机械毕业设计（论文）-小型吸尘器的设计（全套图纸三维） .pdf

毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 小型吸尘器的设计 学生姓名： 学 号： 所在系部： 专业班级： 指导教师： 日 期： small vacuum cleaner design by june 2012 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留 并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 i 摘摘 要要 本文从吸尘器的历史开始，介绍了吸尘器的发展状况、种类、工作原理、结 构和适用环境。然后对吸尘器做简要分析，从外观设计到内部结构的设计，用 pro/e 构造出吸尘器的各部分元件的三维图，如软管、风机、吸头、电机、底盘、 主体等。最后对设计出来的元件进行装配，构造出装配图和爆炸图，并用 cad 画出吸尘器主体结构的二维图。 文中还着重介绍了电机选择设计和减震消音器设 计部分。 关键词：吸尘器 电机 装配 全套图纸，三维加全套图纸，三维加 153893706 ii abstract from the vacuum cleaners history began development of the vacuum cleaner, types, working principle, structure and application of environmental. then do a brief analysis of the vacuum cleaner, from the design to the design of the internal structure of each part of the components of the vacuum cleaner constructed using pro / e 3d map, such as hoses, fans, suction head, motor, chassis, the main. the final assembly of components designed, constructed assembly drawings and exploded diagram, and using cad to draw two- dimensional diagram of the vacuum cleaner main structure. the paper also focuses on the design part of the motor to select the design and shock- absorbing muffler. keywords： vacuum cleaner motor assembly iii 目目 录录 摘摘 要要 . i abstract ii 1 引言引言 . 1 2 吸尘器的历史及发展吸尘器的历史及发展 . 2 2.1 吸尘器的历史 . 2 2.2 业界的发展情况 . 3 3 吸尘器的分类吸尘器的分类 5 3.1 卧式（canister） 5 3.2 立式（upright） . 5 3.3 手持式 （handy） . 6 3.4 桶式 （pot） 5 3.5 杆式 （stick） . 5 3.6 机器人 （irobot） . 5 3.7 便携式吸尘器 . 6 3.8 中央吸尘系统 . 6 3.9 机器人吸尘器 . 6 3.10 便携式迷你吸尘器. 7 4 吸尘器工作原理、结构及适用环境吸尘器工作原理、结构及适用环境 . 8 4.1 吸尘器工作原理 . 8 4.2 吸尘器结构 . 8 4.3 适用环境 . 9 5 产品设计产品设计 . 