毕业设计论文古小烽201106040328

成都理工大学2011级本科毕业设计（论文）人体除湿系统设计作者姓名： 古 小 烽学 号： 201106040328专 业： 机械工程及自动化（自动化方向）指导教师： 刘 念 聪摘 要人体除湿系统是一个比较新颖的产品概念，其设计目的是为了解决现今公共游泳馆、大型水上游乐园没有科学、合理的人体干燥设施，导致大部分人游泳过后只能通过公用浴巾擦拭身体，从而造成人与人、人与浴巾之间大量病菌传染的问题。针对这一问题设计一款科学、安全、卫生的快速干燥装置。该产品设计主要涉及几个设计重点：送风装置确定、加热装置选择、降噪方案和外观设计方案；并完成控制系统设计。本文系统全面的介绍了该产品设计的完整过程、考虑到的主要问题及解决办法。重点研究了项目涉及到的四个设计重点，通过对比分析，多方面综合验证，确定其最佳设计方案，完成整体设计要求，并论证其可行性，最后通过对重要部件的模拟仿真证明方案的可靠性。为实际操作提供理论参考。关键词：送风装置；加热装置；降噪方案；电动机; 控制系统Design of the body dehumidificationsystemName：Xiaofeng Gu Student No.： 201106040328Major： Mechanical Engineering and Automation （Automatic direction）Supervisor： Niancong LiuAbstract: Human body dehumidification system is a relatively new product concept. It is designed to solve the problem that most public swimming pool and large water park dont have a rational body dehumidification facility, this status quo makes most people have to use the public bath towel to wipe their body after swimming , so resulting in a large number of bacterium infection problems. The system is designed at this present to solve this problem and invention a rational body dehumidification facility. The product is designed mainly involved four design focus: determine of the blowing device, selection of the heating device, work out the noise reduction scheme and exterior design scheme; and design of the control system.In this paper we presented the complete product design process, taking into account the main problems and the solutions. And focus on the four design points to determine its design, demonstrate its feasibility, determine the final scheme, and provide a theoretical reference for the actual operation.Key words: Air Supply Means; Heating Apparatus; Noise Reduction Programs; Motor; Control System目 录第1章 绪 论11.1 设计背景、国内外发展现状及实际意义11.2 主要研究内容、预期成果及研究思路2第2章 电动机与送风装置设计321普通吹风机特点参考322 普通风机特点参考52.3 电动机方案确定9第3章 加热装置设计12第4章 降噪方案19第5章 外观设计21第6章 控制系统设计24第7章 最终方案具体参数确定29第8章 Ansys模拟仿真35结 论37致 谢38参考文献39第1章 绪 论1.1 设计背景、国内外发展现状及实际意义设计背景：当今人们生活质量日益提高，越来越多的城市人选择场馆式的娱乐、健身项目。