电热水壶结构设计及装配仿真【6张图/18000字】【优秀机械毕业设计论文】
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说明书一份。54页，18000字。
任务书一份。
外文翻译一份。
PROE三维图一份。
答辩PPT一份。
装配动画一份。
图纸共6张，如下所示
A0-爆炸图.dwg
A0-装配图.dwg
A2-壶身.dwg
A2-底座上盖.dwg
A2-电源底座下盖.dwg
A4-壶盖开合按钮.dwg
目录
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章 绪论 1
1.1电热水壶行业发展现状 1
1.2电热水壶发展趋势 2
1.3研究现状 3
1.3.1电热水壶的基本结构 3
1.3.2电热水壶的基本工作原理 4
1.3.3电水壶三重安全保护功能的工作原理 4
1.3.4电热水壶的分类 4
1.4毕业设计内容 4
1.5本章小结 5
第2章 电热水壶方案设计及对比选择 7
2.1 三种电热水壶方案的具体介绍 7
2.1.1：不锈钢外壳360度旋转电热水壶 7
2.1.2：直插式塑料电热水壶 8
2.1.3时尚企鹅外型塑料电热水壶 9
2.2 三种电热水壶方案的比较择优： 10
2.3方案3的pro/e初步渲染图 11
2.4本章小结 11
第3章 电热水壶结构设计和三维建模 12
3.1壶身设计 12
3.1.1壶身主体的设计 13
3.1.2壶嘴的设计 14
3.1.3壶身手柄下盖的设计 14
3.1.4壶身与壶身下盖的设计 15
3.1.5过滤器固定结构的设计 17
3.1.6壶身手柄处与上壶盖的固定结构的设计 17
3.1.7壶壶身表面凸出结构的设计 19
3.1.8壶盖与壶身连接结构的设计 20
3.1.9连接壶身底盖的电线结构 21
3.1.10加热盘与防漏圈的设计 21
3.1.11手柄上盖的设计 22
3.1.12壶身下盖的设计 24
3.2壶盖整体结构的设计 24
3.2.1下壶盖结构的设计 25
3.2.2壶盖机构的控制操作按钮结构的设计 26
3.2.3上壶盖结构的设计 26
3.3电源底座结构的设计 27
3.3.1电源底座下盖的设计 27
3.3.2电源底座上盖的设计 29
3.3.3插头的设计 29
3.4水壶控制状态部分的设计 30
3.5附加功能部分的设计 33
3.6本章小结 33
第4章 电热水壶的运动仿真 34
4.1 3DS MAX软件简介 34
4.2 动画制作前的准备 34
4.3 装配动画的制作 34
4.3.1壶盖装配动画的制作 34
4.3.2壶底座；壶身下盖；壶身装配；加热盘动画的制作 36
4.3.3电热水壶总装配动画的制作 39
4.4 装配动画的渲染输出 42
4.5 本章小结 44
第5章 电热水壶壶盖充模流动性实验 45
5.1Mold Flow软件简单介绍 45
5.2电热水壶手柄上盖的流动性分析实验 45
5.2.1手柄CAD模型的输入 46
5.2.2网格划分及材料，浇口位置的选择 47
5.2.3确定注塑条件 47
5.2.4填充过程模拟结果 47
5.2.5保压过程模拟结果 48
5.2.6保压时间及保压压力的优化计算 48
5.3本章小结 50
结论 51
致谢 53
参考文献 54
附录1. 英语文献翻译 55
附录2. 翻译原文 72
附录3. 图纸（共六张）
毕业论文（设计）题目： 电热水壶结构设计及装配仿真
题目类型[1] 工程设计 题目来源[2] 工程设计
一． 毕业论文（设计）内容要求：
（1）英文翻译
完成3000～5000文字资料翻译，译文要求准确，文字流畅。
（2）电热水壶外观设计
要求查阅资料，制定两个或以上电热水壶设计方案，进行可行性分析。
（3）电热水壶结构设计
要求选择最佳电热水壶设计方案进行结构设计。
（4）运用3D MAX软件完成装配过程的动画仿真。
严格按照“中南大学本科生毕业论文（设计）规范”完成毕业论文，要求正文字数不少于1.5万字。
二．主要参考资料
（1） 薛澄岐等主编。工业设计基础[M]。南京：东南大学出版社，2004；
[1] 题目类型：①理论研究②实验研究③工程设计④工程技术研究⑤软件开发
[2] 题目来源：①教室科研题②生产实际题③模拟或虚构题④学生自选题
（2） 严杨编著。人机工程学设计应用[M]。北京：中国轻工业出版社，1991；
（3） 罗仕鉴，朱上上，孙守迁等。产品造型设计中的用户知识与设计知识研究[J]。中国机械工程，2004，15（8）：709-712，734；
（4） 周四新。Pro/Engineer Wildfire综合培训教程[M]。北京：机械工业出版社，2004
（5） 中希恩等编著。3D Studio MAX R3自学捷径[M]。北京大学出版社；
（6） .潘磊等编著。3DS MAX应用开发速成培训[M]。电子工业出版社；
（7） 朱晓彬等编著。3D Studio MAX R3效果与实例[M]。北京大学出版社；
（8） 孙桓，傅则绍。机械原理[M]。北京：高等教育出版社，1995；
- 内容简介：
-
