吸塵器造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：本文的主要從實(shí)用性出發(fā)，設(shè)計(jì)一款滿足使用要求且能夠手持的真空吸塵器。通過對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的真空吸塵器進(jìn)行觀察分析，了解其工作原理、分類和定位。根據(jù)使用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)出一種方便手持的真空吸塵器。文中通過對(duì)離心式葉片的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)并且計(jì)算外殼部件的強(qiáng)度和分析，保證吸塵器外殼的強(qiáng)度符合要求，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一款方便攜帶，且能夠滿足使用需求的手持式真空吸塵器，同時(shí)完成二維圖紙的繪制，并利用三維建模軟件，完成三維模型的建立。關(guān)鍵詞：吸塵器；真空；設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u87981吸塵器的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展及研發(fā)展歷史 吸塵器的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展及研發(fā)展歷史1.1吸塵器的發(fā)展歷史簡(jiǎn)述1869年，第一臺(tái)吸塵器被在美國(guó)被制造了出來，并取名為“旋風(fēng)”。自它誕生起，便隨著時(shí)代及科技一并發(fā)展。1900年，英國(guó)工程師塞西爾·布魯斯在一次貿(mào)易展上看到了美國(guó)的一部鼓風(fēng)機(jī)。此時(shí)的這臺(tái)機(jī)器并不是真正意義的“吸”塵器，這種除塵器使用壓縮空氣將灰塵吹入除塵器之中，通過這種方式來清除灰塵。參觀完畢之后，他認(rèn)為何種除塵方法有所缺陷，使用吹的方法并不鞥高效率的清除灰塵，反過來使用吸的方式也許會(huì)能夠獲得意想不到的效果。于是，他做了個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)：對(duì)著被手帕擋住一端的吸管吸氣，不一會(huì)手帕上就有了不少灰塵。隨后不久，他的第一臺(tái)吸塵器制作完成了。他使用電泵供能，帶動(dòng)葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過這種方式產(chǎn)生吸力，然后再使用布袋之類的材料過濾空氣，應(yīng)用相同的原理，他很快便制作出了吸塵器，這便是真空吸塵器的雛形，也是最早的吸塵器。很快，他的產(chǎn)品在人們之間流傳開來，銷量也隨之增長(zhǎng)。在此之后的幾年內(nèi)，布魯斯想要讓自己的吸塵器進(jìn)入千家萬戶，但是因?yàn)樗奈鼔m器太重，足足有90斤，普通的家庭根本沒有條件使用而宣告失敗。1907年，發(fā)明家斯班格拉又通過改進(jìn)獲得了一種更加輕便的吸塵器，它的原理也是利用電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的真空來吸走混雜灰塵的空氣，不過奈何囊中羞澀，他沒能將自己的想法量產(chǎn)，只得轉(zhuǎn)手將吸塵器賣給了皮毛制造商胡佛。隨后在1908年，現(xiàn)在人們所熟知的吸塵器出現(xiàn)了，當(dāng)年胡佛通過購得的機(jī)器的的原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，制造出一種帶有輪子，方便移動(dòng)的真空吸塵器，并命名為“0”星吸塵器。新改進(jìn)的吸塵器除塵能力十分優(yōu)秀，得到了人們的追捧，并且至今原理都未發(fā)生過太大變化。此后，在1913年瑞典斯德哥爾摩的溫勒?戈林又在原有基礎(chǔ)上改進(jìn)，制造出了橫罐形真空吸塵器。在本世紀(jì)的2002年，人們又研發(fā)出了智能吸塵器人。吸塵器從20世紀(jì)初被發(fā)明至今，雖然它已經(jīng)有了眾多分支，但是在原理以及結(jié)構(gòu)等方面都并未發(fā)生本質(zhì)上的變化啊，換句話說，“吸塵”這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)已經(jīng)成熟到了一定的高度。1.2吸塵器的國(guó)內(nèi)情況伴隨著改革開放，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，人們的日子也越來越好，生活相較于以前豐富了不少，對(duì)環(huán)境的質(zhì)量的要求也隨之變得越來越高，在這種背景之下，與清潔相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也生根發(fā)芽，在中原大地上迅速成長(zhǎng)。