（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化）家用吸塵器設(shè)計(jì)

家用吸塵器設(shè)計(jì)摘要目前，國內(nèi)外對(duì)吸塵器設(shè)備做了大量的工作，并形成了產(chǎn)品。為了保證吸塵器的設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證設(shè)備在國內(nèi)的普及，本文將以家用吸塵器為例，分析整體設(shè)計(jì)原理，全面探討吸塵器的設(shè)計(jì)，旨在提高吸塵器的設(shè)計(jì)水平，保證吸塵器設(shè)備的使用效果。本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一款家用吸塵器，考慮到其使用范圍和便攜方便的特點(diǎn)，采用便攜式吸塵器。在設(shè)計(jì)吸塵器時(shí)，不僅吸塵器的噪音要低，還要在擁有小體積的前提下保證正常工作。同時(shí)，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，也要保證產(chǎn)品操作的簡單性，但復(fù)雜的操作往往可以在社會(huì)上推廣。關(guān)健詞：家用吸塵器；設(shè)計(jì)總體原理；控制系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)目錄TOC\o"1-2"\h\u69311緒論 緒論1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)達(dá)，物質(zhì)生活的空前豐富，人們生活方式的改變，生活和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變。人們的生活由傳統(tǒng)向現(xiàn)代轉(zhuǎn)變，對(duì)家用電器的要求也越來越高。智能便捷的家電，讓消費(fèi)者的生活更美好。改善人們的生活，減少人們的勞動(dòng)力，取代人們的勞動(dòng)已經(jīng)成為家用電器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著家電科技含量越來越高，顯示越來越方便，只需要家電減少人們的服務(wù)，家電的快速發(fā)展已經(jīng)成為常態(tài)。家用清潔電器是滿足消費(fèi)者基本需求的家用電器。設(shè)計(jì)是否智能舒適，是否解決用戶需求痛點(diǎn)，是設(shè)計(jì)中最重要的一點(diǎn)。以產(chǎn)品生命周期理論為基礎(chǔ)，通過對(duì)家用清潔電器市場現(xiàn)狀的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)家用清潔電器的生命周期大多處于停滯階段。本文通過對(duì)家用吸塵器的研究，認(rèn)為此項(xiàng)研究有助于警醒從事這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師和企業(yè)對(duì)其設(shè)計(jì)開發(fā)的重視。在產(chǎn)品周期理論的四個(gè)時(shí)期中，當(dāng)這個(gè)過程非?？鞎r(shí)，當(dāng)產(chǎn)品沒有達(dá)到預(yù)期水平時(shí)，當(dāng)發(fā)展或成長期較短時(shí)，迅速進(jìn)入衰退階段，甚至當(dāng)大部分產(chǎn)品尚未出現(xiàn)在公眾視野中或在市場上被淘汰時(shí)，產(chǎn)品的實(shí)際價(jià)值還沒有完全顯現(xiàn)。由于產(chǎn)品在其生命周期各個(gè)階段的性能設(shè)計(jì)，根據(jù)調(diào)查反饋分析收集到的問題，家用吸塵器在走向衰退之前，沒有人發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重問題。用戶需求和需求反饋是正確判斷產(chǎn)品生命周期的重要依據(jù)，然而，產(chǎn)品替代并沒有成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文認(rèn)為有必要開展這方面的研究，找出家用吸塵器產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律，采取正確的產(chǎn)品更新復(fù)制策略和措施，為此類產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開辟一條道路。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀在當(dāng)今生活中，家務(wù)清理難度較大，購買多功能、實(shí)用的吸塵器很有必要。