机械设计说明书-智能吸尘器设计

毕业设计报告(论文)智能吸尘器设计第一章绪论1.1引言在物质文化水平的不断提高，高品质的生活已然成为大多数人的奋斗目标。人们开始追寻舒服、温馨、整洁的居住生活，但生活中的粉尘无处不在，需要不定时地及时清扫。但清扫灰尘并不是那么的容易，所以吸尘器变得必不可少。从生活最小处着眼，和大家的生活联系最紧密的家用电器想起，家用吸尘器看似简单，但追求生活便捷和舒适的人们，希望家用吸尘器更加的方便和操作简单。为此，这个课题的目的就是设计一款实用的家用吸尘器，根据产品的功能要求，查找相关资料，了解熟悉目前非家用和家用相关产品的性能特点，来设计一款实用的家用吸尘器，重点放在吸尘器的结构设计部分，尽可能地使其更具智能化，更好地满足广大家庭用户的需求。1.2吸尘器的认识吸尘器主要分为起尘、吸尘、虑尘三个工作流程。吸尘器主要通过电动机叶轮的高速转动，把吸尘器内部的空气迅速排空，从而吸尘器内部与外界大气压形成一个压力差，把混有灰尘的空气从吸尘器口填补到风机中，经过滤尘器的净化产出清新的气体。吸尘器的吸尘能力与压力差成正相关关系。由于被吸尘器滤过的空气经过电机时，被其加热，所以排出的是热空气。1.3吸尘器的分类1.3.1卧式吸尘器主要分布在亚洲和欧洲国家。其优点在于具有较小的体积，易于直放。卧式吸尘器也分为“无盒式吸尘器”和“尘袋式吸尘器”1.3.2立式吸尘器主要分布在美洲地区的国家，应用在较大面积的清扫。1.3.3手持式吸尘器具有轻巧和便携等特点，应用于汽车，家用电器等的清灰，由于吸力不足，不能应用于房屋内的除尘。1.3.4桶式吸尘器其优点是体积大，吸水性好，主要用于酒店，高楼内的清洁。它是商用吸尘器。1.3.5杆式吸尘器主要是以充电型的为主，其优点是体积小，操作方便，被很多人所追随，并且逐年扩增。1.3.6按过滤方式分的吸尘器1．尘袋过滤式：尘袋式则通过尘袋和HEPA等过滤材质过滤，其缺点就是要勤换尘袋；2．尘杯过滤式：主要利用旋风风道及HEPA等过滤材料，并且实现程序自动清灰；3．气旋式：主要采用离心率分离空气和灰尘，由于灰尘的离心率大，就会被导入到集尘箱内，从而实现空气与灰尘的分离。1.4智能吸尘器的国内外发展现状1.4.1智能吸尘器的了解智能吸尘器是根据家庭的实际情况，编写程序到芯片。它根据写入的程序，自行地规划行走路径，结束或是没电时，可自己寻找电源充电。家用吸尘器可清理灰尘、毛发、碎纸等小型物体。1.4.2智能吸尘器主要组成部分1．传感部分：等同于感觉器官，能对外界事物进行直观的认识；2．控制部分：与大脑等同，指挥各部分下一步的动作；3．驱动部分：等同于人的四肢，调节各个部位完成指定的任务；4．吸尘部分：吸尘器的核心部位，各部分都为此部分服务；5．电源部分：为吸尘器提供动力，它是各个部分能运动的重要部位。1.4.3智能吸尘器基本工作原理首先吸尘器是通过释放、接受超声波，将信息反馈到吸尘器的控制中心，来判断周围的障碍物，然后由控制中心发出指令，指挥驱动系统的电动机的正反转及转向，来做出相应的动作。通过以上的步骤进行自动吸尘，打扫卫生，自动充电等的目的。1.4.4智能吸尘器在国外的概况英国Dyson公司是世界上第一个设计了全自动的智能吸尘机器人，并将其命名为DC06。该吸尘器体积小，重量不足一千克，但它有着70个左右的传感器，并且这些传感器都与3个微型芯片连接在一起来控制吸尘器工作的。只要按下工作键，吸尘器就会根据传感器和芯片所提供的数据进行分析定位，然后自己开始在房间内自动地清扫各个角落。若是遇到人或事宠物是，它会停止或是避开继续清扫其他的地方。现在，智能吸尘器的发展很迅速，一个小小的智能吸尘器就包含了很多科技、技术成果，俨然成为了现代化的小型机器人。吸尘器一般由移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统构成的。其中移动机构决定了它所能工作的场所及其范围，是吸尘器的主体，并且通常是轮式结构。感知系统通常是市面上应用的比较广泛的超声波测距仪、红外线传感器、接触传感器等。控制系统比较复杂，一般都要根据会实际的情况看控制的，只要是通过感知系统所接受到的信息进行处理分析，形成一个闭环反馈调节，来控制吸尘器的。