數(shù)據(jù)表明，目前我國(guó)現(xiàn)有的各種與清潔有關(guān)的企業(yè)有4000多家，而選擇使用清潔業(yè)務(wù)的用戶則達(dá)到了500萬之多，一般家庭使用的清潔產(chǎn)品更是多如牛毛。由于工商業(yè)清潔用品的快速發(fā)展，現(xiàn)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)上的產(chǎn)值據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)大約有200億人民幣，這也吸引了不少國(guó)際上的場(chǎng)上來華投資，創(chuàng)造了變速的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)不單是世界上人口數(shù)目最多的國(guó)家，同時(shí)也是“世界工廠”，歸功于發(fā)達(dá)的制造業(yè)，世界上絕大多數(shù)的吸塵器都產(chǎn)自中國(guó)，然后再銷往世界各地。歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的人民由于對(duì)生活質(zhì)量有者更高的要求，他們對(duì)吸塵器相關(guān)產(chǎn)品的需求自不必說，這些地區(qū)的人們也就成為了我國(guó)出口的吸塵器的重要消費(fèi)群體。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為了世界上數(shù)一數(shù)二的經(jīng)濟(jì)體，人們的生活質(zhì)量相較于幾十年前已經(jīng)得到了顯著的提高，因?yàn)閷?duì)生活質(zhì)量的追求，國(guó)人對(duì)于吸塵器的需求也肯定會(huì)逐漸提高。另一方面，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的推進(jìn)，農(nóng)村居民也逐漸成為了吸塵器的潛在用戶，不難預(yù)見，在不就的將來，我國(guó)不僅是制造業(yè)大國(guó)，業(yè)會(huì)在吸塵器的消費(fèi)上做出不小的貢獻(xiàn)，吸塵器在我國(guó)的發(fā)展前景可謂是一片光明。自從1990年以后，隨著經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，我國(guó)市場(chǎng)上每年吸塵器的銷量都在增長(zhǎng)。氪金讓人們的生活日新月異，現(xiàn)在的吸塵器功能也越來越多樣，外形越來越新穎，吸引著人們前去購買。2007年是吸塵器銷量增長(zhǎng)最顯著的一年，累計(jì)產(chǎn)量達(dá)到了四千萬太之多，相較于前一年增長(zhǎng)了21.63%。2008年由于受到了金融危機(jī)的沖擊，中國(guó)家電行業(yè)也受到了一定的波及。不過，小型的家電的發(fā)展并未因此受到過多的影響，反而更加迅猛。2008年銷售額，與2007年相比，市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)13.4%；雖然整體增長(zhǎng)速率有所減緩，但是當(dāng)時(shí)的銷售量較去年而言依然有所增長(zhǎng)。2009年，吸塵器的出口量位居小家電出口額的第一名，出口金額達(dá)到了20億美元，總計(jì)占到了當(dāng)年家電產(chǎn)品出口總額的6.8%，相較于之前幾年真是不可同日而語。近幾年隨著生活條件得到改善，我國(guó)人民的消費(fèi)能力不斷增長(zhǎng)，有不少家庭都對(duì)自己的居住環(huán)境有了更高一層的需求。吸塵器的銷量也因此進(jìn)一步的提升，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)吸塵器的市場(chǎng)依然會(huì)保持目前的勢(shì)頭持續(xù)增長(zhǎng)。吸塵器目前在國(guó)內(nèi)還不夠普及，國(guó)內(nèi)有不少人都并不了解吸塵器。但是，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)于生活質(zhì)量的追求有了進(jìn)一步的提高，吸塵器的重要性也就水質(zhì)凸顯了出來，要想讓吸塵器進(jìn)入更多人的視野，就需要讓人們進(jìn)一步了解吸塵器。。在90年代以前，受限于經(jīng)濟(jì)水平，吸塵器對(duì)于人民大眾來說仍屬于奢侈品的范疇，然而時(shí)至今日，市場(chǎng)上的各種吸塵器不但外形美觀，而且功能齊全，更重要的是價(jià)格實(shí)惠。因此不難想到，很快便在人們的生活中普及開來。作為小型家用電器中的一個(gè)分支，吸塵器目前還不能被完全取代，與吸塵器相比，傳統(tǒng)的清潔工具都具有明顯的缺點(diǎn)。吸塵器方便快捷，而且能夠適用于更多使用環(huán)境。吸塵器的發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)單可以從其類型、功能兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮。直到現(xiàn)在，人們依然會(huì)優(yōu)先選擇臥式吸塵器。因?yàn)槠鹋鼙容^晚，直立式吸塵器暫時(shí)沒有獲得人們太多的目光。