一款多功能洗鞋機的設計

劉 敬,胡坤明,李道勇,韓振邦,郭世航

(濱州學院 機電工程學院，山東 濱州 256603)

鞋子是我們生活中的必需品，洗鞋子是我們生活中必須要做的事。然而每家每戶都會購買洗衣機卻幾乎不會購買洗鞋機，原因是市面上的洗鞋機都多多少少存在問題。市面上家用洗鞋機大致分為兩種：一種整體結構類似于洗衣機，鞋子不固定；另一種集成了撐開裝置，將鞋子撐開進行內部清洗[1-2]。以上兩種機器均存在不足之處，前者無法對鞋子內部進行有效清洗，后者的鞋子撐開技術并不成熟，用起來并不能實現真正意義上對內部清洗，洗鞋機對鞋子損傷比較大[3-4]。針對現有問題，本文設計了一款能夠實現對鞋子內外清洗、風干和殺菌等一系列工作的自動化機器，能夠有效提高洗鞋效率。機器通過電機和螺紋的配合實現軟質毛刷自由進出鞋子內部，且通過毛刷的高速旋轉進行鞋子內部清洗。鞋架采用通用型固定機構[5-6]，在不損傷鞋子的前提下將鞋子牢牢固定，固定機構采用了鏤空結構，大大方便了鞋子底部的清洗，并集合了風干殺菌功能，使機器更加自動化，大大提升了用戶的體驗效果。

1 結構設計及工作原理

1.1 整機結構

圖1為多功能洗鞋機的結構示意圖，主要包括機體外殼，機體外殼包括殼體,殼體內固接有內筒，內筒底端開設有若干出水孔，內筒內設置風干殺菌裝置、刷洗裝置和上升機構；殼體底端中部固接有上升螺柱，上升螺柱貫穿內筒底端并伸入內筒；上升機構包括套設在上升螺柱外側的動力傳動柱和連接部，動力傳動柱底端貫穿內筒并與殼體底端轉動連接，且動力傳動柱與內筒轉動連接；連接部滑動套設在動力傳動柱上，連接部的內側與上升螺柱螺紋連接，鞋架機構和外刷機構均安裝在連接部外側；內筒底端與殼體底端之間設置有動力機構，動力機構與動力傳動柱傳動連接，且動力機構固接在殼體底端內壁[7]。該機器能夠對鞋子的內外部均進行刷洗，保證了對鞋子的清潔效果。

圖1 多功能洗鞋機結構示意圖

1.2 工作原理

打開殼體蓋，電機啟動，電機通過皮帶帶動上升機構轉動，上升機構把鞋架帶出殼體外，手動按壓彈簧鎖扣取下U型夾，把鞋子套在U型夾上，手動按壓U型夾把鞋子夾緊在鞋架上。電機通過上升機構帶動鞋子向下運動，當鞋架運動到底部時，鞋架脫離與上升螺柱的螺紋配合，且中柱內的彈簧被壓縮。傳感器接收到信號打開注水口，水和洗滌液一起加注到內筒中，傳感器檢測到達水位停止加注[8]。電機繼續帶動鞋子轉動，鞋子上表面與固定在內筒上的毛刷接觸，鞋子側面與固定在鞋架上的毛刷接觸,鞋子外表面得到高效的清洗。

鞋子外表面清洗結束后，電機停止轉動,鞋口正對內毛刷出口。內刷機構電機支架可在滑槽內上下滑動，電機固定在電機支架上，小螺紋柱連接在電機上，內部橡膠毛刷連接在小螺紋柱上，電機帶動小螺紋柱轉動，小螺紋柱與螺紋筒螺紋配合，當電機正向轉動時，電機支架、電機小螺紋柱、內部橡膠毛刷整體向下運動，伸入正對的鞋口中，小螺紋柱脫離與螺紋筒的螺紋配合，彈簧被壓縮，電機繼續帶動內部橡膠毛刷轉動洗刷鞋子內部，此時由于小螺紋柱與螺紋筒脫離螺紋配合,當鞋子內部洗刷完成后，電機反轉，由于彈簧處于壓縮狀態給電機支架向上的力，當電機帶動小螺紋柱反轉時，小螺紋柱會和螺紋筒螺紋配合帶動電機支架電機小螺紋柱內部橡膠毛刷整體向上運動，內部清洗結束。