10 5.1 电机的设计 . 10 5.1.1 电动机功率选择的原则 . 10 5.1.2 吸尘器的真空度和风量 . 10 5.1.3 电机计算 11 5.1.4 电机建模 11 5.2 软管设计 . 12 5.3 吸尘器上盖 . 13 5.4 吸尘器刷头 . 13 5.5 刷头护罩 . 14 5.6 集尘杯 . 14 5.7 吸尘器底盘 . 15 5.8 吸尘器风机 . 16 5.9 螺钉 . 16 5.10 吸尘器主体 . 17 5.11 隔振消音器设计 17 5.11.1 隔振原理 . 17 5.11.2 隔振材料特性介绍 . 18 5.11.3 电机隔振方法 . 19 5.11.4 减振消音器建模 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.12 吸尘器装配图 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.14 吸尘器分解视图 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.15 吸尘器主体工程图 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结束语结束语 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 1 引言引言 随着人们生活水平的提高， 健康、 舒适的家居环境越来越被更多的人所关注。 买房、 装修成为人们茶余饭后谈论的热点话题，但装修后又脏又累的卫生清扫工 作，成为困扰家庭主妇又一大难题。对不少家庭而言，吸尘器已成为清洁家庭的 必备小家电。 人们选择吸尘器主要考虑外观、小巧、好操作、低噪音、大吸力等因素，这 一趋势也成为当前设计师们设计产品所要考虑的问题。 下面我们来研究一下小型 吸尘器的设计与开发。 2 2 吸尘器的历史及发展吸尘器的历史及发展 2.1 吸尘器的历史吸尘器的历史 1869 年美国一家公司制造并生产了第一台电动吸尘器被命名为“旋风” 。从 那时起吸尘器这个与时代发展相结合的小型家用电器开始了与生活的紧密连接。 1900 年，英国工程师 hubert cecil booth 在一次贸易展上看到了美国的一部鼓 风机，这成为了他发明第一台真空吸尘器的原型。1901 年，使用电的家庭还很 少，他发明了一个笨重的引擎带着一个吸气泵，并安装在马车上工作，经过后来 英国真空吸尘器公司的技术人员改造， 以一根长而干净的弹性软管改装成了正式 的真空吸尘器。1902 年，这一吸尘器被指定为爱德华七世加冕典礼清洁地毯， 后又被指定为白金汉宫清洁时，booth 的发明引起了轰动。人们开始以这种以新 试清洁方法为乐趣和炫耀。1908，美国俄亥俄州开始盛行自助家庭清洁，因为一 个很有创意的看门人发明了简易电动吸入式清扫器一个香皂盒，一个风扇、 一个枕套和一个扫帚柄。从那以后的吸尘器都有一个具有渗透性过滤网的垃圾 袋，但它的缺点是总不免被阻塞，降低清洁效率。 1978 年，年轻的英国设计师戴森（james dyson 1947）发现使用传统袋 式吸尘器的过程中普通吸尘器要经常更换尘袋，而且“尘袋”中逸出的微小尘粒 常常堵塞吸气口的过滤片。降低了吸尘器的效率。他研究了这一缺陷。并采用了 一种工业清洁技术，即旋风分离技术来解决这个问题，这一技术常用于油漆店和 锯木厂的清扫中。他制作了 5127 个模型来完善他的想法。5 年后，也就是 1983 年，戴森设计制造了自己的第一台吸尘器“gforce” 。它的原理是先将气流加 速到 200 英里/小时，把较大的绒毛碎片变小些，再以 924 英里/小时的超音速将 大小适合的灰尘微粒通过离心力旋入垃圾袋中。 为了推广旋风吸尘器的设计，并为自己的设计找到产业化的资本，他把它带 到日本。