但是它造型優(yōu)美、拆裝方便等優(yōu)勢(shì)不容忽視。各種吸塵器的功能目前還是以吸塵為主，附加功能發(fā)展還很緩慢。如果能夠通過增添其他附加功能的方式來豐富吸塵器的適用范圍，同時(shí)也相應(yīng)的使價(jià)位在一定程度內(nèi)下降，人們對(duì)于吸塵器的需求無疑會(huì)迅速增加。因此，吸塵器應(yīng)向功能更加全面的方向發(fā)展，盡可能的滿足消費(fèi)者的期望，提高它在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚?。從大體上講，吸塵器現(xiàn)在的改進(jìn)方向是向高風(fēng)量、提高除塵效率、降低噪聲、一機(jī)多用和操作方式自動(dòng)化、智能化等方面發(fā)展。1.3吸塵器分類一般而言，吸塵器可以按以下幾個(gè)方面來進(jìn)行分類。1.按電機(jī)容量分類：1)小型吸塵器電動(dòng)機(jī)功率為100—600W。2)中型吸塵器電動(dòng)機(jī)功率為600—1500W。3)大型吸塵器電動(dòng)機(jī)功率在1500W以上。2.按結(jié)構(gòu)形狀分類：1)臥式吸塵器（Canister）：市場(chǎng)上主要的吸塵器類型，也是廣大消費(fèi)者的主要消費(fèi)目標(biāo)。特點(diǎn)是外形小巧，能夠節(jié)省存放空間。2)立式吸塵器（Upright）：功率大，適合清掃大面積的地毯一類的頑固區(qū)域。3)手持式吸塵器（Handy）：輕巧靈活，占用空間小，可以清潔鍵盤，電器以及車內(nèi)等的細(xì)小角落。不過功率較小，吸力小。4)桶式吸塵器（Pot）：商用吸塵器的一種，多用于大面積空間的清潔，相較于家用吸塵器可以清除更多灰塵，并且能夠吸除液態(tài)物體。5)桿式吸塵器（Stick）：近幾年在市面上逐步增多，大多數(shù)是充電式，特點(diǎn)是體型小巧，使用方便。6)智能吸塵器機(jī)器人（iRobot）：最近幾年才出現(xiàn)，能夠通過內(nèi)置的芯片來自動(dòng)分辨灰塵，劃分清潔區(qū)域等，屬于高端吸塵器，可以在電量低時(shí)自動(dòng)充電，并且噪音小，體積小，能夠掃除一些傳統(tǒng)清潔方式難以清潔的區(qū)域，但是目前大多價(jià)格昂貴。7)便攜式吸塵器：一般可以分為四種形式——肩式、桿式、手提式、微型式。多為有特殊清除需求時(shí)使用。8)中央吸塵系統(tǒng)：也是高端吸塵器的一種，主機(jī)部分可以放在主要活動(dòng)區(qū)域以外，安裝只需要在墻上預(yù)留一個(gè)用來連接管道的口，在使用時(shí)，將合適的管道插入插口即可開始使用，開始使用，功率大，不僅是碎屑灰塵，就連各種味道也能吸除，適合于大型場(chǎng)所，比如辦公樓等地方。臥式手持式桶式圖2-1常見各類吸塵器（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）1.3.3按功能分類：依據(jù)功能分類，吸塵器可以簡(jiǎn)單分為干式和濕式。他們的主要區(qū)別在于吸除物不同，以及過濾空氣的方式不同。干式吸塵器主要用于干燥的物體，比如粉塵、碎屑等。并且其濾料為紙袋或布袋等，適合吸附顆粒狀物體。濕式吸塵器的主要目標(biāo)則是超市的物體，或者液體，并且過濾方式為單向串勵(lì)渦流式交流電機(jī)的真空作用過濾空氣。1.4本章小結(jié)本章主要為對(duì)吸塵器的歷史與市場(chǎng)的研究，通過對(duì)市場(chǎng)上的吸塵器的觀察與了解，以及資料的查閱，了解吸塵器的分類以及工作原理，為之后的設(shè)計(jì)確定方向。2吸塵器的原理及外觀設(shè)計(jì)2.1真空吸塵器的工作原理吸塵器的工作原理是，依靠電機(jī)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠風(fēng)機(jī)的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，使吸塵器與外部產(chǎn)生一定的壓力差，接著帶有灰塵的空氣經(jīng)過管道后，進(jìn)入塵箱中的濾塵袋，直徑大的灰塵會(huì)被過濾袋攔下，輸出過濾后的空氣，過濾后的空氣再經(jīng)過一層過濾片進(jìn)入電機(jī)后自另一端流出。（如圖2.1）圖2.1吸塵器清潔工作原理根據(jù)其原理，吸塵器至少需要一下幾個(gè)部分：風(fēng)機(jī)、葉片、電源、過濾設(shè)備。后面也是據(jù)此進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。2.2吸塵器的外觀設(shè)計(jì)2.2.1市場(chǎng)定位為了滿足能夠清潔細(xì)小空間的目的，此次設(shè)計(jì)的定位為車載吸塵器。現(xiàn)有的該種類吸塵器大多受限于電源插頭的特殊構(gòu)，大多只能在車內(nèi)使用，很難做到通用，這導(dǎo)致了它的實(shí)用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人們的預(yù)期因此。另一方面，市場(chǎng)上已經(jīng)有了很多種類的吸塵器，并且品牌眾多。