摘要 - I - 摘要 本论文 主要 涉及的是有关 电热水壶 的 结构 设计 及装配仿真 。 电热水壶结构主要由壶身，上壶盖，壶手柄，壶底座几个部分。 电热水壶结构的设计 主要包括 水壶外型及内部 的结构设计。 电热水壶结构的设计 是在 结构坚固耐用 的基础上，通过 对其外型及易用性 的创新设计， 使其外观 简洁， 时尚 ， 大方 ， 用户 操作 方便 。该 电热水壶结构的设计 是 通过 软件对水壶的各部分零件和结构进行了实体建模 。同时，还对该 电热水壶 各 零 件进行了 装配 。在此基础上， 对 该 电热水壶各零件的装配过程运用 3件进行了动画仿真 。 最后， 使用 件对电 热水壶手柄盖进行了充模流动性实验，对保压时间进行了优化计算，经过件 分析，零件 的最大体积收缩率减小， 收缩率较均匀， 达到了优化的效果。 关键词： 电热水壶结构设计 ; ; 装配仿真 ; 3 南大学毕业设计论文 - on on of of of in a on of it E of of on of On on of to by to of ; 3 F F 14 (2004) 14 4)68657on K f640,1 0037 003at 4/9604/3/of 0of of In of is of of by of of is by a to a ). at as ( as be as as or as as of a of 0A of in in A be of in in in a in an of of is in of to by a . It 4/030001+14$ 2004 in K . A of C 40 0 30 0 0 60 0 10 10 50 0120 50 50 a)b)(c). of a) is of (b) is c) is a is (a), an up (b), is (c). is a of C to of to be in , 2. of as it is a in of to be of in In on In is on is to of of by 3, 4 to be a of be on a to in of a in of is a of a)(b)(c). of (a)is (b)is up c) is . of by of 5: is (a), a in is is by in (b). is is (c) a of a of of 6 SU as it of a is as a a of a by a in a to a As a is as as of be to be a on be by is or as a of be a of is if or or a to a of be is of up be a be is by by is by an be by of is a in be a of in to be up by of a be in an in a On it is in to by a be to of an be be 66 in a of up 00 mm of of is to as of of of is it is of is a of to of by is a by In of a is a on a is to of is is no is to is a on is (a), is (b), up (c), (d ) a 25 m S 25 m m a on 7, 8. In to be it of As a of is by to of is as a be if by in in It is to be by by to of In a to a in is to be In to be so of of to be a)(b)c)(d). of (a)is (b) is by (c) up a d ) . in a PS by to be by to is to a is if be by of be a) (b) (c) (d) (e) (f ) . by (a) a (b) (c) (d ) (e) f ) fby a is by a is is on a of as to no is by of on V on of by of a of as a 911. It to a a a oor by is as or or be by in be is an a in to in up to is is is to as in of in is in in of a of is is at of as a 12is to as or (a). by by 13 14) 15. of in is a is 00 m. to be on a or to be of be of it is to of be by evie中 南 大 学 毕业论文（设计）任务书 毕业论文（设计）题目： 电热水壶结构设计及装配仿真 题目类型 1 工程设计 题目来源 2 工程设计 毕业论文（设计）时间从 2007 年 3 月 5 日 至 2007 年 6 月 9 日 一 毕业论文（设计）内容要求： （ 1） 英文翻译 完成 3000 5000 文字资料翻译，译文要求准确，文字流畅。 （ 2） 电热水壶外观 设计 要求 查阅资料，制定两个或以上电热水壶设计方案，进行可行性分析。 （ 3） 电热水壶结构设计 要求 选择最佳电热水壶设计方案进行结构设计 。 （ 4） 运 用 3D 件完成装配过程的动画仿真。 严格按照“中南大学本科生毕业论文（设计）规范”完成毕业论文，要求正文字数不少于 字。 二主要参考资料 （ 1） 薛澄岐等主编。工业设计基础 M。南京：东南大学出版社， 2004； 1 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2 题目来源： 教室科研题 生产实际题 模拟或虚构题 学生自选题 （ 2） 严杨编著。人机工程学设计应用 M。北京：中国轻工业出版社， 1991； （ 3） 罗仕鉴，朱上上，孙守迁等。产品造型设计中的用户知识与设计知识研究J。中国机械工程， 2004， 15（ 8）： 709734； （ 4） 周四新。 合培训教程 M。北京：机械工业出版社， 2004 （ 5） 中希恩等编著。 3D 3 自学捷径 M。北京大学出版社 ； （ 6） 3用开发速成培训 M。电子工业出版社 ； （ 7） 朱晓彬等编著。 3D 3 效果与实例 M。