1.4.5智能吸尘器在国内的概况国内的两所知名大学哈尔滨工业大学和香港中文大学早在2002年对吸尘器有所研究，他们合作研发了一款全自动自主移动的吸尘器机器人。它有着遥控和自拟程序两种形式，还具有节能，增加工作的时间，提高了有效利用率等的特点。该吸尘器采用的是万向轮，可以任何方向的灵活移动，适应各种复杂路线的清扫工作或是清洁过程中遇到障碍物。同时该吸尘器增加了开放式的控制系统，可自行编写程序，来让该吸尘器完成特定的任务，还可以扩展硬件。这样的智能吸尘器具有很大的灵动性和人性化。目前，国内的智能吸尘器领域发展也很迅速，几家公司设计、制造的智能吸尘器在市场上也是很受欢迎。科沃斯（Ecovacs）地宝魔镜CR120智能扫地机器人吸尘器，就是比较出色的一款智能吸尘器。他可以将毛发、烟蒂、碎纸屑、甚至是较大的豆类都能够清理。它拥有EVS防撞系统，比其它机器更加灵敏和智能，前区感应装置可智能感应障碍物，及时作出避让回应，避免发生直接碰撞，保护机器和家具不受损伤。它也具有智能防跌功能，在遇到楼梯或者台阶时，魔镜会自动开启下视传感器，发挥智能探测功能，自行调转方向避免跌落损伤。它也可以智能越障爬坡，拥有强劲的电机以此驱动底部滚轮，能够自主越过15°的坡面和障碍，家中房间的压线条以及小地毯也可以轻松越过，您可以坐享每个房间的无尘洁净。1.5智能吸尘器的未来发展展望经济迅速发展的今天，人们快节奏的生活，挤不出什么时间来清扫家里的卫生，而且清洁多个房间的卫生，需要大量的劳动力，人们就希望研发出智能吸尘器来帮助他们解决清扫的问题，这样可以花更多的时间在工作上来。智能吸尘器的诞生，完全满足了我们的需求，实现了无人智能化清洁吸尘，不用再为打扫卫生发愁了。智能化清扫改变了人们的传统清扫观念，实现了科技节约时间，时间丰富生活。有关数据显示，现在中国家庭的房间装饰已超过一亿六千五百平米，并且还以8%的比例逐年递增，足以看来人们对生活环境的追求已成为一种时尚。所以设计出能随时保持房间的清洁，解放双手的智能吸尘器势在必行。未来的智能吸尘器对于现在的吸尘器，现在的吸尘器有着更多的改进空间，例如在智能方面，让其能自主控制，简单的逻辑处理等核心技术。还要提高清洁的质量，提高电源技术等。在不断提高技术和控制成本下功夫，以后智能吸尘器进入家家户户，指日可待。1.6本设计的目的及意义智能吸尘器的设计，我将设计的重点放在了结构上，根据自己对市场上的智能吸尘器的调研和了解，设计一款普通及简单的家用智能吸尘器的结构，也对智能吸尘器有个更加充分的了解。对于市场上的传统吸尘器，无论是卧式，还是立式，其储存赃物的容量都较小，经常需要很快就进行清理，所以对智能吸尘器加大容量。以及各部分的设计都达到简化、实用的目的。

第二章智能吸尘器的总体结构设计2.1智能吸尘器的应用场合及功能此智能吸尘器的设计是将其应用在家庭大客厅，大房间，人走得多的地方，进行清理，特别适用于别墅，大房子开party以后对于整个房子的地面的清洁和处理。我发现，家用吸尘器以目前的外形发展来看，更趋向于圆形，这种圆形好处是第一，更加的对称，外观更加漂亮；第二，也有着更大的底盘空间去放置更多零件、部件，增加吸尘器的功能；第三，圆形的设计更加安全，没有边角，家里有小孩的，乱碰，也不会弄伤自己；第四，随着现在家庭的房子面积，增大，更大的吸尘器，也不会有太多不方便，更需要吸尘器在噪音不会太大的情况下，增大吸力，增大存储赃物的能力。我设计的智能吸尘器的结构外观如下，还是采取了圆形的外观设计，整体尺寸较大，存储赃物的能力也很大，不需要每天清理滤尘室。我对于智能吸尘器的设计，力求最简单，最实用，实现能吸取纸屑、灰尘、烟头、毛发、食物屑等赃物的功能。2.2智能吸尘器的总体结构图及介绍图2.1智能吸尘器底盘装配图图2.2智能吸尘器整体结构正二测视图图2.3智能吸尘器整体结构正等测试图图2.4智能吸尘器整体结构左视图图2.5智能吸尘器整体结构俯视图智能吸尘器的整体结构由外壳、底盘、毛刷、边刷、吸尘口、滤尘室、风机、开关、电池盒、电路板、行走机构等部分组成。