便携式吸尘器结构设计Word格式.docx

1、摘要本设计是一项综合实训课题，要求外观合理，结构紧凑。本文从吸尘器的历史开始，介绍了吸尘器的发展情况、种类、工作原理、结构设计。最后对吸尘器做出相应的分析，从外观设计到内部结构的设计，用UG构造出吸尘器的各部分元件的三维图，如风机、电机、PCB板、主体等。最后对设计出来的元件进行装配，构造出装配的爆炸图，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的选择和实体外观选择等。关键词：吸尘器；便携；装配Abstract This design is a comprehensive training task, request the appearance of reasonable,

2、compact structure. This paper starts from the cleaners history, introduced the cleaner development situation, type, working principle, structure design. Finally, analyze the cleaner, from design to the design of the internal structure, a three-dimensional map of each part component cleaner with UG s

3、tructure, wind machine, motor, PCB board, subject. Finally, the design of the components for assembly, assembly exploded diagram is constructed, and a two-dimensional diagram cleaner body structure using CAD painting, this paper has mainly introduced the choice and the appearance of solid motor sele

4、ction.Key words: vacuum; portable; assembly前言随着经济的发展，科学的进步。各种科技以及好的创意逐渐进入了我们的生活中。人们的生活水品由此进行了很大的提升。人们越来越希望在一个健康、舒适的家居环境或者工作环境中生活，工作。与此同时，买房，装修房子越来越被人们所重视，但是，每次装修完成后，都会有各种各样的垃圾，废品等留下来。这就使得我们为打扫卫生而烦恼，纠结着。其次，随着生活水品的提高，越来越多的人都买上了自己的小轿车，但是，受小轿车狭小空间的限制，一般情况下，车内的死角都容易藏满灰尘，细菌等细小物质，很难清除。在这种情况下，便携式吸尘器应运而生，成为了

5、家庭和小轿车用户们的首要选择。便携式迷你吸尘器体积小，容易携带，所以使用起来特别方便。最简单使用的就是手提式吸尘器，它轻巧，灵敏，在工作时，只需要我们轻轻一按开关，便可将各个死角的细菌，灰尘统统吸走。还有一种吸尘器是也很方便，不过他并不是手持式，而是挎在我们的腰间使用的，称为吊带式吸尘器。当使用大吸头时，可以吸取地面上的任何物品（水渍除外），宽头式吸尘器也是比较常用的一钟吸尘器，这种吸尘器头部带有一个小刷子，能够轻易将各种细缝中的灰尘打扫干净。故1们打扫有缝隙的物品时，经常使用这种吸尘器。而且，当我们要吸一些不方便打扫的地方时，比如沙发底部，天花板，窗帘等一系列地方时，可以将宽头换成软吸管，这

6、样就能将我们人手够不着的地方轻易打扫干净。当我们需要清理一些重要的电子产品的键盘或者是为我们的爱宠清洁时，我们只需要把洗头换成一种能在受力情况下自动调节方向的小刷子就能轻松满足我们的清洁需要。现在的吸尘器基本上都具有以下的一些优点：外观时尚，总体尺寸较小，操作简单，同时噪声污染较小，有着强劲的吸力。这些优点都非常被人们所看中。同时吸尘器的这一趋势也成为当前产品开发者，产品结构设计师们在创作一个新产品时所要考虑的主要问题。下面我将通过自己所了解和掌握的知识来设计一个吸尘器。1 吸尘器的发展历史及国内市场调研1.1 吸尘器的发展历史在1901年，最早的吸尘器的原始祖先出现了，但是它不是真正意义的“

7、吸”尘器，严格来说是“吹”尘器。1901年，美国的一个公司发明了一种车厢式除尘器，在英国的伦敦莱斯特广场的帝国音乐厅当中展示其功能。当时这种除尘器的主要原理是靠压缩空气将灰尘吹如除尘器之中。在展示完之后，英国的一位土木工程师布斯发现这种除尘原理有不足之处。他觉得原理不应该使用吹的方式，应该反过来使用吸的方式。于是，它做了个简单的试验。用一块手帕堵住小吸管的一头，在另一侧吸气，很快手帕上就有了很多灰尘。这就是现代吸尘器的原理。于是，他使用大功率的电泵，加大了吸力，然后通过布袋之类的东西过滤杂质，便很块便制作出了吸尘器。这就是最早的吸尘器的来源。第二年，布斯的公司又圆满的完成了清洁爱德华七世的加冕