商場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng)，在當(dāng)今市場(chǎng)上，小公司如果想要在眾多對(duì)手中脫穎而出，最主要的還是想辦法吸引住人的眼球。比如：張揚(yáng)的外觀造型，能夠帶來強(qiáng)烈的視覺沖擊，但是相應(yīng)的，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)降低。例如：因?yàn)樯a(chǎn)數(shù)量數(shù)量大，同時(shí)還需要控制成本，因此產(chǎn)品筋板連接處可能會(huì)出現(xiàn)明顯縮水痕跡；大品牌公司吸塵器的特點(diǎn)則是實(shí)用、使用壽命普遍較長(zhǎng)，加工精度高，以及人性化設(shè)計(jì)，但是價(jià)格一般也會(huì)因?yàn)槌杀驹蚨鄬?duì)的更高。經(jīng)過以上分析，在外觀方面，外殼的設(shè)計(jì)不宜過于復(fù)雜，但同時(shí)要有自己的獨(dú)到之處，能夠吸引住人們的眼球；而在功能方面，為了實(shí)現(xiàn)使用的便捷，因此決定采用內(nèi)置電池的方式進(jìn)行供能，利用較好的充電電池來實(shí)現(xiàn)其便捷性能。圖2.2一種吸塵器外觀圖2.2.2確定設(shè)計(jì)方案首先觀察市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種吸塵器的外觀并了解使用性能，來決定采用何種方案，并就家庭實(shí)用性進(jìn)行了一個(gè)整體的分析，需要考慮的問題大致有以下幾點(diǎn)：外形的美觀并且便攜實(shí)用，方便使用設(shè)計(jì)的功能是否易于實(shí)現(xiàn)，是否便于制造圖2.3一種車載吸塵器2.2.4吸塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的吸塵器為真空吸塵器，根據(jù)其原理，功能部分由電機(jī)、扇葉、集塵倉、濾網(wǎng)幾部分組成。其中電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，葉片則將轉(zhuǎn)化的動(dòng)能傳動(dòng)，通過加速氣流來形成真空，達(dá)到吸引灰塵的目的，再由濾網(wǎng)過濾，將灰塵儲(chǔ)存在集塵倉內(nèi)。為了節(jié)省空間，方便手持，將集塵倉與主體設(shè)計(jì)為一體，位于吸塵器的前端，可以通過拆卸進(jìn)行清理。因?yàn)槲鼔m器為手持吸塵器，因此大部分時(shí)候并不連接電網(wǎng)，換言之需要配備內(nèi)置電源，綜合考慮，使用充電電池為宜，不僅環(huán)保，而且還不需要拆卸，使用起來更加方便，并且可以節(jié)約使用成本。2.2.5吸塵器的外觀造型在確定了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后，下一步便是開始對(duì)吸塵器的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下是外觀造型設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)略步驟：1)依據(jù)情況，粗略地確定其總體形狀，包括長(zhǎng)、寬、高，然后進(jìn)一步對(duì)吸塵器把手部分進(jìn)行分析；2)構(gòu)造主要的輪廓線，構(gòu)建整個(gè)模型的大致框架圖；3)通過應(yīng)用三維軟件的各種功能實(shí)現(xiàn)外觀造型；4)根據(jù)原件的尺寸及設(shè)計(jì)位置，對(duì)外殼的內(nèi)部空間進(jìn)行配置，已達(dá)到有效利用。以下是外形設(shè)計(jì)思路：為達(dá)到美觀，吸塵器整體設(shè)計(jì)為弧形，避免出現(xiàn)過多的棱角。由于參照物近似于圓柱，放置時(shí)容易滾動(dòng)，因此可以將底部設(shè)計(jì)為平面，方便放置。為適用于不同的清潔位置，設(shè)置配套的可以更換的吸頭以滿足不同的使用場(chǎng)合。并且在使用后有灰塵從前端掉落的情況，因此可以在開口處設(shè)計(jì)一擋板，在使用時(shí)接入吸頭，擋板開啟，即可正常使用，在使用完畢后，擋板關(guān)閉，可以防止灰塵掉落。2.3材料造型確認(rèn)外殼：用PP塑料（聚丙烯）。聚丙烯的力學(xué)性能很好，比如拉伸強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、硬度和彈性模量等都比較優(yōu)秀。同時(shí)它還還具有良好的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和成型工藝性。用作外殼能夠起到保護(hù)作用。集塵倉：選用PC塑料（聚碳酸酯）。因?yàn)镻C塑料的透光性很好、成型后的尺寸穩(wěn)定，而且力學(xué)性能及沖擊性能也很好。方便對(duì)艙內(nèi)情況進(jìn)行觀察，并且使整體看起來更加美觀。吸頭：選用ABS塑料。吸嘴的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而ABS塑料有很好的成型工藝性。