吸塵器的到來，改變了人工清掃的困難，讓人們享受到了干凈快樂的居家生活。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，吸塵器的種類也越來越豐富，按外形主要分為吸塵器、筒式吸塵器、立式吸塵器和便攜式無線吸塵器四大類。吸塵器和筒式吸塵器體積和容量都比較大；立式吸塵器在美國市場很受歡迎，適合大規(guī)模地毯清潔。隨著國內(nèi)企業(yè)制造能力的提升，我國已逐步發(fā)展成為全球吸塵器生產(chǎn)國和消費(fèi)國。受新型冠狀肺炎疫情影響，居民居家時(shí)間更長，清洗小家電需求增加。在此背景下，吸塵器行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。1.2.2國外現(xiàn)狀國外吸塵器的可靠性已達(dá)到較高水平，目前國外吸塵器的主要研究內(nèi)容是提高吸塵器的壽命和性能。國外吸塵器的發(fā)展趨勢(shì)和功能明顯高于國內(nèi)吸塵器。近年來，各國吸塵器行業(yè)發(fā)展迅速，世界吸塵器行業(yè)集中率逐漸提高。真空吸塵器生產(chǎn)企業(yè)通過行業(yè)整合來增強(qiáng)自身的競爭力。如今，飛利浦公司和Elektrox公司制造的吸塵器正在全球范圍內(nèi)逐漸主導(dǎo)市場。1.3發(fā)展趨勢(shì)①現(xiàn)代家用吸塵器在外觀上往往更小，與吸塵器不同的是，吸塵器中的除塵器袋變得更加堅(jiān)固，一些較先進(jìn)的吸塵器已發(fā)展成為無除塵器袋設(shè)計(jì)，便于進(jìn)行更好的日常清潔和維護(hù)，從而為用戶節(jié)省了大量的家務(wù)負(fù)擔(dān)。②從功能上看，現(xiàn)代吸塵器功能越來越強(qiáng)大，一些高檔家用吸塵器具有沸水，干濕，過熱防護(hù)，提醒灰塵等非常實(shí)用的功能。你可以想象，這些功能將在未來幾年慢慢成為家用吸塵器的“標(biāo)準(zhǔn)配置”，在操作性能上與比較老式的吸塵器型號(hào)有所不同?，F(xiàn)代家用吸塵器已經(jīng)有了更高的操作性能：不僅主機(jī)變得輕便，便于拖動(dòng)，而且操作按鈕的位置設(shè)計(jì)也更加人性化，方便用戶操作。1.4應(yīng)用價(jià)值吸塵器適用于木地板的房間，也適用于瓷磚房和地毯房。如果房間的墻上有灰塵和蜘蛛網(wǎng)，吸塵器絕對(duì)是個(gè)好幫手。有了吸塵器，你就不用再用吸塵器稍微掃地了，只需要輕輕地打開電源，支撐手柄，吸塵器在吸塵和吸毛方面絕對(duì)是其他清潔方法無法比擬的。真空吸塵器的外部設(shè)計(jì)越來越美觀，成為一種美觀的裝置，無論放置在哪里都能有很好的裝飾效果?，F(xiàn)有的吸塵器是環(huán)保的，使用時(shí)絕對(duì)保證，不會(huì)造成污染，和許多家庭清潔不可缺少的小電器一樣。2家用吸塵器概述2.1家用吸塵器的發(fā)展趨勢(shì)在世界范圍內(nèi)，家用吸塵器被經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)國家的家庭法院廣泛使用。家用吸塵器的使用大大提高了人們的生活質(zhì)量，同時(shí)也減輕了家務(wù)勞動(dòng)的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，為家用吸塵器提供了廣闊的市場。家用吸塵器經(jīng)過近100年的發(fā)展，已經(jīng)成為常用的消費(fèi)電器之一，是千家萬戶生產(chǎn)規(guī)模巨大的家用電器。過去，吸塵器的使用只提供給西歐國家，美國，日本和其他一些生活水平較高的富裕國家的家庭。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，發(fā)展中國家人民的生活水平不斷提高。廣大發(fā)展中國家開始成為家用吸塵器的主要消費(fèi)國，特別是中國現(xiàn)已成為世界家用吸塵器最大的消費(fèi)市場和生產(chǎn)國，世界70%的家用吸塵器產(chǎn)品來自中國。2.2家用吸塵器結(jié)構(gòu)及工作原理2.2.1家用吸塵器結(jié)構(gòu)目前家用吸塵器中使用較多的是吸塵器和立式吸塵器。除了結(jié)構(gòu)和位置不同，最大的區(qū)別就是塵桶大小不同，更適合普通家庭使用。吸塵器從整體類別上可以分為兩個(gè)部分：一個(gè)是主機(jī)部分，這是吸塵器的核心部分。第二部分為附件部分，包括硬管頭手柄、萬能導(dǎo)塵軟管、集塵刷頭等部分。在這里，我們主要對(duì)吸塵器主機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行研究分析。主機(jī)從外部直觀上可以分為上下兩部分，這主要是由制造工藝決定的。主機(jī)上部主要由殼板、集塵盒、控制按鈕、中框、裝飾條、地刷鉤座、中框蓋板等部分組成。