智能奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)1

張高揚(yáng)　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(shè)計(jì)一種智能奶瓶清洗機(jī)將尤為必要。本文將對智能奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述：主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論和相關(guān)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。智能奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)主要采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行，先通過計(jì)算機(jī)建模設(shè)計(jì)出智能奶瓶清洗機(jī)的模型，再將模型各組份拆分，然后分別對模型進(jìn)行可行性分析和參數(shù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)，得出模型修正和改進(jìn)數(shù)據(jù)，最終根據(jù)此數(shù)據(jù)指導(dǎo)智能奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能清洗;奶瓶清洗機(jī);紫外線消毒;51單片機(jī)

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(xì)菌將會在奶瓶內(nèi)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(guān)的機(jī)器，但分析其工作原理，這些機(jī)器僅僅實(shí)現(xiàn)了奶瓶清洗過程中某個(gè)步驟的功能，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)奶瓶洗凈和高效消毒殺菌的功能，并且有些機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論述，該方案設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)智能清洗奶瓶的功能。智能奶瓶清洗機(jī)設(shè)計(jì)的論述將從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理、電路原理和應(yīng)用等方面展開。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案¹

1.1 整體結(jié)構(gòu)

1蓋子，2奶嘴刷頭，3中空軸，4放置發(fā)熱器的腔體，5風(fēng)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(fā)熱器的腔體，15風(fēng)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(jī)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(jī)的相應(yīng)位置，閉合開關(guān)，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(jìn)行噴水清洗;通過電機(jī)和帶輪帶動刷軸轉(zhuǎn)動，對奶瓶和奶嘴進(jìn)行全面刷洗;刷洗工作中產(chǎn)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(fēng)扇啟動，分別將發(fā)熱器腔體中已經(jīng)預(yù)熱的空氣輸送進(jìn)奶嘴和奶瓶中進(jìn)行烘干;烘干完成后，紫外線燈將對奶嘴和奶瓶進(jìn)行全方位和高功率的照射;消毒完成后機(jī)器會發(fā)出提示音，清洗奶瓶工作完成。

1.3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

1.3.1 中空軸和軸供水端的設(shè)計(jì)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(jìn)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(zhuǎn)的中空軸供水，從而使中空軸可以對刷洗過程進(jìn)行供水。中空軸相對于軸供水端的旋轉(zhuǎn)要靈活，同時(shí)中空軸與軸供水端配合時(shí)，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(shí)現(xiàn)。

1.3.2 刷、軸連接部件的設(shè)計(jì)

1可拆卸刷頭，2刷、軸連接部件，3中空軸，4側(cè)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 烘干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1放置發(fā)熱器件的腔體（奶嘴部分），2風(fēng)道，3風(fēng)道，4放置發(fā)熱器件腔體的進(jìn)風(fēng)口，5排污管，6污水和風(fēng)道共用腔體，7放置發(fā)熱器件的腔體，8熱風(fēng)和污水共用孔（清洗時(shí)污水向下流，烘干時(shí)熱風(fēng)向上吹）。

在放置發(fā)熱器件的腔體空間里放置發(fā)熱器件。加熱時(shí)，發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量在風(fēng)扇的作用下被輸送到奶瓶和奶嘴內(nèi)，對奶瓶和奶嘴進(jìn)行烘干。

1.3.4 消毒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)奶瓶或者奶嘴固定和消毒的功能。

1.4 關(guān)鍵零部件材料選取

中空軸：強(qiáng)度大抗扭耐腐蝕，刷、軸連接部件：抗扭。放置發(fā)熱器件的空間：耐高溫。各運(yùn)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(jié)構(gòu)：防漏水，絕緣，透光。外殼：遮光、高強(qiáng)度。

2 硬件電路設(shè)計(jì)方案⁴

U1 51單片機(jī)， M1奶嘴刷驅(qū)動電機(jī)，M2奶瓶刷驅(qū)動電機(jī)，M3風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)，M4水泵驅(qū)動電機(jī)，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(fā)熱電阻，SP報(bào)警器。

硬件電路的自動控制功能由51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，本電路主要由印制電路板、電容、電阻、三極管、51單片機(jī)芯片、電機(jī)、高功率紫外線LED燈和若干導(dǎo)線構(gòu)成。

電路工作原理：電源打開后，在單片機(jī)控制下三極管Q4工作，使水泵電機(jī)M4啟動，與此同時(shí)三極管Q1、Q2也工作，使奶嘴刷的驅(qū)動電機(jī)M1、奶瓶刷的驅(qū)動電機(jī)M2轉(zhuǎn)動;電機(jī)M4、M1、M2工作一段時(shí)間后停止工作。這時(shí)三極管Q3在單片機(jī)的控制下工作，使風(fēng)扇電機(jī)M3轉(zhuǎn)動，與此同時(shí)在單片機(jī)的控制下三極管Q7、Q8工作，使發(fā)熱電阻R9、R10工作;電機(jī)M3、發(fā)熱電阻R9、R10工作一段時(shí)間后停止工作。這時(shí)在單片機(jī)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(shí)間后停止工作。此時(shí)在單片機(jī)控制下三極管Q9工作，使報(bào)警器SP發(fā)出工作結(jié)束的提示音。在整個(gè)電路工作過程中，各元器件的工作時(shí)長和順序都受單片機(jī)的程序控制。

