家用除尘器.doc
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《机械创新设计》作业
题目：
多功能家用除尘机
院（部）：
机电工程学院
专业：
机械工程及自动化
班级：
机械115
小组：
3组
姓名：
肖常伟唐仁远常君
刘浜朱宝鼎吴世忠
张勇高佩贤
指导教师：
马爱梅
目录
1前言............................................................................................1
1.1多功能除尘机的研究背景以及意义...........................................1
1.2多功能除尘机国内外研究现状..................................................2
2原理方案的设计...........................................................................3
2.1机电系统各部分功能.............................................................3
2.2传动部分设计分析....................................................................4
2.3吸尘杀菌分析.........................................................................5
2.4吸尘器的方案选择...................................................................5
3原理方案功能元.............................................................................7
3.1功能分析................................................................................7
3.2功能元解...............................................................................7
3.3最优方案选择.........................................................................9
4机构设计......................................................................................10
4.1动力部分................................................................................10
4.2过滤系统................................................................................10
4.3功能性部分............................................................................11
4.4保护措施...............................................................................12
4.5附件......................................................................................13
4.6控制系统.................................................................................13
5多功能家用除尘器的结构设计............................................16
6结论......................................................................................................26
7参考文献.............................................................................................28
1前言
1.1多功能除尘机的研究背景以及意义
从第一台吸尘器发展至今已经经过了一百多年的历程了,随着时代的发展人们生活水平的提高,吸尘器正在中国家庭迅速的普及,人们的思想也发生了变化,现在普通家庭对吸尘器的需求也是大大的提高了,这也说明了吸尘器的市场需求空间是很大的。
社会现代化的进程使得当代人的生活方式也发生了改变,大众都变得更关注、更重视生命、生存和生活质量。
这要求大众的生活质量都得到有效的提高,中国消费者的消费观正在从传统消费观转向现代消费观,从重视生活水平的提高向重视生活质量的提高转变。
我们需要一个健康、干净的生活环境,近几年人们对健康的重视程度已经日益提高。
近几年来，国内吸尘器市场发展迅速，每年的增幅都保持在15%以上，在中国消费者对家庭装修有了更高要求的同时，对保持家庭环境卫生的吸尘器也就渐渐重视起来。
预计在未来三年，国内吸尘器市场将大涨，到2010年至少要比现在翻一番。
目前吸尘器之于中国人就像上世纪80年代初洗衣机一样，当中国消费者明白它的功用时，机会就来了。
吸尘器对中国人来说曾经是奢侈品，但现在这种情况发生了变化，吸尘器正在中国家庭迅速普及。
在吸尘器逐步走进中国消费者视野的同时，拥有时尚外观、能够提升生活档次的吸尘器也在“攀比”中得到了发展空间。
大多数城市家庭来讲，吸尘器已经成了清洁家庭的必备工具，我们可以通过对目前家用吸尘器的设计理念的研究来了解当今小家电产品设计的发展潮流。
现在不少吸尘器在细节设计方面绝对可谓极尽人文关怀。
比如现在已有专用的吸水吸尘器、边工作边发散香气的吸尘器；还有可以便吸尘边擦地板的吸尘器，用于电脑键盘、毛料衣物等表面清洁除尘的微型吸尘器等。
由此我们可以看出，现代吸尘器的设计已经超出了吸尘器本身之功能需求，而是在尽最大的可能去迎合消费者在科技、文化、身体和情感上的感受。
我们每天晚上使用的棉被，枕头，这些寝具中事实上藏着数百万计肉眼看不见的细菌，而在我国几乎所有人都会因细菌而产生各种身体的不适情况。
一般来说我们都采用日晒的方式来消灭细菌，要知道日晒的方式效果十分有限。
为了解决这样的问题，我们设计了杀菌除尘机，在除尘的过程中轻松完成杀菌。
1.1多功能除尘机国内外研究现状
近年来,随着中国工业的快速发展,吸尘器的产销量也大幅增加,在我国市场具有旺盛的生命力。
随着社会的进步和发展,人们的物质和精神生活质量的提高,迫切需要从繁重的清洁工作中解脱出来由此诞生了一种家用服务型吸尘机器人,它将移动机器人技术和吸尘技术有机地融合起来,实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或多功能清洁,因此具有广阔的市场前景。
目前在欧美日等发达国家,吸尘机器人开发较早,应用范围也较广,近两年来,已经开发出多种面向市场的智能吸尘机器人。
澳大利亚某公司研制出可自动行驶并打扫房间的Ｖ４型机器人这种全自动吸尘器表面光滑,体积很小,呈圆形,内置搜索雷达,可以搜索各种房间里的每一处,不会碰撞家具或其它障碍物。
微处理小电脑使它具备在拐至屋角处能探测方向、选择前进路线的能力。
只要将全自动吸尘器放在地面上,它便可自动开始工作。
其搜索雷达会探测出距离最近的墙壁,先顺着墙壁把地板四周的灰尘及异物吸尽;然后再不规则地来回移动于房间的其它位置,并且能在接近障碍物之前迅速转向。
该吸尘机器人由于在主机的周围３６０°配备了障碍物传感器,因此可以在检测墙壁及障碍物的同时打扫地面;当打扫完可以行驶的场所后,机器人就自动关闭电源。
不管房间的外形及面积的大小、ＡＲＮＡ导航算法引导机器人在任何房间的所有无遮掩区域四处运动来进行清洁工作,因为机器人导航沿房间的周围,所以它要创建自己的空间参考图,机器人不需要任何编程“教它应该去哪里”。
该机器人操作简单,仅有３个按钮:
开始、结束以及暂停,人们只要简单地将它放置在需要清扫的区域或房间中,按下开始按钮即可。
2原理方案的设计
多功能家用除尘机的机电系统设计分为四个部分：
驱动设计，传动系统的设计，执行部分，和测控部分。
最终组成一台吸尘器。
吸尘器的驱动系统由能源供给系统、电子驱动系统和机械传动系统组成。
选择最佳的驱动系统是设计的关键，而动力源的性能直接决定着驱动系统的性能，传动机构又直接影响到整个系统的正常工作。
驱动部分传动部分执行部分
测控部分