北京大学出版社 ； （ 8） 孙桓，傅则绍。机械原理 M。北京：高等教育出版社， 1995； 二 毕业论文（设计）进度安排 阶段 阶段内容 起止时间 一 资料收集、实习调研、英文翻译、文献 综述 外观造型、 结构 设计 、 运动仿真 4 2 整理、打印毕业论文，准备答辩 答辩 导教师（签名） 时间： 教研室（所）主任（签名） 时间： 主管院长（签名） 时间： 54 参考文献 1 连小卫 . 电热水壶行业状况与核心部件温控器 2006 年 10 期 2 张磊 ,高举“ 健康饮水”大旗 将健康饮水革命进行到底 记 2006 首届中国电热水壶产业发展论坛及 健康饮水革命新闻发布会 2006年 08 期 3 朱东梅，黑心电热水壶厂家采用劣质塑料危害健康 2005 年 12 期 4 监督和选择编辑部，产品质量国家监督抽查结果显示 电热水壶小型企业问题较多 , 2006 年 09 期 5 叶大繁 快速电热水壶温控器市场调查分 析 . ,20066 朱波， 电热水壶导购知识问 答 . ,20077 詹友刚主编， 文野火版 速入门教程， 2006 8 侯志文，朱国璋，何悦贵，王勇编著 用实例教程 2003 9 潘磊等编著 用开发速成培训 M。电子工业出版社 ,2003 10 3D 础操作与实例教程 编委会 础操作与实例教程 2005 11 王刚，单岩编著 具分析应用实例 2005 机电工程学院 中南大学 本科生毕业论文（设计） 题 目 电热水壶结构设计及装配仿真 学生姓名 邓伟 指导教师 彭华 建 老师 学 院 机 电 工 程 学 院 专业班级 模 具 一 班 完成时间 2007 年 6 月 8 日 中南大学毕业论文 目录 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 热水壶行业发展现状 . 1 热水壶发展趋势 . 2 究现状 . 3 热水壶的基本结构 . 3 热水壶的基本工作原理 . 4 水壶三重安全保护功能的工作原理 . 4 热水壶的分类 . 4 业设计内容 . 4 章小结 . 5 第 2 章 电热水壶方案设计及对比选择 . 7 三种电热水壶方案的具体介绍 . 7 锈 钢外壳 360 度旋转电热水壶 . 7 插式塑料电热水壶 . 8 尚企鹅外型塑料电热水壶 . 9 三种电热水壶方案的比较择优： . 10 案 3 的 e 初步渲染图 . 11 章小结 . 11 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 . 12 身设计 . 12 身主体的设计 . 13 嘴的设计 . 14 身手柄下盖的设计 . 14 身与壶身下盖的设计 . 15 滤器固定结构的设计 . 17 身手 柄处与上壶盖的固定结构的设计 . 17 壶身表面凸出结构的设计 . 19 盖与壶身连接结构的设计 . 20 接壶身底盖的电线结构 . 21 热盘与防漏圈的设计 . 21 柄上盖的设计 . 22 身下盖的设计 . 24 盖整体结构的设计 . 24 中南大学毕业论文 壶盖结构的设计 . 25 盖机构的控制操作按钮结构的设计 . 26 壶盖结构的设计 . 26 源底座结构的设计 . 27 源底座下盖的设计 . 27 源底座上盖的设计 . 29 头的设计 . 29 壶控制状态部分的设计 . 30 加功能部分的设计 . 33 章小结 . 33 第 4 章 电热水壶的运动仿真 . 34 件简介 . 34 画制作前的准备 . 34 配动画的制作 . 34 盖装配动画的制作 . 34 底座；壶身下盖；壶身装配；加热盘动画的制作 . 36 热水壶 总装配动画的制作 . 39 配动画的渲染输出 . 42 章小结 . 44 第 5 章 电热水壶壶盖充模流动性实验 . 45 件简单介绍 . 45 热水壶手柄上盖的流动性分析实验 . 45 柄 型的输入 . 46 格划分及材料，浇口位置的选择 . 47 定注塑条件 . 47 充过程模拟结果 . 47 压过程模拟结果 . 48 压时间及保压压力的优化计算 . 48 章小结 . 50 结论 . 51 致谢 . 53 参考文献 . 54 附 录 1. 英语文献翻译 . 55 附 录 2. 翻译原文 . 72 附 录 3. 图纸（共六张） 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 热水壶行业发展现状 电 热水壶 由于烧水快速、 高效 方便 等特点 而深受消费者的喜欢，是 一个非常符合中国人饮用水消费习惯的西式小家电产品， 在国内市场中上升比较快。最初欧洲知名厂家，出于降低生产成本的目的，在中国采用 式生产电热水壶。一些知名厂家通过技术转化，提供外型设计、结构设计，并对产品进行测试等将电水壶的制造经验带到了国内的 业，使国内电水壶的企业生产水平得到很大的提升。目前全球 90%以上的电水壶生产都已经移到中国。 2003 年开始，国内一些知名小家电品牌的介入到电热水壶市场，使 这一产品在国内市场的占有率快速上升。 2005 年开始中国成为全球最大的电热水壶市场，市场容量已经在 1000万台左右， 2006 年至少还会有 20%的增长量，可以说目前已经是处于高速增 长 的状态 去年电热水壶的销售额以达到 20 个亿，销量在一千万台左右 。 1况且，目前中国家庭电热水壶的拥有率还不到百分之五，市场发展的空间非常大。 目前市场中的电热水壶主要是不绣钢与塑料两大系列，外观在电热壶的市场推广有着决定作用。在主流零售渠道，电热水壶产品价格大至可以分为三档，基本是以不锈钢产品为主：国际品牌的产品基本保持在 300 400 元间；东菱凯琴，美的、艾美特等国内知名小家电品牌的产品价格在 100 300 元之间；一些区域性强势品牌的产品价格也都在 100 元左右。但在批发渠道，也可以看到 30 元以下的电热水壶。 