自动感应洁手器设计

自动感应洁手器设计自动感应洁手器设计自动感应洁手器设计摘要洗手是人们日常生活中每天都会做的事情，但在公共场所在，人来人往，共用一个洗手台，能否把手洗干净，如何才能把手洗干净也是我们必须要思考的问题，也是保证身体健康中十分重要的环节。大多数人没有意识去进行手部的消毒，与此同时，传统的浸泡消毒法也难以在公共场合中进行推广。本文设计一款自动感应洁手器的产品，利用自动感应的原理，只需把手伸入感应区，消毒液就能以喷雾的方式依附在手上，形成一层消毒层，从而对手部细菌进行有效的杀灭，完成手部消毒的过程。本文主要做了以下工作：查阅国内外相关的文献，了解手部消毒的现状以及重要性，确定对手部消毒的方案。分析自动感应洁手器的结构组成，确定其技术参数，并对这款产品进行结构设计和外形设计，选择适当的材料，并对其成型的工艺进行研究，从理论上完成自动感应洁手器的设计。关键词：自动感应，洁手器，消毒，结构设计，材料与工艺AbstractHandwashingissomethingpeopledoeverydayintheirdailylife,butinpublicplaces,peoplecomeandgo,sharingawashingtable,whethertowashhands,howtowashhandscleanisalsoaquestionwemustthinkabout,isalsoaveryimportantlinkinensuringgoodhealth.Mostpeopledonothavetheawarenesstocarryonthehanddisinfection,atthesametime,thetraditionalsoakingdisinfectionmethodisalsodifficulttocarryonthepromotioninthepublicplace.Thispaperdesignsaproductofautomaticinductionhandcleaner.Byusingtheprincipleofautomaticinduction,thedisinfectantcanbeattachedtothehandintheformofsprayandformalayerofdisinfectionlayer,soastoeffectivelykillthebacteriaonthehandandcompletetheprocessofhanddisinfection.Thispapermainlydoesthefollowingwork:consultingrelevantdomesticandforeignliteratures,understandingthecurrentsituationandimportanceofhanddisinfection,anddeterminingtheplanofhanddisinfection.Thispaperanalyzesthestructureandcompositionoftheautomaticinductionhandcleaner,determinesitstechnicalparameters,designsthestructureandshapeoftheproduct,selectsappropriatematerials,andstudiestheformingprocess,soastocompletethedesignoftheautomaticinductionhandcleanertheoretically.Keywords：Automaticinduction,Handcleaner,Disinfection,Structuredesign,Materialandprocess目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 61.1背景 61.2意义 71.3国内外手部消毒研究现状 81.4研究的内容 92自动感应洁手器的结构与特点 102.1消毒介质的选择 102.2消毒方式的选择 122.3自动感应洁手器的工作原理 122.3自动感应洁手器的结构组成 132.3.1变压电路 132.3.2红外收发模块 132.3.3控制电路 142.3.4雾化装置 152.3.5储液罐 162.3.6自动感应洁手器的特点 163方案确定与建模 173.1草图方案 174材料与工艺的设计 194.1壳体材料的选择 194.1.1选择原则 194.1.2材料选择 204.2成型工艺的设计 224.2.1成型工艺参数设计 224.2.2分型面的考虑 235设计总结与展望 255.1设计总结 255.2展望 25参考文献 27致谢 281绪论1.1背景手是致病菌的主要携带部位，一般来说，一只未洗过的手，大约沾附有超过40万只细菌。