同時(shí)還有優(yōu)良的力學(xué)性能。吸頭是與其他表面接觸最為頻繁的部分，因此需要一定的強(qiáng)度。2.4壁厚的決定2.4.1作用1)為了滿足塑料制品的使用要求，必須要使塑料制品擁有一定的強(qiáng)度以及剛度。2)要滿足裝配方便以及裝配強(qiáng)度的要求。3)保證產(chǎn)品的形狀，避免產(chǎn)品易于變形。2.4.2材料選用1）依據(jù)本產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)所來確定依據(jù)本產(chǎn)品的市場(chǎng)定位來確定依據(jù)本產(chǎn)品的功能來確定依據(jù)本產(chǎn)品使用的地點(diǎn)來確定本產(chǎn)品的目標(biāo)用戶是大多數(shù)消費(fèi)者，要控制成本在一定的可接受范圍內(nèi)，故質(zhì)量定位為中檔，而使用過程中儲(chǔ)物倉有時(shí)需要拆下以及再次安裝的需要，因此應(yīng)當(dāng)選用強(qiáng)度較好、而且不容易產(chǎn)生磨損，以免影響外觀，并且表面質(zhì)量要好、產(chǎn)品要容易成型的材料，再考慮到儲(chǔ)物倉要有一定的透明度，以保證外形美觀，并且方便觀察集灰量，因此，儲(chǔ)物倉材料選為PC,本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)手中是大多數(shù)普通人，因此，要把成本控制在一定范圍內(nèi)。查閱資料，現(xiàn)在主流的塑料材料有以下幾種：ABS，PC、ABS、PC＋ABS。以下為集中材料的特性：1）ABS材料：ABS屬于工程材料，是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯構(gòu)成，具有良好的綜合性能，能夠方便配色，力學(xué)性能好，能夠抗一定的沖擊，注塑流動(dòng)性好，澆注出的零件的表面易于處理，并且具有一定的耐熱性、耐油性以及化學(xué)穩(wěn)定性，尺寸穩(wěn)定，加工容易。2）PC材料：一種常見的透明材料，具有優(yōu)秀的透光能力，，并且強(qiáng)度也不錯(cuò)，能夠承受一定的沖擊，并可以耐受一定的溫度。綜合以上的分析，最終決定決定外殼部分的材料選用ABS，集塵倉的材料選為PC。并且考慮到后面還有其他的零部件都屬于相較而言比較次要的部件，對(duì)強(qiáng)度并沒有太高的要求，因此可以考慮從相應(yīng)方面入手來控制成本，所以決定選用更便宜的材料，擴(kuò)大產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，因此在后面涉及到的其余材料都先優(yōu)選PP材料。表2.1常用塑料件料厚推薦值：?jiǎn)挝唬簃m材料最小厚度小型產(chǎn)品厚度中型產(chǎn)品厚度大型產(chǎn)品厚度ABS0.61.00～1.401.4～4.00＞4.00PC0.60.8～1.201.20～4.00＞4.00PP0.60.8～1.201.20～4.00＞4.00初步設(shè)計(jì)吸塵器的外廓尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=550×200×150,屬于中型產(chǎn)品，據(jù)表中，考慮的厚度范圍在1.20mm～4.00mm的區(qū)間內(nèi)，并且根據(jù)之前的設(shè)計(jì)，可能會(huì)使內(nèi)部的空間過大，因此接下倆考慮是否需要進(jìn)行加強(qiáng)以承受更大的力，要不然可能會(huì)導(dǎo)致在使用一段時(shí)間過后外殼產(chǎn)生變形，影響美觀及使用。綜合分析考慮之后，決定外殼部分的厚度為為2mm。序號(hào)名稱數(shù)量功能1集塵倉1集塵2左外殼1保護(hù)元件3右外殼1保護(hù)元件4電機(jī)1傳動(dòng)5葉片1傳動(dòng)6電池1供能7插頭1供能8螺釘M26固定9開關(guān)1開關(guān)10濾網(wǎng)1集塵11擋灰板1集塵12替換吸頭2集塵表2.2元件明細(xì)2.5本章小結(jié)本章節(jié)內(nèi)容為通過對(duì)吸塵器工作原理的了解，確定了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且依此進(jìn)一步確定了吸塵器所需要的各部件明細(xì)，更加明確了設(shè)計(jì)方向。3葉片設(shè)計(jì)3.1選擇電動(dòng)機(jī)對(duì)于吸塵器而言，電機(jī)其中最重要的運(yùn)動(dòng)部件，為吸塵器提供動(dòng)力，說是其中的核心應(yīng)該不過分。市面上的吸塵器的電機(jī)可以分為兩類：干吸塵器電機(jī)和濕吸塵器電機(jī)兩種。電機(jī)選用采購的方式獲得，能夠有效增加生產(chǎn)效率，節(jié)約開發(fā)成本。各電動(dòng)機(jī)容量分類：a)小型吸塵器電動(dòng)機(jī)容量為100~600W。b)中型吸塵器電動(dòng)機(jī)容量為600~1500W。c)大型吸塵器電動(dòng)機(jī)容量在1500W以上。為了使吸塵器整體更加輕便，總體尺寸需盡量設(shè)計(jì)小，也不適合選用太大的電機(jī)，否則的話可能會(huì)以影響其他部分的使用壽命。