1 目前国内电热水壶发展的主要障碍有： 品附加价值低 莠不齐 2 由于电热水壶行业进入门槛低，核心技术受制于人等原因。目前行业的发展的规范性程度不够。 导致产品质量良莠不齐。目前，在苏宁、国美等大型家电商场销售的产品价格多在 100 元 500 元，而在小商 品批发市场则可以买到 30 元至50 元、 60 元不等的产品，这些低价产品存在温控器失灵、漏电、壶身漏水、底座溶胶、壶盖变形等安全问题。 大量不规范的小厂商以其低廉的价格极大地冲击着知名厂家的进一步的发展。 而一些不法厂商为降低成本使用非食物级劣质塑料，其所含有的超标重金属在受热后会产生有毒的物质，从而对人体的健康造成损害。 3 电热水壶核心的部件就是温控器 ，温控器的好坏及使用寿命决定了水壶的好坏及使用寿命 ，直接关系到用户使用安全，可以说，如果温控器不过关，那么整个产品都是不安全的。电热水器水壶用的温控器因型号与质量 不同，其价格差别非常大，国内一些厂家生产的低端产品有的仅售 2 3 元左右，高端产品售价在10 元左右，国际知名品牌的产品售价可以达到国内产品的 3 5 倍，价格 差距 还中南大学本科生毕业论文 2 是非常大的。而这一零售件在整个电热水壶的零售件采购成本中可以占到 2040%，一些企业出于降低成本的原因而选择一些低价低质的产品，使产品的安全性能和使用寿命受到很大的影响。 2005 年 7 月国家质检总局对电热水壶产品质量的国家监督抽查报告显示，抽查的广东、浙江、山东、北京、上海等 5 个省、直辖市 25 家企业生产的 25 种产品，合格的 18 种，产品抽查合格率为 而造成不合格的主要原因中就包括企业选用的热断路器等元件较差。 4 所以目前市场上的知名电热水壶品牌通常都会在产品的外面贴上本产品采用英国进口著名“ 控器的标签。 司在电热水壶温控器的市场占有率高达 70%，剩下的 30%大部分由总部在中国的 分公司 (包括仿制商 )和英国公司 享。和大多数家电行业一样，由于核心技术掌握在外国公司手中，我国的企业必须为此支付巨额的专利费（指定品牌就等于向该品牌支持巨额专利费），我国的企业制造大量的热水壶，但只赚取微薄的加工费。 5 目前电热开水瓶，饮水机等饮水设备领域中也占据了不少的市场分额。 相对电热开水瓶，饮水机，电热水壶虽然有着水 100%沸腾干净卫生（喝多少烧多少，无隔夜开水），方便、快速、可以移动使用，造型美观，可以家庭装饰并可作为精美礼品等优点。但是 由于中国人民长期的习惯和企业宣传程度不够等原因，电热水壶与电热开水瓶，饮水机 之间的较量还将越来越激烈。 6 热水壶 发展 趋势 电热水壶未来的发展趋势在于更健康，更环保，更安全 智能 。 在壶内设有进口过滤装置的电热水壶，所有的水只有通过滤芯才能进入壶体的加热部分，通过滤芯里 的过滤装置，水中的对人体有害的物质如微生物细菌和漂白粉等将会被过滤掉。目前国内有过滤水壶的厂家如东菱、亿龙、三洋等都采用英国 芯，该滤芯的主要物质为活性碳和离子交换树脂：活性炭可去除水中的悬浮杂质、氯、重金属及有害化合物，改善水的口味和气味；离子交换树脂减少钙、镁离子及碳酸根，降低水的硬度，减少水垢的产生。 目前，市场上出现了一种新型加装 四 层过滤系统的电热水壶：第一步：精细滤网，去处大颗粒杂质，初步洁净水质；第二步：活性炭，驱除有害的有机化合物，比如杀虫剂，除草剂，化肥等，并降低水中氯的含量。第三步 ：离子交换树脂，通过减少水中含碱量和重金属来平衡 。第四步：超精细滤膜，去处小颗粒杂质，提高水的洁净度。 2 目前电热水壶盛水部件均采用了食物级塑料 材料 制成。知名品牌大都通过了 用或类似用途器具电磁场测量及评估方法）， 于在电子电器设备中限制使用某些有害物质的指令）， 3C， 一系列认证。 另外，相对与饮水机等饮水设备，电热水壶烧水效率更高更节能，以后，随着科技的创新，电热水壶将更环保化。 目前市面上的电热水壶多采用 三重安全保护装置。第一重：蒸汽开关；第二第 1 章 绪论 3 重：干烧保护； 第三重：熔断保护。 1这三重安全保护措施已经能很好对电热水壶的安全使用进行保障。通过 国外高级别认证的电热水壶更是安全耐用。未来，电热水壶的安全保护方面主要是在机械式温控器性能的提高和完善方面。 未来，电热水壶会更人性化更美观。比如 水开后自动保温， 壶身底座分离，360 度旋转， 态指示灯， 精心设计的水位计，手柄处的防滑设计， 开关置于手柄，外观采用多种活泼的颜色 ，光滑的流线造型壶身等等，都使电热水壶越来越受到人们的喜爱和青睐。 究现 状 热水壶的基本结构 零件项目 及基本结构 如下图 ： 图 1 电热水壶的基本结构 电热水壶大体包括五个部分： 壶 身 部分 壶 盖 部分 中南大学本科生毕业论文 4 底座部分 控制状态部分 附加功能部分 热水壶的 基本 工作原理 利用水沸腾时产生的水蒸 汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热。 水壶三重安全保护功能的工作原理 水沸自动切断电源 功能：接通电源后，利用发热盘 /管将电能转换为热能给壶中清水加热，待水沸腾时， 温控器起作用，自动切断电源。 防干烧功能：干烧温控是通过硅脂（导热体）紧贴于发热管 /盘，当发热管 /盘的温度达到超高温 时（即 非正常工作状态，比如 产品在无水状态下加热 或者 水沸自动 切断电源 失效），则 自动 切断电源，从 而避免产品因温度不断上升引起火灾等灾难的发生。但需强调的是：在使用中应尽量避免干烧，这会对产品造成损害，缩短使用寿命。 熔断保护功能：在防干烧功能失效或电路出现短路的情况下才动作，该保护器熔断后是不可恢复 6 热水壶的分类 按照外形结构直插式和旋转式。直插式就是壶体与底座不能旋转，用发热管直接加热；旋转式是壶体与底座可以 360 度旋转，用发热盘加热。目前市场常见的大多数产品为旋转式。 按照壶身主体采用材料分为不锈钢式和塑料式 。 