畢業設計報告(論文)智能吸塵器設計第一章緒論1.1引言在物質文化水平的不斷提高，高品質的生活已然成為大多數人的奮斗目標。人們開始追尋舒服、溫馨、整潔的居住生活，但生活中的粉塵無處不在，需要不定時地及時清掃。但清掃灰塵并不是那么的容易，所以吸塵器變得必不可少。從生活最小處著眼，和大家的生活聯系最緊密的家用電器想起，家用吸塵器看似簡單，但追求生活便捷和舒適的人們，希望家用吸塵器更加的方便和操作簡單。為此，這個課題的目的就是設計一款實用的家用吸塵器，根據產品的功能要求，查找相關資料，了解熟悉目前非家用和家用相關產品的性能特點，來設計一款實用的家用吸塵器，重點放在吸塵器的結構設計部分，盡可能地使其更具智能化，更好地滿足廣大家庭用戶的需求。1.2吸塵器的認識吸塵器主要分為起塵、吸塵、慮塵三個工作流程。吸塵器主要通過電動機葉輪的高速轉動，把吸塵器內部的空氣迅速排空，從而吸塵器內部與外界大氣壓形成一個壓力差，把混有灰塵的空氣從吸塵器口填補到風機中，經過濾塵器的凈化產出清新的氣體。吸塵器的吸塵能力與壓力差成正相關關系。由于被吸塵器濾過的空氣經過電機時，被其加熱，所以排出的是熱空氣。1.3吸塵器的分類1.3.1臥式吸塵器主要分布在亞洲和歐洲國家。其優點在于具有較小的體積，易于直放。臥式吸塵器也分為“無盒式吸塵器”和“塵袋式吸塵器”1.3.2立式吸塵器主要分布在美洲地區的國家，應用在較大面積的清掃。1.3.3手持式吸塵器具有輕巧和便攜等特點，應用于汽車，家用電器等的清灰，由于吸力不足，不能應用于房屋內的除塵。1.3.4桶式吸塵器其優點是體積大，吸水性好，主要用于酒店，高樓內的清潔。它是商用吸塵器。1.3.5桿式吸塵器主要是以充電型的為主，其優點是體積小，操作方便，被很多人所追隨，并且逐年擴增。1.3.6按過濾方式分的吸塵器1．塵袋過濾式：塵袋式則通過塵袋和HEPA等過濾材質過濾，其缺點就是要勤換塵袋；2．塵杯過濾式：主要利用旋風風道及HEPA等過濾材料，并且實現程序自動清灰；3．氣旋式：主要采用離心率分離空氣和灰塵，由于灰塵的離心率大，就會被導入到集塵箱內，從而實現空氣與灰塵的分離。1.4智能吸塵器的國內外發展現狀1.4.1智能吸塵器的了解智能吸塵器是根據家庭的實際情況，編寫程序到芯片。它根據寫入的程序，自行地規劃行走路徑，結束或是沒電時，可自己尋找電源充電。家用吸塵器可清理灰塵、毛發、碎紙等小型物體。1.4.2智能吸塵器主要組成部分1．傳感部分：等同于感覺器官，能對外界事物進行直觀的認識；2．控制部分：與大腦等同，指揮各部分下一步的動作；3．驅動部分：等同于人的四肢，調節各個部位完成指定的任務；4．吸塵部分：吸塵器的核心部位，各部分都為此部分服務；5．電源部分：為吸塵器提供動力，它是各個部分能運動的重要部位。1.4.3智能吸塵器基本工作原理首先吸塵器是通過釋放、接受超聲波，將信息反饋到吸塵器的控制中心，來判斷周圍的障礙物，然后由控制中心發出指令，指揮驅動系統的電動機的正反轉及轉向，來做出相應的動作。通過以上的步驟進行自動吸塵，打掃衛生，自動充電等的目的。1.4.4智能吸塵器在國外的概況英國Dyson公司是世界上第一個設計了全自動的智能吸塵機器人，并將其命名為DC06。該吸塵器體積小，重量不足一千克，但它有著70個左右的傳感器，并且這些傳感器都與3個微型芯片連接在一起來控制吸塵器工作的。只要按下工作鍵，吸塵器就會根據傳感器和芯片所提供的數據進行分析定位，然后自己開始在房間內自動地清掃各個角落。若是遇到人或事寵物是，它會停止或是避開繼續清掃其他的地方。現在，智能吸塵器的發展很迅速，一個小小的智能吸塵器就包含了很多科技、技術成果，儼然成為了現代化的小型機器人。吸塵器一般由移動機構、感知系統、控制系統和吸塵系統構成的。其中移動機構決定了它所能工作的場所及其范圍，是吸塵器的主體，并且通常是輪式結構。感知系統通常是市面上應用的比較廣泛的超聲波測距儀、紅外線傳感器、接觸傳感器等。控制系統比較復雜，一般都要根據會實際的情況看控制的，只要是通過感知系統所接受到的信息進行處理分析，形成一個閉環反饋調節，來控制吸塵器的。