外壳起到保护内部的作用，并且和底盘安装好；底盘是安放所有零件部分，是智能吸尘器的基座；左右两个边刷，使得清洁面积更广，覆盖面更大，大大提高清洁效率；毛刷和边刷构成整体，将赃物推到吸尘口，进行清理，边刷左右各一个，是由电机驱动一对锥齿轮进行传动动力，毛刷也是由一个电机驱动；吸尘口，赃物通过吸尘口进入滤尘室；滤尘室，对赃物进行过滤，放出干净的空气，里面有Hepa过滤材料；风机是智能吸尘器核心部件；行走机构，是智能吸尘器的双腿，让智能吸尘器能够到处移动；所设计出的吸尘器主要是通过高速旋转的风叶轮将吸尘器内部空气排出，这样一来，吸尘器内部与外界大气压形成气压差。吸尘器通过此气压差将粉尘吸入，然后空气流经过滤器得到了洁净的空气。此智能吸尘器在进气口设有旋转边刷及毛刷，它们可将地毯上的灰尘和脏物扬起，这样灰尘和脏物就可以被气流载起，带入滤尘室。当满载灰尘的空气流向排气口时，会穿过此智能吸尘器的滤尘室。滤尘室中有多孔的纺织材料，HEPA过滤材料—滤尘栅对空气进行过滤，让污垢留在滤尘室内，相当于空气过滤器。集尘袋上的小孔只有空气粒子可以通过，而对于大多数灰尘来说，它们太小了。于是，当气流进入滤尘室后，所有的空气会穿过滤尘栅继续前行，而灰尘和碎屑就会被收集在滤尘室中。此智能吸尘器的运动是由左右两侧的行走机构及前方底部万向轮完成，步进电机驱动下，一对圆柱齿轮传动，万向轮可实现各种方向的转弯，这样可使轮子实现前进，转弯等。

第三章智能吸尘器的各部分结构设计3.1智能吸尘器的外壳图3.1智能吸尘器外壳如图3.1所示，智能吸尘器的外壳设计是追求最简单、最节省成本的方法，整体是圆形，边缘都是倒圆角，没有尖锐的直角，可以有效防止小孩玩耍时不小心碰到而误伤自己。外壳的作用就是起到保护内部零件的作用。右上方是放置开关的位置，中间的长方形的开口是方便取出滤尘室的开口。滤尘室清理时，不需要打开吸尘器的外壳，直接从开口处，拿出滤尘室。下方长条状开口，是风机通风的位置，便于风机处的干净空气的流出。由于，前方滤尘室处有个比较大的开口，所以，此处开口没必要太大。横向布置和风机罩直径相当即可。充电口紧扣装置充电口紧扣装置图3.2外壳细节如图3.2所示，在智能吸尘器尾部，留有两个充电口，便于智能吸尘器自动找回，并进行充电。充电寻找充电座是靠红外线，充电座和智能吸尘器都能发射和接收红外线，快没电的时候就启动寻找程序，充电时，智能吸尘器和充电座，接触的过程要用到对接技术，就是智能吸尘器和充电座互发信息调整位置，直到成功对接，回到充电座那有2条金属带和智能吸尘器上的2个触点接触后开始充电，充满后再自己出来完成未完成的任务。智能吸尘器的自动返回充电技术原理是，首先是将吸尘器分为前后两端，在前后两端都设有红外线接收块。前端是两侧是两个远距离红外线接受块，而中间是近距离红外线接受块。则后端是是哪个远距离红外线接收块。充电器中部是红外线发射块。其中远距离发射块是方便吸尘器找到充电器，而近距离接受块是调整吸尘器与充电器的对接，完成自动充电的任务。如图3.2所示，智能吸尘器的外壳内侧分布有10个紧扣装置，用于和底盘进行装配，固定及定位。3.2智能吸尘器的底盘图3.3智能吸尘器底盘正等测视图如图3.3所示智能吸尘器的底盘，底盘的作用是，第一，放置各零件部件，第二，定位各零件部件的装配位置的作用，第三，起到基座的作用，支撑智能吸尘器。底盘上放置零件的位置排布显得比较重要，因为吸尘器本身的尺寸不大，所以上面的面积和空间“寸土寸金”，尽量将所有零件、部分，排放的更加合理和紧凑就显得尤为重要。圆形的智能吸尘器，面积就较为充分，而且零件可以设计成对称的结构，更加美观和合理。例如，行走机构，排放在中心线靠后的位置和最前端底部的万向轮，形成稳定的三角结构，而且能充分利用圆盘的面积。图3.4智能吸尘器底盘细节1如图3.4所示，显示了底盘的细节部分，两个充电的接口以及紧扣装置。图3.5智能吸尘器底盘细节2如图3.5所示为底盘的前部万向轮部分，它可以360度旋转，改变方向。方便了智能吸尘器左拐、右拐、掉头等转向。1.放置边刷部件2.放置电池部件3.放置毛刷部件4.放置吸尘口部件5.放置电路板部件6.行走机构之后轮驱动部件7.放置滤尘室部件8.放置风机部件9.放置风机电机部分10.充电口图3.6智能吸尘器底盘各部分标示3.3智能吸尘器的风机部分3.3.1风机工作原理当电源接上时，电动机带动叶轮高速旋转，从而将吸尘器内的空气排空，形成一定的真空度，与外界形成气压差，将吸尘器口混有粉尘的空气吸入吸尘室。