公共游泳馆、大型水上游乐园是众多人热衷的选择，游泳玩耍后人们身体难免会沾湿，然而所有此类场馆都没有科学、卫生的身体干燥措施。目前的一种选择是利用场馆提供的公用浴巾擦拭身体，这样会由于各种处理不善的原因造成不同人群之间病菌传染问题，危害消费者健康；另外有消费者选择自己携带干净毛巾解决此类问题，这对消费者而言非常不便，也不能确保每位消费者都会提前携带此类物品。特别是在寒冷的冬天，每个人在运动、娱乐完后身体打湿都希望快速干燥穿好衣服。正是这样的现实背景，催生出了人体除湿系统设计的必要性。本项目研究目的即为解决这一问题，为公共游泳馆、大型游乐园消费者们设计一款安全，卫生，合理的快速干燥装置。国内外发展现状：该项目为创新型研究项目，目前国内外关于该项目技术均在发展阶段，特别是在国内，关于此类项目的资料很难找到，由此可见本项目设计的必要性。虽然现今市场上没有与此确切相关的产品模型，但与其工作原理相似的产品还是有不少。比如，厕所里常见的干手器，普通家用吹风机都具有快速干燥的功能，而且它们的产品技术已相当完善，市场上的产品琳琅满目，其技术特点对本项目有相当大的参考价值。实际意义：如摘要所言，本项目设计目的是为了解决现今公共游泳馆、大型水上游乐园没有科学、合理的人体干燥设施，导致大部分人游泳过后只能通过公用浴巾擦拭身体，从而造成病菌传染的问题。目前，国内几乎没有类似的产品投入实际使用，但其确实具有存在的必要性和相当大的适用性。就像在干手器问世前，人们即使知道干手不方便也没有想过通过这样一种方式来快速干燥双手，但其一经问世便受到大众的一致欢迎并快速占居市场，为大众提供服务。同理，对本项目而言，如果能达到预期效果且成本控制合理，该项目将具有相当好的市场前景及实际使用意义，为消费者提供便利、解决病菌传染的同时为商家创造利益。1.2 主要研究内容、预期成果及研究思路主要研究内容：针对在公共游泳馆、大型游乐园使用，避免在游泳过后人体的干燥采用公用浴巾造成的病菌传染问题，设计一款快速干燥装置。其中会涉及到的大方向为：快速干燥方案的确定；送风装置确定；加热装置设计；提供降噪方案；完成外观设计；设计控制系统。快速干燥方案的确定会涉及到对电动机，送风装置的研究；加热装置设计部分会涉及到对加热元件的研究，各元件的特性对比，对方案的匹配度等；降噪方案的考虑会在整个设计过程中体现，不管是源头上的避免还是技术上的提高都至关重要，当然，能从源头上避免噪音的产生无疑会是最好的方案。外观设计会考虑到各部件的安放，大众的审美接受度，以及对于材料的可靠性的研究等。控制系统也是一个难点，里面会会涉及到对单片机的运用。这是一个完整的设计过程，里面会涉及到整个项目的方方面面，所研究的内容也会涵盖项目的方方面面。预期成果：完成人体除湿系统整体设计。确定科学合理的快速干燥方案，选定电动机，确定送风装置；设计安全可靠的加热装置，确定加热元件类型；提供降噪；完善外观设计，设计控制系统。论证装置各部件的理论可行性，必要时将进行仿真模拟证明方案的可靠性。为此类项目的实际操作提供理论依据。研究思路：本项目涉及到的研究部件众多，且都有一定难度，科学权威的资料将会成为很大的参考来源，所以在项目开始前会利用时间查阅大量理论资料。结合干燥系统的实际特点，在项目设计之初先学习了解干燥系统、送风系统、加热装置及降噪方法的基本原理。对比上述各系统的类型特点，确定适合本项目的各设计方案。项目进行过程中重点研究除湿系统的加热装置设计；送风装置设计；降噪音方案设计及外观设计四个方面，最后设计完成控制系统，整个过程分步进研究，确定各设计部分后结合项目特点呈现出产品的整体设计方案，提供具体参数数据，仿真模拟可行性，完成项目设计。第2章 电动机与送风装置设计电动机的选择是本项目的一个重点，电动机的可行性、可靠性会影响到最终送风装置的稳定性，并且电动机也是一个影响噪音的一个方面，所以选择好电动机对项目最终效果有相当大的影响。现今电动机技术非常成熟，种类繁多，可选择性大。本项目的电动机将对比参考几种电动机类型的优缺点，结合项目特点和整体要求，在满足产品要求的同时考虑成本因素，确定最优电动机方案。下面就对几种方案进行对比分析。21普通吹风机特点参考按照最初的想法，以普通家用吹风机作为对比研究方向，参考家用吹风机的电动机特点。普通吹风机的电机，一般有交流串激式、交流罩极式以及直流永磁式这三种类型1。交流串激式吹风机的特点是启动转矩大，转速高，适合制造大功率的吹风机，其生产的吹风机一般用于工厂等功率要求较高的地方；缺点是噪音大。罩极式吹风机的特点是噪音小，寿命比较长，一般很少对电信设备造成干扰；缺点是转速低，启动性能差且重量较大；所以一般小型吹风机不会使用这类电动机。永磁式吹风机的优点是重量轻，转速高，制造工艺简单，造价低，这样的产品是经过时间检验的，一般小型吹风机用的比较多，可以说是价钱便宜，东西有可以满足要求。