一种基于双偏心轮的防污染沥水装置的制作方法

1.本发明涉及马克杯沥水领域，更具体地说，涉及一种基于双偏心轮的防污染沥水装置及其设计方法。


背景技术：

2.在现在的日常生活中，马克杯的使用非常普遍。
3.平时我们喝水、喝茶或者咖啡的时候，经常会用到带手柄的杯子，即马克杯(mug)。使用完成并清洗后，一般需要将其倒扣或悬挂沥干，如果是倒扣则会造成杯子口与支撑物接触，引起杯口污染；如果采用悬挂的方式，则因为大部分手柄为了便于握持，都设计为上宽下窄形式，或因为重心位置的原因，挂上后杯口略微高过杯底，即开口呈向上形式，既无法快速沥水，又容易积灰。
4.因此需要设计一种沥水装置解决现有问题


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于双偏心轮的防污染沥水装置及其设计方法，通过底部支架安装定位装置，结合解锁装置，用于解决沥水和防污染的问题。
6.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
7.一种基于双偏心轮的防污染沥水装置及其设计方法，包括底部支架，所述底部支架的两端头设有安装座，所述安装座的一侧安装有定位装置，所述底部支架的一端设有解锁装置，所述定位装置包括固定框架和偏心轮，所述偏心轮的表面固定包裹有弹性摩擦层，所述偏心轮的两端设有偏心轴，所述偏心轴转动安装于固定框架的两端表面，所述固定框架的两端设有安装块，所述安装块通过螺钉安装于安装座的表面；
8.该沥水装置的设计方法包括如下步骤：
9.s1、按照需求，选择固定结构的类型，通过两侧夹合的方式固定，采用双偏心轮夹紧结构；
10.s2、设计夹紧结构参数，要求不计高摩擦层厚度的最小间距，最大间距，即可以兼容的马克杯手柄宽度为，基本覆盖目前市面上的大部分常见有柄杯；
11.s3、设计复位、同步驱动方式，为了让偏心轮能紧紧夹住杯柄，必须要有合适的机构产生使其复位的驱动力，因设定了偏心轮的有效工作行程约为 90
°
，故可以选择的不小于90
°
的扭转弹簧；
12.s4、设计对位结构，保证偏心轮在一定精度下同步转动；
13.s5、选择橡胶作为摩擦材料，形成弹性摩擦层；
14.s6、预设角设置，保证杯柄顺利进入两个偏心轮之间；
15.s7、设计解锁装置，进行解锁；
16.s8、进行受力分析计算和实物制造检测，完成设计。
17.进一步的，所述偏心轴的表面设有复位扭簧，所述复位扭簧的一端固定连接于固定框架的表面。
18.进一步的，所述偏心轮的两端表面均固定连接有同步永磁体，所述同步永磁体有四个，且相邻位置的极性相反。
19.进一步的，所述偏心轮的一端表面设有固定块，所述固定块的表面固定连接有牵引钢丝，通过连接复位扭簧和同步永磁体，结合牵引钢丝，可以扭动复位进行夹紧，同时方便牵引分离进行解锁，保证同步的稳定性。
20.进一步的，所述解锁装置包括安装筒和解锁推杆，所述安装筒固定连接于底部支架的表面，所述解锁推杆滑动连接于安装筒的侧面，通过安装解锁推杆，利于推动调节，方便解锁控制。
21.进一步的，所述解锁推杆的一端设有牵引杆，所述牵引杆的一端固定连接于牵引钢丝的一端。
22.进一步的，所述解锁推杆的另一端设有解锁按钮，所述解锁按钮位于底部支架的一端侧面位置，通过安装解锁按钮和牵引杆，可以手动推动进行解锁，方便调节，利于操作使用。
23.进一步的，所述底部支架的一端设有导向槽，所述导向槽套接于牵引杆的两端表面。
24.进一步的，所述底部支架和牵引杆的一端均设有限位磁铁，所述限位磁铁为极性相反的永磁体结构。
25.相比于现有技术，本发明的优点在于：
26.(1)本方案通过连接复位扭簧和同步永磁体，结合牵引钢丝，可以扭动复位进行夹紧，同时方便牵引分离进行解锁，保证同步的稳定性。
27.(2)通过安装解锁推杆，利于推动调节，方便解锁控制。
28.(3)通过安装解锁按钮和牵引杆，可以手动推动进行解锁，方便调节，利于操作使用。
附图说明
29.图1为本发明的整体结构示意图；
30.图2为本发明的方形定位块连接的局部示意图；
31.图3为本发明的方形定位块连接的侧面截面图；
32.图4为本发明的双偏心轮设计参数示意图；
33.图5为本发明的双偏心轮高摩擦表面造成阻滞原因分析示意图；
34.图6为本发明的偏心轮受力点的受力方向及运动轨迹分析图；
35.图7为本发明的预偏角计算图。
36.图中标号说明：