通过滤尘栅，垃圾和灰尘都留在了吸尘室内，通过滤尘栅的空气就变成了干净的空气，经过风机，可以去冷却电机，然后排出。3.3.2风机参数1.吸尘器吸力的强弱是由吸入功率P（瓦）来决定的：P=QH(3-1)式中：Q――单位时间内通过吸尘器的空气流量（）；H――吸尘器吸尘口处形成的真空度（毫米水柱）。和是H曲线上的两个特殊点。吸尘器或电机吸入口全封闭时,风量为零,可测得最大真空度。吸入口逐渐打开,空气吸入量即风量随之增加,真空度则相应下降。吸入口完全打开时,真空度最小而风量达到最大值。由图3.7我们可以看出，每个Q值都有一个相应的H和P值。当P之变化时，Q与P、Q与H的变化趋势如图3.7所示。所以在Q值得一定范围内，一起改变H与P值，可以提高吸入功率。图3.7风量、真空度及吸入功率特性曲线2.输入功率（W）在吸尘器装好各部件后，进风全部畅通的情况下，在额定频率的额定电压下运行稳定后所测得的功率。它随着风量Q的增加而增大。3.效率(3-2)式中：P――吸入功率；W――吸尘器在对应于P的风量下的输入功率；一－般为24%。4.无论吸尘器的应用场合是什么，都要将吸尘器的噪声控制在一定的范围内，否则会产生噪声污染。特别是家用的吸尘器，一定要做到尽可能的声音小，以保证一个良好舒适的安居环境。3.3.3风机要点1.很多人将输入功率的大小作为吸尘器性能的标准，而不是输出功率。2.其实输出力是由风力和真空力决定的，但它们成负相关的性质，换句话说，当风力和真空力两者的合力达到最大值时，即为吸尘器的最大输出功率。很多发达国家就用这一标准作为吸尘器的性能标准，而有些地区仍使用输入功率来衡量吸尘器的性能。3.真空吸尘器的吸入功率由多个因素决定。吸力的强弱取决于以下几个因素：（1）风扇的功率：发动机的转速越高，产生的吸力就越强。（2）空气通道的阻力：如果有大量碎屑堆积在滤尘室（滤尘栅）中，空气排出时所遇到的阻力就会加大。增大的阻力会使每个空气粒子移动更加缓慢。这就是为什么当您刚清理完滤尘栅时，吸尘器的工作状态会更好的原因。（3）进气口末端开口的大小：由于吸尘器风扇的速度是不变的，因此单位时间内通过吸尘器的空气量是一定的。无论进气口的尺寸大小，每秒钟进入吸尘器的空气量是相同的。如果进气口的尺寸小一些，每个空气粒子运动的速度就快一些。（4）真空吸尘器附件在空气进入吸尘器时聚集空气。附件管道的尺寸和形状会影响吸力的大小，因此不同附件适用于不同类型的清洁工作。3.3.4风机三维图1.风机叶轮离心风机工作原理：电动机带着叶轮高速旋转，风轮内的空气同时产生一个离心率，从出风口排出。由于风机的空气减少，其内部压强随之减小，与吸尘口产生气压差，外界带粉尘的空气便可吸入到吸尘器内，从而往复循环的排气与吸气过程。如图3.8所示为风机叶轮的三维建模图。图3.8风机叶轮叶轮是吸尘器风机中的做功元件，它由叶片、轮盘、轮盖等零件构成，气体在其流道中获得能量。气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，受离心力作用而向外运动，在叶轮中央产生真空度。叶轮的建模是根据商家的吸尘器的风叶来绘制的，在网上查找资料，发现宫门风叶较为合适。选择风叶直径为71mm的宫门风叶，型号为p-7，可以在商家专门定制，用于吸尘器的风机叶轮。叶轮的风叶设计弧度较大，且风叶的数量较多，这样可以降低噪音。风叶的叶片数量越少，转动时单片页面对空气的作用力大，产生的涡流强度也大，导致发出的声音也较大。也片数量多，相对来说，页面会变窄，转动时单片页面对空气的作用力相对更小，产生的涡流强度也弱，同时，由于多叶片，把气流搅拌的更均匀，所以噪音更小。此智能吸尘器的吸入功率计算：吸入功率=空气流量真空度；由表3.1所示的数据计算可得吸入功率为416.7w。表3.1吸尘器风机风叶参数品牌宫门风叶型号p-7适用风机吸尘器电机电机功率300（w）风量50（m3/h）真空度500（毫米水柱）噪声15（dB）材质铝合金风叶直径71（mm）用途吸尘器加工定制是属性属性值2.风机罩风机罩起到保护叶轮的作用，并且起到导风的作用，使得风能够顺利从排风口排出。风机罩的前端还是连接导管的重要部分。图3.9风机罩3.