业设计 内容 由于电热水壶的市场前景非常广阔，而且现 在又是眼球经济时代。一个成功的电热水壶不仅要美观使用，而且更重要的是结构简单可靠和耐用。在当前人们关注自身健康的理念下，设计还应该加入滤网等部件，使消费者使用更放心。 在外观设计造型以及方案的选择上要注意到 电热水壶的外观不仅要新颖时尚，而且要注意到它与整个 使用环境比如 客厅风格的协调。 所以，本次设计 制定了三个电热水壶的方案，并从中进行可行性分析，选取了其中最佳的方案运用 后把三维实体输出为二维 图 ，第 1 章 绪论 5 用 件进行编辑 并输出二维图，以及使用 3D 件完成装配过程的动画仿 真，最后使用 件对水壶上的一个零件进行 算机辅助工程）分析。 流程 如图 2 所示 ： 图 2 毕业设计流程图 章小结 本章对电热水壶行业的现状及发展趋势做了简单的介绍，并对电热水壶的基本工作原理，安全保护原理与结构组成有了一个初步的了解，并根据本次毕业设计的要求制定了毕业设计工作流程图。 查阅资料并制定三个 电热水壶设计方案 选择一个最佳设计 运用 构设计 三维实体输出为二维图 用 运动 3D 件完成装配过程的动画仿真。 最后完成 15000 字以上设计说明书一份 使用 件对水壶的一个零件进行简单的充模流动性分析 第 2 章 电热水壶方案设计及对比选择 7 第 2 章 电热水壶方案设计及对比选择 根据市场上电热水壶的 种 类， 并经过 商店，超市等电热水壶售卖 市场实地调研。 本人设计了三种方案：不锈钢外壳 360 度旋转电热水壶； 直插式固定方向塑料电热水壶 ； 时尚企鹅外型塑料电热水壶 。 三种电热水壶方案的具体介绍 锈钢外壳 360 度旋转电热水壶 方案 1 的三维外观造型图如下图 1。 图 1 不锈钢外壳 360 旋转电热水壶 结构特点： 高抛光不锈钢壶身，持久晶亮。 可从 360任意方向拿起或放回，随心所欲。 壶身和电源底座分离，盛水，倒水时不需整机移动， 操作方便安全。 加热状态下有 示灯指示，实时监控。 带水位指示器，一目了然，避免干烧或装水过多造成的沸水外溅。 不锈钢发热盘加热，防水垢产生，卫生、方便清洁。 壶口加装一层滤网，阻拦壶内杂质，使开水均匀流出，防烫伤；防止灰尘进入壶身造成二次污染，更健康。 开关置于壶柄，更方便更人性化。 拟采用 英国原装进口温控器，确保百分之百沸腾。 一级保护：水开蒸汽自动断电；二级保护：双重防干烧断电。三级保护：中南大学本科生毕业论文 8 熔断保护 。 设计尺寸： 容量： 外包装设计尺寸： 20*19*23 源功 率： 1200 W（烧开水只需 3 到 4 分钟） 电源线长度： 75 参考国家 国家标准） 直插式塑料电热水壶 方案 2 的三维外观造型图如下图 2。 图 2 直插式塑料电热水壶 结构特点： 1、沸水自动断电，干烧自动保护，安全可靠 2、外壳采用最新防锈技术，经久耐用、保温，防干烧， 3、有效节能，工作指示灯显示，轻松操作。 4、外观流线型设计，全封闭式，确保饮水卫生 5、采用特殊不锈钢加热器材，快速高效，使用寿命更长 设计尺寸： 外型尺寸： 17*17*20 第 2 章 电热水壶方案设计及对比选择 9 容量： 额定电压： 220V50定输出总功率： 600W 电源线长度： 75家标准） 尚企鹅外型塑料电热水壶 方案 3 的三维外观造型图如下图 3。 图 3 时尚企鹅外型塑料电热水壶 结构特点： 时尚设计，美观大方。 壶体与电源底座可分离 , 360都可连接 。 明显的水位限制标志 置于企鹅两边手臂处，方便使用。 电源开关置于水壶手柄上，设计更贴心。 作使用灯，工作状态一目了然。 不锈钢底盘加热，热效率更高。 拟采用 英国原装进口温控器，确保百分之百沸腾 。 三重安全保护装置：水开后自动断电，干烧保护，熔断保护 。保证使 用安全。 中南大学本科生毕业论文 10 采用符合食品卫生标准的 料制造 ，保证水壶质量。 手柄下有突出结构以免淋湿电源。 设计尺寸： 容量： 外包装设计尺寸： 20*19*23 源功率： 1200 W（烧开水只需 3 到 4 分钟） 电源线长度： 75 家标准） 三种电热水壶方案的比较择优 ： 经过思考，决定采用第三个方 案 。理由有下： 方案 3 外观时尚。 根据家用消费电子产品的特点， 根据市场实地调研中发现，电热水壶行业的竞争非常激烈，各个厂家都不断推出各种卖点来吸引消费者，而电热水壶的外观无疑是获得消费者印象分的重要一环，；因此，各个厂家不遗余力地对电热水壶的外观进行了精心的设计，流线型的壶身，多种颜色的结合，透明的水位计几乎是每款电热水壶的必备 。根据商店销售人员的反馈，一种外观好的电热水壶更容易受到消费者特别是年轻消费者的青睐。 目前是“眼球”经济时代。电热水壶不仅卖的是概念和功能，当今电热水壶功能同质化严重，外观时尚无疑是产品销售的一个利刃。 相对 与 方案 1，方案 3 的制造成本比较低。 对比方案 1 的不锈钢电热水壶，根据市场 实地 调查，可能是由于制造成本的差异，不锈钢电热水壶的价格（ 90 到110 元）普遍比同功能的塑料电热水壶（ 80 到 100 元）贵 10 元以上。所以在同样的功能下，塑料电热水壶具有价格优势 。假定是一个精打细算的家庭妇女选择电热水壶的话，在同样功能，同样健康人性化因素的情况下，价格可能会使她的天平倒向塑料电热水壶这边 。 方案 3 和方案 2 都比方案 1 的重量要轻。 根据市场调查，不锈钢电热水壶比塑料电热水壶要重。 因为水壶加水的时候通常会拿到水龙头下面，所以过重的壶身（再加上水的重量）可能会使使 用者感到不方便，特别是力气小的小朋友。所以 在家庭使用的情况下，女主人可能会倾向于重量轻一点的产品。 市场上，方案 2 制造最粗糙， 功能最简单， 价格最便宜（ 20 到 50 块钱），而且直插式的电热水壶目前已经退出了市场主流的竞争。 它的结构非常简单（一个电热得快加个外壳）， 由于连温控器都没有， 也最没有安全保证。