1.4.5智能吸塵器在國內的概況國內的兩所知名大學哈爾濱工業大學和香港中文大學早在2002年對吸塵器有所研究，他們合作研發了一款全自動自主移動的吸塵器機器人。它有著遙控和自擬程序兩種形式，還具有節能，增加工作的時間，提高了有效利用率等的特點。該吸塵器采用的是萬向輪，可以任何方向的靈活移動，適應各種復雜路線的清掃工作或是清潔過程中遇到障礙物。同時該吸塵器增加了開放式的控制系統，可自行編寫程序，來讓該吸塵器完成特定的任務，還可以擴展硬件。這樣的智能吸塵器具有很大的靈動性和人性化。目前，國內的智能吸塵器領域發展也很迅速，幾家公司設計、制造的智能吸塵器在市場上也是很受歡迎。科沃斯（Ecovacs）地寶魔鏡CR120智能掃地機器人吸塵器，就是比較出色的一款智能吸塵器。他可以將毛發、煙蒂、碎紙屑、甚至是較大的豆類都能夠清理。它擁有EVS防撞系統，比其它機器更加靈敏和智能，前區感應裝置可智能感應障礙物，及時作出避讓回應，避免發生直接碰撞，保護機器和家具不受損傷。它也具有智能防跌功能，在遇到樓梯或者臺階時，魔鏡會自動開啟下視傳感器，發揮智能探測功能，自行調轉方向避免跌落損傷。它也可以智能越障爬坡，擁有強勁的電機以此驅動底部滾輪，能夠自主越過15°的坡面和障礙，家中房間的壓線條以及小地毯也可以輕松越過，您可以坐享每個房間的無塵潔凈。1.5智能吸塵器的未來發展展望經濟迅速發展的今天，人們快節奏的生活，擠不出什么時間來清掃家里的衛生，而且清潔多個房間的衛生，需要大量的勞動力，人們就希望研發出智能吸塵器來幫助他們解決清掃的問題，這樣可以花更多的時間在工作上來。智能吸塵器的誕生，完全滿足了我們的需求，實現了無人智能化清潔吸塵，不用再為打掃衛生發愁了。智能化清掃改變了人們的傳統清掃觀念，實現了科技節約時間，時間豐富生活。有關數據顯示，現在中國家庭的房間裝飾已超過一億六千五百平米，并且還以8%的比例逐年遞增，足以看來人們對生活環境的追求已成為一種時尚。所以設計出能隨時保持房間的清潔，解放雙手的智能吸塵器勢在必行。未來的智能吸塵器對于現在的吸塵器，現在的吸塵器有著更多的改進空間，例如在智能方面，讓其能自主控制，簡單的邏輯處理等核心技術。還要提高清潔的質量，提高電源技術等。在不斷提高技術和控制成本下功夫，以后智能吸塵器進入家家戶戶，指日可待。1.6本設計的目的及意義智能吸塵器的設計，我將設計的重點放在了結構上，根據自己對市場上的智能吸塵器的調研和了解，設計一款普通及簡單的家用智能吸塵器的結構，也對智能吸塵器有個更加充分的了解。對于市場上的傳統吸塵器，無論是臥式，還是立式，其儲存贓物的容量都較小，經常需要很快就進行清理，所以對智能吸塵器加大容量。以及各部分的設計都達到簡化、實用的目的。

第二章智能吸塵器的總體結構設計2.1智能吸塵器的應用場合及功能此智能吸塵器的設計是將其應用在家庭大客廳，大房間，人走得多的地方，進行清理，特別適用于別墅，大房子開party以后對于整個房子的地面的清潔和處理。我發現，家用吸塵器以目前的外形發展來看，更趨向于圓形，這種圓形好處是第一，更加的對稱，外觀更加漂亮；第二，也有著更大的底盤空間去放置更多零件、部件，增加吸塵器的功能；第三，圓形的設計更加安全，沒有邊角，家里有小孩的，亂碰，也不會弄傷自己；第四，隨著現在家庭的房子面積，增大，更大的吸塵器，也不會有太多不方便，更需要吸塵器在噪音不會太大的情況下，增大吸力，增大存儲贓物的能力。我設計的智能吸塵器的結構外觀如下，還是采取了圓形的外觀設計，整體尺寸較大，存儲贓物的能力也很大，不需要每天清理濾塵室。我對于智能吸塵器的設計，力求最簡單，最實用，實現能吸取紙屑、灰塵、煙頭、毛發、食物屑等贓物的功能。2.2智能吸塵器的總體結構圖及介紹圖2.1智能吸塵器底盤裝配圖圖2.2智能吸塵器整體結構正二測視圖圖2.3智能吸塵器整體結構正等測試圖圖2.4智能吸塵器整體結構左視圖圖2.5智能吸塵器整體結構俯視圖智能吸塵器的整體結構由外殼、底盤、毛刷、邊刷、吸塵口、濾塵室、風機、開關、電池盒、電路板、行走機構等部分組成。