內部清洗結束后電機繼續帶動鞋子上升到風干殺菌層，4個風扇電機啟動,通過電熱絲的加熱作用對鞋子進行烘干[9]，同時紫外線燈通電對鞋子進行殺菌,清洗結束。

2 關鍵機構設計

2.1 內刷機構

內刷機構包括固接在內筒內壁上第一螺紋筒，第一螺紋筒頂部內壁開設有螺紋槽；第一螺紋筒內螺紋連接有內刷動力部，內刷動力部底端固接有內部橡膠毛刷；第一螺紋筒內壁開設有滑槽，滑槽底端固接有第一彈簧；第一螺紋筒底部開設有內刷孔，筒內固接有與內刷孔相適配的擋板，擋板傾斜設置。內刷電機帶動小螺紋柱轉動，小螺紋柱與第一螺紋筒螺紋配合，當內刷電機正向轉動時，內刷電機支架、內刷電機、小螺紋柱、內部橡膠毛刷整體向下運動。當內部橡膠毛刷的頭部與擋板接觸時會彎曲，內部橡膠毛刷從內刷孔伸出，伸入正對的鞋口中，內部橡膠毛刷的頭部與鞋底接觸彎曲進入鞋子內部，小螺紋柱脫離與螺紋筒的螺紋配合，第一彈簧被壓縮，內刷電機繼續帶動內部橡膠毛刷轉動洗刷鞋子內部，此時由于小螺紋柱與第一螺紋筒脫離螺紋配合，所以內刷電機轉動并不會引起內刷電機支架電機、小螺紋柱、內部橡膠毛刷整體向下移動。當鞋子內部洗刷完成后，內刷電機反轉，由于第一彈簧處于壓縮狀態給內刷電機支架向上的力，當內刷電機帶動小螺紋柱反轉時，小螺紋柱會和第一螺紋筒螺紋配合帶動內刷電機支架、內刷電機、小螺紋柱、內部橡膠毛刷整體向上運動，如圖2所示。

圖2 內刷機構

2.2 風干機構

風干殺菌機構包括與內筒固接的風扇外殼，風扇外殼上固接有風扇電機支架，風扇電機支架上固接有風扇電機，風扇電機的輸出軸上固接有若干風扇葉，風扇葉呈周向等距分布，風扇外殼的出風口處固接有電熱絲[10]，如圖3所示。

圖3 風干機構

2.3 殺菌機構

內筒內壁開設有紫外線燈槽，紫外線燈通過紫外線燈槽與內筒固接風扇電機帶動風扇葉轉動吹風，通過電熱絲的加熱將熱風吹到鞋子上，對鞋子進行風干，紫外線燈通電，通過紫外線的照射作用對鞋子進行消毒。

2.4 上升機構

上升機構主要由固定架、動力傳動柱、第三彈簧、彈簧孔、彈簧壓縮柱、第二螺紋筒、主軸承、防水軸承等組成，如圖4所示。滑動套設在動力傳動柱上的固定架上，動力傳動柱與上升螺柱之間設置有第二螺紋筒，第二螺紋筒內側與上升螺柱螺紋連接，固定架內側固接有連接件，連接件末端與第二螺紋筒外側固接，動力傳動柱底部側壁嵌設有第三彈簧,外刷機構和鞋架機構均安裝在固定架上。連接件包括與固定架內側固接的連接桿，動力傳動柱上開設有長孔，連接桿末端穿過長孔與第二螺紋筒外側固接，長孔底端開設有彈簧孔，第三彈簧固接在彈簧孔底端,連接桿底端固接有與彈簧孔相適配的彈簧壓縮柱。長孔的寬度與連接桿的寬度相適配，彈簧壓縮柱的大小和位置均與彈簧孔相適配。

圖4 上升機構

2.5 鞋架機構

鞋架機構主要由鞋托板、U型夾、彈簧鎖扣、U型夾連接筒、彈簧鎖扣筒、鎖孔、第二彈簧等組成,如圖5所示。若干鞋架部呈周向等距分布。若干鞋架部固定在固定架外壁上的鞋托板，鞋托板頂端固接有U型夾連接筒，U型夾連接筒內設置在U型夾的一端，U型夾與U型夾連接筒卡接。

圖5 鞋架機構

為了防止固定鞋子和洗刷鞋子過程中對鞋子造成損傷，鞋托板使用鏤空結構。U型夾與U型夾連接筒連接的一端內嵌彈簧鎖扣筒，彈簧鎖扣筒底端固接有第二彈簧，第二彈簧頂端固接有彈簧鎖扣，彈簧鎖扣頂端伸出彈簧鎖扣筒，U型夾連接筒上開設有若干與彈簧鎖扣相適配的鎖孔，U型夾通過鎖孔與U型夾連接筒卡接。

3 結論

本文設計了一款新型多功能洗鞋機，該機器包括上升機構、鞋架機構、內刷機構和風干殺菌機構,能對鞋內外進行全方位清洗，并集合了風干殺菌功能增強用戶的體驗效果，具有良好的創新性和經濟性。可適用于跑步鞋、籃球鞋、板鞋等多種鞋子的清洗，應用前景廣闊。