2.1机电系统各部分功能
（1）驱动方式：
驱动部分相当于人的心脏，位系统提供能量，其功能载体为各种形式的原动机。
驱动部分接受测控部分发出的控制指令和信号，驱动执行部分工作。
家用吸尘器一电动机位动力源，来带动其他部分工作，从而完成吸尘除菌的工作。
（2）传动部分：
结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲、吸震、易维护等特点。
齿轮传动传动比稳定、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长。
根据所设计的传动方案，选择大小齿轮的类型，材料并计算出大小齿轮的参数。
（3）执行部分：
执行部分相当于人的手足，各种机器以不同的执行元件完成执行功能，达到他们的工作目的。
4）测控部分：
测控部分具有传感和控制功能。
传感部分相当于人的眼，耳，鼻子等感觉器官。
他把机器工作过程中的各种参数和状况监测出来，变成可测定和控制的物理量，传到信息处理部分。
信息处理部分相当于人的大脑，经过信息处理，发出对各个部分的工作指令及控制信号。
2.2传动部分设计分析
2.21带传动特点
带传动的优点是：
（1）带是弹性体，能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声。
（2）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可起到保护整机的作用。
（3）制造和安装精度不像啮合传动那样严格，维护方便，无需润滑。
（4）可通过增加带的长度以适应中心距较大的工作条件。
带传动的缺点是：
（1）带与带轮的弹性滑动使传动比不准确，效率较低，寿命较短。
（2）传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大。
（3）不宜用于高温和易燃等场合
因此，带传动常适用于大中心距、中小功率、带速v=5～25m/s，i≤7的情况。
2.22齿轮传动特点分析：
优点：
圆周速度和功率范围广；效率较高；传动比稳定；寿命长；工作可靠性高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间传动。
缺点：
要求较高的制作安装精度，成本较高；不宜远距离两周之间传动。
2.3吸尘杀菌分析
工作前，将各种附件如软管、接长管及吸嘴按要求接好，并装在吸尘器吸入口。
接通电源后，串激电动机高速转动，并带动风机转动，叶轮中的叶片不断地对空气做功，使空气得到能量，并以极高的速度排出风机，这样，风机前端吸尘部内的空气源源不断地补充叶轮中的空气，使吸尘部内形成瞬间真空，即在吸尘部内与外界大气压形成了一个相当高的负压差，在此负压差的作用下，使吸嘴旁的垃圾与尘埃随着气流经过吸嘴、接长管、软管及吸入口进入吸尘部。
在吸尘部内，经过过滤器的过滤，垃圾及尘埃被滞留在集尘室内，而空气经过过滤器后，经排风口排出吸尘器。
当集尘室内垃圾集满到一定程度时，可清除一次。
吸尘器主要由起尘、吸尘、滤尘三部分组成，一般包括串激整流子电动机、离心式风机、滤尘器（袋）和吸尘附件。
一般吸尘器的功率为400-1000W或更高，便携式吸尘器的功率一般为250W及其以下，吸尘器靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，致使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，吸入含灰尘的空气，经滤尘器过滤，排出清净的空气，负压差越大风量越大，则吸尘能力也越大。
同时，在吸尘器两侧安装紫外线装置，用于杀菌。
2.4吸尘器的方案选择
方案一：
立式除尘器：
立式吸尘器是在圆筒状壳体内，由上到下顺序安装电动机、吸尘部。
方案二：
便携式除尘器：
它与其他两个相比较更加小巧，用手提着就可以清扫手边的垃圾，但是它用途较小，太过小巧以至于没地方安置紫外线杀菌仪，所以不选取便携式除尘器。
方案三：
卧式除尘器：
卧式吸尘器是在壳体内沿水平方向依次安装着吸尘部、电动机。
它的性能好，但是他的体型太大，不适于灵活的打扫各个方面，所以也不选取。
方案四：
商用除尘器：
多为保洁公司，酒店，写字楼所使用，特点是容量大，能吸水。
方案五：
机器人除尘器：
高端除尘器，可自动打扫和充电，但清洁效果有限，适合本来就很干净的家居环境。
除尘器的种类很多，一般按形状、使用功能、输入功率来分类。
按形状可分为立式、卧式、便携式等三种。
立式吸尘器是在圆筒状壳体内，由上到下顺序安装电动机、吸尘部。