在市场上这种产品主要是以价格低廉为 卖 点 ，这种电热水壶本来就违背了“西式小家电”的电热水壶的理念 。现在的消费者越来越注重健康和安全， 越来越注重生活的质量。比较下来，觉得方案 1 和方案三都优于方案 2， 所以放弃方案 2。 方案三的设计 较 人性化。人性化智能化设计是电热水壶的发展趋势之一。除开关置于手柄上以外， 示灯， 360 度旋转壶身底盖分离设计，壶盖上面的突出部分（方便使用者打开壶盖）都会使消费者感到实实在在的方便和贴心 。 方案 3决定采用英国名牌思瑞克斯温控器，盛水部件采用韩国三星 证水壶的质量。 第 2 章 电热水壶方案设计及对比选择 11 案 3 的 e 初步渲染图 方案 3 的 初步假想渲染图 ，如下图 4： 图 4 方案 3 的 初步假想渲染图 章小结 本章完成了电热水壶外观造型方案的选择。在当前电热水壶市场上，一个靓丽的外 观的电热水壶无疑更容易得到消费者的欢心。所以在方案的选择上，对于外观方面的倾向比较大。经过参考市场上出售的各种电热水壶的外观，我在初步设计的三个方案中选择了方案三 中南大学本科生毕业论文 - - 12 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 电热水壶的设计大体包括五个部分：壶身部分，壶盖部分，底座部分，控制状态部分，附加功能部分。 零部件三维建模的一般流程如下图 1： 图 1 零部件三维建模的一般流程 7 身 设计 电热水壶壶身部分包括壶身、手柄上盖、加热盘、防漏圈和壶身下盖。由于壶身是整个电热水壶结构装配时的总纲，非常重要，各种其它部件和壶身的定位和配合都要在壶身上把相关结构做出来，所以电热水壶壶身的实际要考虑实际上装配会出现的各种问题的问题； 同时，由于壶身的大小涉及到水的容量和美观方便的原因，我们应该把壶身设计成上小下大流线近似圆柱体形状。 根据设计方案，电热水壶的容量是 ，外型尺寸大概为： 20*19*23 首先对壶身进行选材。 由于壶身是直接盛水加热的部件，所以在选材上要比较讲究。考虑选择耐高温，无毒的聚丙烯（ 料。 聚丙烯（ 采用齐格勒 是分子链节排列得很规整的结晶形聚合物。 它无色，无味，无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明，更轻。密度仅为 不吸水，光泽 好，易着色。屈服强度，抗拉强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。如用聚丙烯注射成型一体铰链，经过 70000000 次概念设计 工业造型 零部件三维建模 二维工程图 应力分析 结构强度分析 疲劳分析 塑性流动 热分析 公差分析与优化 动态仿真 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 13 开闭弯折未产生损坏和断裂现象。 聚丙烯熔点为 164 170，耐热性好，能在 100以上的温度下进行消毒灭菌。其低温使用温度达 但低于 会脆裂。 聚丙烯的高频绝缘性能好。因不吸水，绝缘性能不受湿度影响。但在氧，热，光的作用下极易解聚，老化，所以必须加入防老化剂。 聚丙烯可用于各种机械零件，如法兰，接头，泵叶轮，汽车零件和自行车零件，水，蒸 汽，酸碱的输送管道，化工容器和其他设备的衬里，表面涂层，制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，也可用于医药工业中。 11 目前在国内市场，聚丙烯价格为（ 9000 /吨。价格适中。 因此， 综合其各方面的性能，韩国三星化学公司的 丙烯 （ 非常适合壶身的物理和化学使用条件。 因此选择韩国三星化学公司的 壶身的材料。 接着 ， 根据方案三的尺寸对壶身 进行三维建模。 身主体的设计 对壶身主体旋转成曲面 ， 草绘尺寸如图 1。 图 2 壶身曲面的草绘尺寸 单位为毫米： 得到的曲面为： 中南大学本科生毕业论文 - - 14 图 3 旋转得到的壶身曲面 嘴的设计 创建壶身出水口曲面。建立辅助面 辅助点 击 “ 草绘曲线 ” 功能。在 分别草绘出壶身出水口曲线，曲线的末端创建辅助点 帮助不同辅助面面之间的曲线末端互相相连。并使用曲线投影功能把 的曲线向壶身方向投影。得到如下图的曲线。 图 4 壶嘴构造曲线 图 5 壶嘴曲面 接着，使用边界曲面功能，分别选择 三条构造 曲线，如图 3；对这个曲面使用曲面对 面镜像功能得到其对称平面。最后，使用曲面合并功能得到图4 曲面 。最后，将刚合并的曲面与壶身主体曲面合并成一个曲面。 身手柄下盖的设计 构造壶身手柄曲面， 创建辅助曲面和辅助点 草绘曲线功能分别 构造 如图 6 三条曲线，并使用可变剖面扫描功能分别选中三条曲线为扫描轨迹，用创建样条曲线功能创建一个近似半圆 的剖截面。从而得到手柄下盖部分。 最后把手柄下盖曲面与壶身曲面第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 15 使用曲面合并功能合并为一个曲面。 图 6 手柄下盖构造出的三条曲线 把曲面实体化。选择整个曲面，再从菜单栏上选择“编辑” 体化” 功能。选择整个壶身向外面实体化。壶身厚度输入为 2 毫米。得到如图 7 的壶身实体。 图 7 壶身实体 身与壶身下盖的设计 壶身与壶 身 下 盖的连接结构非常重要，从 坚固， 耐用 ， 方便及安全角度考虑，决定采用无 螺钉连接。 分为两个部分。下面的部分固定前后两个方向自由度的移中南大学本科生毕业论文 - - 16 动；上面部分固定上下两个自由度。 下部分固 定结构的连接： 在壶身下部使用“拉伸 能剪切一系列的长方形孔（尺寸为 2然后在壶身底盖内表面创建出同样数量的固定结构，从而达到壶身与壶身底盖牢固连接的目的。为了牢固连接，在一个圆的 360度范围内创建六个这种结构是比较可靠的，如图 8。 