如果手洗不干净，手上的致病菌带来的后果将不堪设想，这也是人们常常讲病从口入的原因。在这个过程中，手都承担着拿取与接收的作用，一双脏手拿着干净的食物进行食用，病菌便经过手进入口中；另一方面，生活上有些人不经意间抠鼻子或者揉眼睛，也有可能造成黏膜破损，从而使病菌乘虚而入，致使健康受到侵袭。据此，总结出洗手的关键时刻包括[1]：吃饭前后；大小便前后；抱孩子之前；户外作业，活动之后；接触唾液，鼻涕，血液，泪液，痰液之后；接触别人，接触纸币，进行扫除工作之后；接触过感染物品，更要认真反复消毒清洗。在这个社会，人们普遍认为仅仅用水就足以把手洗干净，的确，用水可以把手上可见的污渍洗走，但是，对除去的病菌而言，洗手的效果就会差很多。据不完全统计，在世界范围内，在关键的时候用洗手液洗手的人比例仅仅只有0%到34%。用洗手液洗手持续一定时间，可以轻松破坏并去除携带大量病菌的污垢和油渍，从而有效的去除病菌。在2003年非典期间，一项研究显示，每天用肥皂或消毒液清洁手部10次，病毒传播率可降低55%。2007年，在中国16个省，近18000所学校做了一项调查，发现只有24%的学校有卫生厕所，不到36%的学校有洗手设施。此外，于2007年一份针对中国西部的某一个省的形成性研究揭示，在观察到的近3500次洗手之中，用肥皂或洗手液洗手的人数仅有9%[2]。作为一名大学生，在饭堂厕所等场所，实际经验观察到，饭前便后进行洗手超过10秒的人少之又少，而用洗手液洗手的人数更是微乎其微，由此可见，在中国的洗手现状不容乐观。由此，总结出以下3点：清水洗手远远不足以洗去手上的细菌；用合适的洗手液洗手有助于预防多种的病菌侵害；正确的洗手方式是最简单，也是最廉价的健康干预；1.2意义洗手是公共卫生的奠基石，根据相关报告，新的卫生行为和公共卫生服务是19世纪末富裕国家传染病死亡率快速下降的主要因素。使用本产品进行手部消毒，可做到：可降低腹泻病感染率达一半以上，是预防腹泻病的有效方法，也是便宜的方法。能有效限制制呼吸道疾病的传播，降低感染率达25%。抵御其它的疾病的强有力的屏障（如蠕虫，眼部感染如砂眼，皮肤感染如脓疱疹等）。针对手部清洁的重要性，以及大多数人洗手的随便性，本人构想设计一款能够对手部消毒的自动感应洁手器。人们的手部存在大量的病原微生物。对于食品从业人员，部分企业采用过氧化氢类消毒液或者含氟类的消毒液进行手部的消毒，一般来说，原本需要持续浸泡3分钟左右才能达到预期的消毒效果。由于上班人员集中，存在象征性共用一盆消毒水浸泡一下的现状，使得消毒时间没有保障，多人共用一盆消毒水，很有可能导致消毒水浓度不够，达不到消毒的效果，反而成为污染源。消毒方式的不慎，极有可能导致二次污染食品，二次污染器材，导致食品不安全，造成不良的后果。对于普通的民众，大部分人对于洗手的不重视，仅仅只是象征性的用清水冲洗手部，洗手的时间也不足，不能达到把手洗干净的效果。目前普遍使用的洗手方式为“皂液洗手--清水冲洗--自动烘干”。若使用自动感应洁手器，若采用醇类消毒液（75%医用酒精，免洗手消毒液）作为消毒液，则洗手流程变为“皂液洗手--清水冲洗--自动烘干--感应消毒”；若采用其他消毒液作为消毒介质，则洗手流程为“皂液洗手--清水冲洗--感应消毒--自动烘干”。这样的话，不仅仅延长洗手的时间，也能使用消毒液使病菌无处可逃，使手部清洁更加干净彻底，防止手部病菌的危害。1.3国内外手部消毒研究现状手部消毒的本质是去除手上所有的暂时性细菌和减少驻留细菌，对此使用的消毒液效果要求是要快速且持久。因此，这就需要有范围广泛的杀菌能力的抗菌剂用来消毒，同时能够快速起到作用。对手消毒的目标是确保皮肤上没有细菌，达到保证人们身体健康的目标。（1）肥皂消毒目前国内手部消毒的常用方法是使用肥皂流动水洗手，这种清洁方式可以有效的去除手部上的污垢，皮屑以及大部分的暂住菌，适用于大部分日常人们清洁手部的需求。根据医务人员卫生洗手消毒监测[4]的研究，对100名医务人员卫生洗手消毒进行监测显示，用肥皂流动水洗手合格率达85%；而用肥皂流动水洗手后，再使用乙醇洗必泰溶液擦手合格率达92%。