8、时的地毯，受到了当时的一致好评，从此名声大振，销量大大增加。在此之后的4年，布斯相将吸尘器普及到普通家庭之中，但是由于吸尘器的重量太大（大约90斤）而宣告失败。1907年，美国俄亥俄州的发明家斯班格拉制造出了一种更轻便的吸尘器，其原理是利用电扇所造成的真空来吸取灰尘，但是由于他资金有限，无法批量生产，就把专利转让给了皮毛制造商胡佛。1908年，真正意义上的吸尘器出现了。当时的胡佛通过制造出一种带轮的真空吸尘器，取名为“0”星吸尘器。这种吸尘器由于吸尘能力好，原理合理，所以销量很好，而且至今原理都未发生过太大变化。此后，在1913年瑞典斯德哥尔摩的温勒戈林发明了横罐形真空吸尘器，2002年，iR

9、obot开发出智能吸尘器人。1.2 吸尘器的国内发展以及销售情况自从改革开放以来，随着人们生活水品的提高，对环境质量的要求也越来越高。因此，清洁行业在这个背景下迅速发展。据不完全统计，目前国现在的清洁用品制造商、分销商和代理商大概有4000多家，其中有500万家以上的商业和工业清洁的用户，普通市民所使用的清洁产品就基本上不计其数了。由于工商业清洁用品的快速发展，现在在这个业上的产值据不完全统计大约有200亿人民币，同时国际厂商在中国的投资额目前也不少，约有30亿元人民币。我国不仅是人口大国，同时也是制造业的大国，世界上大约有8成的吸尘器产自于中国，中国制造已经深入了世界人民的心中。欧美国家由于

10、经济发达，人民对生活质量要求很高，于是像吸尘器这一类的清洁用品深受他们的喜爱。所以我国出口的吸尘器基本上都是销往欧美的发达国家。同时，由于我国的经济快速发展，目前我国以上世界上第二经济大国，人民的生活水平的提高，人们对吸尘器的需求也越来越大。同时，随着城镇化的推进，越来越多的农村人口也是潜在的吸尘器消费者。由此可见，因此，在不久的未来我国将既是吸尘器的主要生产地，也将是吸尘器的主要消费地。这对于我国的经济发展是十分有利的。由此可见，吸尘器在我国的发展前景是非常广泛的。自从1990年以后，随着经济的飞速发展，吸尘器的销量每年都在以35左右的速度增长。如今的吸尘器不但功能齐全，外观漂亮，而且价格也

11、越来越实惠。现在，中国吸尘器市场主流品牌主要有海尔、飞利浦、伊莱克斯、LG、三洋、龙的、美的、小狗、好运达、松下等。2007年是中国吸尘器发展最为迅猛的一年，中国吸尘器累计产量为43,632,664.00台，与2006年同期相比增长了21.63%。其中江苏省吸尘器产量最高，2007年江苏省吸尘器的产量是15,318,582.00台，比2006年同期增长了24.98%；其次是广东省，吸尘器的产量是14,251,981.00台，比2006年同期增长了15.09%。2008年由于金融危机的出现，中国家电行业迅猛的发展势头有所减缓。但是，小型的家电的发展势头依然不减，反而更加凶猛，其中以海尔，LG等大

12、牌子的企业增长最为明显。2008年销售额达到1101.9亿元，与2007年市场规模相比，增长13.4%；总体增长速率有所减缓，但是其销售量达到了320.2百万台，比2007年增长14.2%。2009年，吸尘器的出口量位居小家电出口额的第一名，全年出口总金额为20.24亿美元，是家电产品出口总金额的6.8%，相比于前几年来说，是非常好的出口成绩。特别是最近几年，由于我国消费者水货水品的提高，大部分的家庭都对自己的家居环境有了更高的要求。于是，吸尘器的销量非常好，每年都基本上在以15左右的幅度高速增长。目测在未来几年力，国内的吸尘器市场还将飞速发展。现在吸尘器在中国还处于发展的前中期，大部分的中国

13、人民对吸尘器还不是特别的了解。但是，随着经济的发展，人们生活水平的提高，吸尘器的价值就会凸显出来，只要我们一明白了吸尘器的功能与我们的日常生活是密不可分的，那么吸尘器的时代就来临了。在90年代以前，吸尘器对与人们大众来说还是奢侈品，现在吸尘器不但外形优美，而且功能齐全，更重要的是价格实惠。因此，很快便在人们的生活中普及开来。国内外在在研究一种一种吸尘机器人，这种机器人越来越智能化，同时也更人性化，但是由于其成本太高，技术尚未完全成熟而尚未普及开来。自主式和人工智能化是未来吸尘机器人的主要发展方向。在现实环境中实现具有良好的自适应性行为的机器人的关键是2点。一是必须要结合现有的基于自适应控制控、