下部主要由后輪總成、固定蓋板、裝飾片、底座、導(dǎo)輪、電路板總成、電機(jī)蓋底部降噪片、電機(jī)內(nèi)蓋等組成（圖2-1）電機(jī)、散熱器、鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)器主要部件固定在機(jī)器下殼體內(nèi)，保證了在使用過程中電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)對(duì)機(jī)器的振動(dòng)降到最低，同時(shí)保護(hù)了核心部件。2.2.2吸塵器的工作原理吸塵器工作時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)葉片在電機(jī)室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，在狹小的集塵室內(nèi)形成真空。此時(shí)，由于集塵室與外界的大氣壓力不同而產(chǎn)生負(fù)壓。負(fù)壓形成的高速氣流借助高速氣流進(jìn)入集塵室內(nèi)，氣流經(jīng)集塵室內(nèi)的濾網(wǎng)凈化后排出，而粉塵和雜質(zhì)則在集塵袋中進(jìn)行過濾。在整個(gè)工作過程中，電機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)葉片不斷高速旋轉(zhuǎn)，因此電機(jī)是吸塵器的核心部分。其轉(zhuǎn)速、散熱和運(yùn)行平穩(wěn)性直接影響一款吸塵器產(chǎn)品的整體性能評(píng)價(jià)。圖2-1家用吸塵器結(jié)構(gòu)分解圖2.3常見品牌家用吸塵器造型設(shè)計(jì)特點(diǎn)以吸塵器為例，分析了產(chǎn)品造型的遺傳因素：松下作為全球最大的家電制造商，有著深厚的企業(yè)文化和歷史積淀，產(chǎn)品中也蘊(yùn)含著豐富的企業(yè)精神內(nèi)涵。在松下吸塵器眾多的產(chǎn)品中，不同特點(diǎn)的產(chǎn)品會(huì)給我們帶來不同的視覺沖擊和不同的心理感受，而這些因素通過產(chǎn)品的線條、色彩、裝飾、工藝等各個(gè)方面的細(xì)節(jié)傳遞給我們。但是，當(dāng)我們接收到這些不同的信息時(shí)，也會(huì)接收到松下設(shè)計(jì)帶來的最基本、最原始的產(chǎn)品形態(tài)遺傳因素具有相同的相似感的心理暗示。雖然每個(gè)產(chǎn)品的具體形態(tài)不同，但都是圍繞蛋形這一基本元素進(jìn)行加工設(shè)計(jì)的。所以，雖然個(gè)別產(chǎn)品在形態(tài)上有很大差異，但單從形態(tài)上我們還是可以區(qū)別于其他品牌的。裝飾條的使用屬于產(chǎn)品造型細(xì)節(jié)的問題，但松下也能從這方面把握得很好。雖然裝飾條的形狀和大小不同，但鑲嵌的位置基本相同，裝飾條的顏色無一例外地從主色調(diào)中獲得。整體而言，松下吸塵器體現(xiàn)了松下風(fēng)格，無論是從產(chǎn)品形態(tài)、配色，還是從產(chǎn)品制造工藝，都傳達(dá)出松下產(chǎn)品高品質(zhì)、高科技、精細(xì)做工的印象。2.4家用吸塵器形態(tài)與功能分析2.4.1整體形態(tài)根據(jù)產(chǎn)品定位，家用手持吸塵器主要工作范圍在臥室、床上等平面上移動(dòng)，對(duì)用戶人群沒有特別限制。機(jī)身的運(yùn)動(dòng)是通過抓握手柄來控制的。根據(jù)中國成人人體功能尺寸標(biāo)準(zhǔn)，該產(chǎn)品整體體長應(yīng)在400毫米左右，將節(jié)省人工，方便人們操作。除考慮美觀因素外，手持部分的形狀應(yīng)與手的大小和解剖條件密切相關(guān)，使用時(shí)盡量保持手腕伸直；此外，手掌的壓力由大魚際肌肉和手掌肌肉部分的虎口共同分擔(dān)，使人在操作時(shí)減少疲勞，增加使用時(shí)的便利性、舒適性和安全性。據(jù)美國發(fā)明家林木工人的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，具有弧形手柄設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更受用戶歡迎。因此，為了最大程度降低使用者的疲勞感，根據(jù)力學(xué)原理，將手柄上的手抓部分根據(jù)人的手形進(jìn)行復(fù)制，使抓握時(shí)抓握部分能更自然地貼合手指的形狀，并確定最佳尺寸設(shè)計(jì)。手柄尺寸為150-200mm。通過增加手與機(jī)身的接觸面積，增加了手部的舒適度。材料選用紋理磨砂厚塑等防滑材料，增加摩擦力，達(dá)到最佳省力效果。2.4.2按鈕部分在家用吸塵器的設(shè)計(jì)中，雖然家用吸塵器的按鍵數(shù)量不多，但卻有很多細(xì)節(jié)不容忽視。