而医务人员洗手技术与手再污染研究[5]，则对400名医务人员洗手技术与手再污染研究表明，卫生洗手的质量与每次洗手持续时间、洗手频度和擦手洁具有关，由此提出建议：医务人员每天洗手的频率必须有35次以上，每次洗手持续时间应大于10s，洗手后不使用公共毛巾进行擦手，应该使用一次性灭菌纸巾或消毒毛巾擦手，以此保证洗手质量。由此可见，单纯使用肥皂流水清洁手部能够保证洗手质量，如果使用若用肥皂流水与化学消毒法相结合可取得更加满意的消毒效果。（2）泡沫分配器手术前医生会用刷子和消毒液对手和前臂进行擦洗，但是，用力擦洗会对皮肤表面有所损伤，操作不当导致擦出血后果更为严重，因此一般都会认为有负面作用。因此在西欧一些国家，特别是英国和德国，广泛使用含酒精的醇类消毒液作为手擦洗液，这种消毒液起作用迅速，效力高效且抑菌效果持久。与此同时，加上泡沫分配器的辅助，泡沫分配器可以将空气也凝胶混合，形成泡沫，使得消毒液更易涂散，从而也就提高了手部卫生的清洗水平。（3）持久性洗手液持久性洗手液指的是洗手后具有抗菌时间长的的洗手液，是洗手液市场新开发的产品。现有的产品如洗必泰洗手液，抑菌时间可达4小时。美国外科医疗解决方案公司[6]（SurgicalHealthcareSolutionsLtd.）研究出了一种新型的消毒液，使用的是新一代有机聚合物，可以预防的抑菌长达24小时，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，猪流感病毒等等。符合性监测在预防感染上，手部卫生是一项最重要的措施。一些公司研制出相应的仪器监测洗手液的使用情况，以及医务人员洗手情况，对其进行识别并把数据记录在数据库中，它包括射频识读器和房间触发装置等部分，当医务人员进入或出去病人房间时，会对医务人员进行手部消毒的提醒。手部卫生是最具活力成长的市场之一，进入这一市场门槛也不高。我国越来越重视病毒感染、流感的预防，减少人们生病的次数，以减少在医疗上的费用。虽然一些机构，如WHO，已经在大力推广手部卫生清洁，但是数据表明，大多数医疗现场达到的水平都是很低的。因此，研究更有效的手部卫生清洁技术，手部消毒更符合大众日常习惯等，这些医疗器械都有广阔的市场。1.4研究的内容本文主要查阅国内外相关的文献与资料，了解手部消毒的现状，自动感应的技术，喷雾器工作原理，以及总体结构组成，确定本文自动感应洁手器的设计方案，实现对手部消毒的功能。选择产品的制作材料，制作工艺方法，设计各个零部件，使用SolidWorks进行建模和装配，保证该产品设计考虑的诸多因素和可行性等方面，力求理论设计的产品能够在现实生活中实现。2自动感应洁手器的结构与特点自动感应洁手器，是一款利用红外感应原理，采用免接触的方式，将消毒物质喷淋在手部和上臂，从而达到消毒的目的的电器产品。然而，目前普及率却不高，主要原因我认为有以下几点：产品价格高。目前市面上的产品价格普遍在几百元到几千元不等。手部消毒意识低。目前这类产品在食品行业以及医疗行业应用较广，是由于此类行业对手部消毒有相关的要求，同时也达到了比较好的效果。而在日常生活中大多数人没有这种观念，导致病从口入的风险大大提升。产品质量良莠不齐。自动感应消毒器作为新一代的消毒产品，目前还在普及阶段，网上产品可供选择少。针对以上情况，构想设计一款结构简单、消毒方便、消毒效果好的自动感应手消毒器。2.1消毒介质的选择目前对于消毒的方式种类繁多，可以分为物理消毒和化学消毒两大类。物理消毒以紫外线消毒和高温消毒最为普遍。（1）物理消毒紫外线消毒，是一种物理方法，不会增加有毒物质，原理是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射损伤和破坏核酸的功能，从而使微生物致死，达到消毒的目的。紫外线指的是电磁波谱中波长从10nm～400nm辐射的总称，分为短波，中波，长波，超长波四种。短波UVC是波长200～280nm(纳米)的紫外光线，具有优秀的杀菌能力，但过多的照射会引起皮肤癌。中波UVB是波长280～320nm的紫外线，照射皮肤表面，会晒伤皮肤。长波UVA是波长315~340nm的紫外线和超长波UVA+，可穿透真皮层，从而使皮肤晒黑。由此可见，紫外线杀菌效果虽好，但只有短波具有消毒能力，而且对皮肤或多或少带来负面的影响，所以，紫外线只适合对物品进行消毒，不适合对人体进行消毒。高温消毒，原理是细菌在高温下会被杀灭，但要达到效果必须具备两个条件，一是作用的温度，二是作用的时间。