14、预测控制、模糊逻辑、神经网络等移动机器人运动规划和控制技术。二是要研究对环境障碍物具有安全可靠的防碰撞功能的智能运动规划与控制器及高效的传感融合算法。只有同时兼顾以上两点，才能实现真正的自适应性的机器人。电源对于吸尘机器人来说就像是血液对于人类一样，为机器提供能量的同时，还应该能够自行充电，这样才能在最大限度节省人力的情况下完成吸尘的工作，真正意义上的体现其自主性及其智能化。1.3 吸尘器分类中国吸尘器市场主流品牌主要有海尔、飞利浦、伊莱克斯、LG、三洋、龙的、美的、小狗、好运达、松下等,主要的，按照吸尘器的装配和分类可分为：立式：电动机主轴垂直于地面卧式：电动机主轴平行于地面便捷式：可分为手

15、持式、肩式、杆式下面我们将对这些品牌的一些造型和总体的特点进行分析,如图2-1所示:美的卧式吸尘器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”。美的桶式吸尘器 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。飞利浦立式吸尘器 美洲市场较为常见，适用于大面积的地毯清洁，近几年逐步增多，多为充电式，特点是体型小巧，使用方便，工作部位能独立拆装，能实现便携式洗尘。图2-1 各类吸尘器三星便携式吸尘器仿生外观设计，高贵典雅，大吸力，低噪音，手持式设计，轻巧方便，六种吸头，把手部位利用人体工程学

16、原理，手握更舒适。适用于车载和小型办公室的清洁，得到了广大年轻人的青睐。2 吸尘器的原理及外观设计2.1 便携式吸尘器的工作原理 便携式吸尘器在接通电源后，风机叶轮在电动机的高速驱动下，高速旋转，带动叶片对空气不断做功，将叶轮钟的空气高速排除风机，又因为储物仓内是一个封闭的空腔，因此吸尘器储物仓内的空气不断排出，使其内部形成瞬时真空，吸尘器内部与大气之间形成一个相当高的负压差，在此压差的作用下，吸入含灰尘的空气，经过滤器的过滤，排出清净空气，将灰尘留在储物仓内。负压差越大，则吸尘能力也越好。（如图3-1）图3-1 吸尘器工作原理2.2 吸尘器的外观设计2.2.1 吸尘器的市场定位这次设计的吸尘

17、器的关键词是便携、美观、实用，但是现在市场上的的大部份的吸尘器都受到了电源线的限制，一般的车载式吸尘器只能在车上使用，因为其电源线插头的特殊性，因此很难做到家用和车用的两重性。因此，车载式吸尘器的实用性并不是预期中的那么高；再者，虽然吸尘器在如今的市场很普遍，品牌也很多。在众多品牌当中，小品牌公司主要抓住的还是视觉上的优势。比如：外观造型夸张，视觉冲击性强、但是质量上来说就相对于较差一点。例如：产品筋板连接处有明显缩水痕迹），价格低廉，因为其成本低，生产基数大；大品牌公司则讲究的是简单实用、质量好，但是价格一般都较高因为大品牌一般成本高，做工精细，比较人性化设计。经过前面的分析后，在外观方面，

18、要求工业部设计的外观不要过于的花哨，但是得有一定的外观独特性，要给人眼前一亮的感觉；而在功能方面，为了实现家用和车用的双向互用性，我采取了不用电源线的想法，利用较好的充电电池来实现其便捷性能。在外观的整体上我们借鉴了像上面三星的那款手提式吸尘器的造型，我们在原有的基础上做了一些改进，最后工业设计部门设计了如下图3-2的ID外观图。图3-2 吸尘器ID外观图2.2.2 确定设计方案在拿到外观ID图时，我们并没有立即开始建模，而是针对这款设计与工业设计部进行了一个整体的分析、交流，考虑的问题有一下几点：1） 外形的美观程度及其亮点2） 设计的可行性，能否实现，是否好分型3） 有没有明显的倒扣部位，