在定位上考慮到操作的便利性，需要避免手指頻繁彎曲操作按鈕，同時(shí)減少或避免肌肉的“靜力施加”狀態(tài)，使人只需用較小的力按下開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)一鍵操作。另外，在使用過程中要避免用戶誤操作的問題，所以在設(shè)計(jì)按鈕的位置和尺寸時(shí)，要結(jié)合食指長度和關(guān)節(jié)寬度的數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)具體尺寸。為了讓按鈕更好地貼合手指，提升按壓時(shí)的手感，在選材上最好使用防滑材料。按鈕長度約30毫米，與手抓取部分距離約30毫米。2.4.3集塵部分由于家用吸塵器體積小、功率低，人們?cè)谑褂眠^程中需要隨時(shí)觀察集塵盒的儲(chǔ)塵情況，因此，吸塵器頂部集塵部分的外殼通常采用半透明塑料材質(zhì)，方便人們及時(shí)清除滿滿的灰塵，避免因堵塞導(dǎo)致清潔效果大打折扣甚至發(fā)生危險(xiǎn)，讓人們?cè)谑褂眠^程中更加安全放心。塵盒的外觀輪廓與整體機(jī)身線條相結(jié)合，采用前寬后窄的弧形輪廓，與整體造型相呼應(yīng)。根據(jù)機(jī)身大小，塵盒容量設(shè)計(jì)為0.5升左右。3家用吸塵器具體設(shè)計(jì)方案3.1控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是設(shè)備運(yùn)行和控制的關(guān)鍵，將對(duì)設(shè)備的使用效果產(chǎn)生直接影響，是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在系統(tǒng)中，吸塵器的硬件結(jié)構(gòu)將對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，開發(fā)邏輯判斷，控制吸塵器；軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)的方式，將達(dá)到良好的控制效果。3.1.1行走功能模塊設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)步行功能模塊時(shí)，要根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，科學(xué)選擇多套設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而確定最終的步行方案。實(shí)施外環(huán)行走時(shí)，應(yīng)處理開關(guān)中斷處理程序，防止其干擾程序運(yùn)行；由于吸塵器車體的中心與兩個(gè)動(dòng)力輪的中心不重合，可將其中一個(gè)車輪作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，利用轉(zhuǎn)向標(biāo)志位置檢測手段判斷轉(zhuǎn)向；在轉(zhuǎn)角處，吸塵器觸壁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)根據(jù)吸塵器外形設(shè)計(jì)計(jì)算；根據(jù)行走路線，吸塵器單次運(yùn)轉(zhuǎn)直至其轉(zhuǎn)彎結(jié)束的過程為單向清洗過程。如果一次單向驅(qū)動(dòng)結(jié)束，檢測到的超聲波傳感器值沒有超過轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定值，那么吸塵器需要在原地再次轉(zhuǎn)動(dòng)，直到運(yùn)行到觸壁，通過這種來回的模式完成室內(nèi)清潔任務(wù)。3.1.2吸塵電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)模塊在實(shí)施步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)，要通過科學(xué)設(shè)計(jì)方向電平信號(hào)和輸出步進(jìn)脈沖信號(hào)來完成相應(yīng)的控制任務(wù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)存在一定差異，需要根據(jù)電機(jī)實(shí)際情況選擇設(shè)計(jì)控制模塊，完成輸出程序設(shè)置。在設(shè)計(jì)電機(jī)控制模塊時(shí)，應(yīng)合理使用和設(shè)計(jì)I/O輸出高低電平，從而達(dá)到相應(yīng)的控制目標(biāo)。3.1.3房間長寬測量模塊房間長寬值是吸塵器避障、靈活行走的關(guān)鍵參數(shù)。