以开水为例，需要持续烫三分钟以上才能达到良好的消毒效果。因此，高温消毒并不适合作为肉体之躯的手部。化学消毒相对于物理消毒，化学消毒对皮肤温和得多，化学消毒是指用化学消毒药物作用于微生物和病原体，使其蛋白质变性，失去正常功能而死亡。目前常用的有含氯消毒剂、氧化消毒剂、碘类消毒剂、醛类消毒剂、杂环类气体消毒剂、醇类消毒剂、季胺类消毒剂等。含氟消毒剂，最常见的就是84消毒液。84消毒液是一种以次氯酸钠为主的高效消毒剂，主要成分为次氯酸钠（NaClO）。无色或淡黄色液体，且具有刺激性气味，有效氯含量5.5～6.5%。84消毒液是一种强效的消毒液，但稀释后依然具有一定的刺激性与腐蚀性，不适合用在人体的任何地方，普遍用于地板，家具的消毒。碘类消毒剂，代表是碘伏，是单质碘与聚乙烯吡咯烷酮的不定型结合物，医用碘伏通常浓度较低（1%或以下），呈现浅棕色，具有广谱杀菌作用，可杀灭细菌繁殖体、真菌、原虫和部分病毒。适用于皮肤消毒，手术部位消毒及手术前刷手消毒。一般来说，在日常生活中，碘伏主要用于烧伤、冻伤、刀伤、擦伤、挫伤等一般外伤的消毒，而且颜色深难以洗干净，不适合日常的手部消毒。醇类消毒剂，应用最广的是75%的医用酒精，原理是使细菌内的蛋白质变性，属于中效消毒剂，可杀灭细菌繁殖体，破坏多数亲脂性病毒，如单纯疱疹病毒、乙型肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒等。醇类消毒剂对手部消毒效果好，而且主要成分是乙醇，消毒后10s左右会挥发干净，无需再次清洗，防止二次污染，十分适合手部的消毒。总结，通过各种消毒介质的比较，碘类消毒剂消毒效果虽然比醇类消毒剂更好，但是需要再次清洗，并不方便，醇类消毒剂作为中效消毒剂，可以满足日常人们手部消毒的需求，由此可见，醇类消毒剂作为手部消毒介质最为合适。2.2消毒方式的选择浸泡式消毒是传统的手部消毒方法，而这一方法的缺点是消毒液经多人浸泡和反复使用，一旦消毒液浓度不足，很容易造成二次污染。采用喷淋式消毒，可以让消毒液完全冲洗手部，完成消毒。但是，喷淋式消毒有不少的缺点。第一，浪费消毒液，喷淋的方式不能充分利用消毒液，大部分消毒液冲洗完手部就流走，大大增加成本。第二，需额外设立消毒盆，因为流走的消毒液需要专门的盆子回收，否则污染环境。第三，像水龙头一样，喷嘴使用久了，喷出的消毒液可能会有流淌现象，从而导致消毒液浪费，消毒效果也不理想。采用喷雾型消毒，当细小的雾滴撞击手部皮肤后，便会依附在皮肤上，相互融合，从而形成一层消毒液层，便能起到很好的消毒效果。此外，由于消毒液是盛放在储液罐内，而且采用免接触式感应消毒，消毒液不容易被污染，也无需使用纸巾或者棉球之类的物品擦拭双手，减少浪费。根据自动喷雾消毒与浸泡消毒法消毒效果比较[3]实验显示，悬液法与自动喷雾法，使用由江门精细化工厂生产的消毒液，有效成分是戊二醛，作用一分钟，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率均达到99.9%以上；而现场皮肤消毒效果检测显示，浸泡消毒法杀菌率为96.2%，喷雾消毒法杀菌率为96%，两者消毒效果相近，且都符合现场杀菌消毒效果的评价标准。由此可见，使用喷雾型消毒，是一种有效以及方便的方法。2.3自动感应洁手器的工作原理自动感应洁手器主要由红外收发模块，单片机控制电路，变压电路，储液罐，电磁继电器，洗涤泵，以及压力雾化喷嘴等部分组成。220V的交流电经过降压，整流，滤波，稳压变成12V的直流电，为单片机控制电路、红外收发模块以及洗涤泵供电。开机运行后，红外收发模块在有手部阻挡后，给单片机一个信号，单片机控制洗涤泵进行工作，把消毒液抽取并一定压力输出至压力雾化喷嘴，喷嘴利用消毒液的表面张力以及压力，使其以雾化的细小微粒喷出，完成自动感应洁手器的工作。2.3自动感应洁手器的结构组成2.3.1变压电路首先采用T型铁将220V交流降压为12V交流，匝数比为55:3，然后采用二极管桥式整流（1N4007便可以），最后再用电容滤波，出口接一个小阻值限流电阻，12V稳压管，便能得到稳定的直流电。具体电路图如图1所示。图1.稳压电源电路图2.3.2红外收发模块红外感应是利用近红外光进行数据传输的一种控制方式。近红外光波长为0.76μm-1.5μm，红外遥控收发器件波长一般为0.8μm-0.94μm，具有传输效率高，成本低，电路实现简单，抗干扰强等特点，市面上的感应器大多也是选择红外感应居多。与红外感应相比，微波感应是利用多普勒效应原理，由平面天线发射接收电路，能够智能检测周围周围电磁环境，自动调整工作环境。