这三类吹风机电动机的各项技术在现在都是非常成熟的，根据需要广泛运用于各类吹风机中。工作原理：简单的说，吹风机电动机带动内部的风叶选装，产生高速的离心风及轴向风（视吹风机类型而定），在吹风机外壳的约束下，高速的吹响吹风口，形成用户需要的风。如果在吹风机前端加上电热丝，其通电后产热，风吹过电热丝后携带其热量一起吹响吹风口，就形成了热风，这就是吹风机的工作原理1。由此可见，普通吹风机的加热工艺是通过通电电阻丝发热来实现的。送风方式：按照吹风机的送风方式的不同可把吹风机分为离心式吹风机和轴流式吹风机。离心式吹风机的特点是，电动机带动风叶旋转，产生离心的风，离心的风在吹风机外壳的约束下向前流动，形成气流吹出。其不好的地方是其吹出的风没有完全流经电动机，使得电动机温度升高较快，但其噪音相对较低，适合对噪音有要求的情况。轴流式吹风机的特点是，电动机带动风叶旋转，使空气做轴向运动并吹响吹风口22。轴流风机的有点在于其排出的风可以完全流过电动机，使得电动机冷却好，绝缘不易老化，但其噪音较大，不太适合公共场所及普通家用。电吹风虽然在型式、造型和大小上有很大差别，但其内部结构大体相同，主要由电动机和它的驱动风叶、发热元件及电器控制开关三大部分组成。普通吹风机送风原理图、一般结构图、简单电路图如图2-1所示:图2-1 普通吹风机送风原理图根据上述吹风机特点以及查阅的资料可以了解到，吹风机出风口较小（直径一般5cm左右），风机电动机带动风叶旋转速度较快（一般为16000 r21000 r/min），吹风机内空气流速较快（一般512m/s），功率从几百到一千多不等。根据这些特点结合该项目所需达到的效果，其工作原理具有很大参考价值，但其电动机转速、提供的风速以及吹风量与项目需求有较大出入。最终情况将综合风机需求而定。22 普通风机特点参考风机是交换气体产生风量最普通的机器，所以对风机的特点对本项目有重要参考价值。风机是利用对其输入的机械能，通过电动机带动从动机构完成运行，最终提高气压并排送气体的机械装置。风机是对气体压缩输送机械的习惯性简称，一般情况下所说的风机是指：通风机，鼓风机和风力发电机。气体压缩和输送机械一般是指把机械能转换为气体压力能和动能并将气体输送出去的机械。这里主要研究通风机和鼓风机的一般特点。风机有进风口、联轴器、传动件、支架、机壳、皮带轮、叶轮、消音器、电机等主要结构部件2。风机是一种大型机械设施，耗能大，噪音大，所以对其生产有相当高且严格的要求，检测项目包括风机的风量、能效、转速、功率、风压等。具体噪声检测及风机振动检测请参考参考文献的要求3-4。风机在刚开始运作时轴承部位的振动很小，但随着使用时间的增长，风机的额振动会大大增加，当超过最大允许值（11mm/s）时，继续运作风机是相当危险的，所以风机会设置有报警和自停装置，以确保安全。但最重要的还是在生产时增加风机运行的可靠性5。风机在使用过程中如果发现有故障或故障隐患应立即停运并请专业的维修人员进行维修，以确保其正常运作及设施和人员的安全。为确保安全，投入使用的风机会定期请专业维修检测人员进行安全检查。所以这些特点要求在实际操作中要引起高度重视。下面简单了解一下风机类型，风机包括通风机、鼓风机和压缩机，详细划分包括轴流式通风机、叶氏鼓风机、罗茨鼓风机、离心式鼓风机、离心式通风机、离心式压缩机和轴流式压缩机等7大类。主要讲讲离心、轴流及回转风机特点。1. 离心风机。气流轴向进入风机的叶轮后在叶轮的作用下作沿径向流动。这类风机根据离心作用的原理制成，产品主要涉及离心通风机、离心鼓风机和离心压缩机。2. 轴流风机。气流轴向进入风机的叶轮，在叶轮的作用下近似地在圆柱形外壳表面上沿轴线方向流动。这类型风机主要涵盖轴流通风机、轴流鼓风机和轴流压缩机。3. 回转风机。利用转子的旋转改变气室容积来进行工作。常见类型有罗茨鼓风机和回转压缩机6。4. 风机按压力可分为低压风机、中压风机、高压风机。下图为两种常见风机离心风机和轴流式风机的示意图：图2-2 离心风机外观图图2-3 离心风机工作原理示意图 图2-4 轴流式风机外观图图2-5 轴流式风机结构图风机性能参数：风机性能参数主要涵盖有功率、振动、压力、流量、噪声、效率和转速等。流量即称风量，以单位时间内流经风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在风机内压力升高值；功率是指风机的输入功率（轴功率）。风机的有效功率与轴功率之比称为效率。风机全压效率可达90%7。由此看来，市场上的风机一般都是为需求强度较大的工业生产所设计，提供家用的一般为厨房、过道通风机等较为简单的机构。风机通常体形较大，电动机功率较高，风叶转速快，空气压力大，风速较快，占空间且价格昂贵，需要特殊的安装位置。