经过了 8 年的时间，吸尘器的销售额增加了 100 倍。开始了吸尘器界的 传奇演绎。直到今天， “戴森”作为国际性的家电设计制造公司，仍然是以吸尘 器的开发、设计与制造为主。 3 作为吸尘器界的领军者， 戴森从一开始就以体现了产品外观设计与工程技术 的完美结合为目的 “让我们的生活得到真正的进步， 你不仅需要成为设计师， 还需要成为一个工程师。 ”以这个理念为基本，戴森设计了一个透明的 pvc 外箱 以显示吸尘器的工作原理，并提示使用者什么时候该倾倒垃圾。第一款样品是采 用了银色的机身，并用黄色突出关键的部件。使吸尘器看起来更加有趣，戴森希 望它像一件太空时代的高技术产品， 其超凡的性能应该完善地展现出来。 戴森说： “我们的哲学是真正创造出最好的产品，也就是精良的设计加上更好的技术” 。 2.2 业界的发展情况业界的发展情况 吸尘器之于家居，犹似彩电、冰箱之于家居，为诸多消费者置家必备（类似 家庭“大件儿”）， 庞大的消费基础使各品牌扎成一堆。飞利浦、好运达占据 高端市场，伊莱克斯、三洋、海尔、龙的、富达等占中端和低端的大部分领地， 海尔、伊莱克斯、三洋频繁轮坐市场第一把交椅，但互相间不能拉开实际距离。 中端市场飞利浦、lg、好运达通过调整产品价格也开始占有越来越多的份额，好 运达对其原来的中高档的吸尘器进行了全面调价，意在夺取最多份额的中端市 场。 低端市场吸尘器的同质化现象非常严重，与厨房小电器的食品加工类产品类 似。 作为小家电的一个品种，吸尘器也是受到小家电市场的发展及影响的。现在 我们就来看看国际和国内的小家电企业的发展及市场占有情况。 如今，小家电市场已经由原来少数国际品牌支撑的局面，迅速转变成国际、 台资、 港资以及本土品牌共同角逐的战场。这些品牌由于有不同的背景和竞争优 势，在市场上的表现各有不同，虽然都想在小家电市场谋取一方霸业，但他们的 品牌健康程度却不同。 国际品牌一线阵营中，飞利浦小家电为什么能够得到消费者的高度认可，外 界莫衷一是，原因是飞利浦小家电相对低调，它的对手甚至不清楚它每年究竟在 中国市场实现多少销售。 飞利浦的“让我们做得更好”深入人心， 世界一流的产品设计与质量在消费 者心中建立起稳固的地位，购买飞利浦小家电既能满足消费者的生活需要，同时 4 给消费者不同于其他品牌的优越感，飞利浦小家电不仅仅是高质量产品的代名 词，它更是高质量、国际化生活的象征。 赛博是法国著名小家电集团，其旗下的万能、好运达、特福等在国外市场确 有建树，作为最早进入中国的国际品牌之一的万能，因为没能在中国打开局面， 曾一度淡出中国市场。其他品牌如好运达、特福等虽苦心经营多年，有了一定的 市场份额，但是离赛博的目标还差很远。经过了与红心合资的痛苦历程，赛博发 现还是应该全盘掌握市场开发的主动权。 小家电中端市场，台资和港资品牌占有相当份额。由于他们为欧美大企业的 丰富代工经验使他们也掌握了很多技术知识和市场需求， 这也是他们现在能具有 竞争力的主要原因。 相比其他，国内小家电企业就显得有些落后了。国内的小家电品牌中龙的是 个典型的例子。这家历史不长（1999 年 9 月成立）的小家电企业具有非常明显 的特点。雄心勃勃虽然还没有长远的规划，还没有明确的长远目标，但是它 已经明确表达“未来的龙的未必只局限于小家电”。 拼命学习无论在产 品设计、营销模式，还是在组织架构、管理系统方面，都在学习国际老大如飞利 浦和松下，尤其是飞利浦，甚至连产品的陈列端架都有明显模仿飞利浦的痕迹。 选择切入点，迅速扩张主要从吸尘器入手，占领低端市场，随后迅速扩大产 品线，覆盖从个人护理（女用护理及美容系列以及电动牙刷）、厨房小电器到家 居系列的多种类别，在商场的陈列，已经从与其他国内品牌一起端架陈列上升到 有一定面积的专柜陈列，在连锁超市、大卖场或电器连锁店的出样数量也逐日增 加。 