以自动门为例，若使用红外感应，有人进入感应范围门则开启，无人则关闭；而微波感应能够识别出感应范围内路过的行人以及门前不动等待的人，从而不开启自动门，只对需要进门的人们开门。由此可见，微波感应优于红外感应。但是红外感应技术已成熟，微波感应技术要求更高，由此红外感应的价格比微波感应低得多。对于自动感应洁手器，红外感应便能满足要求，对于误入感应范围的物体，可由单片机控制关闭喷雾，防止浪费。因此，选用红外感应更为经济可行。红外收发模块可采用一体化的红外发射和接收模块，使结构更加紧凑，减少产品的体积。内部包含红外发射电路、红外接收电路、信号放大电路以及信号处理电路，平时电路信号处于高电平。一旦有人进入感应，红外反射器发射一定频率的红外线便会进过反射，红外线进行反射后有接收电路接收回来，再经过放大电路进行放大处理，是信号输出低电平。当有物体进入感应区域时，一般来说，红外感应的感应距离在2cm-30cm，可根据需求进行手动或者自动调节，对于自动感应手消毒器，感应范围设置在8cm-13cm，工作电压为12V，具有工作稳定可靠，使用范围广等优点，可以广泛应用在各种自动控制装置中。2.3.3控制电路控制电路是自动感应洁手器的核心部分，相当于大脑，保证产品的正常运行，它一般由电磁继电器和单片机控制模块组成。电磁继电器：在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。原理是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关，能够以低电压、低电流的信号，来控制高电压，强电流的通断，完成自动感应洁手器的启动与停止。单片机控制模块：自动感应洁手器开机运行后，红外收发模块由于物体阻挡而处理过的信号，会发射到单片机，单片机会控制洗涤泵的启停，从而控制自动感应洁手器的打开与闭合。同时，单片机还能对储液罐的消毒液量进行满液欠液警示，对洗涤泵进行保护，因为再好的泵也不能空转，当消毒液过低或过满时进行警告，消毒液少到一定程度（50ml）自动关机。单次运行10s停止，一般来说，自动感应洁手器伸手进入感应区开启，离手离开感应区便停止，由于可能有其他无关物品进入感应范围，导致一直感应，所以单次运作最多10s后，便会停止，离开再次感应才能再次运行，防止浪费消毒液。2.3.4雾化装置要让消毒液以雾化的形式喷出，需要经过3个过程：（1）消毒液在雾化喷嘴里高速流动；（2）液体从液柱分裂为雾化颗粒的过程；（3）雾化颗粒在空气中再次撞击分裂形成喷雾。要完成消毒液高速流动，需要给予消毒液合适的压力，这需要自动感应洁手器的核心部件，小型的电动泵提供，喷雾效果的好坏，使用寿命长短，都与选择什么形式的泵有直接关系。目前市面上的小型泵常见有两种类型，空气泵和洗涤泵，空气泵工作介质是空气，对于消毒液并不合适，因此选择洗涤泵。洗涤泵设计寿命为500小时，可连续工作50小时，满足自动感应洁手器的工作要求。洗涤泵的工作原理为：叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也随之转动，液体在离心力的作用下被抛向外缘，同时获得能量，以高速进入蜗形泵壳，将部分动能转换为静压能，最后以较高的压力流入排出通道。而雾化喷嘴能将高速运动的液体进行雾化，雾化喷嘴大致种类分为：压力式雾化喷嘴、旋转式雾化喷嘴、气动雾化喷嘴、超声或哨声雾化喷嘴。旋转式雾化喷嘴：液体通过高速旋转的圆盘、圆杯或具有径向孔的甩油盘将燃料甩出形成液膜，在表面张力的作用下实现液体的雾化。气动雾化喷嘴利用气体介质与液体介质之间的相互挤压、加速活剪切作用，将液体雾化。主要包括气体辅助雾化喷嘴、气爆雾化喷嘴、气泡雾化喷嘴几种形式。超声或哨声雾化喷嘴是利用压电陶瓷或簧片哨产生的超声波或机械超声，利用超声的空化现象实现液体的雾化，包括超声雾化喷嘴、哨声雾化喷嘴等形式。压力式雾化喷嘴原理就是压力式加湿空气雾化喷嘴利用液体的压力与液表面张力之间的相互摩擦的过程，利用表面张力使液体始终包车球形，因为液体有黏滞性，所以会妨碍液体变形，当黏滞性不够时，液体会碎裂成很多细小的雾化颗粒雾化喷嘴液体。根据需求，选用压力式雾化喷嘴最为合适。2.3.5储液罐储液罐的作用是存放消毒液。自动感应洁手器工作时单位时间的喷液量为0.6-0.8ml/s，因此，防止每次加液后的工作时间太短，储液罐的容积应当1000ml以上。储液罐还应加上液量检测装置，在满液或欠液时进行警示。