兒母親的日常生活中，清洗奶瓶不是一件簡單的事情。如果忘記了清洗奶瓶，細菌將會在奶瓶內部滋生，從而影響嬰兒的身體健康。雖然目前在市面上可以購買到與奶瓶清洗或消毒相關的機器，但分析其工作原理，這些機器僅僅實現了奶瓶清洗過程中某個步驟的功能，無法同時實現奶瓶洗凈和高效消毒殺菌的功能，并且有些機器在清洗的過程中使用了高溫消毒的方式，容易對人體健康造成傷害。針對此問題，本文將對智能奶瓶清洗機的設計方案進行論述，該方案設計出的產品可以實現智能清洗奶瓶的功能。智能奶瓶清洗機設計的論述將從結構設計、工作原理、電路原理和應用等方面展開。

1 結構設計方案¹

1.1 整體結構

1蓋子，2奶嘴刷頭，3中空軸，4放置發熱器的腔體，5風道和污水共用腔體，6傳動帶輪，7中空軸連接供水部件，8水泵，9清水槽，10紫外線消毒燈，11刷軸連接部件，12奶瓶刷頭，13中空軸，14放置發熱器的腔體，15風道和污水共用腔體，16傳動帶輪，17污水槽。

1.2 工作原理

智能奶瓶清洗機的工作原理如圖1所示，將奶瓶和奶嘴分別放入智能奶瓶清洗機的相應位置，閉合開關，水泵將清水槽中的清水通過管道分別送入兩根中空刷軸中，再對奶瓶和奶嘴進行噴水清洗;通過電機和帶輪帶動刷軸轉動，對奶瓶和奶嘴進行全面刷洗;刷洗工作中產生的污水分別流入各自的污水腔體中，然后由下端的污水管將污水排入污水槽中;刷洗完成后風扇啟動，分別將發熱器腔體中已經預熱的空氣輸送進奶嘴和奶瓶中進行烘干;烘干完成后，紫外線燈將對奶嘴和奶瓶進行全方位和高功率的照射;消毒完成后機器會發出提示音，清洗奶瓶工作完成。

1.3 關鍵零部件設計

1.3.1 中空軸和軸供水端的設計²

1軸供水端，2防水填充膠圈，3 毛刷中空軸。

中空軸與軸供水端進行配合，填充膠圈填充中空軸和供軸水端配合之間的間隙。清水通過固定的軸供水端向可以旋轉的中空軸供水，從而使中空軸可以對刷洗過程進行供水。中空軸相對于軸供水端的旋轉要靈活，同時中空軸與軸供水端配合時，配合部分不能漏水。即中空軸與軸供水端之間的配合既潤滑又防漏水，此功能由填充膠圈實現。

1.3.2 刷、軸連接部件的設計

1可拆卸刷頭，2刷、軸連接部件，3中空軸，4側壁刷毛，5瓶底刷毛。

奶瓶和奶嘴部分的刷頭可以方便拆卸和定期清洗。刷頭通過刷、軸連接部件與中空軸配合，獲得動力，奶嘴部分刷頭直接和奶嘴部分中空軸配合獲得動力。

1.3.3 烘干系統的結構設計

圖4 烘干系統結構圖

1放置發熱器件的腔體（奶嘴部分），2風道，3風道，4放置發熱器件腔體的進風口，5排污管，6污水和風道共用腔體，7放置發熱器件的腔體，8熱風和污水共用孔（清洗時污水向下流，烘干時熱風向上吹）。

在放置發熱器件的腔體空間里放置發熱器件。加熱時，發熱器件產生的熱量在風扇的作用下被輸送到奶瓶和奶嘴內，對奶瓶和奶嘴進行烘干。

1.3.4 消毒結構的設計³

1燈管，2燈管支架。

燈管沿徑向指向圓心方向的面上貼有透明防滑條，支架和燈管和透明防滑條的配合可以實現奶瓶或者奶嘴固定和消毒的功能。

1.4 關鍵零部件材料選取

中空軸：強度大抗扭耐腐蝕，刷、軸連接部件：抗扭。放置發熱器件的空間：耐高溫。各運動部件（特別是中空軸和軸供水端配合的縫隙）的填充零件（圖2防水填充膠圈）：防水、防滲、潤滑。燈管部分支撐結構：防漏水，絕緣，透光。外殼：遮光、高強度。

2 硬件電路設計方案⁴

U1 51單片機， M1奶嘴刷驅動電機，M2奶瓶刷驅動電機，M3風扇驅動電機，M4水泵驅動電機，D1奶嘴部分紫外線消毒燈管，D2奶瓶部分紫外線消毒燈管，R9、R10發熱電阻，SP報警器。

硬件電路的自動控制功能由51單片機實現，本電路主要由印制電路板、電容、電阻、三極管、51單片機芯片、電機、高功率紫外線LED燈和若干導線構成。

電路工作原理：電源打開后，在單片機控制下三極管Q4工作，使水泵電機M4啟動，與此同時三極管Q1、Q2也工作，使奶嘴刷的驅動電機M1、奶瓶刷的驅動電機M2轉動;電機M4、M1、M2工作一段時間后停止工作。這時三極管Q3在單片機的控制下工作，使風扇電機M3轉動，與此同時在單片機的控制下三極管Q7、Q8工作，使發熱電阻R9、R10工作;電機M3、發熱電阻R9、R10工作一段時間后停止工作。這時在單片機控制下三極管Q5、Q6工作，使奶嘴的紫外線消毒燈管D1、奶瓶的紫外線消毒燈管D2工作;D1、D2工作一段時間后停止工作。此時在單片機控制下三極管Q9工作，使報警器SP發出工作結束的提示音。在整個電路工作過程中，各元器件的工作時長和順序都受單片機的程序控制。

3 應用

中空軸和軸供水端的配合可以實現水從固定的管道流向相對于管道旋轉的管道中（或者水從旋轉的管道中流向固定的管道中），這種結構不僅可以用在奶瓶清洗機上還可以用在洗碗機上或者用于醫療器械清洗鄰域，甚至可以用在工業機械上比如石油鉆井機等。

4 結束語

智能奶瓶清洗機的設計，能有效解決現有奶瓶清洗機清洗不干凈、清洗過程危險、價格昂貴、體積過大等問題。本設計采用電能為動力，運用機械機構和自動控制原理達到奶瓶的清洗目的。本智能奶瓶清洗機具有操作方便、清洗過程安全、清洗效率高等優點，具有很高的實用價值。它的設計能打破現有奶瓶清洗機的設計格局，革新傳統奶瓶的清洗方式，極大方便嬰兒母親或者其他群體使用。這種設計可運用于其他機械領域，具有良好的發展前景和市場前景。

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