对于此项目而言在可以达到相同目的的情况下，市场上的风机不是一个合理匹配的选择。2.3 电动机方案确定通过前面两个基础送风装置的参考，可以大概了解它们的基本特点并可对比项目特点得出以下总结。普通吹风机：1、吹风机机体较小，以致其内部构建整体较小，不适合人体除湿系统大面积送风的要求；2、吹风机电动机转速较快，以致其风叶转速快，出风速度过快，不适合长时间对人身体的吹拂，并且导致噪音太大，影响舒适性；3、吹风机功率一般为几百到上千瓦，功率较高，不适合大量机器同时运行。综上所述，吹风机的技术特点不太适合本项目的整体设计特点，但其加热方法比较成熟且简单方便，可以作为本项目加热装置的参考。普通风机：1、风机机构较大，部件较多，相对复杂，其整体机体体积较大且需要特点的安装环境，移动不便且要求严苛；2、风机价格昂贵，作为盈利性的服务设计，成本不好回收；3、风机功率比较大，风机速度快，风压大，其产生的风不适合用于人体干燥除湿；4、风机运行是噪音较大且不好消除，不适合在公共场所直接运作；5、风机安全性能不稳定，容易出现故障，对于直接用于人体使用的机构，安全性不可靠。综合上面的对比结论，风机特点对本项目设计的参考价值不大。所以要找到适合本项目特点的设计必须根据本项目要求来选材。该产品是为公共泳池或游乐园消费者在身体打湿后想要快速干燥所设计，即目的为满足一般干燥要求且能让人感觉舒适。进过对比分析，能够提供人体干燥基本功能，具有一般适用性，安全可靠且价格便宜等要求。最终确定为，利用普通家用电风扇送风原理，包括其电机及风叶，合理改变其参数以匹配最好效果。加上吹风机的加热装置设计，完成主要功能部件的设计。下面来分析选择上述方案的原理、其合理性以及能达到的效果。先简单了解普通家用电风扇的一般特点：电风扇是一种利用电动机驱动扇叶旋转，来达到使空气加速流通的家用电器，主要用于清凉解暑和流通空气。广泛使用于家庭、办公室、商店、医院和宾馆等场所。电扇主要由网罩、扇头、风叶和控制装置等部件组成。风扇头包括电动机、前后端盖等。电风扇的主要部件是：交流电动机。其工作原理为：通电线圈在磁场中受力而转动。电能转化为机械能，同时由于线圈电阻，因此不可避免的有一部分电能要转化为热能。常见的家用电扇本质上属于轴流风机，即风的流向平行于扇叶的旋转轴方向8。此外，直流电机、直流无刷电机等小功率电机在小型电扇中的应用也越来越广泛。一般构造：转子：由磁铁、扇叶及轴组成；定子：由硅钢片、线轴及轴承组成；控制电路：由IC感应磁铁；N.S.极经由电路控制其线圈导通而产生内部激磁使转子旋转。下图为电风扇一般结构图：图2-6 电风扇结构图上面简单介绍了电风扇的基本特点，下面说好其对于本项目的匹配性。首先，电风扇能提供多个档位、不同风速的给风能力，其功率在40w100w之间，可以提供2m/s8m/s的给风速度，这个风速范围人吹着会感觉非常舒服而且可以达到干燥身体的要求。根据最终需求还可以在电动机上做一定调整，使之更能达到产品所需的要求。在这一点上，电风扇的给风能力可以达到产品设计的干燥目的。相较吹风机和风机而言，达到相同目的的同时，该方案具有以下优点：1. 功率更低，省电安全，节能环保；2. 先有市场中，电风扇技术成熟，电动机构造简单，功能明确，安全稳定，更符合公共设施的安全要求；3. 与吹风机和风机相比，其噪音很低，适合人多的公共场所，并可以在降噪措施上省下很大功夫，节约成本；4. 体积小，结构少，不占空间，无需特殊的安装环境；5. 价格便宜，选择性多，性价比高，可以很大程度上节约成本，创造利润；6. 维修简单，长时间使用稳定性强，且出故障后维修简单，人工费低，节约后期维护成本。可以看出，在达到相同目的的情况下，此方案有诸多由于其他技术方案的地方。并且对于盈利项目而言这个方案的成本会相较于其他方案低很大一部分，可以说相当合理。同时技术难度不大，安全可靠，事故率更小，更适合公共场所的使用。综上所述，送风方案参考电风扇的送风原理，方案的部件设定会以此为参考做合理改进，具体参数在最终方案中给出。第3章 加热装置设计按照之前的想法，加热装置参考吹风机的加热原理。下面先简单了解一下加热元件方面的知识：电热原件：电热元件的种类繁多，每个都可以达到相应的加热需求，但各自特点各有不同，是材料特性而定。较为常见的品种有：电热合金，电热丝，陶瓷发热片，电热线，电热板，电热带，电热缆，电热盘，电热偶，电加热圈，电热棒，电加热芯，钨钼制品，钼粉，钨条，网带，云母发热片，除此之外也还有许多电热元件品种9。下面主要研究PTC加热元件和一般电热元件和较常使用的 “镍铬合金裸线圈”，并对比分析其各自特性。一般电热元件特点：普通加热元件一般是利用导热性能较好的金属材料，或为合金或是特殊金属，利用他们良性的热传导特点，将其制成加热元件。