最后，储液罐还应有清洗口与加液口，保证储液罐的清洁。2.3.6自动感应洁手器的特点自动感应洁手器，是新一代手消毒器产品，相对于浸泡式消毒与手动式消毒，自动感应洁手器有以下优点：使用方便，卫生可靠：采用全自动红外感应装置，伸手即开，离手即停，感应式喷淋，有效避免交叉感染和二次污染。持续杀菌，可供多人连续使用。外壳采用304不锈钢材料，有效防止各种消毒液的腐蚀，高性能的水泵彻底防止消毒液滴漏的情况，经久耐用。智能控制，节约成本：运用高性能的芯片控制，性能稳定，控制精准。同时具有连续运行5秒钟自动关闭功能，有效避免了因不明物体遮挡感应头而产生的误动作。采用高性能的雾化喷嘴和小型水泵，使得喷液量控制到0.6ml/s，比传统的喷淋手消毒器节省消毒液达到90%以上，节省消毒成本。广角喷雾，消毒范围广：采用广角式的压力雾化喷嘴，使喷雾效果更广，消毒效果更理想，更高效。安装方便，保养容易：安装时只需在墙面上安装挂钩固定，再将产品挂至挂钩上即可，喷嘴有问题可及时换，迅速解决喷嘴堵塞等问题。满液欠液警示，延长产品寿命。3方案确定与建模根据自动感应洁手器的结构组成，可以确定其技术参数为：额定电压：AC220V，50Hz功率：20W工作温度：0-40℃工作湿度：小于80%单位时间喷液量：0.6-0.8mL/s感应距离：8-13cm3.1草图方案自动感应洁手器是人们洗手后进行消毒的产品，根据人们需求，确定产品结构外形尺寸为250mm*150mm*350mm，满足伸手进去可让消毒液喷雾面积完全覆盖双手，而内部也有足够的空间进行零部件的安装，储液罐也能储存足够的消毒液，以供使用。图2.元件安装示意图初步设计元件安装位置如图2所示，考虑的点包括：储液罐安装在左上角位置，有足够的空间作用于储液罐的安装。储液罐正上方设置一个瓶口，当消毒液不足时，可以由此处加入消毒液。储液罐右上方设置一个液位检测的浮球检测元件，以单片机控制系统模块进行连接，一旦消毒液不足或者过满时，检测元件便会发送信号给单片机控制模块，单片机控制模块便可将信号显示在相应的显示屏上，发出警示提醒使用者。储液罐左下角设立一个清洗口，平时都是关闭状态，使用一段时间后，储液罐需要清洗时，便可由清洗口排出剩余的消毒液，然后在瓶口输入清水，里面的污渍，碎粒便可由清洗口排出，完成对储液罐的清洗。洗涤泵是小型电动泵，安装在自动感应洁手器的中下方位置。由储液罐右下角开一个抽液口抽取消毒液，如此不仅可以完成把消毒液抽出并以高压发射出去的任务，特制的吸管也可以防止消毒液的微粒，浮渣进入洗涤泵，对洗涤泵有所损伤。喷雾喷嘴就在洗涤泵的正下方位置，短的输液距离可以减少输液压力的损失，从而能够提供足够的压力，保证喷嘴的雾化效果。洗涤泵也由单片机控制模块进行连接，有控制系统控制洗涤泵的启停。压力雾化喷嘴安装在自动感应洁手器的正下方位置，而红外感应模块安装在喷嘴下方，如此设计，需要消毒的人只需把手伸入感应区域，红外感应模块便会把受到的信号发送给控制系统，从而启动洁手器，喷嘴便会把喷雾均匀喷在手部。右上角安装外部电源线路，设立两个防拉扯的小圆柱，电线经过两个圆柱的弯曲缠绕，便可防止外部人员拉扯电线时，时连接元件的接头处变松，导致接触不良，影响自动感应洁手器的正常工作，从而顺利也能完成电源的输送任务。变压电路与控制电路模块安装在右边空位处，在更好的利用外壳内部的空间，由相应的线路进行连接，完成降压与控制的任务。4材料与工艺的设计4.1壳体材料的选择4.1.1选择原则材料提供了设计的起点，一款产品的材料选择的适当与否，直接影响着产品的内在与外观质量。如果产品的材料选择考虑不当，会直接影响产品的外观、性能以及品质，最严重的甚至会对周围环境造成不可逆转的破坏，危害周围的人的健康，可见，材料选择对于产品设计是十分关键的一环。一般来说，材料的选择要遵循以下5个原则：实用性原则材料的使用性能，由材料的固有特性决定，所选材料的性能应满足自动感应洁手器的功能需求，结构要求，安全要求以及环境要求。材料的外观，主要考虑的是材料的感觉特性，可根据自动感应洁手器的特点风格，时代特征与区域特征来选择。工艺性原则所选的材料应具有良好的工艺性能，满足设计中成型工艺，表面处理和加工工艺的要求，此外，还应与加工设备和生产技术相匹配。经济性原则材料的生产成本和与价格直接影响自动感应洁手器的竞争力，在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，可以优先选用资源丰富和价格低廉的材料。