风机电机图3.10风机电机电动机的好与坏对吸尘器的工作效率有着直接的作用，它是吸尘器的核心部件，它的转速为家用电风扇转速的5倍至10倍之多，由此可以想象吸尘器电动机的转速时如此之快。将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。因为吸尘器的电机需要转速非常大，所以必须要满足这点才行。选择永磁有刷直流电机。根据风机叶轮规定额定功率是300w，所以可选择RS-775WC-9013永磁有刷直流电机。表3.3永磁有刷直流电机参数型号电压无负荷最大效率点堵转V转速电流转速电流转距功率转距电流r/minAr/minAg.cmWg.cmARS-775-751312187002.21600013.6710117510084RS-775VC-801618180002.21570014.8129220810000100RS-775WC-851418195002.71700018.7156127312396130RS-775WC-901318210002.81850020.9156029613201156吸尘器的设计要考虑到吸力的大小，不过一味的增大吸力，也会伴随着噪声的增大。特别是家庭中，噪声绝对不能过大，不然会影响正常的起居、生活。吸尘器的噪声来自于多方面，电磁噪声、机械噪声、空气动力噪声，有电机、风机等都会产生噪声，而我设计的智能吸尘器的噪声不会超过50dB，符合要求。3.4智能吸尘器的吸尘口图3.11智能吸尘器吸尘口由于吸尘器风扇的速度是不变的，因此单位时间内通过吸尘器的空气量是一定的。无论进气口的尺寸大小，每秒钟进入吸尘器的空气量是相同的。如果进气口的尺寸小一些，每个空气粒子运动的速度就快一些。依据伯努利原理，空气速度的增加导致压力减小，与外界的压差就增大，压力降低使进气口的吸力变大。所以，狭小的吸尘器吸尘口可以产生更大的吸力，比开口大的吸尘口更能够吸入较重的脏物。由于这个原因，我设计的智能吸尘器的吸尘口的管道部分，真正有效吸尘口的直径是31mm，比普通智能吸尘器的尺寸相对要小，保证在噪声不变大的情况下，有更大的吸力，既能让一般大小的赃物顺利通过，又可以吸附诸如烟头等较重的赃物。吸尘口底部的方形区域是用来和毛刷和边刷进行配合的，边刷和毛刷扫过来的灰尘及赃物，被带到吸尘口下方较大的方形吸尘区域。管道部分和滤尘室连接，形成密封的输送赃物的通道。3.5智能吸尘器的滤尘室部分3.5.1智能吸尘器的滤尘室装配图图3.12智能吸尘器滤尘室智能吸尘器的滤尘室由外壳、内胆、滤尘栅组成；滤尘室内胆及滤尘栅可以在使用了一段时间取出，进行清理。3.5.2滤尘室外壳图3.13智能吸尘器滤尘室外壳滤尘室外壳起到保护滤尘室内胆作用，设计的尺寸较大，可以存储更多的赃物；内部左右两边的凹槽部分，是用来定位和固定滤尘栅的；前后均有与导管接合的接口部分。3.5.3滤尘室内胆图3.14智能吸尘器滤尘室内胆滤尘室内胆是吸尘器赃物储存的地方；滤尘室内胆和滤尘室盖做成一个整体，使滤尘室内胆更方便组装，不需要自己再将内胆和滤尘室盖安装起来；后面的卡槽是用来插滤尘栅的，插上滤尘栅，就可以成为一个整体放入滤尘室外壳内；滤尘室内胆上面的简单的把手，是方便取出滤尘室用的，大小设计都符合一个人的手掌大小。3.5.4滤尘栅图3.15智能吸尘器滤尘栅我设计的智能吸尘器的滤尘栅是HEPA过滤网加活性炭过滤网，在HEPA原有性能基础上，加多一层活性炭过滤网，可去除空气中的异味及挥发性有机化合物。滤尘栅是用HEPA过滤网进行过滤灰尘，让赃物留在滤尘室内胆中，清洁的空气可以通过。HEPA过滤材料是由叠片状硼硅微纤维制成的，像纸一样。HEPA曾应用于核反应的防护过滤材料，因为它对直径为0.3μm的粒子为99.97%的过滤率。它具有过滤性强，吸附能力高，吸水性好，孔径小等特点，广泛应用于清洁度高的场合。比如精度高的实验室，手术室，药物生产等地方。吸尘器采用HEPA过滤材料，使排出的空气达到充分虑尘的效果，因为HEPA只能让空气通过，粉尘几乎不能通过。并且它轻便，吸尘性好，还能依据不同吸尘器的特点做出不同的尺寸与形状。3.5.5智能吸尘器滤尘室装配过程第一步，将滤尘栅插入内胆中；图3.16滤尘室装配SEQ图3.25_滤尘室装配\*ARABIC1第二步，将内胆和滤尘栅组成整体放入滤尘室外壳中；图3.17滤尘室装配2第三步，组成滤尘。