智能奶瓶清洗机的设计1

张高扬　杨丙辉　张文杰　罗水琼　林欣悦　刘海龙　林志康

摘要：新型高效的奶瓶清洗工具将会成为婴儿母亲的必须品之一，为此设计一种智能奶瓶清洗机将尤为必要。本文将对智能奶瓶清洗机的设计进行论述：主要包括结构设计的理论和相关设计的应用。智能奶瓶清洗机的设计主要采用计算机辅助设计进行，先通过计算机建模设计出智能奶瓶清洗机的模型，再将模型各组份拆分，然后分别对模型进行可行性分析和参数调整实验，得出模型修正和改进数据，最终根据此数据指导智能奶瓶清洗机的设计。

关键词：智能清洗;奶瓶清洗机;紫外线消毒;51单片机

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

在婴儿母亲的日常生活中，清洗奶瓶不是一件简单的事情。如果忘记了清洗奶瓶，细菌将会在奶瓶内部滋生，从而影响婴儿的身体健康。虽然目前在市面上可以购买到与奶瓶清洗或消毒相关的机器，但分析其工作原理，这些机器仅仅实现了奶瓶清洗过程中某个步骤的功能，无法同时实现奶瓶洗净和高效消毒杀菌的功能，并且有些机器在清洗的过程中使用了高温消毒的方式，容易对人体健康造成伤害。针对此问题，本文将对智能奶瓶清洗机的设计方案进行论述，该方案设计出的产品可以实现智能清洗奶瓶的功能。智能奶瓶清洗机设计的论述将从结构设计、工作原理、电路原理和应用等方面展开。

1 结构设计方案¹

1.1 整体结构

1盖子，2奶嘴刷头，3中空轴，4放置发热器的腔体，5风道和污水共用腔体，6传动带轮，7中空轴连接供水部件，8水泵，9清水槽，10紫外线消毒灯，11刷轴连接部件，12奶瓶刷头，13中空轴，14放置发热器的腔体，15风道和污水共用腔体，16传动带轮，17污水槽。

1.2 工作原理

智能奶瓶清洗机的工作原理如图1所示，将奶瓶和奶嘴分别放入智能奶瓶清洗机的相应位置，闭合开关，水泵将清水槽中的清水通过管道分别送入两根中空刷轴中，再对奶瓶和奶嘴进行喷水清洗;通过电机和带轮带动刷轴转动，对奶瓶和奶嘴进行全面刷洗;刷洗工作中产生的污水分别流入各自的污水腔体中，然后由下端的污水管将污水排入污水槽中;刷洗完成后风扇启动，分别将发热器腔体中已经预热的空气输送进奶嘴和奶瓶中进行烘干;烘干完成后，紫外线灯将对奶嘴和奶瓶进行全方位和高功率的照射;消毒完成后机器会发出提示音，清洗奶瓶工作完成。

1.3 关键零部件设计

1.3.1 中空轴和轴供水端的设计²

1轴供水端，2防水填充胶圈，3 毛刷中空轴。

中空轴与轴供水端进行配合，填充胶圈填充中空轴和供轴水端配合之间的间隙。清水通过固定的轴供水端向可以旋转的中空轴供水，从而使中空轴可以对刷洗过程进行供水。中空轴相对于轴供水端的旋转要灵活，同时中空轴与轴供水端配合时，配合部分不能漏水。即中空轴与轴供水端之间的配合既润滑又防漏水，此功能由填充胶圈实现。

1.3.2 刷、軸连接部件的设计

1可拆卸刷头，2刷、轴连接部件，3中空轴，4侧壁刷毛，5瓶底刷毛。

奶瓶和奶嘴部分的刷头可以方便拆卸和定期清洗。刷头通过刷、轴连接部件与中空轴配合，获得动力，奶嘴部分刷头直接和奶嘴部分中空轴配合获得动力。

1.3.3 烘干系统的结构设计

图4 烘干系统结构图

1放置发热器件的腔体（奶嘴部分），2风道，3风道，4放置发热器件腔体的进风口，5排污管，6污水和风道共用腔体，7放置发热器件的腔体，8热风和污水共用孔（清洗时污水向下流，烘干时热风向上吹）。

在放置发热器件的腔体空间里放置发热器件。加热时，发热器件产生的热量在风扇的作用下被输送到奶瓶和奶嘴内，对奶瓶和奶嘴进行烘干。

1.3.4 消毒结构的设计³

1灯管，2灯管支架。

灯管沿径向指向圆心方向的面上贴有透明防滑条，支架和灯管和透明防滑条的配合可以实现奶瓶或者奶嘴固定和消毒的功能。

1.4 关键零部件材料选取

中空轴：强度大抗扭耐腐蚀，刷、轴连接部件：抗扭。放置发热器件的空间：耐高温。各运动部件（特别是中空轴和轴供水端配合的缝隙）的填充零件（图2防水填充胶圈）：防水、防渗、润滑。灯管部分支撑结构：防漏水，绝缘，透光。外壳：遮光、高强度。

