韩校粉 安树 孙立明

摘  要：为了解决现有杯子污渍多，清洁起来费时费力的问题，设计了一种半自动杯子清洁器，主要由刷头调节装置、手持部分、自适应杯盖和控制盒装置四部分组成，能实现自动和手动两种清洗模式，工作时，能够根据杯子口径大小自动固定杯子，根据杯径的大小自动调节刷头的扩张程度，通过升降运动和旋转运动以清洗杯子的不同部位，操作方便，省时省力。

关键词：杯子清洁器;自动;手动;自适应

中图分类号：TS972.2 文献标志码：A 文章编号：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

随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，人们越来越注重享受清洁的生活。水杯，是我们日常生活中经常使用而且清洁程度要求很高的物品，杯子污渍的清洗令人烦恼。现如今，我国关于刷杯子方面的产品，大多数结构都是直杆前端有刷头，清洗时将刷子伸进杯子内，手动旋转，清洗内杯壁，操作费力，清洁效果不太理想。还有一部分是利用一个简单的四杆机构，伸进杯后拉动连杆张开接触杯壁，然后再用手旋转洗刷杯子，费时费力。理想的杯子清洁器应该具有自动清洁的功能，在一定程度上能适应各种不同形状的杯子，因此，提出一种杯子清洁器的设计，主要适用于圆柱状或类圆柱状的，口径大概是40mm～70mm，高度150mm～250mm的各种杯子，可以实现自动或手动清洗。

1 方案设计与实现原理

1.1 整体结构

计了一种半自动杯子清洁器，可实现自动或手动清洗杯内污渍，解决目前清洗杯内污渍费时费力的问题，整体机构如图1所示，半自动杯子清洁器主要由刷头调节装置、手持部分、自适应杯盖和控制盒装置四部分组成。

1.2 刷头调节装置

刷头调节装置具体结构如图2所示。它由两组对称分布的六杆机构组成，中间的圆筒相当于是机架，该六杆机构由一个曲柄滑块机构和一个平行四边形机构串联组成，在平行四边形的连杆上设计有固定孔，可以通过螺纹连接固定各种各样的刷头，平行四边形机构是一种特殊的双曲柄机构，在运动时，两个曲柄的转速和方向始终相同，连杆做的是平行移动。根据平行四边形的这一运动特征，设计了一个曲柄滑块机构，用于控制平行四边形机构的伸缩程度。调节时，上下移动滑块位置，通过连杆带动平行四边形中的曲柄转动，从而达到调整平行四边形的伸展程度，适应各种直径杯壁的目的。

1.3 手持部分

手持部分主体为一圆柱形空心圆筒状，内置开关、电池、电机装置及齿条，电机提供动力，带动刷头调节装置实现圆周转动;齿轮齿条的传动主要是利用电机减速后带动齿轮转动，齿轮位置固定，齿条可以随着刷体上下移动，从而实现清洗杯内不同高度污渍的目的。为了保证齿条能够实现上下运动，使用了单刀双置开关来控制电机的正反转，电机输出的转动方向改变，就会带动齿轮的运动方向改变，齿条就能达到换向的目的。

1.4 自适应杯盖

自适应杯盖主体为圆锥形，采用的是橡胶材质，具有一定的韧性和密封性，自适应杯盖与控制盒连在一起，手持部分可从自适应杯盖及控制盒的中间孔槽穿过，使用时，圆锥台面在力的作用下，紧贴杯口，杯口直径不同，与其接触的圆锥台面半径就不同，这种设计，可以保证刷头调节装置的中心线始终与杯子轴线重合，达到密封对中的目的，在清洁杯子时，使杯子的受力均匀，震动小，稳定性好。

1.5 控制盒

控制盒内布置有减速电机、电池盒、转速调节装置、电源开关等。减速电机轴上连有齿轮，通过齿轮齿条啮合实现刷头的升降;转速调节装置通过改变电路中电阻的大小，调节电压，控制升降的速度;单刀双掷开关控制齿条升降的方向。控制盒与自适应杯盖是连接在一起的。

1.6 实现原理

半自动清洁器的技术方案可概括为：采用两个电机，一电机通过轴套带动连杆机构实现圆周旋转运动;另一电机带动齿轮转动，通过齿轮齿条机构，带动连杆机构实现升降运动，单刀双掷开关控制升降方向，转速调节装置控制升降速度;两运动叠加实现刷头的旋转升降运动。采用由平行四边形和曲柄滑块机构组成的六杆机构来适应不同直径的杯壁;采用橡胶材质的圆锥形自适应杯盖以达到密封对中的目的。

2 创新点

设计的半自动杯子清洁器主要包括了三个创新点。首先，设计中采用曲柄滑块机构和平行四边形机构组成的六杆机构，配以清洁不同污渍的刷头，可以适应不同直径的杯壁，保证了机构的运动灵活性和多用性。其次，电机带动刷头调节装置高速旋转时，由于存在离心力，平行四边形机构会根据杯壁的大小调整伸展程度，使刷头能够自适应地贴近杯壁，同时又因为刷毛具有一定的柔软度，在其与杯壁摩擦时不至于卡死，在一定程度上属于过载保护。最后，圆锥形自适应杯盖及控制盒可以从清洁器中分离出来，此时可以手动控制刷头调节装置沿杯子轴线方向上的运动，使用灵活。

3 实际应用效果

设计的这种半自动杯子清洁器，恰好解决了生活中清洁杯子的小难题，对于小口径的杯子，先把多杆机构收缩，将刷头从杯口伸进去后再舒张开，从而洗刷杯子;而碰到刷不到的杯口或者杯底时，可以去掉自适应杯盖和控制盒，单独手握操作洗刷，如图3所示，所以该清洁器可实现自动或手动清洗杯子，清洗效果好，操作方便，省时省力。

4 结束语

设计的这种半自动杯子清洁器，合理将连杆机构、齿轮机构进行组合，能够实现自动或手动清洗杯子两种模式，经实践检验，效果良好，具有很大的市场推广价值。

参考文献：

[1]彭文生，李志明，黄花梁.機械设计[M].北京：高等教育出版社，2002.

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