外殼起到保護內部的作用，并且和底盤安裝好；底盤是安放所有零件部分，是智能吸塵器的基座；左右兩個邊刷，使得清潔面積更廣，覆蓋面更大，大大提高清潔效率；毛刷和邊刷構成整體，將贓物推到吸塵口，進行清理，邊刷左右各一個，是由電機驅動一對錐齒輪進行傳動動力，毛刷也是由一個電機驅動；吸塵口，贓物通過吸塵口進入濾塵室；濾塵室，對贓物進行過濾，放出干凈的空氣，里面有Hepa過濾材料；風機是智能吸塵器核心部件；行走機構，是智能吸塵器的雙腿，讓智能吸塵器能夠到處移動；所設計出的吸塵器主要是通過高速旋轉的風葉輪將吸塵器內部空氣排出，這樣一來，吸塵器內部與外界大氣壓形成氣壓差。吸塵器通過此氣壓差將粉塵吸入，然后空氣流經過濾器得到了潔凈的空氣。此智能吸塵器在進氣口設有旋轉邊刷及毛刷，它們可將地毯上的灰塵和臟物揚起，這樣灰塵和臟物就可以被氣流載起，帶入濾塵室。當滿載灰塵的空氣流向排氣口時，會穿過此智能吸塵器的濾塵室。濾塵室中有多孔的紡織材料，HEPA過濾材料—濾塵柵對空氣進行過濾，讓污垢留在濾塵室內，相當于空氣過濾器。集塵袋上的小孔只有空氣粒子可以通過，而對于大多數灰塵來說，它們太小了。于是，當氣流進入濾塵室后，所有的空氣會穿過濾塵柵繼續前行，而灰塵和碎屑就會被收集在濾塵室中。此智能吸塵器的運動是由左右兩側的行走機構及前方底部萬向輪完成，步進電機驅動下，一對圓柱齒輪傳動，萬向輪可實現各種方向的轉彎，這樣可使輪子實現前進，轉彎等。

第三章智能吸塵器的各部分結構設計3.1智能吸塵器的外殼圖3.1智能吸塵器外殼如圖3.1所示，智能吸塵器的外殼設計是追求最簡單、最節省成本的方法，整體是圓形，邊緣都是倒圓角，沒有尖銳的直角，可以有效防止小孩玩耍時不小心碰到而誤傷自己。外殼的作用就是起到保護內部零件的作用。右上方是放置開關的位置，中間的長方形的開口是方便取出濾塵室的開口。濾塵室清理時，不需要打開吸塵器的外殼，直接從開口處，拿出濾塵室。下方長條狀開口，是風機通風的位置，便于風機處的干凈空氣的流出。由于，前方濾塵室處有個比較大的開口，所以，此處開口沒必要太大。橫向布置和風機罩直徑相當即可。充電口緊扣裝置充電口緊扣裝置圖3.2外殼細節如圖3.2所示，在智能吸塵器尾部，留有兩個充電口，便于智能吸塵器自動找回，并進行充電。充電尋找充電座是靠紅外線，充電座和智能吸塵器都能發射和接收紅外線，快沒電的時候就啟動尋找程序，充電時，智能吸塵器和充電座，接觸的過程要用到對接技術，就是智能吸塵器和充電座互發信息調整位置，直到成功對接，回到充電座那有2條金屬帶和智能吸塵器上的2個觸點接觸后開始充電，充滿后再自己出來完成未完成的任務。智能吸塵器的自動返回充電技術原理是，首先是將吸塵器分為前后兩端，在前后兩端都設有紅外線接收塊。前端是兩側是兩個遠距離紅外線接受塊，而中間是近距離紅外線接受塊。則后端是是哪個遠距離紅外線接收塊。充電器中部是紅外線發射塊。其中遠距離發射塊是方便吸塵器找到充電器，而近距離接受塊是調整吸塵器與充電器的對接，完成自動充電的任務。如圖3.2所示，智能吸塵器的外殼內側分布有10個緊扣裝置，用于和底盤進行裝配，固定及定位。3.2智能吸塵器的底盤圖3.3智能吸塵器底盤正等測視圖如圖3.3所示智能吸塵器的底盤，底盤的作用是，第一，放置各零件部件，第二，定位各零件部件的裝配位置的作用，第三，起到基座的作用，支撐智能吸塵器。底盤上放置零件的位置排布顯得比較重要，因為吸塵器本身的尺寸不大，所以上面的面積和空間“寸土寸金”，盡量將所有零件、部分，排放的更加合理和緊湊就顯得尤為重要。圓形的智能吸塵器，面積就較為充分，而且零件可以設計成對稱的結構，更加美觀和合理。例如，行走機構，排放在中心線靠后的位置和最前端底部的萬向輪，形成穩定的三角結構，而且能充分利用圓盤的面積。圖3.4智能吸塵器底盤細節1如圖3.4所示，顯示了底盤的細節部分，兩個充電的接口以及緊扣裝置。圖3.5智能吸塵器底盤細節2如圖3.5所示為底盤的前部萬向輪部分，它可以360度旋轉，改變方向。方便了智能吸塵器左拐、右拐、掉頭等轉向。1.放置邊刷部件2.放置電池部件3.放置毛刷部件4.放置吸塵口部件5.放置電路板部件6.行走機構之后輪驅動部件7.放置濾塵室部件8.放置風機部件9.放置風機電機部分10.