一款多功能洗鞋机的设计

刘 敬,胡坤明,李道勇,韩振邦,郭世航

(滨州学院 机电工程学院，山东 滨州 256603)

鞋子是我们生活中的必需品，洗鞋子是我们生活中必须要做的事。然而每家每户都会购买洗衣机却几乎不会购买洗鞋机，原因是市面上的洗鞋机都多多少少存在问题。市面上家用洗鞋机大致分为两种：一种整体结构类似于洗衣机，鞋子不固定；另一种集成了撑开装置，将鞋子撑开进行内部清洗[1-2]。以上两种机器均存在不足之处，前者无法对鞋子内部进行有效清洗，后者的鞋子撑开技术并不成熟，用起来并不能实现真正意义上对内部清洗，洗鞋机对鞋子损伤比较大[3-4]。针对现有问题，本文设计了一款能够实现对鞋子内外清洗、风干和杀菌等一系列工作的自动化机器，能够有效提高洗鞋效率。机器通过电机和螺纹的配合实现软质毛刷自由进出鞋子内部，且通过毛刷的高速旋转进行鞋子内部清洗。鞋架采用通用型固定机构[5-6]，在不损伤鞋子的前提下将鞋子牢牢固定，固定机构采用了镂空结构，大大方便了鞋子底部的清洗，并集合了风干杀菌功能，使机器更加自动化，大大提升了用户的体验效果。

1 结构设计及工作原理

1.1 整机结构

图1为多功能洗鞋机的结构示意图，主要包括机体外壳，机体外壳包括壳体,壳体内固接有内筒，内筒底端开设有若干出水孔，内筒内设置风干杀菌装置、刷洗装置和上升机构；壳体底端中部固接有上升螺柱，上升螺柱贯穿内筒底端并伸入内筒；上升机构包括套设在上升螺柱外侧的动力传动柱和连接部，动力传动柱底端贯穿内筒并与壳体底端转动连接，且动力传动柱与内筒转动连接；连接部滑动套设在动力传动柱上，连接部的内侧与上升螺柱螺纹连接，鞋架机构和外刷机构均安装在连接部外侧；内筒底端与壳体底端之间设置有动力机构，动力机构与动力传动柱传动连接，且动力机构固接在壳体底端内壁[7]。该机器能够对鞋子的内外部均进行刷洗，保证了对鞋子的清洁效果。

图1 多功能洗鞋机结构示意图

1.2 工作原理

打开壳体盖，电机启动，电机通过皮带带动上升机构转动，上升机构把鞋架带出壳体外，手动按压弹簧锁扣取下U型夹，把鞋子套在U型夹上，手动按压U型夹把鞋子夹紧在鞋架上。电机通过上升机构带动鞋子向下运动，当鞋架运动到底部时，鞋架脱离与上升螺柱的螺纹配合，且中柱内的弹簧被压缩。传感器接收到信号打开注水口，水和洗涤液一起加注到内筒中，传感器检测到达水位停止加注[8]。电机继续带动鞋子转动，鞋子上表面与固定在内筒上的毛刷接触，鞋子侧面与固定在鞋架上的毛刷接触,鞋子外表面得到高效的清洗。

鞋子外表面清洗结束后，电机停止转动,鞋口正对内毛刷出口。内刷机构电机支架可在滑槽内上下滑动，电机固定在电机支架上，小螺纹柱连接在电机上，内部橡胶毛刷连接在小螺纹柱上，电机带动小螺纹柱转动，小螺纹柱与螺纹筒螺纹配合，当电机正向转动时，电机支架、电机小螺纹柱、内部橡胶毛刷整体向下运动，伸入正对的鞋口中，小螺纹柱脱离与螺纹筒的螺纹配合，弹簧被压缩，电机继续带动内部橡胶毛刷转动洗刷鞋子内部，此时由于小螺纹柱与螺纹筒脱离螺纹配合,当鞋子内部洗刷完成后，电机反转，由于弹簧处于压缩状态给电机支架向上的力，当电机带动小螺纹柱反转时，小螺纹柱会和螺纹筒螺纹配合带动电机支架电机小螺纹柱内部橡胶毛刷整体向上运动，内部清洗结束。