打掃前對(duì)房間進(jìn)行測量是極其必要的。同時(shí)，吸塵器要根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整車身運(yùn)行方向，確保車身能始終保持與前墻垂直。在測量房間長寬參數(shù)的過程中，一方面，設(shè)備要調(diào)整自身狀態(tài)，可以采用右輪不動(dòng)、左輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方式調(diào)整設(shè)備，確保其能夠始終與墻體保持垂直狀態(tài)，防止后續(xù)測量受到影響；另一方面，調(diào)整完成后可以進(jìn)行具體測量，要通過多次測量值的比較來確定障礙物的方向，預(yù)留正確的行駛距離。測距工作完成后，吸塵器需要回到起始位置，也就是房間的一個(gè)角落，逐步進(jìn)行清潔作業(yè)。3.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)等組成，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，是吸塵器運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ?。在智能吸塵器中，前輪也摒棄了傳統(tǒng)的雙輪結(jié)構(gòu)，開始使用套筒軸承，這種調(diào)整不僅可以有效降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，還可以有效提高設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性。同時(shí)，調(diào)整作用在步進(jìn)電機(jī)上的脈沖信號(hào)的頻率，還可以有效提高電機(jī)調(diào)速精度，實(shí)現(xiàn)差速反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。這種構(gòu)造方法可以保證吸塵器可以在任意半徑下任意速度旋轉(zhuǎn)，甚至在后輪向后運(yùn)動(dòng)時(shí)可以原地旋轉(zhuǎn)。另外，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)部分時(shí)，可以通過調(diào)整單片機(jī)程序來調(diào)整轉(zhuǎn)速，以保證最終的調(diào)整效果。3.3吸塵系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)裝置本體中的小型吸塵器是實(shí)現(xiàn)吸塵功能的重要裝置，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)這部分時(shí)，需要對(duì)吸嘴、氣泵、吸風(fēng)管、吸腔等部位進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證吸塵器運(yùn)行時(shí)底盤在運(yùn)行一些吸塵系統(tǒng)可以快速響應(yīng)并高質(zhì)量地完成吸塵任務(wù)。由于這類吸塵器的運(yùn)行主要以獨(dú)立工作模式為主，不適合使用拖繩供電，所以需要搭上便攜式電池來實(shí)現(xiàn)無人控制的運(yùn)行模式，確保設(shè)備的靈活性并確保一次充電可用于多個(gè)連續(xù)任務(wù)。3.4部分電路設(shè)計(jì)3.4.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在設(shè)計(jì)這部分電機(jī)電路時(shí)，有必要分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一般設(shè)置。根據(jù)驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)方案調(diào)整電機(jī)電路。由于這種步進(jìn)電機(jī)工作在四相八沖程模式，所以必須準(zhǔn)備八組驅(qū)動(dòng)電路?？刂破靼l(fā)出的電機(jī)脈沖信號(hào)應(yīng)通過電機(jī)功率晶體管進(jìn)入電機(jī)，形成電機(jī)有效電機(jī)。3.4.2超聲信號(hào)發(fā)生多諧振蕩器電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)后，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行外圍充放電電路的設(shè)計(jì)，當(dāng)參數(shù)發(fā)生漂移時(shí)，應(yīng)通過調(diào)整電阻值來調(diào)整信號(hào)中心的頻率相應(yīng)的電路，以保證超聲波信號(hào)的傳輸。