19、内部空间能否实现组件的布置2.2.3 吸尘器的外观造型在和工业设计部的同学交流完之后，确定无其他问题将会发生的情况下，下一步那就是开始进行吸尘器的外观三维造型设计，以下是外观造型的简略步骤：1） 根据实际情况，粗略地确定长、宽、高的总体尺寸，然后对吸尘器把手的尺寸进行了详细的研究；2） 构造主要的轮廓线，构建整个模型的大体框架图；3） 通过UG软件的各种曲面功能（构造曲面，修补曲面）来实现外观造型；4） 根据内元部件的大小以及位置，适当的缩放吸尘器大小，使得内部结构更加紧凑，合理；如图3-2为曲面造型完成的效果图：图3-2 曲面造型完成的效果图2.3 面分析面分析原则如图3-3所示：图3-3

20、面分析原则G0：表示2个曲面的连接处位置的端点是连续的，但是2块曲面的曲率线的方向是不一致的。（斑马线错开不连续）G1：表示2个曲面连接处的端点的切线是连续的，但是其2块曲面的曲率线是断开的，不连续的，然而其2个曲面的曲率的方向一致。（斑马线连续但是有尖锐的拐角）G2：表示2个曲面连接处的端点的曲率线的位置是连续的，但是2块曲面的曲率线是不光滑连续的。即其2个曲面的曲率线的导数是连续的。（斑马线连续且光滑）G3：表示2个曲面曲率线的切线是连续的，2个曲面的曲率线是光滑连续的，即2个曲面的三阶导数连续。（斑马线连续且光滑）如图3-4所示:图3-4 面分析之斑马线效果图2.4 壁厚的确定2.4.1

21、 壁厚的作用1） 为了满足塑料制品的使用要求，必须要是塑料制品拥有一定的强度以及刚度。2） 成型时液体塑料必需要具有良好的流动状态（比如产品壁不能够过薄）以及充填和冷却效果（如产品壁不能太厚） 。3） 为了是塑料制品能够顺利成功地从模具中顶出，合理的壁厚是十分有必要的。 4） 要满足嵌件固定及零件装配等强度的要求。5） 保持产品应有的形状，防止制品翘曲变形。2.4.2 影响塑料壁厚设计的因素壁厚的确定主要还是依靠我们所选择的材料来决定的。因此，我们设计壁厚的主要源头就转向了材料的塑制特性以及我们的使用条件这2大因素。使用条件抓药包括包括我们所要设计的结构产品的重量产品的强度机器刚度产品的绝缘性

22、能尺寸稳定性等一系列因素。塑制条件包括材料的流动性冷却时间顶出强度及装配强度尺寸精度等因素。以上的总总因素之间有着密切的关系，具体可以总结为如下三点：1） 结构因素塑件的形状及其大小全部取决于我们所设计的结构。以结构为起点，再综合考虑其它的因素，就能得到我们所需要的产品壁厚。2） 强度因素我们所选的材料的物理性能，化学性能及其机械性能决定了我们产品的强度。塑料一般来时候都是重量小，质脆，故它所能承受的冲击强度较低。所以我们设计的壁厚应当能够满足我们的强度要求。3） 塑料流动性的因素塑料在高温时都是熔融状的液态，故它在液态的流动性就很重要。同时选择最有利于流动的设计的壁厚，不仅能使塑料快速注满型

23、腔，而且能够使塑料在各个方向上流动速度基本上保持一致，流动方向上碰到阻力最小流动性好的塑料就能很快冷却成型，这能降低我们的生产周期，提高我们的产量。在确定壁厚之前，首先得确定产品的材料属性，再综合考虑确定其壁厚。2.4.3 材料选用的原则1）依据本产品的应用场所来确定2） 依据本产品的市场定位来确定3） 依据本产品功能来确定4） 依据本产品使用的场所来确定此便捷式吸尘器为日常消费类电子产品，考虑到本产品针对的对象是大多数消费人群，因此成本上不能够定位太高，最终将本产品质量定位为中档位，而储物仓与后盖有拆卸，装配要求，因此选用的材料应当强度要好、而且不容易磨伤，划伤，表面质量要好、产片要容易易成

