家用加湿器.docx
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家用加湿器.docx
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家用加湿器
洛阳理工学院
毕业设计(论文)
小型加湿器的工业设计和模具设计
姓名彭欠领
系(部)机电工程系
专业计算机辅助设计与制造
指导教师杨春荣
年月日
小型家用加湿器的工业设计与模具制造
摘要
我的毕业设计小型家用加湿器。
利用三维软件,综合运用所学的基木理论、基木知识和相关的机械设计专业知识,完成加湿器的工业设计及特定零件的模具设计。
主要内容包括加湿器主题元素的确定、运用Pro/Engineer对产品进行造型、产品渲染、某个零件的模具、运用CAD结合Pro/Engineer绘制加工图纸、设计总结。
出于对家用加湿器的工作环境的考虑,以及为了满足大多数人的需要,我决定设计一款体积小,噪音小,加湿均匀,价格便宜,使用方便的加湿器,在查阅了很多资料后,决定把加湿器的出雾方式定为超声波式。
最终设计出一款性价比高,使用性能突出,安全无噪音的加湿器。
关键词:
性价比,加湿均匀,加湿器,使用方便
Smallhouseholdhumidifierindustrialdesign
andmoldmanufacturing
ABSTRACT
Igraduatedfromdesignsmallhomehumidifiers.useofthree-dimensionalsoftware,integrateduseofthebasewoodtheory,basicknowledgeofwoodandrelatedmechanicaldesignexpertisetocompletethehumidifierindustrialdesignandspecificcomponentsofthemolddesign.Mainthemesincludethedeterminationofthehumidifier,usingPro/Engineerforproductmodeling,productrendering,apartofthemold,theuseofCADwithPro/Engineerdrawingprocessingofdrawings,designsummary.
Workoutofhomehumidifierenvironmentalconsiderations,andinordertomeettheneedsofmostpeople,Idecidedtodesignasmallsize,lownoise,evenwet,cheap,easytousethehumidifier,alotofinformationintheaccess,decidedtomisthumidifierinthewayastheultrasonic.Thefinaldesignacost-effective,performanceoutstanding,safeandnoisehumidifier.
.
.
KEYWORDS:
cost-effective,uniformhumidification,
humidifier,easytouse
目 录
前 言
本毕业设计,课题是小型家用加湿器的工业设计。
主要内容包括:
加湿器的原理说明、加湿器的整体设计、上部组成零件的模具设计。
首先拟定加湿器要工作的环境,依据上一设定初步定下加湿器的尺寸,水容量,以及雾气发生方式。
由于加湿器预定的工作是中小面积的相对密闭的房间,所以尺寸大小预想与家用水壶差不多,考虑到静音性与加湿均匀性,本课题的意义在于在毕业之前,彻彻底底的进行一次检验,从产品的造型,到模具的设计,都是对过去所学的复习和巩固,切实把自己当成一个合格的设计者,要求设计出来的产品有市场生命力,同时又兼顾到模具制造,严格要求设计出来的产品具有较好的加工制造性能
由于加湿器的本身工作性质的要求,本次设计的家用加湿器要具有体积小,耗能少,无噪音,加湿均匀等特点。
随着技术的越来越成熟,加湿器的设计也越来越必要,在生产技术大致趋于同一层次的前提下,产品的理念及造型就显得越来越重要,我设计的加湿器,造型以青花瓷为主要元素,加湿器的外观,就是一个青花瓷,具有浓厚的中国元素,外观上给人以亲切熟悉的质感,加上功能上的实用是产品的主要闪光点。
由于本次课程设计造型取源于青花瓷这种中国风味浓厚的元素,因此造型上要做到让人耳目一新,难度很大,优点也在于次,由于外形上的亲切感,使人们易于接受这种加湿器的外形,模具设计上,由于在刚刚结束的模具课程设计时已经有过一次经验,本次设计,只要解决一些上次没有遇到的难题,整体上工作量不小。