这样的滤尘室设计及装配方法，极大地方便了用户的使用，仅仅需要两步，即可拆卸和组装滤尘室，节省了家庭主妇的时间，操作简单，这样的设计更加合理且人性化。3.6智能吸尘器导管3.6.1导管图3.18吸尘器导管SEQ图3.28_吸尘器导管\*ARABIC1吸尘器导管是连接滤尘室和风机罩的部件，它利用一个扣环，将两个部分连接。是连接件，起到引导空气的作用。3.6.2导管装配图3.19导管装配导管和滤尘室，导管和风机罩的接合处的密封性非常重要，否则肯定影响吸尘器的吸力，所以设计了导管上卡槽，分别直接卡槽扣住滤尘室外壳和风机罩，然后再让扣环插上，扣环的销插入导孔处，需要胶水进行固定。这样的设计能保证密封性。导管作为空气流通的通道，不宜过长，也要保证接口处设计足够紧密。3.7智能吸尘器清扫部分3.7.1智能吸尘器边刷1.边刷组成智能吸尘器的边刷是吸尘器清扫部分的重要组成部件。它由电机、一对直齿圆锥齿轮组、一个刷子组成，由电机驱动直齿圆锥齿轮组，带动边刷旋转，将地面的赃物扫向毛刷处。刷子柔软，不致于刷子转动时卡住。2.设计边刷的目的及意义由于智能吸尘器的吸尘口在底盘中间位置，要吸入墙角，墙面等地方的灰尘有一定难度，在机器左右两侧安装边刷有利于提供角落清扫功能，使清扫更加彻底，更干净。3.选用锥齿轮传动的原因圆锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动和动力的，通常采用两轴交角，因此圆锥齿轮起到传动变向的作用，即电机的轴和刷子的轴垂直，而圆柱齿轮就无法做到这点，这里要保证边刷清洁地面，而且保证电机能较方便的放置在底盘上，所以采用锥齿轮传动。圆锥齿轮传动一般应用于轻载、低速场合。我设计的智能吸尘器的边刷，就是轻载、低速，不需要太高的传动精度，因此圆锥齿轮符合各方面的要求。4.电机的选择边刷的电动机需要的是小扭矩，低转速，保证能够清理赃物即可。所以选择电动机就选择一般小家电、玩具所用的微型电动机，即型号为FE130-13180的微型电动机。扭矩是6.5，额定电压是3.0V，输出功率是0.33w，转速是2000rpm。3.7.2智能吸尘器毛刷智能吸尘器的毛刷是配合边刷使用的。左侧边刷顺时针旋转，右侧边刷逆时针旋转，左右两侧的边刷将赃物、垃圾扫向边刷，边刷将赃物汇合，扫向吸尘口，使吸尘口吸入赃物更方便及准确。如图3.36，是智能吸尘器iRobot的毛刷的实物，毛刷的滚筒表面由一排排较密的毛组成，可以将赃物带入吸尘口。我的想法是，在清洁赃物时可以用此毛刷，当清洁完一遍，可以将毛刷换成表面裹了一层布料，可以当成擦地使用，让地面更清洁。电机的选择：毛刷的电动机需要的是小扭矩，低转速，保证能够清理赃物即可，特别是要和边刷配合使用。所以选择电动机就选择一般小家电、玩具所用的微型电动机，即型号为FE130-13180的微型电动机。扭矩是6.5，额定电压是3.0V，输出功率是0.33w，转速是2000rpm。

第四章智能吸尘器行走机构的设计我设计的智能吸尘器是通过一对圆锥齿轮组传动带动两个后轮，而前轮是采用市面上常见的万向轮，这样结构简单，并且能灵活的零半径的各个方向转弯甚至可以在三个轮的轴中点原地360度的旋转。而且该吸尘器的行走速度为3m/min，这样的低速度可以实现它边走边的高效率的打扫卫生的任务。4.1智能吸尘器行走机构智能吸尘器行走机构由两个主动轮和一个从动轮组成，主动轮由步进电机驱动，通过一组直齿圆柱齿轮传递动力。图4.1智能吸尘器行走机构后轮子的直径为130mm，它与前轮共同将底盘撑离地面15mm，防止被地面的电线或杂物绊倒。4.2智能吸尘器运动参数设计计算由于吸尘器的运动的速度很低，大约3m/min左右，且设计的车轮直径为130mm。由公式，吸尘器的速度，可求得车轮的转速。 （4-1）式中：V——吸尘器的速度；C——车轮的周长（cm）；N——车轮的转速（r/min）。由于采用17:43=1:2.5的齿轮传动，所以电动机的转速；转速N很低，故还选择步进电机作为驱动电源，选择选择35BY系列永磁式步进电机。永磁式步进电机的参数如表4.1所示，由于供电电压为12V，所以选择35BY48B04型步进电机。