充電口圖3.6智能吸塵器底盤各部分標示3.3智能吸塵器的風機部分3.3.1風機工作原理當電源接上時，電動機帶動葉輪高速旋轉，從而將吸塵器內的空氣排空，形成一定的真空度，與外界形成氣壓差，將吸塵器口混有粉塵的空氣吸入吸塵室。通過濾塵柵，垃圾和灰塵都留在了吸塵室內，通過濾塵柵的空氣就變成了干凈的空氣，經過風機，可以去冷卻電機，然后排出。3.3.2風機參數1.吸塵器吸力的強弱是由吸入功率P（瓦）來決定的：P=QH(3-1)式中：Q――單位時間內通過吸塵器的空氣流量（）；H――吸塵器吸塵口處形成的真空度（毫米水柱）。和是H曲線上的兩個特殊點。吸塵器或電機吸入口全封閉時,風量為零,可測得最大真空度。吸入口逐漸打開,空氣吸入量即風量隨之增加,真空度則相應下降。吸入口完全打開時,真空度最小而風量達到最大值。由圖3.7我們可以看出，每個Q值都有一個相應的H和P值。當P之變化時，Q與P、Q與H的變化趨勢如圖3.7所示。所以在Q值得一定范圍內，一起改變H與P值，可以提高吸入功率。圖3.7風量、真空度及吸入功率特性曲線2.輸入功率（W）在吸塵器裝好各部件后，進風全部暢通的情況下，在額定頻率的額定電壓下運行穩定后所測得的功率。它隨著風量Q的增加而增大。3.效率(3-2)式中：P――吸入功率；W――吸塵器在對應于P的風量下的輸入功率；一－般為24%。4.無論吸塵器的應用場合是什么，都要將吸塵器的噪聲控制在一定的范圍內，否則會產生噪聲污染。特別是家用的吸塵器，一定要做到盡可能的聲音小，以保證一個良好舒適的安居環境。3.3.3風機要點1.很多人將輸入功率的大小作為吸塵器性能的標準，而不是輸出功率。2.其實輸出力是由風力和真空力決定的，但它們成負相關的性質，換句話說，當風力和真空力兩者的合力達到最大值時，即為吸塵器的最大輸出功率。很多發達國家就用這一標準作為吸塵器的性能標準，而有些地區仍使用輸入功率來衡量吸塵器的性能。3.真空吸塵器的吸入功率由多個因素決定。吸力的強弱取決于以下幾個因素：（1）風扇的功率：發動機的轉速越高，產生的吸力就越強。（2）空氣通道的阻力：如果有大量碎屑堆積在濾塵室（濾塵柵）中，空氣排出時所遇到的阻力就會加大。增大的阻力會使每個空氣粒子移動更加緩慢。這就是為什么當您剛清理完濾塵柵時，吸塵器的工作狀態會更好的原因。（3）進氣口末端開口的大小：由于吸塵器風扇的速度是不變的，因此單位時間內通過吸塵器的空氣量是一定的。無論進氣口的尺寸大小，每秒鐘進入吸塵器的空氣量是相同的。如果進氣口的尺寸小一些，每個空氣粒子運動的速度就快一些。（4）真空吸塵器附件在空氣進入吸塵器時聚集空氣。附件管道的尺寸和形狀會影響吸力的大小，因此不同附件適用于不同類型的清潔工作。3.3.4風機三維圖1.風機葉輪離心風機工作原理：電動機帶著葉輪高速旋轉，風輪內的空氣同時產生一個離心率，從出風口排出。由于風機的空氣減少，其內部壓強隨之減小，與吸塵口產生氣壓差，外界帶粉塵的空氣便可吸入到吸塵器內，從而往復循環的排氣與吸氣過程。如圖3.8所示為風機葉輪的三維建模圖。圖3.8風機葉輪葉輪是吸塵器風機中的做功元件，它由葉片、輪盤、輪蓋等零件構成，氣體在其流道中獲得能量。氣體從軸向進入葉輪，氣體流經葉輪時改變成徑向，受離心力作用而向外運動，在葉輪中央產生真空度。葉輪的建模是根據商家的吸塵器的風葉來繪制的，在網上查找資料，發現宮門風葉較為合適。選擇風葉直徑為71mm的宮門風葉，型號為p-7，可以在商家專門定制，用于吸塵器的風機葉輪。葉輪的風葉設計弧度較大，且風葉的數量較多，這樣可以降低噪音。風葉的葉片數量越少，轉動時單片頁面對空氣的作用力大，產生的渦流強度也大，導致發出的聲音也較大。也片數量多，相對來說，頁面會變窄，轉動時單片頁面對空氣的作用力相對更小，產生的渦流強度也弱，同時，由于多葉片，把氣流攪拌的更均勻，所以噪音更小。此智能吸塵器的吸入功率計算：吸入功率=空氣流量真空度；由表3.1所示的數據計算可得吸入功率為416.7w。表3.1吸塵器風機風葉參數品牌宮門風葉型號p-7適用風機吸塵器電機電機功率300（w）風量50（m3/h）真空度500（毫米水柱）噪聲15（dB）材質鋁合金風葉直徑71（mm）用途吸塵器加工定制是屬性屬性值2.