卧式吸尘器是在壳体内沿水平方向依次安装着吸尘部、电动机。
便携式吸尘器式样较多，常见的有肩式、杆式、手提式、微型式等。
我们选择离子型吸尘器。
3原理方案设计
3.1功能分析 驱动
除尘——传动
吸尘
清理垃圾
杀菌杀菌
3.2功能元解
功能元
功能元解
1
2
3
4
5
A
动力源
电动机
气动马达
液动机
B
传动
齿轮传动
带传动
蜗轮传动
C
移位
车轮
D
吸尘
风扇
静电
磁力
湿式
机械
E
杀菌
紫外线
高温
喷杀菌液
方案组合
可能有的方案N为
N=3*3*1*5*3=135
例如：
1、A1---B2----C1-----D1------E1，组合紫外线风扇吸尘器
2、A1---B1----C1-----D2------E2，高温静电吸尘器
3、A1---B2----C1-----D4------E3，湿式杀菌吸尘器
4、A2---B2----C1-----D3------E1，磁力紫外吸尘器
3.3最优方案选择
家用多功能吸尘器要满足吸尘、杀菌的功能，要有效，降低成本并且又节约能源，减少污染、废气排放等。
方案一完全可以达到要求，相对其他方案，又具有成本低，机构传动更平稳，结构更紧凑，噪声低，材料更易选择，工艺更加简单，使用方便，实用性更强，维修方便等优点更适用于家庭当中。
所以选方案一作为最佳方案用于设计家用多功能吸尘器。
4机构设计
4.1动力部分
吸尘器电机和调速器。
调速器分手控、机控。
铜线电机有耐高温、寿命长、单次操作时间长等优点，但价格较铝线比较高；
铝线电机有着价格低廉的特点，但是耐温性较差、熔点低、寿命不及铜线长。
由于设计的家用吸尘器有多种功能，可能需要长时间工作，所以选择铜线电机。
电动机的类型和结构型式可以根据电源的种类、工作条件（温度、环境、空间）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。
在移动设备中常使用的有直流电动机和步进电动机。
家用多功能吸尘器工作运行多在室内，要求控制简单运行平稳，所以选择直流电动机。
调速器手控式一般为风门调节；
机控式为电源式手持按键或红外线调节。
家用多功能吸尘器为了方便用户，增强体验效果，选择机控式调速器。
4.2过滤系统
尘袋、前过滤片、后过滤片。
按过滤材料不同又分：
纸质、布质、SMS、海帕（HEPA高效过滤材料）。
当前市场上常用的四种过滤方法：
（1）尘袋过滤：
粉尘垃圾通过机子内的尘袋进行过滤。
整体来说利用尘袋为过滤器优点是清洁方便，不需要每天清理。
缺点是需要更换尘袋。
在国外目前还是比较推崇使用尘袋式一次性纸袋，因为比较方便。
尘杯过滤：
尘杯过滤是通过电机高速旋转的真空气流分离垃圾和气体，再通过HEPA等过滤材质，净化空气，以免造成二次污染。
优点是不用经常更换尘袋;缺点是吸尘完毕后要进行清理。
尘杯过滤是目前吸尘器的主要过滤方式，现在大部分吸尘器都是尘杯过滤，它也是尘袋过滤的升级，它还有一个优点是无耗材，避免资金的二次投入。
尘杯和尘袋二合一：
简而言之，就是以上的两种方式合并为一。
水过滤：
利用水作为过滤媒质使得灰尘和微生物锁定在水中，进一步的过滤，使得排出的尾气比吸入时的空气更干净。
利用水作为过滤媒质使得灰尘和微生物锁定在水中，进一步的过滤，使得排出的尾气比吸入时的空气更干净。
利用水作为过滤媒质使得灰尘和微生物在通过时大部分都会被溶解锁定。
在水中，剩余的再通过过滤器后被进一步的过滤，使得排出吸尘器时的尾气可能会比吸入时的空气更干净。
水过滤吸尘器的过滤效果毋庸置疑，但由于其利用水作为过滤媒质所以对于产品本身的设计和电机防水保护提出了更高的要求，这也是为什么目前市场上水过滤吸尘器质量参差不齐，价格高低悬殊的重要原因。
，特点：
吸力更显著，排出的气体经过水的净化。
缺点：
每次使用时都需要放水，用完后，必须清洗干净，清洗不干净容易发霉发臭，和生锈。
水过滤器综合来说拥有可以对湿质垃圾进行吸纳，应对各种垃圾，无灰尘飞溢，过滤更彻底等优点，所以家用多功能吸尘器选择水过滤方式
过滤材料的选择：
一般而言，如果海绵性的过滤材料，过滤效果是比较差的，而活性炭质的，对灰尘的吸附力小孩不错，但过滤效果一般。
百洁布质地的过滤材料，质地比较缜密，性能好过前面两种，算得上是一种比较经济实惠的材料。
在过滤性、吸附力上效果最好的过滤材料，那就是HEPA了。
因此在这里家用吸尘器选择过滤材料。
4.3功能性部分
收放线机构
收放线机构主要由盘线筒支架、轴杆、盘线筒、摩擦轮、发条和制动机构组成，是吸尘器的重要部件，需收放自如、方便收纳，其重要指标是弹簧弹力曲线平稳，回收速度平稳，防止收线过快造成人身、财产损害。
