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，人們逐漸意識到保護環(huán)境的重要性，環(huán)保節(jié)約也成為一種流行趨勢。而我們也注意到，現(xiàn)在市面上銷售的自動鉛筆使用時都會造成鉛芯的過度浪費，一根鉛的使用率很低，也就是說有很大一部分將被白白浪費。我們?nèi)∫缓醒b有20根鉛芯的樣本，再經(jīng)過長時間的使用后，整盒鉛剩余部分總長度相當(dāng)于之前5根完整的鉛芯長度。由此可見，一盒鉛芯的使用率在3/4左右，而造成這種浪費現(xiàn)象的根本原因在于自動鉛筆的不合理設(shè)計，所以，考慮到低碳節(jié)能問題，我們設(shè)計了這款節(jié)能型自動鉛筆。以達到提高鉛芯使用率的目的。

1 普通自動鉛筆的缺陷

市面上所看到的自動鉛筆設(shè)計多為脈動式機芯結(jié)構(gòu)，主要有筆桿、尖套（筆尖）、固定護芯管（活動阻尼）、卡頭、鎖緊箍、彈簧等組成。當(dāng)儲芯管受撳動壓力作用時，克服彈簧的彈性力向下移動，并使卡頭爪片張開，同時鉛芯依靠自身的重力，離開在儲芯管內(nèi)的原來位置，在制動元件阻尼圈的控制下沿著護芯管壁移動一定長度。撳動壓力釋放后，彈簧恢復(fù)原位，鉛芯被鎖緊箍和卡頭自動鎖緊定位，完成一次脈動出芯過程。但同時，這種設(shè)計也有一個缺點，它的鎖緊箍距離筆尖還有很長一段，所以就會導(dǎo)致一整根鉛芯剛使用了一大半，就會因為留在卡頭部分的長度不夠，導(dǎo)致鉛芯脫離卡頭，無法固定鉛芯，從而無法繼續(xù)使用，直接導(dǎo)致鉛芯的浪費。

2 節(jié)能型自動鉛筆的設(shè)計思路

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)上留下儲芯管和護芯管，并另設(shè)一個有彈性的“棗核”狀零件，“棗核”一端偏長，另一端相對較短。“棗核”的內(nèi)置一層柔軟的橡膠可以起到保護鉛芯、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”狀零件長的一端通過筆殼上的小圓洞突出來，用以對其施壓，使整個零件發(fā)生彈性形變；而零件短的一端其尖端處用塑料包裹起來固定在筆殼內(nèi)部，用以防止外界對長的一端施壓形變時，造成短端位置發(fā)生偏移，致使鉛芯折斷。人為對裸露在筆殼外部的一端進行擠壓，這時中間部分的圓就會產(chǎn)生形變由圓形變?yōu)樗茩E圓形狀，由于零件中間整個為鏤空，所以在此過程中，鉛芯就會失去來自零件的受力，又因重力作用使其下落，當(dāng)外力消失時，整個零件恢復(fù)原有形狀，這時鉛芯也將會被再次固定，這樣我們就可以通過零件裸露在外的一端（功能似按鈕）來控制整個零件的形狀改變，以此來調(diào)整書寫時鉛的使用長度。

這樣的設(shè)計，不僅能夠改善鉛芯的浪費情況，也能糾正我們的握筆姿勢，正是因為這個“小按鈕”，我們握筆時就會將握筆點上移，這樣就會增長力臂，根據(jù)杠杠原理，書寫時就會省去更多力氣。

我們的產(chǎn)品特點在于提高鉛芯的使用率，減少資源浪費現(xiàn)象，并且整支筆的造價低廉、性能優(yōu)越。在設(shè)計中，我們嘗試?yán)梦锢韺W(xué)中的彈性形變原理，設(shè)計了“棗核”型零件，實現(xiàn)了自動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 消費者-價格關(guān)系

3 目前所遇的困難

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

4 市場前景調(diào)查分析

針對節(jié)能型自動鉛筆的市場前景，我們對天津市民展開了隨機調(diào)查，涉及市民對自動鉛筆使用頻率、數(shù)量、等問題以及他們對節(jié)能型自動鉛筆的預(yù)期價格、購買欲望及對此款產(chǎn)品的意見和建議。通過調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我們對節(jié)能型自動鉛筆可行性和未來市場需求進行了如下分析。

數(shù)據(jù)顯示，66%的市民對節(jié)能型自動鉛筆價格的接受范圍在3-4元。68%的市民表示，在節(jié)能型自動鉛筆的價格略高于普通鉛筆的情況下，仍愿意購買節(jié)能型自動鉛筆。這些數(shù)據(jù)充分說明此款節(jié)能型自動鉛筆具有很好的市場前景。

節(jié)能型自動鉛筆憑借提高鉛芯的使用率，減少資源浪費現(xiàn)象，性能優(yōu)越的特點，獲得了市民們的大力支持，具有良好的市場前景。同時，市民普遍對價格問題十分在意，如果將這款自動鉛筆投入大規(guī)模生產(chǎn)，則應(yīng)注意其價格的設(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反響。我們希望制成并完善這款節(jié)能型自動鉛筆，最終在全國范圍內(nèi)得到大力的推廣,宣傳節(jié)約、環(huán)保的理念。