图 8 壶身下部的长方形固定孔 壶身 底 盖相对应的固定结构如图 9。根据经验，壶身底盖上部设计为斜坡结构有利于减少装配时的应力。从而间接得增加了壶身结构的寿命。 图 9 壶身底盖的对应突出结构 壶身内部的加强筋 除了 有 壶身与壶身底盖的固定功能还有增加壶身强 度的功能。考虑到注塑制造过程中塑料成型工艺性方面和结构刚度和强度方面的因素，厚度设计为 2 毫米，与下部分相对应也设计为 6 个结构，但是在壶身旋转角度方向上并不一致。如图 10。 图 10 壶身内部的 6 个加强筋 然后分别使用“特征操作 ”及“特征操作 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 17 功能得到相同的其余 5 个 三角形状 筋结构。 滤器固定结构的设计 过滤器为曲面薄壁状零件。它的固定结构的设计需要考虑倒水时水对其定位结构的冲击。所以 过滤器 的 固定结构 应该优先考虑可靠程度。经过考虑，它的 包括上下两个部分。属 于过定位。上部分通过旋转功能旋转出大约 60 度的曲面。然后与壶身出水口曲面进行合并。实体化而得到上部分的结构 ，如图 11。而其下部分是一个三角形状的筋。厚度选择为 2 毫米以得到总够的结构刚度和强度 ，如图 12。 跟壶身曲面合并 以及 实体化后得到如下曲面 ，其左边选中项目为对应的特征信息 ： 图 11 过滤器固定结构上部 图 12 过滤器固定结构下部 从而完成整个过滤器固定结构的设计。 身手柄处与上壶盖的固定结构的设计 壶身手柄为整个电热水壶主要的受力结构之 一， 对强度和刚度的要求比较高， 它的结构设计为电热水壶结构设计的重点。 根据 市场上的调研，上下壶盖的固定方式通常包括止口定位与凹凸结构固定 及壶身手柄强度加强结构三 个部分。由于本电热水壶为塑料 形状结构，而且其容量仅为 ，尺寸并不大，重量相中南大学本科生毕业论文 - - 18 对与金属外壳的电热水壶要轻一些。所以采用止口和凹凸形状的固定结构 ，再增加强度加强结构 是可以满足其强度和刚度的要求的。 止口的设计是选择壶身下底盖边缘曲线使用“扫描 能进行剪切出来。如图 13： 图 13 壶身下盖的止口 它的扫描剖面为 一个长方形状矩形，长为 2 毫米，宽为 1 毫米 。 ： 然后使用“特征操作 能得到相对与手柄中间平面的另一个止口。 凹凸结构的设计与其它结构的设计有一些不同。其它结构设计都是在两个装配件上在零件特征建模阶段建模出来。由于手柄结构为一个可变剖面，是一个相对比较复杂的曲面，分别做出连接结构时，可能会由于定位误差过大等原因，造成定位方面的问题。所以，在设计这个结构时，最好的解决方法是在手柄上盖 建模 凸出结构，然后在装配阶段，使用“组件 能，在手柄下盖上剪切出凹进结构，从而得到整个连接结构，如下图： 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 19 图 14 手柄上下盖固定结构 包括水平和垂直两个方向。分别用“拉伸 能建模出来。厚度依然选择 2 毫米。位置选择与人们习惯与握住壶身手柄的关键位置。 壶身表面凸出结构的设计 根据电热水壶的设计方案。本电热水壶外观要设计成企鹅状外型。壶身突出结构就相当 于 企鹅的两个手，为电热水壶的外观增添了亮点。 水壶凸出结构还可以做成半透明，从外面刻上水位标志，从而赋予它水位计的功能。 首先，使用“拉伸 能，将壶身两边剪切成如图 15 形状： 图 15 壶身剪切形状 中南大学本科生毕业论文 - - 20 然后使用“旋转 ， 其半径比做壶身外表面大 2 毫米。 做出 一个新的 曲面。 跟着根据突出结构剪切边缘，拉伸一个新的曲面。如图 16。然后对这两个曲面进行合并。并将其实体化得到与图 17 形状 突出结构 。 图 16 拉伸出来的新曲面 图 17 水位计的实体结构 至此，壶身水位计建模完毕。 盖与壶身连接结构的设计 壶盖与壶身连接结构是电热水壶最重要的结构之一 ，它是电热水壶最主要的活动结构，是电热水壶使用性能的保证 。也是电热水壶结构最容易出问题的地方之一。 根 据市场调查，市场上的电热水壶多采用铰链结构。 铰链连接具有结构简单，结构可靠，成本低廉等优点，非常适合在电热水壶壶身和壶盖的连接中使用。市场上点电热水壶铰链连接分为两种：第一种是把铰链置于壶身上；第二种是把铰链置于手柄上。考虑到方案三上把开关置于手柄上，而且考虑到外型美观等因素。我决定采用把铰链置于壶身上这个解决方法。 综合使用“拉伸 , “拉伸 功能， 在壶身建模出如下图所示的铰链连接结构： 图 18 壶身铰链连接结构： 图 19 壶盖对应的配合结构 壶身壶盖铰链的连接装配如 图 20： 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 21 图 20 壶身壶盖铰链的连接装配 由于壶盖为塑料制品，重量并不大。根据壶盖重量以及使用要求，铰链直径采用 3 毫米可以保证强度和刚度的使用要求。 接壶身底盖的电线结构 市场上，将开关 置于手柄上的电热水壶分为两种：一种是电线通过与壶身底部相连的水壶手柄的下部；另一种是电热水壶的手柄下部与壶身并不相连，电线是通过壶身的上部再通过壶身与壶身底座相连的。 由于本方案为了外型美观简单考虑，水壶手柄下部并没有与壶身相连。所以，电线结构只能采用第二种办法。将 用“扫描 方法在壶身外表面建模出一个半圆型剖面的沿着壶身的结构。然后，使用“扫描 方法，在半圆型实体中扫描出一个圆形空心。如下图所示： 图 21 壶身侧面的电线下通结构 热盘与防漏圈的设计 中南大学本科生毕业论文 - - 22 加热盘是水壶的 传 热部件， 选择好的材料 和采用尽量薄的加热盘壁 可以有效的节省能源，从而降低用户的使用成本。 加热盘的厚度为 米。 加热盘的正面如图 22。 加热盘的底部焊接有发热管，它是电热水壶的发热器件，把电能转换为加热水的热 能。