高振 胡薇 劉靜林 周子桐

北京信息科技大學(xué)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迅速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也隨之遭到破壞，人們逐漸意識(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要性，環(huán)保節(jié)約也成為一種流行趨勢(shì)。而我們也注意到，現(xiàn)在市面上銷(xiāo)售的自動(dòng)鉛筆使用時(shí)都會(huì)造成鉛芯的過(guò)度浪費(fèi)，一根鉛的使用率很低，也就是說(shuō)有很大一部分將被白白浪費(fèi)。我們?nèi)∫缓醒b有20根鉛芯的樣本，再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，整盒鉛剩余部分總長(zhǎng)度相當(dāng)于之前5根完整的鉛芯長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)，一盒鉛芯的使用率在3/4左右，而造成這種浪費(fèi)現(xiàn)象的根本原因在于自動(dòng)鉛筆的不合理設(shè)計(jì)，所以，考慮到低碳節(jié)能問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款節(jié)能型自動(dòng)鉛筆。以達(dá)到提高鉛芯使用率的目的。

1 普通自動(dòng)鉛筆的缺陷

市面上所看到的自動(dòng)鉛筆設(shè)計(jì)多為脈動(dòng)式機(jī)芯結(jié)構(gòu)，主要有筆桿、尖套（筆尖）、固定護(hù)芯管（活動(dòng)阻尼）、卡頭、鎖緊箍、彈簧等組成。當(dāng)儲(chǔ)芯管受撳動(dòng)壓力作用時(shí)，克服彈簧的彈性力向下移動(dòng)，并使卡頭爪片張開(kāi)，同時(shí)鉛芯依靠自身的重力，離開(kāi)在儲(chǔ)芯管內(nèi)的原來(lái)位置，在制動(dòng)元件阻尼圈的控制下沿著護(hù)芯管壁移動(dòng)一定長(zhǎng)度。撳動(dòng)壓力釋放后，彈簧恢復(fù)原位，鉛芯被鎖緊箍和卡頭自動(dòng)鎖緊定位，完成一次脈動(dòng)出芯過(guò)程。但同時(shí)，這種設(shè)計(jì)也有一個(gè)缺點(diǎn)，它的鎖緊箍距離筆尖還有很長(zhǎng)一段，所以就會(huì)導(dǎo)致一整根鉛芯剛使用了一大半，就會(huì)因?yàn)榱粼诳^部分的長(zhǎng)度不夠，導(dǎo)致鉛芯脫離卡頭，無(wú)法固定鉛芯，從而無(wú)法繼續(xù)使用，直接導(dǎo)致鉛芯的浪費(fèi)。

2 節(jié)能型自動(dòng)鉛筆的設(shè)計(jì)思路

在反復(fù)討論和設(shè)想下，我們認(rèn)為可以在筆的原有基礎(chǔ)上留下儲(chǔ)芯管和護(hù)芯管，并另設(shè)一個(gè)有彈性的“棗核”狀零件，“棗核”一端偏長(zhǎng)，另一端相對(duì)較短?！皸椇恕钡膬?nèi)置一層柔軟的橡膠可以起到保護(hù)鉛芯、降低沖擊力、防止折斷的作用，并且中間部分在未受力的情況下內(nèi)部為直徑0.5mm的空心圓，除去整個(gè)零件外圍的橡膠層，中間圓及“棗核”延伸至兩端都為鏤空的。我們將零件置于筆尖上5mm處的內(nèi)壁上，“棗核”狀零件長(zhǎng)的一端通過(guò)筆殼上的小圓洞突出來(lái)，用以對(duì)其施壓，使整個(gè)零件發(fā)生彈性形變；而零件短的一端其尖端處用塑料包裹起來(lái)固定在筆殼內(nèi)部，用以防止外界對(duì)長(zhǎng)的一端施壓形變時(shí)，造成短端位置發(fā)生偏移，致使鉛芯折斷。人為對(duì)裸露在筆殼外部的一端進(jìn)行擠壓，這時(shí)中間部分的圓就會(huì)產(chǎn)生形變由圓形變?yōu)樗茩E圓形狀，由于零件中間整個(gè)為鏤空，所以在此過(guò)程中，鉛芯就會(huì)失去來(lái)自零件的受力，又因重力作用使其下落，當(dāng)外力消失時(shí)，整個(gè)零件恢復(fù)原有形狀，這時(shí)鉛芯也將會(huì)被再次固定，這樣我們就可以通過(guò)零件裸露在外的一端（功能似按鈕）來(lái)控制整個(gè)零件的形狀改變，以此來(lái)調(diào)整書(shū)寫(xiě)時(shí)鉛的使用長(zhǎng)度。