37.1底部支架、11安装座、12定位装置、13解锁装置、14固定框架、15 偏心轴、16偏心轮、17安装块、18复位扭簧、19同步永磁体、2固定块、21 牵引钢丝、22弹性摩擦层、23安装筒、24解锁推杆、25牵引杆、26解锁按钮、27限位磁铁、28导向槽。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例1
40.请参阅图1和图2，一种基于双偏心轮的防污染沥水装置及其设计方法，包括底部支架(1)，所述底部支架(1)的两端头设有安装座(11)，所述安装座(11)的一侧安装有定位装置(12)，所述底部支架(1)的一端设有解锁装置(13)，所述定位装置(12)包括固定框架(14)和偏心轮(16)，所述偏心轮(16)的表面固定包裹有弹性摩擦层(22)，所述偏心轮16的两端设有偏心轴15，偏心轴15转动安装于固定框架14的两端表面，固定框架 14的两端设有安装块17，安装块17通过螺钉安装于安装座11的表面；
41.该沥水装置的设计方法包括如下步骤：
42.s1、按照需求，选择固定结构的类型，通过两侧夹合的方式固定，采用双偏心轮夹紧结构；
43.s2、设计夹紧结构参数，要求不计高摩擦层厚度的最小间距，最大间距，即可以兼容的马克杯手柄宽度为，基本覆盖目前市面上的大部分常见有柄杯；
44.s3、设计复位、同步驱动方式，为了让偏心轮能紧紧夹住杯柄，必须要有合适的机构产生使其复位的驱动力，因设定了偏心轮的有效工作行程约为 90
°
，故可以选择的不小于90
°
的扭转弹簧；
45.s4、设计对位结构，保证偏心轮在一定精度下同步转动；
46.s5、选择摩擦材料，形成弹性摩擦层；
47.s6、预设角设置，保证杯柄顺利进入两个偏心轮之间；
48.s7、设计解锁装置，进行解锁；
49.s8、进行受力分析计算和实物制造检测，完成设计。
50.偏心轴15的表面设有复位扭簧18，复位扭簧18的一端固定连接于固定框架14的表面，偏心轮16的两端表面均固定连接有同步永磁体19，同步永磁体19有四个，且相邻位置的极性相反，偏心轮16的一端表面设有固定块2，固定块2的表面固定连接有牵引钢丝21，通过连接复位扭簧和同步永磁体，结合牵引钢丝，可以扭动复位进行夹紧，同时方便牵引分离进行解锁，保证同步的稳定性。
51.实施例2
52.请参阅图1和图3，一种基于双偏心轮的防污染沥水装置及其设计方法，包括底部支架1，底部支架1的两端头设有安装座11，安装座11的一侧安装有定位装置12，底部支架1的一端设有解锁装置13，定位装置12包括固定框架14和偏心轮16，偏心轮16的表面固定包裹有弹性摩擦层22，偏心轮16 的两端设有偏心轴15，偏心轴15转动安装于固定框架14的两端表面，固定框架14的两端设有安装块17，安装块17通过螺钉安装于安装座11的表面；
53.解锁装置13包括安装筒23和解锁推杆24，安装筒23固定连接于底部支架1的表面，解锁推杆24滑动连接于安装筒23的侧面，通过安装解锁推杆，利于推动调节，方便解锁控制，解锁推杆24的一端设有牵引杆25，牵引杆25的一端固定连接于牵引钢丝21的一端，解锁
推杆24的另一端设有解锁按钮26，解锁按钮26位于底部支架1的一端侧面位置，通过安装解锁按钮和牵引杆，可以手动推动进行解锁，方便调节，利于操作使用，底部支架1的一端设有导向槽28，导向槽28套接于牵引杆25的两端表面，底部支架1和牵引杆25的一端均设有限位磁铁27，限位磁铁27为极性相反的永磁体结构。
54.使用时，可以将马克杯的杯柄插入两个偏心轮16之间，从而可以通过弹性摩擦层22进行摩擦转动，偏心轮16绕着偏心轴15转动后形成间隙，从而定位杯柄，结合复位扭簧18进行夹持定位，可以保证马克杯倾斜倒置，提高沥水效果，同时避免积灰和杯口污染，安全高效，需要解锁是可以推动解锁按钮26，通过解锁推杆24带动牵引杆25拉动牵引钢丝21，可以拉动偏心轮 16继续转动从而扩大中间的间隙，利于取出马克杯，方便操作使用。
55.实施例3
56.请参阅图4和图5，要求不计高摩擦层厚度的最小间距d
min
＝3mm，最大间距d
max
＝25mm，即可以兼容的马克杯手柄宽度为5～23mm，基本覆盖了目前市面上的大部分常见有柄杯(如果需要更大范围，可根据实际情况及下列计算方法修改参数即可)。另设两个偏心轮的轴心距离为d
ax
，偏心距为e，偏心轮圆半径为r，最大向径r
max
及最小向径r
min
。这里几个参数必须要满足的是：
57.r
max
r
min
＝2
·rꢀꢀꢀ
(1)
58.d
ax-2
·rmin
≥d
max
ꢀꢀꢀ
(2)
59.0≤d
ax-2
·rmax