風機罩風機罩起到保護葉輪的作用，并且起到導風的作用，使得風能夠順利從排風口排出。風機罩的前端還是連接導管的重要部分。圖3.9風機罩3.風機電機圖3.10風機電機電動機的好與壞對吸塵器的工作效率有著直接的作用，它是吸塵器的核心部件，它的轉速為家用電風扇轉速的5倍至10倍之多，由此可以想象吸塵器電動機的轉速時如此之快。將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。因為吸塵器的電機需要轉速非常大，所以必須要滿足這點才行。選擇永磁有刷直流電機。根據風機葉輪規定額定功率是300w，所以可選擇RS-775WC-9013永磁有刷直流電機。表3.3永磁有刷直流電機參數型號電壓無負荷最大效率點堵轉V轉速電流轉速電流轉距功率轉距電流r/minAr/minAg.cmWg.cmARS-775-751312187002.21600013.6710117510084RS-775VC-801618180002.21570014.8129220810000100RS-775WC-851418195002.71700018.7156127312396130RS-775WC-901318210002.81850020.9156029613201156吸塵器的設計要考慮到吸力的大小，不過一味的增大吸力，也會伴隨著噪聲的增大。特別是家庭中，噪聲絕對不能過大，不然會影響正常的起居、生活。吸塵器的噪聲來自于多方面，電磁噪聲、機械噪聲、空氣動力噪聲，有電機、風機等都會產生噪聲，而我設計的智能吸塵器的噪聲不會超過50dB，符合要求。3.4智能吸塵器的吸塵口圖3.11智能吸塵器吸塵口由于吸塵器風扇的速度是不變的，因此單位時間內通過吸塵器的空氣量是一定的。無論進氣口的尺寸大小，每秒鐘進入吸塵器的空氣量是相同的。如果進氣口的尺寸小一些，每個空氣粒子運動的速度就快一些。依據伯努利原理，空氣速度的增加導致壓力減小，與外界的壓差就增大，壓力降低使進氣口的吸力變大。所以，狹小的吸塵器吸塵口可以產生更大的吸力，比開口大的吸塵口更能夠吸入較重的臟物。由于這個原因，我設計的智能吸塵器的吸塵口的管道部分，真正有效吸塵口的直徑是31mm，比普通智能吸塵器的尺寸相對要小，保證在噪聲不變大的情況下，有更大的吸力，既能讓一般大小的贓物順利通過，又可以吸附諸如煙頭等較重的贓物。吸塵口底部的方形區域是用來和毛刷和邊刷進行配合的，邊刷和毛刷掃過來的灰塵及贓物，被帶到吸塵口下方較大的方形吸塵區域。管道部分和濾塵室連接，形成密封的輸送贓物的通道。3.5智能吸塵器的濾塵室部分3.5.1智能吸塵器的濾塵室裝配圖圖3.12智能吸塵器濾塵室智能吸塵器的濾塵室由外殼、內膽、濾塵柵組成；濾塵室內膽及濾塵柵可以在使用了一段時間取出，進行清理。3.5.2濾塵室外殼圖3.13智能吸塵器濾塵室外殼濾塵室外殼起到保護濾塵室內膽作用，設計的尺寸較大，可以存儲更多的贓物；內部左右兩邊的凹槽部分，是用來定位和固定濾塵柵的；前后均有與導管接合的接口部分。3.5.3濾塵室內膽圖3.14智能吸塵器濾塵室內膽濾塵室內膽是吸塵器贓物儲存的地方；濾塵室內膽和濾塵室蓋做成一個整體，使濾塵室內膽更方便組裝，不需要自己再將內膽和濾塵室蓋安裝起來；后面的卡槽是用來插濾塵柵的，插上濾塵柵，就可以成為一個整體放入濾塵室外殼內；濾塵室內膽上面的簡單的把手，是方便取出濾塵室用的，大小設計都符合一個人的手掌大小。3.5.4濾塵柵圖3.15智能吸塵器濾塵柵我設計的智能吸塵器的濾塵柵是HEPA過濾網加活性炭過濾網，在HEPA原有性能基礎上，加多一層活性炭過濾網，可去除空氣中的異味及揮發性有機化合物。濾塵柵是用HEPA過濾網進行過濾灰塵，讓贓物留在濾塵室內膽中，清潔的空氣可以通過。HEPA過濾材料是由疊片狀硼硅微纖維制成的，像紙一樣。HEPA曾應用于核反應的防護過濾材料，因為它對直徑為0.3μm的粒子為99.97%的過濾率。它具有過濾性強，吸附能力高，吸水性好，孔徑小等特點，廣泛應用于清潔度高的場合。比如精度高的實驗室，手術室，藥物生產等地方。吸塵器采用HEPA過濾材料，使排出的空氣達到充分慮塵的效果，因為HEPA只能讓空氣通過，粉塵幾乎不能通過。