這樣的設(shè)計(jì)，不僅能夠改善鉛芯的浪費(fèi)情況，也能糾正我們的握筆姿勢(shì)，正是因?yàn)檫@個(gè)“小按鈕”，我們握筆時(shí)就會(huì)將握筆點(diǎn)上移，這樣就會(huì)增長(zhǎng)力臂，根據(jù)杠杠原理，書(shū)寫(xiě)時(shí)就會(huì)省去更多力氣。

我們的產(chǎn)品特點(diǎn)在于提高鉛芯的使用率，減少資源浪費(fèi)現(xiàn)象，并且整支筆的造價(jià)低廉、性能優(yōu)越。在設(shè)計(jì)中，我們嘗試?yán)梦锢韺W(xué)中的彈性形變?cè)恚O(shè)計(jì)了“棗核”型零件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鉛筆芯微剩余量的最初目標(biāo)。

圖1 鉛筆構(gòu)造圖

圖2 “棗核”零件切面圖

圖3 消費(fèi)者-價(jià)格關(guān)系

3 目前所遇的困難

制作“棗核”狀零件對(duì)材料的要求十分嚴(yán)格，在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，我們始終無(wú)法找到適合的材料，所用材質(zhì)無(wú)法滿足對(duì)彈性的需求。在工藝方面，也無(wú)法做出制造精良的零件，大多十分粗糙，無(wú)法正常安裝在筆管內(nèi)。

4 市場(chǎng)前景調(diào)查分析

針對(duì)節(jié)能型自動(dòng)鉛筆的市場(chǎng)前景，我們對(duì)天津市民展開(kāi)了隨機(jī)調(diào)查，涉及市民對(duì)自動(dòng)鉛筆使用頻率、數(shù)量、等問(wèn)題以及他們對(duì)節(jié)能型自動(dòng)鉛筆的預(yù)期價(jià)格、購(gòu)買(mǎi)欲望及對(duì)此款產(chǎn)品的意見(jiàn)和建議。通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我們對(duì)節(jié)能型自動(dòng)鉛筆可行性和未來(lái)市場(chǎng)需求進(jìn)行了如下分析。

數(shù)據(jù)顯示，66%的市民對(duì)節(jié)能型自動(dòng)鉛筆價(jià)格的接受范圍在3-4元。68%的市民表示，在節(jié)能型自動(dòng)鉛筆的價(jià)格略高于普通鉛筆的情況下，仍愿意購(gòu)買(mǎi)節(jié)能型自動(dòng)鉛筆。這些數(shù)據(jù)充分說(shuō)明此款節(jié)能型自動(dòng)鉛筆具有很好的市場(chǎng)前景。

節(jié)能型自動(dòng)鉛筆憑借提高鉛芯的使用率，減少資源浪費(fèi)現(xiàn)象，性能優(yōu)越的特點(diǎn)，獲得了市民們的大力支持，具有良好的市場(chǎng)前景。同時(shí)，市民普遍對(duì)價(jià)格問(wèn)題十分在意，如果將這款自動(dòng)鉛筆投入大規(guī)模生產(chǎn)，則應(yīng)注意其價(jià)格的設(shè)定。在此基礎(chǔ)上，若能優(yōu)化產(chǎn)品、降低成本，必將擁有良好的市場(chǎng)反響。我們希望制成并完善這款節(jié)能型自動(dòng)鉛筆，最終在全國(guó)范圍內(nèi)得到大力的推廣,宣傳節(jié)約、環(huán)保的理念。