5 3 吸尘器的分类吸尘器的分类 3.1 卧式（卧式（canister） 在亚欧市场较为常见的吸尘器类型，占整体市场的 80%以上。其特点是 外形小巧，存放方便。卧式吸尘器也分为“尘盒式吸尘器”和“尘袋式吸 尘器”。 3.2 立式（立式（upright） 美洲市场较为常见，适用于大面积的地毯清洁。 3.3 手持式手持式 （handy） 体型小巧，携带及使用非常方便，主要用于车内的清洁，对键盘，电 器等也有良好效果。缺点是功率较小，吸力不够强劲。 3.4 桶式桶式 （pot） 商用吸尘器，多为保洁公司，酒店，写字楼所使用，特点是容量大， 能吸水。 3.5 杆式杆式 （stick） 近几年逐步增多，多为充电式，特点是体型小巧，使用方便。 3.6 机器人机器人 （irobot） 自动清扫地板上的灰尘，自动清扫地板上的灰尘，自动清理毛发和碎 物，清扫任务完成后，自动返回充电，智能吸尘器的核心技术是芯片和里 6 面的软件，irobot 智能吸尘器机器人 roomba 使用先进的 iadapt 技术，这 是一个由软件和感应器组成的专利系统。iadapt 让 roomba 可以主动对清 扫环境进行监测，每秒钟思考次数超过 60 次，并且能够以 40 种不同的动 作进行反应，以便 彻底清扫房间。高端吸尘器，可自动打扫和充电，优点 是噪音小，体积小，能够轻松进入传统吸尘器不能到达的地方。 3.7 便携式吸尘器便携式吸尘器 它一般有四种形式： 肩式吸尘器：体积较小，使用时背在肩上，小功率输出。 杆式吸尘器：形状似杆，上端为把手，下端为吸嘴，小功率输出。 手提式吸尘器：体积更小，可直接握在手中使用，小功率输出。 微型式吸尘器：多用电池供电，体积更小，多用于清洁衣物、仪器等，微功 率。 3.8 中央吸尘系统中央吸尘系统 高端吸尘器，它是将吸尘主机放置在主要生活区之外的场所，如：地 下设备层、车库、清理间等，将吸尘管道嵌至墙里，在墙面只留小而美观 的吸尘插口，当需要清理时只需将一根软管插入吸尘口，此时系统自动启 动主机开关，全部大小灰尘、纸屑、烟头、有害微生物，甚至客房中的烟 味等不良气味，都经过严格密封的管道传送到中央收集站。任何人、任何 时间都可以进行全部或局部清洁，确保了最清洁的室内环境。其清洁处理 能力是一般吸尘器的 5 倍，而软管长度可任意选配，该类系统在欧美国家 已是必配系统，在国内已有部分高档楼盘采用了此先进技术。 3.9 机器人吸尘器机器人吸尘器 irobot 机器人吸尘器英文名称为“roomba”，中文为“伦巴”，是由 美国 irobot 公司生产。美国麻省理工学院(mit) 罗德尼布鲁克斯教授 (rondy brooks)，主持世界最大的大学实验室电脑科学暨人工智能实 7 验室(computer science and artificial intelligence laboratory, 简 称 csail)，于 1990 年带着得意门生科林安格尔 (colin angle)和海 伦格雷纳(helen greiner)，以 csail 所提供的创业基金为基础，创办了 irobot 公司。irobot 最初专注于军用机器人的研究，创造了 packbot 等机 器人，公司于 2002 年开始涉足家用机器人市场，并在 2002 年推出了具有 历史历史意义的机器人吸尘器 roomba，揭开机器人吸尘器新篇章。 3.10 便携式迷你吸尘器便携式迷你吸尘器 便携式迷你吸尘器轻巧灵便，方便使用的提式设计，只要随手拿起并 用手轻轻一摁，便可轻松吸尘。吊带式设计可把它挎在腰间进行操作。使 用大吸头可以吸地面上的任何物品（水除外），使用宽头吸头可以吸有缝 隙的物品（宽头吸尘头头部有毛扫，可以打扫缝隙中的灰尘），使用软管 吸尘时可以背在身上，不仅能吸沙发，窗帘，还可以吸天花板，电脑键盘， 床面以及各种家用电器表面的灰尘。