加热盘与壶身连接，他的下部采用三个螺母直接与双弹簧片连接。 如图 23。 图 22 加热盘的正面 图 23 加热盘的底面 防漏圈是电热水壶基本使用性能的主要保证之一，一个漏水的水壶无疑会使用户对本品牌的产品产生严重的怀疑，从而一转十，十传百，甚至会在消费者心中产生对产品的偏见。直接影响电热水壶的销量。所以防漏圈的材料选择为著名品牌的硅胶。 防漏圈装配在加热盘上面。如图 24。 图 24 防漏圈 柄上盖的设计 手柄上盖主体的三维建模是选择下盖的左右 两条曲线和新画的一条曲线使用“可变剖面扫描”功能进行三线 曲面 可变剖面扫描而成的。 手柄上盖使用韩国三星化学公司的 丙烯 （ 料。 手柄上盖 与其它部件配合 的主要结构为与按钮配合的结构；与壶下盖定位配合的结构；与壶身配合的结构；与壶盖配合的结构。 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 23 手柄上盖与按钮的配合需要在盖上剪切出一个圆形的孔。具体的建模是在装配阶段完成的：选择按钮，然后点击“组件 能，再选择手柄为要切除的实体，然后得到如图 25 所示圆孔： 图 25 与按钮装配切出的圆孔 手柄上盖与壶身的定位配合结构包括定 位和固定 两个方面，具体在 有详细介绍，下面的图为在手柄上盖相应的结构： 图 26 手柄上盖的上下盖固定结构 手柄上盖与壶身配合的结构如下图，上部与壶身顶部配合，下部与壶身铰链机构的下部配合，使手柄与壶身的配合足够牢固 ，如图 27： 图 27 手柄上盖的壶身固定的结构 中南大学本科生毕业论文 - - 24 上盖与壶盖成 80 度的配合以方便壶盖开启。 身下盖的设计 壶身下盖上与壶身连接，下与壶底座上盖接触。内部配合部件有壶身状态指示灯和温控器固定器。它的下部的几个半圆形防滑突出结构可以使之在水烧开后，用户可以把它直接放置在桌面上。它 也是主要的受力件之一，所以它的内部设计了一系列的加强筋 （一共为 12 个） 来确保他的强度和硬度。 内侧的突出结构与壶身右侧的突出结构形成很好的配合。 与壶身对应结构形成恰倒好处的配合，使连接上下温控器的电线能顺利穿越。下部的几个穿孔使可能从小孔中逸来的水蒸气能很好的逸出，也有效的和环境保持了通气，有利于下盖的干燥。 如图28。 图 28 壶下盖一系列的加强筋 它与灯的配合结构较为简单 ，如图 29： 图 29 壶下盖与灯的配合结构 盖整体结构的设计 壶盖结构包括上壶盖，下壶盖，弹簧，壶盖控制机构四部分。 壶 盖机构设计的关键是壶盖控制结构的设计。由于开水沸腾时温度达到 100度。而 100 度是水又液态变为气态的临界温度。所以水沸腾时会有大量的水蒸气向上冲出来。壶出水口一般都比较小，从而会有大量的水蒸气会垂直向上向壶盖第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 25 方向冲击，会对壶盖造成一定的冲击力。如果不设置壶盖控制机构使壶盖与壶身在水壶的使用状态下闭合的话，水蒸气可能会冲开壶盖，从而对人身的安全造成一定的隐患。 壶盖机构的操作按钮一般分为两种：第一种是置于壶上盖的前部靠近壶出水口的地方；另一种是置于壶上盖的后面靠近手柄开关的地方。本着外型美观使用方便，本设计方案 将壶盖机构的 控制 操作按钮置于壶上盖的前部。并且和 水 壶上盖凸出的“企鹅眼睛”一起，形成恰好的着力点，方便使用着开合壶盖。 壶盖机构设计的另一个关键是水壶上下盖的固定和弹簧的放置。经过考虑，上下盖的固定采用与壶身底部相同的凹凸连接结构（详情请看壶身设计）。弹簧放置与壶盖内部的一个空腔中，只留下前后运动的自由度。从而保证了壶盖控制机构的使用性能。 壶盖结构的设计 下壶盖与壶身连接的铰链，经过计算， 尺寸 如图 30： 图 30 下壶盖连接结构的具体尺寸 壶盖下盖 最上面的矩形的为了上下盖对中定位使用的，作用 是方便上下盖装配和保证装配精度。 上下盖的连接结构：先在下壶盖拉伸出凸出实体，然后在装配阶段使用“组件 能在上壶盖中剪切出凹进结构。 上下壶盖形成恰好的配合结构。如图 31，图 32： 图 31 下壶盖突出结构 图 32 上壶盖凹进结构 中南大学本科生毕业论文 - - 26 下壶盖的下部做成 薄壁 结构，以改善结构工艺性和减少使用材料从而降低制造成本。 盖机构的控制操作按钮结构的设计 根据尺寸计算，壶盖机构的控制操作按钮设计为如图 33 形式： 图 33 壶盖开合控制按钮 上面的四个加强筋来保证它的强度和刚度，它的前部与壶身过滤器固定结构的上部接触。在弹簧自然状态下，壶身过滤器固定结构限制其上下两个自由度。当使用者通过对控制按钮的上圆柱施加对弹簧的压缩力时，控制按钮随着被压缩的弹簧往后退，壶身过滤器与控制按钮不接触。从而壶盖就可以离开壶身了。控制按钮结构和 水 壶 下 盖的装配方式如图 34： 图 34 壶盖开合控制结构 壶盖 结构的设计 上盖的三维 特征 图如下： 第 3 章 电热水壶结构设计和三维建模 - - 27 图 35 上壶盖三维特征图 上盖的前部与过滤器相接触，起着使空气中的灰尘不飘进壶内的作用。壶盖上部的两个圆形 的突出结构是 “ 企鹅的眼睛 ” 对水壶起着装饰的作用。壶盖前部的圆孔是和控制按钮上部圆柱配合的地方。至此，壶盖的三维建模到此结束。 源 底座结构的设计 电源 底座结构包括 电源 底座下盖， 电源 底座上盖， 连接头 ，电源插头，底 座 盖 板 五个部分。其中最重要的结构是 电源底座 上 ， 下盖的连接和底盖与下盖之间的螺钉连接。 源 底座下盖的设计 综合使用“旋转 “拉伸 “拉伸 方法得到如图 36，图 37 所示正反面下盖 ： 图 36 电源底座 下盖正面 图 37 电源底座 下盖反面 其中正反面的加强筋是用来加强 底 盖下盖的结构
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