内部清洗结束后电机继续带动鞋子上升到风干杀菌层，4个风扇电机启动,通过电热丝的加热作用对鞋子进行烘干[9]，同时紫外线灯通电对鞋子进行杀菌,清洗结束。

2 关键机构设计

2.1 内刷机构

内刷机构包括固接在内筒内壁上第一螺纹筒，第一螺纹筒顶部内壁开设有螺纹槽；第一螺纹筒内螺纹连接有内刷动力部，内刷动力部底端固接有内部橡胶毛刷；第一螺纹筒内壁开设有滑槽，滑槽底端固接有第一弹簧；第一螺纹筒底部开设有内刷孔，筒内固接有与内刷孔相适配的挡板，挡板倾斜设置。内刷电机带动小螺纹柱转动，小螺纹柱与第一螺纹筒螺纹配合，当内刷电机正向转动时，内刷电机支架、内刷电机、小螺纹柱、内部橡胶毛刷整体向下运动。当内部橡胶毛刷的头部与挡板接触时会弯曲，内部橡胶毛刷从内刷孔伸出，伸入正对的鞋口中，内部橡胶毛刷的头部与鞋底接触弯曲进入鞋子内部，小螺纹柱脱离与螺纹筒的螺纹配合，第一弹簧被压缩，内刷电机继续带动内部橡胶毛刷转动洗刷鞋子内部，此时由于小螺纹柱与第一螺纹筒脱离螺纹配合，所以内刷电机转动并不会引起内刷电机支架电机、小螺纹柱、内部橡胶毛刷整体向下移动。当鞋子内部洗刷完成后，内刷电机反转，由于第一弹簧处于压缩状态给内刷电机支架向上的力，当内刷电机带动小螺纹柱反转时，小螺纹柱会和第一螺纹筒螺纹配合带动内刷电机支架、内刷电机、小螺纹柱、内部橡胶毛刷整体向上运动，如图2所示。

图2 内刷机构

2.2 风干机构

风干杀菌机构包括与内筒固接的风扇外壳，风扇外壳上固接有风扇电机支架，风扇电机支架上固接有风扇电机，风扇电机的输出轴上固接有若干风扇叶，风扇叶呈周向等距分布，风扇外壳的出风口处固接有电热丝[10]，如图3所示。

图3 风干机构

2.3 杀菌机构

内筒内壁开设有紫外线灯槽，紫外线灯通过紫外线灯槽与内筒固接风扇电机带动风扇叶转动吹风，通过电热丝的加热将热风吹到鞋子上，对鞋子进行风干，紫外线灯通电，通过紫外线的照射作用对鞋子进行消毒。

2.4 上升机构

上升机构主要由固定架、动力传动柱、第三弹簧、弹簧孔、弹簧压缩柱、第二螺纹筒、主轴承、防水轴承等组成，如图4所示。滑动套设在动力传动柱上的固定架上，动力传动柱与上升螺柱之间设置有第二螺纹筒，第二螺纹筒内侧与上升螺柱螺纹连接，固定架内侧固接有连接件，连接件末端与第二螺纹筒外侧固接，动力传动柱底部侧壁嵌设有第三弹簧,外刷机构和鞋架机构均安装在固定架上。连接件包括与固定架内侧固接的连接杆，动力传动柱上开设有长孔，连接杆末端穿过长孔与第二螺纹筒外侧固接，长孔底端开设有弹簧孔，第三弹簧固接在弹簧孔底端,连接杆底端固接有与弹簧孔相适配的弹簧压缩柱。长孔的宽度与连接杆的宽度相适配，弹簧压缩柱的大小和位置均与弹簧孔相适配。

图4 上升机构

2.5 鞋架机构

鞋架机构主要由鞋托板、U型夹、弹簧锁扣、U型夹连接筒、弹簧锁扣筒、锁孔、第二弹簧等组成,如图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，鞋托板顶端固接有U型夹连接筒，U型夹连接筒内设置在U型夹的一端，U型夹与U型夹连接筒卡接。

图5 鞋架机构

为了防止固定鞋子和洗刷鞋子过程中对鞋子造成损伤，鞋托板使用镂空结构。U型夹与U型夹连接筒连接的一端内嵌弹簧锁扣筒，弹簧锁扣筒底端固接有第二弹簧，第二弹簧顶端固接有弹簧锁扣，弹簧锁扣顶端伸出弹簧锁扣筒，U型夹连接筒上开设有若干与弹簧锁扣相适配的锁孔，U型夹通过锁孔与U型夹连接筒卡接。

3 结论

本文设计了一款新型多功能洗鞋机，该机器包括上升机构、鞋架机构、内刷机构和风干杀菌机构,能对鞋内外进行全方位清洗，并集合了风干杀菌功能增强用户的体验效果，具有良好的创新性和经济性。可适用于跑步鞋、篮球鞋、板鞋等多种鞋子的清洗，应用前景广阔。