3 應(yīng)用

中空軸和軸供水端的配合可以實(shí)現(xiàn)水從固定的管道流向相對于管道旋轉(zhuǎn)的管道中（或者水從旋轉(zhuǎn)的管道中流向固定的管道中），這種結(jié)構(gòu)不僅可以用在奶瓶清洗機(jī)上還可以用在洗碗機(jī)上或者用于醫(yī)療器械清洗鄰域，甚至可以用在工業(yè)機(jī)械上比如石油鉆井機(jī)等。

4 結(jié)束語

智能奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)，能有效解決現(xiàn)有奶瓶清洗機(jī)清洗不干凈、清洗過程危險(xiǎn)、價(jià)格昂貴、體積過大等問題。本設(shè)計(jì)采用電能為動力，運(yùn)用機(jī)械機(jī)構(gòu)和自動控制原理達(dá)到奶瓶的清洗目的。本智能奶瓶清洗機(jī)具有操作方便、清洗過程安全、清洗效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。它的設(shè)計(jì)能打破現(xiàn)有奶瓶清洗機(jī)的設(shè)計(jì)格局，革新傳統(tǒng)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(shè)計(jì)可運(yùn)用于其他機(jī)械領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景和市場前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]周亞輝.電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)[J].福建電腦，2020，（12）：148-149.

[2]馮永豪，劉丕剛，鐘登學(xué)，李振球，王慶生.滾動軸承式球磨機(jī)中空軸改造[J].設(shè)備管理與維修，2018（22）：130-131.

[3]龐春.空心軸優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子制作，2018，（14）：46-47.

[4]韓校粉，安樹，孫立明.一種半自動杯子清潔器的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，（28）：39-40.

[5]孫宇，馬曉輝.紫外線對飲用水中兩種代表性微生物的滅活研究[J].節(jié)能，2016，（12）：67-70.

[6]嚴(yán)雯璇，鄧智敏，張凌，倪偉.紫外輻射消毒產(chǎn)品技術(shù)與應(yīng)用[J].中國照明電器，2020，（10）：5-17.

[7]徐艷暉，張志和.采用主動齒輪空心軸傳動的驅(qū)動單元[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2017，（05）：4-6.

[8]徐小燕.電氣設(shè)備的自動控制設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2018，（33）：57-58.

[9]Erwin-Christian Lovasz，Inocentiu Maniu，Ioan Doroftei，Mircea Ivanescu，Corina-Mihaela Gruescu.New Advances in Mechanisms， Mechanical Transmissions and Robotics[M].Springer， Cham：2021-01-01.

[10]Vincenzo Niola，Alessandro Gasparetto.Advances in Italian Mechanism Science[M].Springer， Cham：2021-01-01.

[11]李奇玄.海成創(chuàng)新多功能暖奶消毒器設(shè)計(jì)[D].導(dǎo)師：何人可;薛廷強(qiáng).湖南大學(xué)，2016.

[12]宋運(yùn)忠，李云.混合模式下多智能體系統(tǒng)的一致性研究[J].控制工程，2020，（05）：901-908.

1 [11]李奇玄.海成創(chuàng)新多功能暖奶消毒器設(shè)計(jì)[D].導(dǎo)師：何人可;薛廷強(qiáng).湖南大學(xué)，2016.

2 [2]馮永豪，劉丕剛，鐘登學(xué)，李振球，王慶生.滾動軸承式球磨機(jī)中空軸改造[J].設(shè)備管理與維修，2018（22）：130-131.

[3]龐春.空心軸優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子制作，2018，（14）：46-47.

[7]徐艷暉，張志和.采用主動齒輪空心軸傳動的驅(qū)動單元[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2017，（05）：4-6.

3[5]孫宇，馬曉輝.紫外線對飲用水中兩種代表性微生物的滅活研究[J].節(jié)能，2016，（12）：67-70.

[6]嚴(yán)雯璇，鄧智敏，張凌，倪偉.紫外輻射消毒產(chǎn)品技術(shù)與應(yīng)用[J].中國照明電器，2020，（10）：5-17.

4 [1]周亞輝.電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用及開發(fā)[J].福建電腦，2020，（12）：148-149.

[8]徐小燕.電氣設(shè)備的自動控制設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2018，（33）：57-58.

[12]宋運(yùn)忠，李云.混合模式下多智能體系統(tǒng)的一致性研究[J].控制工程，2020，（05）：901-908.