2 硬件电路设计方案⁴

U1 51单片机， M1奶嘴刷驱动电机，M2奶瓶刷驱动电机，M3风扇驱动电机，M4水泵驱动电机，D1奶嘴部分紫外线消毒灯管，D2奶瓶部分紫外线消毒灯管，R9、R10发热电阻，SP报警器。

硬件电路的自动控制功能由51单片机实现，本电路主要由印制电路板、电容、电阻、三极管、51单片机芯片、电机、高功率紫外线LED灯和若干导线构成。

电路工作原理：电源打开后，在单片机控制下三极管Q4工作，使水泵电机M4启动，与此同时三极管Q1、Q2也工作，使奶嘴刷的驱动电机M1、奶瓶刷的驱动电机M2转动;电机M4、M1、M2工作一段时间后停止工作。这时三极管Q3在单片机的控制下工作，使风扇电机M3转动，与此同时在单片机的控制下三极管Q7、Q8工作，使发热电阻R9、R10工作;电机M3、发热电阻R9、R10工作一段时间后停止工作。这时在单片机控制下三极管Q5、Q6工作，使奶嘴的紫外線消毒灯管D1、奶瓶的紫外线消毒灯管D2工作;D1、D2工作一段时间后停止工作。此时在单片机控制下三极管Q9工作，使报警器SP发出工作结束的提示音。在整个电路工作过程中，各元器件的工作时长和顺序都受单片机的程序控制。

3 应用

中空轴和轴供水端的配合可以实现水从固定的管道流向相对于管道旋转的管道中（或者水从旋转的管道中流向固定的管道中），这种结构不仅可以用在奶瓶清洗机上还可以用在洗碗机上或者用于医疗器械清洗邻域，甚至可以用在工业机械上比如石油钻井机等。

4 结束语

智能奶瓶清洗机的设计，能有效解决现有奶瓶清洗机清洗不干净、清洗过程危险、价格昂贵、体积过大等问题。本设计采用电能为动力，运用机械机构和自动控制原理达到奶瓶的清洗目的。本智能奶瓶清洗机具有操作方便、清洗过程安全、清洗效率高等优点，具有很高的实用价值。它的设计能打破现有奶瓶清洗机的设计格局，革新传统奶瓶的清洗方式，极大方便婴儿母亲或者其他群体使用。这种设计可运用于其他机械领域，具有良好的发展前景和市场前景。

参考文献：

[1]周亚辉.电子技术中单片机的应用及开发[J].福建电脑，2020，（12）：148-149.

[2]冯永豪，刘丕刚，钟登学，李振球，王庆生.滚动轴承式球磨机中空轴改造[J].设备管理与维修，2018（22）：130-131.

[3]庞春.空心轴优化设计[J].电子制作，2018，（14）：46-47.

[4]韩校粉，安树，孙立明.一种半自动杯子清洁器的设计[J].科技创新与应用，2019，（28）：39-40.

[5]孙宇，马晓辉.紫外线对饮用水中两种代表性微生物的灭活研究[J].节能，2016，（12）：67-70.

[6]严雯璇，邓智敏，张凌，倪伟.紫外辐射消毒产品技术与应用[J].中国照明电器，2020，（10）：5-17.

[7]徐艳晖，张志和.采用主动齿轮空心轴传动的驱动单元[J].轨道交通装备与技术，2017，（05）：4-6.

[8]徐小燕.电气设备的自动控制设计[J].科技资讯，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.海成创新多功能暖奶消毒器设计[D].导师：何人可;薛廷强.湖南大学，2016.

[12]宋运忠，李云.混合模式下多智能体系统的一致性研究[J].控制工程，2020，（05）：901-908.

1 [11]李奇玄.海成创新多功能暖奶消毒器设计[D].导师：何人可;薛廷强.湖南大学，2016.

2 [2]冯永豪，刘丕刚，钟登学，李振球，王庆生.滚动轴承式球磨机中空轴改造[J].设备管理与维修，2018（22）：130-131.

[3]庞春.空心轴优化设计[J].电子制作，2018，（14）：46-47.

[7]徐艳晖，张志和.采用主动齿轮空心轴传动的驱动单元[J].轨道交通装备与技术，2017，（05）：4-6.

3[5]孙宇，马晓辉.紫外线对饮用水中两种代表性微生物的灭活研究[J].节能，2016，（12）：67-70.

[6]严雯璇，邓智敏，张凌，倪伟.紫外辐射消毒产品技术与应用[J].中国照明电器，2020，（10）：5-17.

4 [1]周亚辉.电子技术中单片机的应用及开发[J].福建电脑，2020，（12）：148-149.

[8]徐小燕.电气设备的自动控制设计[J].科技资讯，2018，（33）：57-58.

[12]宋运忠，李云.混合模式下多智能体系统的一致性研究[J].控制工程，2020，（05）：901-908.