根据不同的需求做不同的调整，当然，各种材料之间的特性各有不同，由其本身特性而定，所以操作时要根据不同的加热需求选择适合的加热元件。其次，一般加热元件具有加热性能但其加热温度不可控，会根据电流不同和加热时间而变化，一般电流越大时间越长其产热越多，温度越高。会出现熔断等不安全的情况。对于对温度有一定要求的部件，如家用吹风机，会设置断路装置，当其加热温度超过人类舒适范围后会自行停止运行，以保护使用者和电器的安全10。部分电热元件材质性能表：表3-1 部分电热元件材质性能表牌号/性能Cr15Ni60Cr20Ni80Cr20Ni35OCr25A15Ocr21A16NbOcr27A17Mo2主要化学成分C不大于0.080.080.100.060.060.05P0.020.020.030.0250.0250.025S0.0150.0150.0250.0250.0250.025Mn0.600.601.000.700.700.20Si0.751.600.751.601.003.000.600.600.60Cr15.0018.0020.0023.0018.0021.0023.0026.0021.0023.0026.5027.80Ni55.0061.00余34.0037.000.600.600.60Al0.500.500.504.506.505.007.006.007.00Mo/1.802.20Fe余1.00余余余余Nb/0.50/最高使用温度115012001100125013501400熔点135014001350150015101520密度g/cm8.28.48.07.17.17.1电阻率20mm/m1.120.061.140.051.050.051.420.071.450.071.530.07伸长率%202025121210反复弯曲次数999666快速寿命试验/小时1120/1001175/1001120/1001250/1001350/501350/50磁性非磁性非磁性非磁性磁性磁性磁性普通镍铬合金线圈的特点有：1、镍铬合金线的电阻相较于普通电阻而言电阻较大，使之可以提供足够的阻值产热，所以其产热性能较好，一般加热电气中使用较为广泛，如普通家用吹风机使用的加热元件就是镍铬合金线圈；2、镍铬合金性质比较稳定，长时间受热工作也不容易氧化生锈，所以其使用寿命较长。但正因为其阻值太大的原因使之产热的功率非常高，一般普通吹风机工作时，如果接通加热线圈使之产生热风，其线圈的功率是电动机运作功率的几倍，所以说比较耗能。下面讲讲PTC元件：PTC热敏电阻具有恒温发热的特性,其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值进入跃变区,恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值,利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热元件件.在中小功率加热场合,PTC加热元件具有恒温发热的特点，自然寿命更长,而且其热转换率高、受电源电压影响小，在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐.而传统发热元件无法胜任。PTC发热元件和金属构件进行组合可以形成各种形式的大功率PTC加热元件11。PTC电热元件运用广泛，有普通实用型、自动恒温型以及热风元件等众多适用范围。PTC陶瓷加热元件有: 电烫斗、电烙铁、电热粘合器、驱蚊器、暖手器、干燥器、电热板、卷发烫发器。特点是功率不大，热效率高。PTC加热元件有：小型晶体器件恒温槽、恒温培养箱、电子保温瓶、保温箱、保温杯、保温盘、保温柜、保温桌等。具有自动保温、结构简单、恒温特性好、热效率高的良好特点 12。热风PTC加热元件有：小型温风取暖器、电吹风、暖房机、烘干机、干衣柜、干衣机、工业烘干设备等，输出热风功率大、速热、安全、能自动调节功耗。下图为普通镍铬合金线圈和PTC元件的产品图:图 3-1 吹风机中缠绕在绝缘板上的镍铬合金线圈图3-2 暖风机中的PTC加热板由此可见PTC加热材料的特殊性能，等能耗，高热效，成本低，安全性能好，非常适合作为公共场所的加热元件。下面着重研究PTC元件的特点。PTC元件具有以下特点：PTC元件具有特殊的温度-电阻特性，随着温度的增加，它会出现一个最小阻值(对应温度点即为居里点)和最大阻值。在正温度系数范围内，当流经元件的电流增大，其电功率就会随之增加，必然伴随着该元件温度的升高，而温度升高会是它的电阻增大，从而引起电流变小、功率减小。最终会有一个时刻使得电功率引起的温度升高和散热之间达到平衡，温度、阻值将不再有变化，从而达到一个恒温不变的状态。PTC元件的这种特性广泛运用于精密仪器包括电子设备等的电控和温控，也广泛用于制造日常恒温加热器，如干燥器、灭蚊器等。