-重置質(zhì)量以確保機(jī)器可以正常工作。3.4.3控制器這部分由一個(gè)小型單片機(jī)組成。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)控制器的具體職責(zé)進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)，確保電路設(shè)計(jì)與控制器的功能和控制器的質(zhì)量保持一致。在電路設(shè)計(jì)過程中，單片機(jī)電路的輸出要根據(jù)模擬開關(guān)的個(gè)數(shù)來設(shè)計(jì)，保證每個(gè)輸出端口的電流都能達(dá)到規(guī)定的位置，從而可以有效控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)，從而為吸塵器的使用提供可靠的控制保障。4家用吸塵器具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1家用吸塵器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸塵器外殼起到支撐和隔離吸塵器各個(gè)部件與外界的作用，既保護(hù)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又保證了安全。由于多功能吸塵器需要在地板上自動(dòng)行走，其結(jié)構(gòu)必須保證步態(tài)穩(wěn)定?？梢岳梦鼔m器的結(jié)構(gòu)來完成其機(jī)身的設(shè)計(jì)，如圖4-1所示。外殼、后蓋、頂蓋等部件均采用塑料材質(zhì)。前機(jī)殼頭部為吸風(fēng)口，后機(jī)殼內(nèi)安裝吸塵件，主要安裝電機(jī)風(fēng)扇及部分功能機(jī)構(gòu)；兩側(cè)可安裝輪子，后殼有出風(fēng)口，方便風(fēng)扇工作。家用吸塵器的外殼不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要外形美觀、重量輕、外觀光亮、成本低。外殼一般采用金屬材料打孔，或采用工程塑料制成。金屬材料強(qiáng)度高，由于重量、絕緣材料性能、制造工藝復(fù)雜等原因，成本高。因此，除了老式吸塵器和工業(yè)吸塵器外，現(xiàn)代家用吸塵器很少使用。鑒于以上原因，多功能吸塵器的外殼主要由工程塑料制成，可以注塑成型。除電風(fēng)扇外，其他零件一般都可以用工程塑料代替金屬材料，不僅適合大批量生產(chǎn)，而且易于降低成本。減少到金屬外殼的1/3-1/4，絕緣性能大大提高，還可以做成各種款式。多功能吸塵器外殼使用的工程塑料主要是PP和ABS，吸管材質(zhì)可以是聚丙烯等。多功能吸塵器的殼體由于考慮到后面要安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)這使得它的后殼結(jié)構(gòu)與通常的臥室吸塵器有所不同，在多功能吸塵器的后殼部位下面留有一定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝空間，同時(shí)便于驅(qū)動(dòng)輪的安裝，有利于整體結(jié)構(gòu)的布局。圖4-1多功能吸塵器安裝簡圖4.2家用吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多功能吸塵器的吸入部分主要由吸嘴、吸管、儲(chǔ)塵盒、電風(fēng)扇等部分組成。從外面吸入的灰塵和垃圾首先到達(dá)集塵部分，集塵部分的作用主要是通過濾網(wǎng)吸入高速氣流，過濾掉垃圾和灰塵。濾網(wǎng)不僅能擋住顆粒較大的垃圾，還能防止細(xì)小的灰塵通過。性能良好的濾網(wǎng)可排出直徑5微米以下的灰塵。此外，濾網(wǎng)透氣性好，可長時(shí)間過濾不堵塞，使電機(jī)得到充分冷卻。其基本結(jié)構(gòu)如圖4-2所示?；覊m通過吸塵器的吸嘴進(jìn)入吸塵器的吸管，再經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，沉積在儲(chǔ)塵盒中。氣流由電風(fēng)扇的吸入口吸入后排出。圖4-2自動(dòng)吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)簡圖多功能除塵器采用車用吸塵器風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，重量輕，吸塵器強(qiáng)度可滿足家用要求。由吸塵器外殼定位孔固定，橡膠密封圈密封，風(fēng)扇安裝板加壓，外殼背面留有部分排氣口，方便風(fēng)扇工作。電風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)。