并且它輕便，吸塵性好，還能依據不同吸塵器的特點做出不同的尺寸與形狀。3.5.5智能吸塵器濾塵室裝配過程第一步，將濾塵柵插入內膽中；圖3.16濾塵室裝配SEQ圖3.25_濾塵室裝配\*ARABIC1第二步，將內膽和濾塵柵組成整體放入濾塵室外殼中；圖3.17濾塵室裝配2第三步，組成濾塵。這樣的濾塵室設計及裝配方法，極大地方便了用戶的使用，僅僅需要兩步，即可拆卸和組裝濾塵室，節省了家庭主婦的時間，操作簡單，這樣的設計更加合理且人性化。3.6智能吸塵器導管3.6.1導管圖3.18吸塵器導管SEQ圖3.28_吸塵器導管\*ARABIC1吸塵器導管是連接濾塵室和風機罩的部件，它利用一個扣環，將兩個部分連接。是連接件，起到引導空氣的作用。3.6.2導管裝配圖3.19導管裝配導管和濾塵室，導管和風機罩的接合處的密封性非常重要，否則肯定影響吸塵器的吸力，所以設計了導管上卡槽，分別直接卡槽扣住濾塵室外殼和風機罩，然后再讓扣環插上，扣環的銷插入導孔處，需要膠水進行固定。這樣的設計能保證密封性。導管作為空氣流通的通道，不宜過長，也要保證接口處設計足夠緊密。3.7智能吸塵器清掃部分3.7.1智能吸塵器邊刷1.邊刷組成智能吸塵器的邊刷是吸塵器清掃部分的重要組成部件。它由電機、一對直齒圓錐齒輪組、一個刷子組成，由電機驅動直齒圓錐齒輪組，帶動邊刷旋轉，將地面的贓物掃向毛刷處。刷子柔軟，不致于刷子轉動時卡住。2.設計邊刷的目的及意義由于智能吸塵器的吸塵口在底盤中間位置，要吸入墻角，墻面等地方的灰塵有一定難度，在機器左右兩側安裝邊刷有利于提供角落清掃功能，使清掃更加徹底，更干凈。3.選用錐齒輪傳動的原因圓錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的，通常采用兩軸交角，因此圓錐齒輪起到傳動變向的作用，即電機的軸和刷子的軸垂直，而圓柱齒輪就無法做到這點，這里要保證邊刷清潔地面，而且保證電機能較方便的放置在底盤上，所以采用錐齒輪傳動。圓錐齒輪傳動一般應用于輕載、低速場合。我設計的智能吸塵器的邊刷，就是輕載、低速，不需要太高的傳動精度，因此圓錐齒輪符合各方面的要求。4.電機的選擇邊刷的電動機需要的是小扭矩，低轉速，保證能夠清理贓物即可。所以選擇電動機就選擇一般小家電、玩具所用的微型電動機，即型號為FE130-13180的微型電動機。扭矩是6.5，額定電壓是3.0V，輸出功率是0.33w，轉速是2000rpm。3.7.2智能吸塵器毛刷智能吸塵器的毛刷是配合邊刷使用的。左側邊刷順時針旋轉，右側邊刷逆時針旋轉，左右兩側的邊刷將贓物、垃圾掃向邊刷，邊刷將贓物匯合，掃向吸塵口，使吸塵口吸入贓物更方便及準確。如圖3.36，是智能吸塵器iRobot的毛刷的實物，毛刷的滾筒表面由一排排較密的毛組成，可以將贓物帶入吸塵口。我的想法是，在清潔贓物時可以用此毛刷，當清潔完一遍，可以將毛刷換成表面裹了一層布料，可以當成擦地使用，讓地面更清潔。電機的選擇：毛刷的電動機需要的是小扭矩，低轉速，保證能夠清理贓物即可，特別是要和邊刷配合使用。所以選擇電動機就選擇一般小家電、玩具所用的微型電動機，即型號為FE130-13180的微型電動機。扭矩是6.5，額定電壓是3.0V，輸出功率是0.33w，轉速是2000rpm。

第四章智能吸塵器行走機構的設計我設計的智能吸塵器是通過一對圓錐齒輪組傳動帶動兩個后輪，而前輪是采用市面上常見的萬向輪，這樣結構簡單，并且能靈活的零半徑的各個方向轉彎甚至可以在三個輪的軸中點原地360度的旋轉。而且該吸塵器的行走速度為3m/min，這樣的低速度可以實現它邊走邊的高效率的打掃衛生的任務。4.1智能吸塵器行走機構智能吸塵器行走機構由兩個主動輪和一個從動輪組成，主動輪由步進電機驅動，通過一組直齒圓柱齒輪傳遞動力。圖4.1智能吸塵器行走機構后輪子的直徑為130mm，它與前輪共同將底盤撐離地面15mm，防止被地面的電線或雜物絆倒。4.2智能吸塵器運動參數設計計算由于吸塵器的運動的速度很低，大約3m/min左右，且設計的車輪直徑為130mm。由公式，吸塵器的速度，可求得車輪的轉速。 （4-1）式中：V——吸塵器的速度；C——車輪的周長（cm）；N——車輪的轉速（r/min）。由于采用17:43=1:2.5的齒輪傳動，所以電動機的轉速；轉速N很低，故還選擇步進電機作為驅動電源，選擇選擇35BY系列永磁式步進電機。永磁式步進電機的參數如表4.1所示，由于供電電壓為12V，所以選擇35BY48B04型步進電機。表4.1步進電機參數型號步矩角相數電壓電流電阻最大靜轉矩定位轉矩(g.cm)轉子轉動慣量重量(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