由电阻温度特性可以推出PTC元件的伏安特性曲线。如某种原因造成流过PTC元件的电流突然增大，则突然增大的电功率会使元件很快呈高阻状态，使电流降至接近于零，起到电流、温度的“自限”作用。因此，PTC元件可用于电子设备的过电流保护，过热保护，如电机的过热保护等。PTC元件的电流时间特性，说明电流从大到小有一延迟过程，这种延迟功能常用于电动机、冰箱压缩机的启动。将PTC元件串联在启动绕组内，接通电源时，PTC元件呈低阻状态，因而启动绕级组有很大电流流过。启动完毕，PTC元件呈高阻状态，因而电流很小，只有运行绕组中有较大电流。从上述对比分析可以知道，PTC元件可以准确控温且安全可靠，并且与一般电阻元件如镍铬合金线圈且价格相当。对于本项目而言，送风装置所送出的风目的是吹响人的身体表面，所以这对热风的温度有特殊的要求，使之必须可控，温度不能出现不可定量控制的情况。PTC元件的这种特性使之安全可靠，可避免不必要的事故。而对比一般加热元件，它们自身没有这种特性，在加入电流后，随着时间的增加，元件本身的温度会持续升高，如果不加以控制，甚至会出现熔断短路的现象，非常危险。所以使用这些元件的装置，为了保证装置的安全性，会在装置内部加入隔热板，是装置表明与人接触的地方温度可以接受。同时会在电路中加入温度传感器，当电热丝温度过高超过人体舒适范围后将自动断路，保证使用者和电器的安全。而这种方案不适合用于人体除湿系统，因为当人身体潮湿的情况下，不希望吹拂而来的热风突然断掉或快速增加，无论是哪一种都会对人造成伤害或影响心情。所以此方案的加热元不适合镍铬合金线圈。而PTC加热元件具有快速增温且恒温控制的特点，且具有过载保护的能力，这是它材料本身具有的特性。谁都希望在使用本装置进行干燥时能有一个舒服稳定的风吹在自己身上，而PTC元件可以达到这样的要求。而综合之前的分析可知PTC元件对于本项目具有以下优点：1、温度可控，能快速达到一个材料本身特性对于的温度，快速控温，适合该项目的需求特点；2、技术成熟，市场上广泛运用于、暖手器、干燥器、电热板、电烫斗、电烙铁、电热粘合器、卷发烫发器等。不需要研究开发，直接购买便可以使用；3、安全稳定，由于温度可控，不会出现烫伤人或机器温度过高熔断电路的事故；4、稳定后通过元件的电流小，所以其耗能少，低碳环保，安全放心；5、使用寿命长，不易出现故障，适合本项目装置长时间使用类型需求；6、价格合理，PTC电热元件的市场价格和一般电热元件如镍铬合金裸线圈相当。可以很好的控制成本，实现盈利；7、种类繁多，可选性大，可塑性强，可以满足多种特殊需求。综上所述，对比之下，加热元件最终定位PTC加热元件。PTC加热元件种类也比较多，广泛运用于、暖手器、干燥器、电热板、电烫斗、电烙铁、电热粘合器、卷发烫发器等，技术成熟，恒温可控范围大（25摄氏度300摄氏度均可），而此项目令人感觉舒服的温度一般为25摄氏度35摄氏度，所以是完全可以实现的。而且PTC元件价格也不贵，对成本控制也相当有利。PTC可塑造型众多，下面来讨论适合本项目的方案。最起初的想法是在箱体出风口的地方覆盖一层网格状的加热元件。网格间隔34cm左右。然而实际操作中有几个问题说明了这个想法的不合理性：1、网格间距过大且近邻出风口，这样在加热情况下所吹出的风冷热将不均匀，会使人感觉不适；2、出风口面积很大（初步方案大概有0.75平方米左右），会使网格覆盖面积过大，导致功率过高，不节能环保还浪费成本；3、这样一来会是电阻线路繁多，如果出现故障不好检修，增加麻烦。经过严谨思考及分析，最终选择将加热元件后移，移到接近风扇扇叶的地方（具体距离最终方案给出），范围几乎覆盖扇叶面积。这样加热后的风离出风口有一定的距离给热风充分混合。另外，根据查阅资料可知，PTC元件的热辐射范围可达0.5cm1cm，所以可以把元件间隔设置为相距1.5cm2cm左右（可行性将仿真验证），这样可以更加保证热空气的充分混合以使人倍感舒适，同时也不会影响出口的风量。为了检修的方便，把网格设计转变为螺旋设计，这样只有一条线路，节约成本又方便检修。如下图所示：图3-3 由网格转变为螺旋形，结构更简单， 间距更合理，节约材料这样的设计相交之前有以下优点。1、加热元件后移，可减少元件覆盖面积，节约成本，同时为热空气混合提供足够空间，一举两得；2、合理的间隔设计，最大程度利用材料，同时避免了空气冷热不均的可能，同时也不会影响出口的风量大小；3、设计为螺旋形，节约成本，简化线路，方便检修。当用户需要用到热风功能时，在风扇开启的情况下，按下热风按钮，电热线圈通电。由于PTC材料的特殊性能，通电后线圈迅速达到材料性质决定的稳定发热温度，热空气覆盖在风扇前，在风扇的旋转下推动空气向前吹出，携带着热空气一起吹出，PTC元件散热均匀，热风可在接触到人体前混合均匀，使用者就可以享受到稳定舒适的热风为身体干燥除湿。