≤d
min
ꢀꢀꢀ
(3)
60.在原型中取：
61.r
min
≥5
mm
ꢀꢀꢀ
(4)
62.若采用的有效工作行程约为180
°
则由(2)式及(4)式，可得轴距d
ax
需要满足的条件为：
63.d
ax
≥35mm
ꢀꢀꢀ
(5)
64.为保证装置的响应时间尽量短，即对同样的柄宽，偏心轮转到适当位置的角度尽量小，可采用有效工作行程约为90
°
，则(2)式可修改为：
65.d
ax-2
·
r≥d
max
ꢀꢀꢀ
(6)
66.因为要使手柄推入两个偏心轮中间时，尽可能地省力，将偏心轮设计为省力杠杆，即r
max
对回弹力臂的比值越大，或者说偏心距e越大就相对 (同样的回弹力矩)越省力。但同时也不能使偏心轮直径过大，造成装置体积增大，故取：
67.r≈3
·rmin
ꢀꢀꢀ
(7)
68.由(6)、(7)式及(4)式可得轴距d
ax
需要满足的条件为：
69.d
ax
≥55mm
ꢀꢀꢀ
(8)
70.因两个偏心轮外侧需要贴装厚度约为1mm左右的高摩擦材料，故原型中取：
71.d
ax
＝57mm
ꢀꢀꢀ
(9)
72.再结合前述公式，可得：
73.r＝16mm
ꢀꢀꢀ
(10)
74.e＝11mm
ꢀꢀꢀ
(11)
75.即当偏心轮直径为32mm，偏心距为11mm，轴距为57mm时可满足设计要求。
76.实施例4
77.请参阅图6和图7，在贴装了高摩擦力材料后，会因杯柄与偏心轮接触部分摩擦力较大，而无法顺畅地进入两轮中间。这是因为如果偏心轮初始的相对位置是最大向径处，则一定宽度的杯柄外沿刚与偏心轮接触的两点(图中的a，b两点)，往里推动时，距离会先减小(即|a
′b′
|＜|ab|)，而后再增大，但因摩擦力较大，偏心轮与杯柄之间不能相对滑动，而杯柄一般不能被挤压变形，故造成阻滞甚至卡死。
78.为了让杯柄推入时能顺畅进入两轮之间，即要求两个偏心轮上对应点之间距离，不会先变小再变大；或者变小的幅度，可以通过外层材料的形变进行抵消；亦或者推力产生的扭转力矩大于压力分量产生的摩擦力矩，使偏心轮与杯柄之间产生滑动，将偏心轮推动至合适位置。
79.根据前述计算，可下图所示，将作用于c点的推力f分解为：c点运动轨迹cc
′
弧在c点切线方向的扭转力u及法向压力n，如果扭转力大于摩擦力，即：
80.u＞μ-n
ꢀꢀꢀ
(12)
81.其中μ为杯柄与偏心轮表面的摩擦系数，则偏心轮与杯柄之间产生滑动，偏心轮被推动至与杯柄适宜的位置，再配合表面材料的适度形变，即可让杯柄顺畅进入两个偏心轮之间。
82.而预偏转角度确切的值(或可用范围)θ可以根据设计要求进行计算：设计最大可兼容的杯子手柄宽度为25mm(此为不计摩擦层厚度的情况下，若加入摩擦层厚度则约为23mm)，取其一半进行计算，即12.5mm，因偏心轮设计轴距为57mm，故假设杯柄外棱线为直角，则与偏心轮横截面触点为距图5中y轴16mm的p点。
83.偏心轮方程由原先以o
′
为圆心的：
84.(x-11)2 y2＝256
ꢀꢀꢀ
(13)
85.绕o点偏转为以o
′
为圆心的：
86.(x-11
·
cosθ)2 (y 11
·
sinθ)2＝256
ꢀꢀꢀ
(14)
87.则op线段与x轴的夹角a
′
满足：
[0088][0089]
其中x
p
＝16mm，代入公式(14)可得y
p
与θ的关系式：
[0090][0091]
将此式代入公式(15)即可得α
′
与θ的关系式：
[0092][0093]
由此即可得到线段op及op
′
的长度：
[0094][0095]
将公式(17)代入公式(18)，并根据前述设计，表面材料可形变约1mm 左右，故将|op|记为17mm，即：
[0096][0097]
可解得θ≈0.8017054384030641(弧度，约为45.9
′
)及另一个解θ≈1.491107798000356(弧度，约为85.4
′
)，但因为后一个解接近90
′
了，不符合设计要求，故取前一解。这是完全依赖表面材料形变的情况下所需的预偏角，如果考虑当达到某个角度后杯柄与偏心轮发生滑动的情况，以及实际因摩擦层厚度、杯柄因外棱侧更圆滑等因素，轴心与触点距离|op|会更大一点，可以再增加1～2mm的长度，即取19mm时，解得 0≈0.4299418243198151(弧度，约为24.6
′
)，原型中为保持一定的余量，取折中整数值32
′
，故磁体中轴为过o
′
与x轴方向平行。
[0098]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。