因此，風(fēng)扇安裝板應(yīng)該使用一些可以緩沖沖擊的材料，比如泡沫，風(fēng)扇端口應(yīng)該與風(fēng)扇端口相對(duì)應(yīng)，這樣有利于風(fēng)扇的工作，也有利于吸塵器的改進(jìn)。風(fēng)扇有密封蓋，降噪效果好。因?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生的噪音很容易穿透吸塵器外殼，造成噪聲污染；全封閉的引擎蓋還能保證發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量不會(huì)影響到其他電器，延長整機(jī)使用壽命。吸塵器的灰箱一般為2~3升，多功能吸塵器的貯灰量設(shè)計(jì)為1.5升，完全可以滿足家庭地面的清潔。4.3家用吸塵器行走部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1家用吸塵器主要參數(shù)計(jì)算多功能吸塵器的驅(qū)動(dòng)部分由兩臺(tái)四相步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪（后輪）推動(dòng)吸塵器。前輪取代了傳統(tǒng)的兩輪結(jié)構(gòu)，采用了廣泛使用的萬向轉(zhuǎn)輪，既降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，又提高了轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性（圖4-3）。通過改變作用在步進(jìn)電機(jī)上的脈沖信號(hào)的頻率，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)更高精度的調(diào)速。同時(shí)，當(dāng)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)施加相同或不同的脈沖信號(hào)時(shí)，可通過差動(dòng)法方便地實(shí)現(xiàn)前、左、右、后及旋轉(zhuǎn)吸塵器的功能。這種設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是吸塵器可以任意半徑和速度旋轉(zhuǎn)，即使在兩個(gè)后輪相互反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑（即繞軸中點(diǎn)原地旋轉(zhuǎn)）。通過改變單片機(jī)程序可以調(diào)節(jié)同步速度。由于智能吸塵器在行走時(shí)工作，所需速度很低，一般需要3m/min左右，可以保證多功能吸塵器平穩(wěn)高效行走，設(shè)計(jì)輪徑為8cm，則由公式U=C×N式中C—車輪的周長（cm）N—車輪的轉(zhuǎn)速（r/min）N=U/C≈12r/min圖4-3轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)圖（1）多功能吸塵器的阻力計(jì)算設(shè)計(jì)多功能吸塵器的質(zhì)量在3Kg則后車輪的阻力矩由公式T=mg×f×rf—滾動(dòng)摩擦系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表11-7取0.05（K/CM）T=3×9.8×0.055×4=6.468N/m（2）多功能吸塵器的前輪阻力矩T0=mg×f×r=3×9.8×0.055×0.5=0.8N/m（3）深溝球軸承的摩擦力臂T1=mg×f1×Rf1=0.02k/cm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表11-9選取。T1=0.025n/cm根據(jù)供電電壓為12V選取步進(jìn)電極電機(jī)，根據(jù)《小功率電機(jī)手冊(cè)》，選擇永磁式步進(jìn)電。其具體參數(shù)如下：表4-1步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)型號(hào)相數(shù)額定電壓(V)電流(A)保持轉(zhuǎn)矩(mN/cm)步近角(°)57BYG005412V0.4A254.97mN/cm1.8°4.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）軸的徑向尺寸的確定軸的徑向尺寸是在出算軸的直徑基礎(chǔ)上進(jìn)行的，軸徑的估算方法是按扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法進(jìn)行的。