线圈将利用一个稳定的绝缘支架进行固定，并为其通电。其连接如下图所示：图3-4电阻丝安装示意图如图所示，电阻丝呈螺旋状安装于风扇前端15cm处，后端由一根连接于底座的细杆支撑，电阻丝中心与细杆支出部分耦合连接，通过细杆内部空心管连接电路，这样即实现了固定功能又让电路不暴露于外部，使电路更加安全可靠。同时，安装在靠扇叶的位置可以使电阻丝产生的热在吹到人体前充分混合，让人感觉更加舒适，电阻丝的排布很细也不会影响到送风效果。这就是关于电阻丝安装的说明。第4章 降噪方案设计之初考虑到会用到大功率的电动机和风机，所以专门提出了要降噪的要求，目前对于一般电动机及风机的降噪方案有以下参考。一般情况而言，电动机噪音是机械噪音的一般来源。且主要是以下几种原因：1、由于机械转子不平衡而产生的噪音。这类噪音是机械制造过程中要求不严格，工艺不精确所造成的噪音，所以要严格要求制造过程。如果机械运转中转子不平衡将会导致其越来越严重，所以发现了问题就要及时解决，或更换更好的转子。2、电机轴承产生的噪音及其解决办法：生产时注意电机轴承的选择，注意轴承径向游隙的大小，径向游隙过大会引起低频噪音升高，过小的间隙则会导致高频噪音升高。总而言之一定要合理选择，且要保证其润滑度，时常加入润滑油，这样可以一定程度上降低轴承引起的噪音13。综上所述：为了降低电机噪音，除了合理的结构设计外，建议采用科学、先进的工艺方法和工艺设备，这些对于降低电机的振动和噪音都是有利的，当然电机噪音的解决至今都是一个技术难题，所以尽可能在设计及制造时严格要求，提高质量，在平时的操作中发现问题要及时解决。另外造成电机噪音的影响因素还有：气流扰乱，即沿气流路径遇到的阻碍而造成了扰流从而产生的噪音；风扇转速与尺寸的影响，高转速风扇会比低转速风扇的噪音产生量更大；温度升高，温度升高一定程度上也会造成系统噪音增大；振动，噪音的产生就是因为振动，而过多的振动不仅对机械稳定性影响大，而且会产生更多噪音源。电压变动，电压变动也会影响噪音大小的程度。加到风扇的电压愈高，因转速升高，振动就愈大，产生的噪音也愈大14。设计的考虑，如之前所说，尽可能在设计及制造时严格要求，提高质量，因为构成风扇的每一零件设计，均会影响噪音程度。所有的设计都要经过认真的思考，模拟，达到最高程度的合理性及平衡。生产过程中严格要求工艺精度，在可以在根源上减少噪音的产生。可以看到，噪音对舒适度的影响非常大，而其产生的原因又相当多， 包括电机，材料，转速，温度，设计之初的工艺选择等等。而且降噪也是一个非常大的技术难题，所以降低噪音最好的办法就是避免噪音的产生。而本方案的设计没有涉及到大型电动机和风机，而只是普通家用电风扇的配置，所以在很大程度上就直接解决了噪音产生问题。现在生产的比较好的电风扇三档运行时的噪音可控制在60分贝左右，可以说噪音是相当小的，完全在人可接受的范围内。现在市场上甚至还有很多静音风扇，噪音可以控制到更小。如果实际运作中需要提高电机功率，那各噪音的增加也是相当小的，完全在可接受的范围内。所以直接在根源上解决了噪音问题。另外可以在产品运行过程中定期适当加入润滑油，保持电机的流畅运作，合理选材，也会对减少噪音起到很大的作用。下表为生活中常闻声的噪音分贝指数表：表4-1常闻声的噪音分贝指数表常闻声分贝数（dB）感觉微风吹动树叶沙沙声耳语1020极静静夜室内一般说话声3050安静大声说话嘈杂的闹市7090较吵闹电锯110很吵闹响雷螺旋桨飞机起飞120130鼓膜震痛喷气式飞机起飞火箭、导弹发射140150无法忍受一般家用电风扇中噪音控制较好的可以把噪音控制在60分贝左右，可以从表中看出，这个分贝数的噪音是人们完全可以接受的项目设计之初，在一切部件确定前，根据用途对原理进行初步探讨时以为很有可能会用到大型风机作为整体送风装置，而送风装置是本产品中唯一会产生噪音的部件，所以在设计要求中单独提了对降噪方案的研究。但实际研究过程通过对多种送风方式的对比研究，发现项目在满足送风效果的情况下，不必选用风机作为送风装置，而是选择价格便宜很多且噪音很小的电风扇作为送风装置。这样的选择，在满足设计要求的情况下，首先很大程度上节约了成本，同时大大降低了噪音的产生。普通电风扇的噪音值在60-70分贝左右，这个范围的声音是日常生活中完全可以接受的声音，加上定期对电动机的润滑保护，可使电动机磨损更少、噪音更小。所以本项目在送风装置选择部分就解决了噪音问题，无需更多技术手段的运用。第5章 外观设计该项目是针对公共场所的服务性消费项目，所以对外观会有一定的要求，在最初构想中提出了外观设计方案，基本保持其外观设计不变。下面对细节设计做一定阐述。除湿机将批量安装，成排摆放，箱体的背面是进风口，为了提供足够的空气量，尽可能把箱体安装在窗户前面，离墙大概一米左右的位置，这样可以保证其提供足够的风量。