第五章智能吸塵器齒輪設計及校核5.1智能吸塵器邊刷部分的直齒圓錐齒輪5.1.1基本參數在GB12369-90中規定了大端壓力角，齒頂高系數ha*=1，頂隙系數c*=0.2。表5.1錐齒輪模數（摘自GB/T12368-1990）mm…11.1251.251.3751.51.755544.555.566.578…5.1.2幾何尺寸的計算根據錐齒輪傳動的特點，錐齒輪齒寬中點處的幾何尺寸及其當量，齒輪的幾何尺寸必須通過大端導出。根據表5.1選擇模數m=2.75；由于齒數比u影響分度錐頂角的大小，一般取，此處選擇u=2；選擇齒輪的齒數，，則；分度錐角 （5-1）； （5-2）；分度圓直徑 ； （5-3） ； （5-4）錐距 ； （5-5）齒頂高 ； （5-6）齒根高 ； （5-7）齒頂圓直徑 ； （5-8） ； （5-9）齒根圓直徑 （5-10） （5-11）齒頂角 （5-12）齒根角 （5-13）齒頂錐角 （5-14） （5-15）齒根錐角 （5-16） （5-17）分度圓齒厚 （5-18）齒寬取和中小者當量齒數 （5-19） （5-20）當量齒數比 （5-21）平均模數 （5-22）平均分度圓直徑 （5-23） （5-24）當量齒輪的分度圓直徑 （5-25） （5-26）表5.2直齒圓錐齒輪傳動的幾何參數名稱代號結果分度錐角；分度圓直徑；錐距齒頂高齒根高齒頂圓直徑；齒根圓直徑;齒頂角=齒根角=齒頂錐角=；齒根錐角表5.2直齒圓錐齒輪傳動的幾何參數（續）名稱代號結果分度圓齒厚齒寬當量齒數；當量齒數比平均模數平均分度圓直徑；當量齒輪的分度圓直徑;5.1.3直齒圓錐齒輪校核計算因直齒錐齒輪的制造精度較低，在強度計算中一般不考慮重合度的影響，即取齒間載荷分配系數、重合度系數、的值為1。以下圖表均查于參考文獻《機械設計》，至本章結束。齒輪受力分析扭矩是6.5，額定電壓是3.0V，輸出功率是0.33w，轉速是2000rpm。小齒輪傳遞的轉矩=6.5=0.637忽略齒面摩擦力，并假設法向力集中作用在齒寬中點上，在分度圓在分度圓上可將其分解為圓周力、徑向力和軸向力相互垂直的三個分力。各力的大小分別為： （5-27） （5-28） （5-29）載荷系數，其中，為使用系數，按表9.11查取；為動載荷系數，降低一級精度等級，用齒寬中點的圓周速度，由圖9.44查取；為齒向載荷分布系數可按下式計算 （5-30）式中是齒向載荷分配系數，可從表9.19查取。可得載荷系數K （5-31）齒面接觸疲勞強度計算以當量齒輪作齒面接觸疲勞強度計算，則式 （5-32）試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限是；齒輪應力循環次數，查圖9.56，；查圖9.57得，尺寸系數；工作硬化系數；查表9.15，接觸疲勞強度的最小安全系數。許用接觸應力 ； （5-33）查表9.14，得材料彈性系數，查圖9.48，得節點區域系數，則直齒錐齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度校核 （5-34）所以，齒面接觸疲勞強度滿足要求。齒根彎曲疲勞強度校核計算許用彎曲應力，根據設計的齒輪的應力循環次數N由圖9.59查得，壽命系數為；由圖9.60查得，彎曲疲勞強度的尺寸系數為；由表9.15，查得彎曲疲勞強度的安全系數為；齒輪的應力修正系數為；齒輪的彎曲疲勞極限是； （5-35）直齒錐齒輪傳動的齒根彎曲疲勞強度校核公式為（5-36）查圖9.53得，外齒輪齒形系數，；查圖9.54得，外齒輪應力修正系數為，；（5-37）所以，直齒錐齒輪傳動的齒根彎曲疲勞強度滿足要求。