24、型，再考虑到储物仓要有一定的透明度（美观外形），因此，后盖材料可能为PC、ABS、PCABS（因为这几种塑件的透光度都能达到90/100）储物仓材料选为PC,因为我们产品的定位为中档次的消费人群，因此，不能有过高的成本。在市场调研中可知，大部分吸尘器的主要材料选用的是ABS，在成本上说PC、ABS、PCABS三种材料的市场价格是PC最便宜，PCABS最贵。 1）ABS材料：ABS是工程材料，是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯构成，其具有良好的综合性能，容易配色，强度高，耐冲击强，注塑流动性好，表面易处理，优良的耐热、耐油性能和化学稳定性，尺寸稳定，易机械加工。适应范围有游戏机外壳、家电制品、日常生活外

25、壳、电子产品外壳等，常用收缩率为0.5%。1 2）PC材料： 中文名叫聚碳酸酯，常见的透明材料，其透明度好，透光率可达90%，强度非常好，机械强度高，耐冲击性极佳，耐热性好，成型精度高，尺寸稳定性好，适用范围有透明镜片、医疗器械、文具等，常用收缩率为0.6%。综合以上各种情况，我决定后盖材料选用ABS，储物仓的材料选为PC。而考虑到后面还有其他的零部件（比如：风扇，电池，PCB板等）都属于比较次要的部件，对材料的要求上也不是很高，因此可以尽量降低产品的成本，所以选用更便宜的材料（如PP材料），增加市场竞争力，因此在后面涉及到的其余材料都先优选PP。表31 常用塑料件料厚推荐值：单位：mm塑胶材

26、料最小料厚小型产品料厚中型产品料厚大型产品料厚ABS0.61.001.401.42.002.00PC0.81.201.202.00PP本产品的设计尺寸大小为（长宽高）270mm95mm150mm,属于中型产品，根据以上条件和推荐值，可以得知料厚范围为1.20mm2.00mm,而又因为该产品内腔很大也很深，考虑到里面必须要要设计加强筋。否则，外部就很容易变形，其次一旦料厚过薄时，注塑出来的产品在加强筋的部位易出现泛白现象，影响外观面的美观程度，因此综合考虑选定储物仓和后盖的壁厚均为2mm。2.5 分型的确立 A 分型线 B（B1和B2）图3-5 分型线的确定 考虑到储物仓的封闭性以及拆卸方便，因

27、此把其单独分出是很有必要的。其中A为储物仓，B部分再对半分为左右组件B1和B2，也就是此吸尘器初步确定分型为三部分，即储物仓、左盖、右盖。3 吸尘器内部零件的选用3.1 电机的选择在吸尘器中，电机是吸尘器的心脏，其是体现吸尘器吸尘能力大小的关键所在。在市场中，吸尘器电机的主要种类有：干吸吸尘器电机和湿吸吸尘器电机两种。在本次设计的吸尘器是针对干吸式的，而且由于做得是便捷式的，总体尺寸不是很大，因此没有必要选用太大的电机，在进行了综合考虑比较后，最后确定选用HC383XLG-020的小型电机。电机的主要参数如下：表41 电机的主要参数电机尺寸 27.5 X 46.5 mm输出轴径 2.305 m

28、m输出电压7.2 V DC无载转速17198 rpm最大转矩151.74 mNm最大的输出功率68.34 W最大效率70 %电机重量104 g工作温度-10 to 50 C储存温度-20 to 80 电气连接Terminal图4-1电机的基本尺寸图4-2性能曲线3.2 电池的选用由于设计的吸尘器是采用可充电式的，因此为了能达到其长时间使用的特性，那必须得考虑所采用的电池的寿命以及持久性。为了能达到以上的目的，我初定在电池充满电的情况下，可以使用五次，每次使用十分钟，而电机的功率为68.34W，电压为7.2V，可以得出电机的额定电流为9.5A，也就可以得出使用的电池电压为3.7V，两节电池串联使

29、用，而电机工作一小时电池所消耗的电量为9500mAh，因为初定为使用5次，每次使用10分钟，那所需的的电量为8000mAh。通过市场调研，“18650” 型充电锂电池符合要求。表42“18650”型电池具体参数如下加工定制：否品牌：windfire型号:18650额定容量：4000mAh标准电压：3.7V充电电流：300-600A外形尺寸：18*65mm充电次数：1000次储存温度：-10-50使用温度：-2060要求：电池组3.3 波动开关的选择本次设计的电源开关初步确定将其放在把手的前部（符合人机工程，方便操作，能使客户感觉到人性化设计），结合其独特的把手外观造型，因此我决定使用拨动开关式开关。简单的来说，拨动开关就是通过拨动其执行机构（开关柄），来接通或断开整个电路。它具有滑块，因此动作灵