尘满指示器
此零件顾名思义，是提醒用户吸尘器容量已满，需要更换或清理尘袋的装置。
机械式尘满指示：
通过空气流量的变化带动尘满指示里面的弹簧的移动达到显示尘满的功能。
电子尘满指示
原理：
通过一个压力感触零件，感触及其内部压力的变化从而引发尘满指示电流接通向消费者提醒尘螨。
这里家用吸尘器选择电子尘满指示，这样使反应更加灵敏精准。
紫外线杀菌除螨机构
除螨吸尘器，除了能吸除家居用品的表面灰尘，还配有3个拍打器，能将深藏在家居用品里层的细菌和螨虫拍打出来，然后通过2个UV杀菌灯管将细菌和螨虫彻底杀死，并且将这些残余物以及它们留下的排泄物统统吸入机器内。
1双管UV-C（紫外线杀菌灯管即强烈又有耐性的UV-C杀菌灯管，设计在吸尘口的前后位置采取了瞬间双重杀菌的系统。
2.上下移动拍打头得作用使用3个拍打头头，拍打床被渗透的微细灰尘。
3.立体LED可视窗优雅的按钮和立体LED可视窗设计了消费者中心一眼可以看到工作程序。
图4-1除螨机构图
4.4保护措施
无尘袋保护、真空度过高保护、抗干扰保护（软启动）、过热保护、防
静电保护。
当滤尘袋已满或管路堵塞，没有足够的风量给电机降温时，电机过热保护起到及时切断电源的作用。
当滤尘袋已满或管路堵塞，吸尘器的进风量迅速降低，没有足够的风量给电机降温，安全放气阀打开，冷却电机。
4.5附件
手柄和软管、接管、地刷、扁吸、圆刷、沙发吸、挂钩、背带。
4.6控制系统
全自动吸尘器的整个控制系统，主要由感器部分（超声波传感器、红外线热释电传感器、电子罗盘）、微型机算计部分（单片机8051）、等部分组成。
该全自动吸尘器利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；利用电子罗盘进行方向的判断，通过驱动器驱器驱动动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障。
全自动吸尘器的红外线传感器能检测人得存在，在检测到人存在时会给单片机一个电信号，单片机控制吸尘器停止前进并同时控制发声器发出声音，让人能够离开。
功能全自动吸尘器实际上是一个行走机器人和吸尘器的组合体，吸尘器行走的同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。
单片机作为控制源产生脉冲信号，驱动直流电机转动，同时检测超声波传感器与红外线传感器的信号，数字罗盘的转角信号同样也输出给单片机，由单片机完成信号的处理过程，可以说全自动吸尘器的控制系统是以单片机为核心的。
吸尘器组成部分分析
1、传感部分：
相当于人的五官，起到对外界的感知作用。
2、控制部分：
相当于人的大脑，起到连接对肢体的支配。
3、驱动部分：
相当于人的肢体，被控制起到协调作业。
4、吸尘部分：
在智能吸尘器里面嵌入真空吸尘器部分。
5、电源部分：
提供机器所需要的动力系统，也是至关重要的一部分，往往会被人忽视。
图4-2吸尘原理图
图4-3整体机构图
5多功能家用除尘器的结构设计
由于多功能吸尘器需要在地面自动行走，因此他的结构要保证行走的平稳，可以采用卧式吸尘器的结构来完成其机体的设计，由图所示壳﹑后壳﹑上盖等部分组成，均为塑料材料。
前壳头部为吸入口，后壳内按装吸尘部件，里面主要安装电动机-风机及一些功能性机构；两侧可以用来安装车轮，此外在后壳处有排风口，便于风机的工作。
1、吸尘原理：
吸尘器的风机叶轮在电动机高速驱动下，将叶轮中的空气高速排出风机，同时使吸尘部分内空气不断地补充进风机。
这样不妨与外界形成较高的压差。
吸嘴的尘埃、脏物随空气被吸入吸尘部分，并经过漏器过漏，将尘埃、脏物收集与尘筒内。
2、吸尘器的原件：
所有吸尘器都配有一个组装刷头，供清理地板及地毯是用。
吸力式吸尘器还会配备一系列的清洁刷及吸嘴，以便清扫角落、窗帘、沙发和缝隙用。
3、喉管：
所有吸力式的吸尘器都会装备硬喉管，用来连接清洁用的软喉管及附件。
4、电动刷：
内式吸尘器的清洁头，是混合式吸尘器特别有的配件。
5、圆刷头：
也较小吸嘴，可做360*回转，方便清洁家具、精细网织物等。
6、扁吸嘴：
又称缝隙吸嘴，是一支细长、扁平的硬吸嘴。
特别适用于清洁墙边、辐射式暖片、角落及浅窄地方。
7、扫尘刷：
用长而软的鬃毛制成，适用于清洁窗帘、墙壁等。
图5-1整体结构图
家用吸尘器的外壳不仅应具有足够的强度，
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