計(jì)算由公式式中P—為軸所傳地的功率（KW）N—為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速（r/min）A—為軸的許用應(yīng)力系數(shù)（其值可以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表10.3），在這里選取軸的材料為45號(hào)鋼，則A=108，由步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)由公式可知：P=VI=0.4×12=4.8W取轉(zhuǎn)速n=12r/min計(jì)算得：軸的截面上有一個(gè)鍵槽，將直徑增大5%，得：d≥7.96(1+5%)≥8.35mm取標(biāo)準(zhǔn)值d=10mm，即為軸直徑最小直徑。（2）擬定軸上零件的裝配方案為了方便聯(lián)軸器的連接，以及車輪的安裝，可以采用以下幾種方案，軸的左側(cè)需要連接聯(lián)軸器，這樣才能與步進(jìn)電機(jī)的軸連接，軸的右側(cè)有按鍵，主要用于與車輪連接。同時(shí)在右側(cè)加工螺紋，使車輪沿軸向固定，在軸中部留出軸間固定軸承，逐步選擇軸直徑為D=10mm，軸間直徑為D=12mm，再根據(jù)軸直徑選擇軸承和聯(lián)軸器等，由于軸直徑較小，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器難以滿足設(shè)計(jì)要求。因此，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)聯(lián)軸器，選擇鋼管加工所需孔后加工兩個(gè)徑向螺紋孔，用螺絲將電機(jī)軸與轉(zhuǎn)軸連接，軸上方平臺(tái)通過磨削即可實(shí)現(xiàn)。滾動(dòng)軸承的選用以軸承手冊(cè)為依據(jù)，選用深溝球軸承。軸承型號(hào)為61800，基本尺寸為B×D×D=5×19×10.圖4-4軸的裝配簡圖通過中間的軸進(jìn)行定位，選擇軸承蓋將軸承固定，并且密封。鍵的選?。ǜ鶕?jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》）選定。選取GB1096-79鍵4×6。4.3.3軸的強(qiáng)度校核（1）按許用彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算通過對(duì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，均確定了軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支承力的作用位置，并可求出軸上的載荷。因此，軸的強(qiáng)度校核計(jì)算可按彎扭聯(lián)合強(qiáng)度條件進(jìn)行，計(jì)算步驟如下。1）做出軸的計(jì)算簡圖軸上的載荷是由零件傳遞的。計(jì)算時(shí)將軸上的分布載荷簡化為集中力，將其作用點(diǎn)作為載荷分布的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩一般從傳動(dòng)輪轂寬度的中點(diǎn)開始計(jì)算，通常把軸看作鏈鉸支座的橫梁。支承反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置有關(guān)。圖4-5軸的計(jì)算簡圖2）做出彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算做出各力產(chǎn)生的彎矩，并按照計(jì)算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩Mh圖和垂直面上的彎矩Mv圖，然后由公式計(jì)算總彎矩M。圖4-6彎矩圖3）做出扭矩圖圖4-7扭矩圖4）做出計(jì)算彎矩根據(jù)已做出的總彎矩圖和扭矩圖計(jì)算彎矩Mca。由公式式中，a--是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生的循環(huán)特性差異系數(shù)，扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變換取a=0.6。5）校合軸的強(qiáng)度已知軸的計(jì)算彎矩后，對(duì)危險(xiǎn)截面作強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力由公式式中W—軸的抗彎截面系數(shù)：［δ-1］軸的許用彎曲應(yīng)力（Mpa），45#調(diào)質(zhì)處理經(jīng)，取59Mpa經(jīng)計(jì)算滿足要求，設(shè)計(jì)軸符合調(diào)節(jié)?？偨Y(jié)通過本文對(duì)智能吸塵器設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的介紹