多角度变形清洁器设计说明书
设计者:晁贺 唐波 冯健 李子龙
作品内容简介
随着人口的增多,城市居民住宅楼日趋增高,而高层的住户外窗清洁问题却难以得到有效的解决.针对此问题,我们设计了多角度变形清洁器.该清洁器能方便的清洁外窗,既高效又安全,也可以用来清洁普通方法难以达到的橱柜,吊灯,吊扇等的上表面,采用还可以通过适当的变形,更换清洁头作为普通的扫帚,拖把使用.
我们利用了平行四边形,反平行四边形变形(该结构我们已申请专利)的原理设计了多角度变形清洁器的主杆,利用曲柄滑块机构来控制变形,确保了在清洁时可以随时变形以适应不同情况,设计了清洁玻璃和墙壁的电动清洁头,减轻了劳动强度.由于市场上目前没有此类产品,可以预见其应用前景将十分广阔.
1 研制背景及意义
目前,高层住户的外窗清洁是一件很让人头疼的事,考虑到安全因素,很多住户的外窗玻璃没有做过清洁.而市场上却没有很有效的清洁工具,只有一种利用高磁性磁铁的双面玻璃清洁器,清洁范围不大,而且很容易夹伤玻璃.另外随着更多的家庭做了精美的装修,家里需要清洁的地方更多了,如装修过的墙面的清洁量就很大,部分住户请专人来打扫,给家里又增添了一笔不小的开支.
要解决这些问题,我们设计了一种可以变形的清洁器,利用反平行四边形变形原理变形成U字形,这种形状可以让人站在窗内握住清洁杆而电动清洁头伸出窗外,加上万向联轴节的配合让清洁盘正对外窗,这样可以高效安全的完成外窗的清洁,而且多角度变形清洁器的变形特性,可以到达清洁普通方法难以达到的地方,希望可以解决人们生活中的一些问题.
2 设计方案
2.1折弯式
受市场上一些现有产品铰链结构的启示,经过思考,我们设计出这样一种方案:清洁器由3节组成,在两个铰接处设计了锁死机构.工作中,铰接处于锁死状态,各节杆不能产生相对运动.当需要调节清洁器形状时,先松开锁死机构,然后将清洁器折成所需形状,再锁死铰接.按此思路设计出的清洁器有如下不足:操作不方便,变形时需停止清洁工作,且折成所需形状后再次锁死时较麻烦,可能需要他人帮助.变形后清洁器有效长度明显变短,需接加长杆才不至于影响正常工作.
2.2磁铁吸附式
该方案采用一对磁铁位于玻璃两侧互相吸引的原理,人站在室内移动其中一个,靠磁力让另一个在玻璃外侧移动,达到清洁的效果.该方式虽然比较安全,但是由于靠磁力移动,对玻璃的厚度有要求,而且只能解决这一个问题,适应性不广,而且由于磁力范围的限制,使得清洁的效率不高,操作起来十分不方便.
2.3滑块-曲柄机构串联反平行四边形(平行四边形)机构
整体图
在总结已有的设计基础上,我们设计了以滑块-曲柄机构串联反平行四边形(平行四边形)机构为变形控制机构的方案.
2.3.1变形机构设计
反平行四边形(平行四边形)实现基本变形功能,三根杆空间分布,能够很好的承受来自各个方向上的力,一根受控杆位于另两根杆的中间,使得变形时铰接座受力均匀.

图(五) 图(六)
如图,
各杆相关尺寸:
AB=37.5mm AC=400mm EF=230mm ED=45mm
EF杆两段与AC杆和直线轴铰接,直线轴上下运动通过EF杆带动AC杆绕C点运动,使反平行四边形(平行四边形)机构变形.
2.3.2控制部分设计
如图滑块机构位于杆内,为一直线轴在直线轴承的支撑下上下滑动,直线轴上端与操作杆相连,可以在操作杆的带动下运动,中部与连杆铰接,连杆与反平行四边形的一边铰接,构成滑块曲柄机构.拉动操作杆,带动直线轴滑动,通过连杆,带动反平行四边形机构运动,使清洁器变形.
操作杆拉长后补偿变形后的清洁器有效长度变短量,使清洁器在变形状态中依然能够正常的工作,特殊设计的杆长使在控制变形时从小角度变到大角度过程中变化速率逐渐变小,故在非工作段(10-45度)变化速度快,提高工作的效率,而在工作段(45—80度)可以更精准的控制变形角度,采用凸轮式旋转锁死机构和螺纹压紧锁死机构双重使变形方便可靠,可以在任意位置转动操作杆实现锁死,而且可在工作过程中实时的调节变形角度,大大增强了清洁器的适应性,使得应用更广泛.
2.3.3两种模式U型和Z型转换设计
三根变形杆组成反平行四边形机构可以实现U字型变形,组成平行四边形机构实现Z字型变形.为了方便的转换我们将两根杆与一个长方形铰接座相连,要转换时将另一个铰接松开,再将固定长方形铰接座的蝶形螺母拧松,把长方形铰接座转过180度,固定螺母,最后将另一个铰接连接,就完成了转换.这种设计能够使操作者在较短的时间完成转换,体现了我们高效的设计思想.

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