5.2智能吸塵器行走機構的圓柱齒輪傳動的計算及校核5.2.1選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級1．齒輪材料、熱處理方法及齒面硬度根據工作條件，此圓柱齒輪傳動可選用閉式軟齒面傳動。查表9.10得，小齒輪45鋼調質處理齒面硬度取=230；大齒輪45鋼正火處理齒面硬度取=190；兩齒輪齒面硬度差為40HBS，符合軟齒面傳動的設計要求。2．精度等級初選根據機械設計原理，齒輪速度不會太大，選擇齒輪精度為8級。5.2.2按齒面接觸疲勞強度設計齒輪齒輪傳動選用軟齒面的閉式齒輪傳動，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強度決定。其設計公式為：(5-38)1．確定載荷系數K查表得，K=1.32．小齒輪的轉矩因為選擇的步進電機的轉矩為；3．齒寬系數查表9.13得，齒寬系數；4．傳動比u根據吸塵器的行走速度要求，及齒輪傳動的要求，選取齒數，，，u=2.5；5．材料彈性系數查表9.14得，；6．節點區域系數對于標準直齒輪，7．重合度系數查圖9.49得，重合度系數為8．許用接觸應力由公式求得；查圖9.55得，齒面接觸疲勞極限，，；齒輪的應力循環次數為，，查圖9.56得，接觸疲勞強度的壽命系數為；計算得，工作硬化系數，，；查圖9.57得，接觸疲勞強度的尺寸系數；查表9.15得，接觸疲勞強度的最小安全系數為； （5-39）則，齒輪接觸疲勞強度(5-40)5.2.3齒輪各幾何參數計算表5.3直齒圓柱齒輪幾何尺寸名稱符號結果分度圓直徑;齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑;齒根圓直徑;基圓直徑;齒距齒厚齒槽寬中心距頂隙基圓齒距表5.4直齒圓柱齒輪傳動的幾何參數名稱符號結果分度圓直徑;標準中心距嚙合角實際中心距中心距變動系數齒高變動系數齒頂高表5.4直齒圓柱齒輪傳動的幾何參數（續）名稱符號結果齒根高齒頂圓直徑;齒根圓直徑;基圓直徑;節圓直徑;重合度5.2.4齒輪彎曲疲勞強度的校核許用彎曲應力查圖9.58得，齒輪的彎曲疲勞極限為，，；查圖9.59得，彎曲疲勞強度計算的壽命系數為，；齒輪的應力修正系數為，；查圖9.60得，彎曲疲勞強度的尺寸系數為，；查表9.15得，彎曲疲勞強度的安全系數為，； （5-41）各參數載荷系數K=1.3； ； （5-42）查圖9.53得，載荷作用于齒頂的齒形系數；查圖9.54得，應力修正系數為；重合度系數為： （5-43） （5-44）即，齒根彎曲疲勞強度滿足。

第六章控制系統的組成及工作原理智能吸塵器的控制系統主要由微型計算機（8051單片機）、傳感器系統（包括超聲波傳感器。紅外線熱釋電傳感器、電子羅盤）、驅動機構的組成的。智能吸塵器判斷行走路徑和避開人或障礙物的是采用超聲波測距技術。主要是向四周發射超聲脈沖，同時接收反射回來的的脈沖，來對周圍的環境進行判斷。并將其轉化為電信號傳輸給51單片機，51單片機對其電信號進行分析，并作出合理的處理后，將指令通過電信號傳遞給電子羅盤和驅動機構進行反向的指引，從而避開障礙物。而對人則是利用紅外線感應，吸塵器就會停止運作，并發出聲音示意人注意避讓或是注意吸塵器就在周圍，避開人后，吸塵器會繼續工作。其中51單片機是改吸塵器的大腦，所有的指令都是由它發出的。6.2控制系統工作的流程框圖圖6.1吸塵器系統控制流程圖第七章結束語此次畢業設計的智能吸塵器，讓我學到了很多東西。自學了三維軟件UG的使用，查找各種文獻、論文、資料，并且自己去看懂、吃透，調查市面上的吸塵器的結構、樣子，然后自己形成自己的想法和思路，總之，鍛煉了我獨立思考、設計的能力。對于智能吸塵器的設計，其實市場上已經有很多成熟的產品了，它們的設計各有特色，但是總體的結構設計方案是相同的，控制方法和應用的原理也是類似的。我的設計也是參照了很多市面上的智能吸塵器的結構設計而設計的，此設計就是想做到簡單、實用。此智能吸塵器還有諸多不足，很多細節方