配置了可以转弯的小方刷可用于电脑 键盘除尘，清理小范围碎屑以及为宠物吸尘，清理隐藏在每一死角窄缝的 尘垢，提高清洁效能，使用更方便。 8 4 吸尘器工作原理、结构及适用环境吸尘器工作原理、结构及适用环境 4.1 吸尘器工作原理吸尘器工作原理 吸尘器能除尘，主要在于它的“头部”装有一个电动抽风机。抽风机的转 轴上有风叶轮，通电后，抽风机会以每秒 500 圈的转速产生极强的吸力和压力， 在吸力和压力的作用下，空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充 风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此 压差的作用下， 吸入含灰尘的空气。 灰尘等杂物依次通过地毯或地板刷、 长接管、 弯管、软管、软管接头进入滤尘袋，灰尘等杂物滞留在滤尘袋内，空气经过滤片 净化后，由机体尾部排出。因气体经过电机时被加热，所以吸尘器尾部排出的气 体是热的。 吸尘器的吸尘桶内装有一个收集灰尘的盒子，尘垢便留在集尘盒里，盒 子装满后，可取出用水刷洗清理。吸尘器配上不同的部件，可以完成不同的清洁 工作，如配上地板刷可清洁地面，配上扁毛刷可清洁沙发面、床单、窗帘等，配 上小吸嘴可清除小角落的尘埃和一些家庭器具内的尘垢。 4.2 吸尘器结构吸尘器结构 吸尘器的基本结构按功能分为五个部分： 1动力部分：吸尘器电机和调速器。调速器分手控、机控。 电机：有铜线电机和铝线电机之分。铜线电机有耐高温、寿命长、单次操作 时间长等优点，但价格较铝线比较高； 铝线电机有着价格低廉的特点，但是耐 温性较差、熔点低、寿命不及铜线长。 调速器：手控式一般为风门调节； 机控式为电源式手持按键或红外线调节。 2过滤系统：尘袋、前过滤片、后过滤片。按过滤材料不同又分：纸质、 布质、sms、海帕（hepa 高效过滤材料） 。 3功能性部分：收放线机构、尘满指示、按钮或滑动开关。 9 4保护措施：无尘袋保护、真空度过高保护、抗干扰保护（软启动） 、过热 保护、防静电保护。 5附件：手柄和软管、接管、地刷、扁吸、圆刷、床单刷、沙发吸、 挂钩、背带。 （1）喉管：所有吸力式的吸尘器都会装备硬喉管，用来连接清洁用的 软喉管及附件。 （2）电动刷：内式吸尘器的清洁头，是混合式吸尘器特别有的配件。 （3）圆刷头：也较小吸嘴，可做 360 度回转，方便清洁家具、精细网 织物等。 （4）扁吸嘴：又称缝隙吸嘴，是一支细长、扁平的硬吸嘴。特别适用 于清洁墙边、辐射式暖片、角落及浅窄地方。 4.3 适用环境适用环境 海拔高度不超过 1000。 环境空气最高温度为+40。 环境空气相对湿度：2590。 10 5 产品设计产品设计 5.1 电机的设计电机的设计 电动机是吸尘器的心脏，其性能的好坏，可直接影响吸尘器的可靠性。 5.1.1 电动机功率选择的原则 电动机的功率反映了它的负载能力， 对电动机的选择首先是对电动机功率的 选择，如果选择的电动机功率过小，则不能使机械设备在正常工作状况下运行， 无法完成相应的生产任务，即使电动机能够勉强拖动机械设备运转，由于电动机 在过载条件下运行，会造成电动机损坏或其他机械故障。如果选择的电动机功率 过大，则设备投资费用增加，电动机运行效率下降。 电动机的功率选择应根据以下原则进行。 1.允许温升 保证电动机在运行时的实际最高温度max不高于电动机绝 缘材料所允许的最高温度a，即maxa。 2过载能力 电动机热惯性大，在短期内承受高于额定功率的负载时所达 到的温度不会高于电动机绝缘材料所允许的最高温度， 有一定的过载能力。 但是， 电动机的最大转矩maxt或最大电流i max 必须大于运行过程中可能出现的最大 负载转矩 maxlt 和最大负载电流 maxli ,即 maxlt maxt=m nt 。 3启动能力 为了保证电动机能够可靠启动，必须使 lstnstttt 24kpa,效率取为 30%，进风量1.7m/s,所以选取额定功率为 500w 的单相交流串励电动机。 