在一侧设计一个锁上的工作人员进入通道，如出现故障可以有足够空间供维修人员从该门进入进行检测维修。箱体背面设计为网格状的进风口，不影响进风量的同时避免危险异物进入箱体。此项目为收费项目，需要对收费方式进行设计，但本项目设计要求中不需要涉及收费方案的设计。所以这里只是简单提出合理的收费方案，不做过多分析阐述。关于收费有两种方式，一种是类似于学校洗澡处的IC卡刷卡出水的设计，针对于又卡的用户，例如场馆会员持有的会员卡进行充值消费，可促进会员的办理量。另一种方式为投币消费，具体一元多长时间在成本预算后给出。这两种收费方式都是市场中相当成熟的技术，故不做研究也可以提出并确信可以适用，且安装中销售公司也提供技术支持。下面以图片方式对外观做具体阐述： 1 2 C B 4 3 A图5-1 箱体基本外观构架1为控风开关，风味4个档位，分别为关，低、中、高。2为控温开关，在控风开关开启后才能开启，分为2个档位，分别为，冷和温。3设计为刷卡槽或投币孔。4为箱体0.5m高度以上设置的扫风板。A、B为两个点箱体整体高2m；其中底部到A点出高1.6m。A到顶部高高0.4m，顶部为自然的1/4圆弧。箱体凹部宽0.5m，两边边角分别宽10cm。B处可设计一个字幕显示屏，显示类如“欢迎使用”之类的文字，使用时显示使用时间。C为出风口凹面，以空调扫风板方式设计，有消费产生时，扫风板自动打开并开始自动的上下扫风，频率初步设计为令人舒适的10s一个来回。根据外观大小可设计风扇尺寸，出风出处为离地面的0.5m起，因为0.5以下这些位置基本不需要吹风，出风口宽度为50cm，故风扇扇叶的整体直径设计为45cm，中间一米的位置均匀分配设置两个风扇，设计风量可完全覆盖整个出风口，顶部出风口沿圆弧面相切的位置安装相同尺寸的一把风扇对头部进行干燥。所以送风面积约为0.75平方米。出风口设计：关于出风口的设计，最初定位整齐孔状或类似于空调的扫风板，考虑到对出风量的要求及美观设计，最终确定为类似空调的扫风板设计，利用低速偏心电机带动扫风板上下往复摆动，从而控制吹出的风的方向。其外观主要参考柜式空调的出风口设计，利用低速偏心电机带动扫风板上下往复摆动，其外观如下图所示：图5-2 普通柜式空调扫风板外观 上图为普通柜式空调扫风板外观，本项目的出风口设计参照此设计。由于本项目的出风口为向内的一个凹面，所以在设计制造过程中扫风板的设计将按这个凹面的弧度进行加工。同时工作原理也沿用空调扫风板的扫风原理，即利用低速偏心电机的转动带动连接扫风板的连杆完成上下摆动。此技术较为成熟且不是本项目设计重点，故不展开研究。第6章 控制系统设计干燥系统的稳定工作是一个相对复杂的运行过程，没有稳定，可靠的控制系统提供控制支持，系统就无法按照操作达到你想要的工作状态。合理设计控制系统，对本项目安全、稳定的运行有至关重要的作用。本项目的运行主要涉及到两个控制部分，一是控制电机停止、运行，以及转速快慢的运行部分；二是控制PTC元件发热或不发热的电热部分。如上述设计中所言，这两个系统有独立的控制开关，彼此也是独立运行，分开控制。所以这两部分的控制系统也是分开设计的。关于电热控制部分：根据本文的研究结果可知，本项目采用的是PTC恒温电热元件。元件的恒定工作温度有材料本省决定，一旦材料固定并通电稳定后其发热温度就在一个固定范围内。所以本项目对PTC材料的选择就决定了其恒定发热温度，这在电热元件选择的研究部分已作了详尽阐述。针对本项目的需求，只需要提供其通电运行和断电停止的控制，且需要发热工作一般在冬天气温偏冷时才需要，其控制系统设计相对简单，只有开启和停止两种状态。所以其控制电路不需要用到太多复杂的元件，普通电路的接入、断开就可以实现对它的控制，在这里不作太多展开的研究。关于电机控制部分：电机的控制部分相对比较复杂，需要用到单片机原理进行控制。通过查阅资料和了解单片机使用行情1618等情况综合考虑，最终确定选用基于MCS-51单片机的升级版AT89C52单片机。AT89C52单片机是由世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后。利用该公司技术优势，同时创新半导体生产工艺，最终得到的成型产品。其性能安全可靠，技术先进全面，非常适合作为本项目的单片机控制系统21。本项目电机采用的是4级三相感应式交流电动机，设计中将以AT89C52单片机为核心。按照项目设计中的要求以4个控制按钮作为输入端口，达到控制电机停止，运行低、中、高档位的目的。系统总体上分为5个部分：输入模块，AT89C52单片机，电源模块，驱动模块和电机5个部分，如下图所示：电源模块AT89C52输入模块电机驱动模块 图6-1 系统原理图通过查阅资料可知，影响系统机械特性的参数有：额定电枢电压