并且作為家用吸塵器，并沒有過大的功率需求。同時(shí)結(jié)合本吸塵器的設(shè)想的使用環(huán)境考慮，通過對(duì)市面上的書中電機(jī)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋詈鬀Q定選用JHC383XLG小型電機(jī)。圖3-1電機(jī)的相關(guān)信息（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）3.2葉片的設(shè)計(jì)由于吸塵器體積較小，葉片設(shè)計(jì)為離心型葉片，因?yàn)樾螤詈?jiǎn)單，方便塑料鑄造，同時(shí)其特點(diǎn)為風(fēng)力向四周擴(kuò)散，方便氣體排出。3.2.1葉片尺寸的設(shè)計(jì)選取一種離心葉片作為參考，根據(jù)電機(jī)的尺寸初步設(shè)計(jì)葉片基本尺寸：葉片圓弧半徑r=30mm,葉片寬度l=20mm,葉片厚度σ=1mm,葉片圓弧的中心角2α=20.1°，經(jīng)分析葉輪至葉片重心的半徑為R=14mm。3.2.2葉片強(qiáng)度校核葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)因自身的重力而產(chǎn)生的離心力均勻分布于葉片上，為均布載荷。若將葉片視為一梁，此時(shí)其最大的彎矩出現(xiàn)在梁的兩端，其大小為3-1其中，q為葉片上的均布載荷，l為梁的長(zhǎng)度，則ql即為每個(gè)葉片的離心力P。葉片的最大彎曲應(yīng)力為3-2其中W為抗彎截面模數(shù)，根據(jù)葉片的形狀計(jì)算。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí), (N)3-3其中，ρ-葉片材料的密度()；ω-葉輪角速度(rad／s)；l-葉片寬度(mm)；r-葉片圓弧半徑(mm)；δ-葉片的厚度(mm)；2a-葉片的圓弧中心角(rad)；R-葉輪中心至葉片重心的半徑(mm)；C-補(bǔ)助計(jì)算系數(shù)，；n為葉輪的轉(zhuǎn)速(r／min)圖3.2葉片的各項(xiàng)數(shù)據(jù)在一般情況下，運(yùn)動(dòng)至風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)處時(shí)，所受到的力最大。葉片寬度l=14.56mm，葉輪中心至葉片重心的半徑R=14mm。通過O點(diǎn)將離心力P分解成沿葉片的法向力P1和切向力P2。(N)3-4(N)3-5式中ψ為P與P2方向的夾角。根據(jù)之前的假設(shè)，此處將葉片視為承受均布載荷的固定梁，在P1與P2的作用下，產(chǎn)生的最大彎矩分別為3-63-6將各數(shù)值代入可得3-73-8通過力學(xué)計(jì)算可得圓弧葉片的抗彎截面模數(shù)3-93-10由此可以計(jì)算出葉片產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力分別為3-113-123-13查閱資料可知，ABS材料的最大彎曲強(qiáng)度為68MPa,因此該設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。圖3.3葉片三視圖3.3本章小結(jié)本章對(duì)吸塵器葉片的部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在選擇電機(jī)后，設(shè)計(jì)葉片并對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核，最終完成了葉片的設(shè)計(jì)，葉片與電機(jī)結(jié)合之后，便有了吸塵器的“心臟”。

4外殼設(shè)計(jì)4.1外殼加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)當(dāng)塑料產(chǎn)品內(nèi)部有較大的空間時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置一部分加強(qiáng)筋以保證產(chǎn)品強(qiáng)度。加強(qiáng)筋在產(chǎn)品中的主要作用就是支撐產(chǎn)品的外形，提供額外的強(qiáng)度以及干活度，以免由于外力或內(nèi)部零件的自重而產(chǎn)生變形，影響使用。同時(shí)，合適的設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋還能有助于在澆注過程中，熔化的材料更加順利的填滿型腔，在后續(xù)的裝配過程中也能夠起到輔助定位的作用，彈藥注意，設(shè)計(jì)的加強(qiáng)筋不能影響壁厚的均勻性。加強(qiáng)筋通常情況下設(shè)計(jì)在不會(huì)被看到的表面上，一般就是外形的內(nèi)側(cè)。并且由于加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)目的是能夠承受一定的載荷，因此加強(qiáng)筋的伸展方向應(yīng)當(dāng)與產(chǎn)品的主要受力方向相同。