表4.1步进电机参数型号步矩角相数电压电流电阻最大静转矩定位转矩(g.cm)转子转动惯量重量(Deg)(V)(A)(Ω)(N.m)(g.cm2)(g)35BY24H01154240.0639520904.17035BY24H0215450.311618904.17035BY48B047.54120.245032652.56535BY48H027.5416.20.276045907.97035BY48H047.5450.51032907.97035BY48H057.54240.2411040907.97035BY48H067.54120.2864240907.970

第五章智能吸尘器齿轮设计及校核5.1智能吸尘器边刷部分的直齿圆锥齿轮5.1.1基本参数在GB12369-90中规定了大端压力角，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.2。表5.1锥齿轮模数（摘自GB/T12368-1990）mm…11.1251.251.3751.51.755544.555.566.578…5.1.2几何尺寸的计算根据锥齿轮传动的特点，锥齿轮齿宽中点处的几何尺寸及其当量，齿轮的几何尺寸必须通过大端导出。根据表5.1选择模数m=2.75；由于齿数比u影响分度锥顶角的大小，一般取，此处选择u=2；选择齿轮的齿数，，则；分度锥角 （5-1）； （5-2）；分度圆直径 ； （5-3） ； （5-4）锥距 ； （5-5）齿顶高 ； （5-6）齿根高 ； （5-7）齿顶圆直径 ； （5-8） ； （5-9）齿根圆直径 （5-10） （5-11）齿顶角 （5-12）齿根角 （5-13）齿顶锥角 （5-14） （5-15）齿根锥角 （5-16） （5-17）分度圆齿厚 （5-18）齿宽取和中小者当量齿数 （5-19） （5-20）当量齿数比 （5-21）平均模数 （5-22）平均分度圆直径 （5-23） （5-24）当量齿轮的分度圆直径 （5-25） （5-26）表5.2直齿圆锥齿轮传动的几何参数名称代号结果分度锥角；分度圆直径；锥距齿顶高齿根高齿顶圆直径；齿根圆直径;齿顶角=齿根角=齿顶锥角=；齿根锥角表5.2直齿圆锥齿轮传动的几何参数（续）名称代号结果分度圆齿厚齿宽当量齿数；当量齿数比平均模数平均分度圆直径；当量齿轮的分度圆直径;5.1.3直齿圆锥齿轮校核计算因直齿锥齿轮的制造精度较低，在强度计算中一般不考虑重合度的影响，即取齿间载荷分配系数、重合度系数、的值为1。以下图表均查于参考文献《机械设计》，至本章结束。齿轮受力分析扭矩是6.5，额定电压是3.0V，输出功率是0.33w，转速是2000rpm。小齿轮传递的转矩=6.5=0.637忽略齿面摩擦力，并假设法向力集中作用在齿宽中点上，在分度圆在分度圆上可将其分解为圆周力、径向力和轴向力相互垂直的三个分力。各力的大小分别为： （5-27） （5-28） （5-29）载荷系数，其中，为使用系数，按表9.11查取；为动载荷系数，降低一级精度等级，用齿宽中点的圆周速度，由图9.44查取；为齿向载荷分布系数可按下式计算 （5-30）式中是齿向载荷分配系数，可从表9.19查取。可得载荷系数K （5-31）齿面接触疲劳强度计算以当量齿轮作齿面接触疲劳强度计算，则式 （5-32）试验齿轮的齿面接触疲劳极限是；齿轮应力循环次数，查图9.56，；查图9.57得，尺寸系数；工作硬化系数；查表9.15，接触疲劳强度的最小安全系数。许用接触应力 ； （5-33）查表9.14，得材料弹性系数，查图9.48，得节点区域系数，则直齿锥齿轮传动的齿面接触疲劳强度校核 （5-34）所以，齿面接触疲劳强度满足要求。齿根弯曲疲劳强度校核计算许用弯曲应力，根据设计的齿轮的应力循环次数N由图9.59查得，寿命系数为；由图9.60查得，弯曲疲劳强度的尺寸系数为；由表9.15，查得弯曲疲劳强度的安全系数为；齿轮的应力修正系数为；齿轮的弯曲疲劳极限是； （5-35）直齿锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度校核公式为（5-36）查图9.53得，外齿轮齿形系数，；查图9.54得，外齿轮应力修正系数为，；（5-37）所以，直齿锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度满足要求。