5.1.4 电机建模 p(w) n(%) p1 p2 n 12 电机主体 输出轴 螺纹孔 r1=100,倒角 6 r2=80,倒角 5 直径 10 直径 5 深度 5 5.2 软管设计软管设计 圆环 螺纹 外径 22 内径 20 螺距 0.7 节距 1 软管作用：长长的软管可以在远离电源插头的地方进行工作。 13 5.3 吸尘器上盖吸尘器上盖 圆柱 弯弧 排气孔 螺纹 直径 340 高度 40 弧度 50 厚度 15 直径 3 面积 10x10 螺距 0.7 节距 1 吸尘器上盖在吸尘器中的作用：封闭上口，便于移动及提携。 5.4 吸尘器刷头吸尘器刷头 底座高度 圆环 底座倒角 螺纹 螺纹孔 厚度 20 内径 18 倒角 r2 螺距 0.7 直径 5 14 外径 20 节距 1 深度 8 吸尘器刷头在吸尘器中的作用：直接与地面灰尘接触，吸取灰尘，同时可来回移动。 5.5 刷头护罩刷头护罩 圆孔 1 圆孔 2 厚度 直径 8 直径 5 2 吸尘器刷头护罩在吸尘器中的作用： 保护刷头同时有过滤大物体作用， 清洗方便。 5.6 集尘杯集尘杯 圆柱 内槽 15 直径 320 高度 80 直径 310 高度 70 集尘杯作用：用于储存吸进来的灰尘。 5.7 吸尘器底盘吸尘器底盘 底座 轮子 圆柱：直径 440，高度 700 内槽：直径 400，高度 50 倒角：15 外径：60，内径：40 倒角 1：7.5，倒角 2：5 厚度：30 底盘作用：用于装载吸尘器主体，便于移动。 16 5.8 吸尘器风机吸尘器风机 5.9 螺钉螺钉 17 5.10 吸尘器主体吸尘器主体 r1 r2 r3 r4 r5 直径 400 高度 50 直径 350 高度 10 直径 340 高度 300 直径 350 高度 10 直径 330 高度 30 r6 r7 内槽 螺纹 圆孔 直径 30 高度 5 直径 20 高度 10 直径 320 高度 350 螺距 0.7 节距 1 直径 18 深度 30 5.11 隔振消音器设计隔振消音器设计 噪音作为吸尘器最主要的性能参数之一,高噪音已经成为家用电器中最为严 重的问题，噪音问题也是阻碍吸尘器在国内普及的最大障碍。对大多数的吸尘器 而言， 电机是最主要的噪声源。而电机运行中不平衡导致的噪声是最主要的噪声 之一，要解决这个问题的根本就是“如何减小电机运行中的不平衡”。 5.11.1 隔振原理 在工业中通常把6hz 以下的振动定义为低频振动，6100hz 之间的振动定 义为中频振动，100hz 以上的振动定义为高频振动。由公式：f = n/60 可以计 18 算出真空电机的干扰振动基频一般在510 hz左右，其在空气中的波长大约0.69m， 属于高频振动。 解决干扰振动的最好办法就是给真空电机加装避振器， 当避振器的固有频率 大于真空电机的干扰振动频率时避振器是不能起到隔振效果的， 当避振器的固有 频率和真空电机的干扰振动频率相当时避振器不但不能起到隔振效果， 还会因为 声波的叠加把振动放大， 只有当避振器的固有频率小于真空电机的干扰振动频率 的1.42 倍时避振器才有隔振效果。一般情况下避振器的固有频率小于真空电机 的干扰振动频率的4 倍时（最好取14 以上），可以有良好的隔振效果。所以避 振器的固有频率必须远远小于510 hz。 5.11.2 隔振材料特性介绍 隔振材料的选择是非常重要的， 下面我们就常用的几种软性材料做个简单的 介绍： 1.天然橡胶：天然橡胶（nr）以橡胶烃（聚异戊二烯）为主，含少量蛋白质、 水、树脂酸、糖类和无机盐等。主要特点，弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电 绝缘性能优良，耐磨性和耐旱性良好，易加工，易与其他材料粘合，在综合