环境性原则自动感应洁手器材料的选用应从环保的角度出发，符合绿色设计的要求，选用有利于生态环境保护的要求。创新性原则新技术，新材料不断出现，赋予了产品更多优质的性能与结构，新材料的出现为产品提供更广阔的前景，为突破传统的结构提供了无限的可能。总而言之，设计的实现离不开材料的支撑，没有材料，设计将会永远停留于创意的阶段。材料与设计的关系非常紧密，材料是设计的基础，设计同时又促进材料的进一步发展，材料与设计之间有着相互推动的作用力与反作用力。4.1.2材料选择对于自动感应洁手器，目前市面上最常用的两种材料是ABS塑料和304不锈钢。（1）ABS塑料ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，三种单体相对含量可任意变化，制成各种树脂。ABS兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。因此ABS塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。ABS塑料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业及化工中获得了广泛的应用。ABS塑料的主要性能：1、常规性能：ABS是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好。塑料ABS无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为1.05-1.18g/cm3，收缩率为0.4%-0.9%，弹性模量值为2Gpa，泊松比值为0.394，吸湿性<1%，熔融温度217-237℃，热分解温度>250℃。2、力学性能：经过填充或增强等改性后，塑料ABS可拥有优良的力学性能，其冲击强度较好，可以在极低的温度下使用；塑料ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。3、热学性能：塑料ABS的热变形温度为93-118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40-100℃的温度范围内使用。4、电学性能：塑料ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。5、环境性能：塑料ABS化学稳定性优异，对大多数酸、碱、盐、氧化剂都显惰性，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。（2）304不锈钢304不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象。在大气中耐腐蚀，如果是工业性气氛或重污染地区，则需要及时清洁以避免腐蚀。适合用于食品的加工、储存和运输。具有良好的加工性能和可焊性。板式换热器、波纹管、家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件，医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。304不锈钢为国家认可的食品级不锈钢。304不锈钢拥有以下的优点：1、坏保卫生：杜绝了红水、蓝绿水、和隐患水问题，无异味，无有害物质析出保持水质纯净，无铅对人体健康无害。2、耐磨损：表面美观清洁光亮长久耐用无刮痕，不生锈、不易断裂。3、耐低温：（使用温度-196℃～800℃），在低温下性能稳定。4、热膨胀性能和保温性能极好：不锈钢具有热胀冷缩缓慢，保温性能好。5、权威认证：不锈钢金属元素的析出量比WHO和欧洲饮用水法令规定标准值的5%还要低。综合考虑材料原则，ABS塑料和304不锈钢的化学稳定性均良好，能够满足不会被有一定腐蚀性能的消毒液腐蚀的要求；不锈钢具有良好的加工工艺，能进行剪、折、弯、焊等机械加工最终得到工业生产所需的不锈钢制品；而ABS在一定温度下有良好的流动性，有易成型的特点。使用寿命，304不锈钢使用一定时间后容易生锈，而ABS塑料化学性能稳定；对于经济性原则，304不锈钢造价更为昂贵，是一种高端产品材料，ABS塑料价格经济，应用广泛。由此可见，对于自动感应洁手器，选用ABS塑料是一种更优的选择。4.2成型工艺的设计4.2.1成型工艺参数设计塑件成型的常用方法主要有注塑、挤塑、压塑、吹塑等，而注塑拥有生产速度快，生产效率高，制品尺寸精确，适用于各类形状复杂的产品等成型加工领域。