加強(qiáng)筋的厚度需要視具體情況而定。如果壁厚過后，也可能會(huì)影響外殼的形狀，并且會(huì)增大成本投入。但是反之，如果壁厚過薄，就不能承受太大的力，起不到支撐作用。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要從多角度考慮。本次設(shè)計(jì)中弄，決定在在吸塵器的螺釘孔、盛放電機(jī)處、電池倉以及外殼的內(nèi)側(cè)設(shè)置加強(qiáng)筋，厚度為2mm。根據(jù)此次設(shè)計(jì)的外殼形狀，可以確定以下位置需要需要設(shè)置加強(qiáng)筋：①孔下方。由于形狀緣故，為節(jié)省材料，部分螺絲孔深出距離較長(zhǎng)，增大了斷裂的可能性，同時(shí)加強(qiáng)筋不宜過長(zhǎng)，因此在接近殼壁處設(shè)置加強(qiáng)筋以防止斷裂。此處根據(jù)規(guī)定，設(shè)計(jì)厚度為1mm。圖4.1螺釘孔伸出較長(zhǎng)②握把。在使用吸塵器時(shí)，一定會(huì)握住握把，并且吸塵器的重量集中在前半部分，因此握把與前半部分接觸時(shí)會(huì)受到扭力。圖4.2吸塵器結(jié)構(gòu)對(duì)握把處進(jìn)行受力分析，可以將食指處視為支點(diǎn)，零件重量為分布載荷，拇指接近手掌處為主要施力位置，為計(jì)算方便，將此處視為點(diǎn)壓力。粗略計(jì)算食指處的剪切力約為大約為13N，則此處的剪切力強(qiáng)度校核：根據(jù)杠桿原理，估算拿起時(shí)手腕壓力：4-14-2根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)，可計(jì)算食指處的剪切力4-3把手該處所受剪切力為Ws,截面積為A，4-44-5則此處不需要額外添加加強(qiáng)筋。③電池及電機(jī)處，為設(shè)備最重的地方，這些位置集中了吸塵器的絕大部分重量，因此最為脆弱，在這些位置設(shè)置加強(qiáng)筋能夠承受更大的載荷，且在使用過程中電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng)，因此需在此處設(shè)置加強(qiáng)筋，以保證吸塵器的安全與運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定。在這些位置設(shè)置加強(qiáng)筋是很有必要的。圖4.3電機(jī)安裝位置附近的加強(qiáng)筋4.2脆弱部位的強(qiáng)化除了部分位置需要設(shè)置加強(qiáng)筋的方式來保證強(qiáng)度以外，部分位置也非常脆弱，比如各拐角位置，這些部位也屬于易于產(chǎn)生疲勞的位置，經(jīng)常會(huì)與其他表面接觸造成磕碰，但是同時(shí)由于形狀原因并不適合設(shè)置加強(qiáng)筋，因此可以通過增加壁厚的方式來達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。圖3.4拐角位置加厚4.3本章小結(jié)本章節(jié)根據(jù)前文對(duì)材料的選擇，以及對(duì)產(chǎn)品外形的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了產(chǎn)品的外殼，對(duì)外殼薄弱部分進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了一定的加強(qiáng)。

5其余部分的設(shè)計(jì)及選擇5.1濾網(wǎng)設(shè)計(jì)5.1.1濾網(wǎng)尺寸設(shè)計(jì)吸塵器中，主要起到過濾作用的便是濾網(wǎng)。在本吸塵器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，它位于風(fēng)機(jī)與集塵倉之間，過濾即將穿過的氣流中的灰塵?？梢栽O(shè)計(jì)為圓形，蓋板狀。但是這樣效率低下，很多角度的灰塵無法吸附，雖然還有集塵倉，但是增大了清理集塵倉時(shí)所需要花費(fèi)的精力。綜上，可以將濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為杯狀。圖5.1過濾網(wǎng)形狀設(shè)計(jì)底部圓環(huán)部分半徑不宜過大，以免離風(fēng)機(jī)過遠(yuǎn),影響清灰效率。5.1.2濾網(wǎng)材料的選擇濾網(wǎng)輪廓采用PP材料，以提供一定的強(qiáng)度。濾料選用PET濾紙。是將滌綸樹脂等材料溶解后制成的，其具有硬度高，不易彎折，耐腐蝕，耐高溫，性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性，常用在掃地機(jī)，吸塵器等過濾精度要求不高的家用電器或者大型清潔機(jī)器上面。5.2擋灰板的設(shè)計(jì)本吸塵器為手持吸塵器,為壓縮結(jié)構(gòu),故不采用歐通家用吸塵器的集塵袋,而是設(shè)計(jì)一個(gè)在前端的集塵倉,配合前面設(shè)計(jì)的濾網(wǎng)使用,因此考慮在開口處設(shè)計(jì)以擋灰板,防止集塵倉內(nèi)的灰塵掉落,在使用時(shí),可以接上不同的吸頭,推開擋灰板,再按下開關(guān),吸塵器即可正常工作。