5.2智能吸尘器行走机构的圆柱齿轮传动的计算及校核5.2.1选择齿轮材料、热处理方法及精度等级1．齿轮材料、热处理方法及齿面硬度根据工作条件，此圆柱齿轮传动可选用闭式软齿面传动。查表9.10得，小齿轮45钢调质处理齿面硬度取=230；大齿轮45钢正火处理齿面硬度取=190；两齿轮齿面硬度差为40HBS，符合软齿面传动的设计要求。2．精度等级初选根据机械设计原理，齿轮速度不会太大，选择齿轮精度为8级。5.2.2按齿面接触疲劳强度设计齿轮齿轮传动选用软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定。其设计公式为：(5-38)1．确定载荷系数K查表得，K=1.32．小齿轮的转矩因为选择的步进电机的转矩为；3．齿宽系数查表9.13得，齿宽系数；4．传动比u根据吸尘器的行走速度要求，及齿轮传动的要求，选取齿数，，，u=2.5；5．材料弹性系数查表9.14得，；6．节点区域系数对于标准直齿轮，7．重合度系数查图9.49得，重合度系数为8．许用接触应力由公式求得；查图9.55得，齿面接触疲劳极限，，；齿轮的应力循环次数为，，查图9.56得，接触疲劳强度的寿命系数为；计算得，工作硬化系数，，；查图9.57得，接触疲劳强度的尺寸系数；查表9.15得，接触疲劳强度的最小安全系数为； （5-39）则，齿轮接触疲劳强度(5-40)5.2.3齿轮各几何参数计算表5.3直齿圆柱齿轮几何尺寸名称符号结果分度圆直径;齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径;齿根圆直径;基圆直径;齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙基圆齿距表5.4直齿圆柱齿轮传动的几何参数名称符号结果分度圆直径;标准中心距啮合角实际中心距中心距变动系数齿高变动系数齿顶高表5.4直齿圆柱齿轮传动的几何参数（续）名称符号结果齿根高齿顶圆直径;齿根圆直径;基圆直径;节圆直径;重合度5.2.4齿轮弯曲疲劳强度的校核许用弯曲应力查图9.58得，齿轮的弯曲疲劳极限为，，；查图9.59得，弯曲疲劳强度计算的寿命系数为，；齿轮的应力修正系数为，；查图9.60得，弯曲疲劳强度的尺寸系数为，；查表9.15得，弯曲疲劳强度的安全系数为，； （5-41）各参数载荷系数K=1.3； ； （5-42）查图9.53得，载荷作用于齿顶的齿形系数；查图9.54得，应力修正系数为；重合度系数为： （5-43） （5-44）即，齿根弯曲疲劳强度满足。

第六章控制系统的组成及工作原理智能吸尘器的控制系统主要由微型计算机（8051单片机）、传感器系统（包括超声波传感器。红外线热释电传感器、电子罗盘）、驱动机构的组成的。智能吸尘器判断行走路径和避开人或障碍物的是采用超声波测距技术。主要是向四周发射超声脉冲，同时接收反射回来的的脉冲，来对周围的环境进行判断。并将其转化为电信号传输给51单片机，51单片机对其电信号进行分析，并作出合理的处理后，将指令通过电信号传递给电子罗盘和驱动机构进行反向的指引，从而避开障碍物。而对人则是利用红外线感应，吸尘器就会停止运作，并发出声音示意人注意避让或是注意吸尘器就在周围，避开人后，吸尘器会继续工作。其中51单片机是改吸尘器的大脑，所有的指令都是由它发出的。6.2控制系统工作的流程框图图6.1吸尘器系统控制流程图第七章结束语此次毕业设计的智能吸尘器，让我学到了很多东西。自学了三维软件UG的使用，查找各种文献、论文、资料，并且自己去看懂、吃透，调查市面上的吸尘器的结构、样子，然后自己形成自己的想法和思路，总之，锻炼了我独立思考、设计的能力。对于智能吸尘器的设计，其实市场上已经有很多成熟的产品了，它们的设计各有特色，但是总体的结构设计方案是相同的，控制方法和应用的原理也是类似的。我的设计也是参照了很多市面上的智能吸尘器的结构设计而设计的，此设计就是想做到简单、实用。此智能吸尘器还有诸多不足，很多细节方