注塑是重要的加工方法之一，其原理是将塑料材料升高至一定温度，通过螺杆搅拌使其处于完全熔融的状态，再经过注塑机以高压射入模腔内，经过一段时间冷却固化后，得到成型塑件的方法。自动感应洁手器外壳塑件最大尺寸长为250mm，宽为150mm，高为350mm，外形尺寸中等，为壳类零件，左右两侧分别有一个孔，塑件材料ABS为热塑性材料，适合于注塑成型。该塑件厚度为2mm，其ABS流动性为中等，为使注射充型流畅，可取其脱模斜度为1°。根据需求，确定其工艺流程为：混料--干燥--螺杆塑化--充模保压--冷却--脱模--塑件后处理工艺参数考虑如下;（1）ABS塑料干燥ABS塑料有较大的吸湿性和湿敏性，在成型加工前需要在85℃左右干燥2小时，进行充分的干燥与预热，将水分含量降低至0.03%以下。这样一来，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而去还有助于塑料的型化，减少制件表面色斑和云纹。（2）注射成型的温度ABS塑料加工温度需要控制在190℃-235℃，因为ABS熔融粘度对温度的敏感性较低，不能用盲目升温的方法来降低其粘度，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反尔使熔融黏度增大，注射更困难，塑件的机械性能也下降，可以增加螺杆转速和注射压力的方法来提高其流动性。注射压力ABS塑料的熔融粘度属中等，比PS、HIPS、AS均较高，需采用较高的注射压力。考虑到本塑件不大、结构不算非常复杂、厚度适中，注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。对于螺杆式注射机，一般取300-500MPa。注射速度ABS塑料采用中等速度等注射速度效果较好，当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但对于薄壁制件，要保证有足移高的注射速度，才能使塑料熔体充满型腔。模具温度ABS比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温，较高的模具温度，对耐热、高抗冲击和中抗型树脂，料温更宜取高，料温对物性影响较大、料温过高易分解，一般来说，分解温度为250℃左右，与在料简中停留时间长短有关，比聚苯乙烯易分解。因此，对要求精度较高塑料件模温宜取50℃-60℃，要求光泽及耐热型料宜取60℃-80℃。料量控制注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定、表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50%为宜。4.2.2分型面的考虑分开模具取出塑件的面，通常称为分型面。分型面的选择应注意以下几点：（1）分型面应选在塑件的最大截面处。（2）不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的，更应注意分型面对外观的影响。（3）有利于保证塑件的精度要求。（4）有利于模具加工，特别是型腔的加工。（5）有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。（6）便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外）。（7）尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需锁模力。（8）便于嵌件的安装。（9）长型芯应置于开模方向。5设计总结与展望5.1设计总结本文根据机械设计基本方法和实践经验，通过查阅国内外相关文献，以及对手部消毒的了解，和洗手的调研，设计出一款实用的自动感应洁手器。通过构思、草图绘制、方案对比再到确定方案、SolidWorks建模、论文撰写总共经历了两个多月时间。虽然设计的东西看上去不复杂，但真正了解了自动感应洁手器这款产品后，才发现里面内有乾坤，要考虑的点十分多。从开始是查阅文献，收集资料后，发现相关的文献十分稀少，市面上的产品则更加稀少，大部分的产品只能进行定制，价格也是高的吓人。相关的技术参数无从查找，只有最基本的参数可供参考。于是，我只能根据已学的知识以及其工作原理，推断出自动感应洁手器的内部结构，查阅相关知识对其进行完善。在老师的指导下，进行零部件安装位置设计，造型设计，以及材