圖5.2擋灰板設(shè)計(jì)上下?lián)醢褰佑|面為斜面,可以進(jìn)一步防止灰塵從兩擋板的縫隙中掉出.5.3選擇開關(guān)為了使用方便，開關(guān)可以放置在把手附近，方便抓取后按動(dòng)開關(guān)。結(jié)合把手外觀造型，決定使用按鍵開關(guān)式。按鍵開關(guān)是通過按動(dòng)的方式，控制電路的通斷。按鍵開關(guān)靈活可靠，并且使用方便，適用于多種機(jī)械產(chǎn)品。圖5.3按鍵開關(guān)5.4電源插口的選用表5.1充電插頭，具體參數(shù)如下是否提供加工定制：是品牌：國(guó)產(chǎn)型號(hào)：DC-002應(yīng)用范圍：電源種類：插頭/插座接口類型：DC支持卡數(shù)：?jiǎn)慰ㄗx卡類型：電源連接形狀：長(zhǎng)制作工藝：注塑特性：阻火/阻燃工作頻率：高頻接觸件材質(zhì)：磷銅絕緣體材質(zhì)：PBT芯數(shù)：3針數(shù)：3線長(zhǎng)：200（mm）選用這個(gè)充電插口的理由如下：成本低，價(jià)格便宜；使用壽命長(zhǎng)；節(jié)能環(huán)保；容易獲得。5.5電池的選擇為了使吸塵器可以再不接通電源線的情況下使用，決定在吸塵器內(nèi)部設(shè)置電池，同時(shí)為了保證吸塵器能夠在較長(zhǎng)時(shí)間使用，就需要從使用使用壽命以及重復(fù)實(shí)用性的角度來選擇電池。根據(jù)之前的設(shè)計(jì)，初步假定在完全充電的情況下，電池足夠吸塵器連續(xù)工作五十分鐘，根據(jù)之前選擇的電機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，其功率為68.34W，電壓為7.2V，可以估算出電機(jī)的額定電流為9.5A，對(duì)市面上的電池進(jìn)行篩選，。通過對(duì)市場(chǎng)上電池的篩選，可以選擇“18650”型充電電池。5.6本章小結(jié)本章在吸塵器的扇葉及外殼設(shè)計(jì)完畢后,對(duì)其余部分進(jìn)行了選擇,至此,完整的吸塵器才算設(shè)計(jì)完成。

6造型建模設(shè)計(jì)根據(jù)之前的設(shè)計(jì)，在三維軟件中進(jìn)行建模并對(duì)不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)。6.1各零件外殼的建模①以外殼為例。進(jìn)入草繪模式根據(jù)實(shí)際零件尺寸先行繪制輪廓。并應(yīng)用拔模切除等命令粗略建造出輪廓，如圖4-6。如圖6.1外殼形狀再使用倒角命令使邊緣圓滑，并使用抽殼命令將內(nèi)部掏空，為裝配電機(jī)及電池等部分預(yù)留空間。圖6.2抽殼后的外殼再次使用拉伸命令，創(chuàng)建放置電機(jī)以及電池的位置，以及開關(guān)以及插頭位置的空間。圖6.3初步設(shè)置好的外殼內(nèi)部空間打螺釘孔圖6.4打好螺釘孔后的外殼最后添加加強(qiáng)筋，并且加厚了部分拐角的位置，以達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。圖6.5建模完成的左半外殼②扇葉的建模首先建立底盤，確定其大致范圍圖6.6扇葉形狀建立一個(gè)葉片，并通過陣列完成形狀建立。圖6.7通過陣列來制作葉片6.2組裝在所有零件都完成建模后，將部件在“裝配”中進(jìn)行組裝。圖6.8組裝好后的傳動(dòng)部分圖6.9組裝完成后的吸塵器外形及內(nèi)部透視6.3本章小結(jié)本章為完成設(shè)計(jì)后,通過三維軟件solidworks對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行還原，一邊更直觀的獲得視覺效果。

7總結(jié)本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外觀整潔，整體設(shè)計(jì)合理，并且滿足設(shè)計(jì)需求以及使用的要求，符合需要。在設(shè)計(jì)的過程中，通過查閱資料，我了解了關(guān)于吸塵器的背景知識(shí)，以及吸塵器最幾年的發(fā)展?fàn)顩r，并且明白了吸塵器的內(nèi)部的工作原理。設(shè)計(jì)過程中，我遇到了不少問題，包括應(yīng)該選擇什么樣的部件，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是否合理、外觀是否美觀等等。這些問題都會(huì)影響到最終設(shè)計(jì)出的成品的品質(zhì)，所以在設(shè)計(jì)過程中要多收集查閱資料，對(duì)比已有產(chǎn)品，分析他們的優(yōu)缺點(diǎn)，利用可以找到的資源來幫助解決問題。并且在設(shè)計(jì)過程中，一定要從實(shí)際出發(fā)，同時(shí)還應(yīng)注意性價(jià)比，在滿足使用要求的的前提下盡量選用成本較低的材料，這樣有助于提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過程中，即便是毫厘之差，也可能會(huì)導(dǎo)致裝配