整体上而言加湿器在技术上的差距已经不是主要矛盾,小型加湿器是否具有生命力,在很大程度上已经向产品的理念,是否人性化等方面倾斜,因此,本次设计的造型设计也就显得十分重要,我的理念是,把中国传统的元素,融入现代化的产品中,使之在浩瀚的市场上具有独特的生命力。
第1章概述
1.1家用加湿器的简介
,
图1-1家用加湿器
家用加湿器产品集加湿,美容,清新和装饰于一体的新型电器。
产品有别于传统加湿器,融合多种元素,不再是单一的家电产品。
机器的人性化设计:
采用风量强劲且噪音低,寿命长的罩极电机及创新独有的"零噪音设计"电路。
让用户使用更加方便,睡得更加安静,采用独有"零噪音设计"的电路,当机器缺水后,风机,变压器,线路板全不工作,使你的机器更加省电,安静,节能环保。
采用专利的防溢水,漏电的结构设计,使用机器安全,适合家庭使用。
1.1.1加湿器的市场需求
湿度是由空气中所含水蒸气的量来决定的,利用增加或减少水蒸气的量,可以调整湿度。
空气中的水蒸气的量在一定的条件下,提高空气温度时,湿度则会降低。
这与室内采暖是一样的,特别是摄取新风时,若不进行加湿就会引起室内湿度过低。
湿度不足造成的空气干燥,不仅有损于人的健康和舒适性,而且,会降低生产效率和造成产品不合格,造成各种各样的不良影响,基本上可分为如下3种:
1.有损于健康和舒适性;
2.水分的蒸发和散失而产生的危害;
3.静電会引起机器故障和降低产品质量。
对健康,干燥会损伤呼吸系统的粘膜,感冒等病毒容易侵入人体内。
在舒适性方面,空气干燥时,体内的水分蒸发量增加,因此,即使在取暖时,体感温度也会感到很低,湿度适宜的话,即使室温为200C,也会感到如同250C一样暖和。
湿度对头发和肌肤等美容方面也有影响,健康头发的含水量约为11~13%,头发曾被用做湿度计,是因为其吸、放湿存在很大差别。
干燥时,头发婆娑,失去光泽,无美丽可言。
肌肤的含水量降到10%以下,则为干燥皮肤,容易皱裂和搔痒。
综上所述,加湿器的市场需求会越来越大,人们会越来越需要加湿器。
1.1.2加湿器的种类
1.湿膜加湿:
当水箱中的水输送到加湿器顶部的淋水器,水均匀地淋到湿膜的顶部,淋水器确保水均匀分配到湿膜材料上,水沿湿膜材料向下渗透,淋湿湿膜内部的所有层面,同时被湿膜材料吸收,形成均匀的水膜.当干燥的风通过湿膜材料时,干燥的空气和湿润的湿膜表面有较大面积的接触,从而达到较大的水份蒸发量。
大量水分子随风送入需加湿的空间,使空气的湿度增加,从而达到加湿的目的。
2.超声波加湿器:
超声波技术是世界上一种比较成熟的技术,已被广泛应用在各种领域。
超声波加湿器采用每秒200万次的超声波高频震荡,将水雾化为1-5微米的超微粒子和负氧离子,通过风动装置,将水雾扩散到空气中,使空气湿润并伴生丰富的负氧离子,达到均匀加湿,能清新空气,增进健康,一改冬季暖气的燥热,营造舒适的生活环境。
3.电加热式加湿器:
热蒸发型加湿器也叫电加热式加湿器。
其工作原理是将水在加热体中加热到100℃,产生蒸汽,用电机将蒸汽送出。
电加热式加湿器是技术最简单的加湿方式
1.1.3加湿器的市场前景
目前,我国家用加湿器市场每年家庭拥有率的增长仅在3%—4%左右,与国内多数居民知道干燥季节需要进行室内加湿的现况相比,存在较大的消费意识差距。
这种状况凸显出我国家用加湿器市场虽发展了近20年,但目前仍存在着较大的消费“瓶颈”。
业内人士指出,由于地理位置、气候条件、经济发展等因素的影响,目前国内加湿器的家庭拥有率呈现出以下几个特点:
经济发达地区比欠发达地区高,城市地区比农村地区高,高收入家庭比低收入家庭高,受教育水平高家庭比受教育水平低家庭高。
与我国北方有着相同地理纬度的韩国、美国、加拿大、法国、英国等国家,有着较高的加湿器家庭拥有率,如美国达到35%,日本则在32%左右。
目前国内加湿器品牌有很多,如亚都、爱普、阿蓝德、捷瑞、龙的等。
但是,其中仍然出现了一枝独秀的状况,即北京亚都公司生产的加湿器占到了国内加湿器市场的80%以上。
除了技术、市场原因外,这里还和国内家用加湿器市场目前所处的行业周期有关。
亚都商业公司总经理王效久说:
“只有北京、济南等个别城市进入成长期,其他地区都还处在导入期。
”从亚都公司1987年生产国内第一台家用加湿器开始,17年的历史和消费现况足可以说明这个市场存在的一些特殊性。
打破家用加湿器的消费“瓶颈”,关键就是要使家庭拥有率增长在目前每年3%—4%的水平上有较大幅度的变化。
王效久分析后认为:
增长率要达到10%以上,整个市场才能进入成长期,才意味着突破了这个消费“瓶颈”;家庭拥有率增长到30%,市场才进入成熟期。
去年全球加湿器销售量是1000多万台,中国只有70万台,占全球销量的5%。
如果中国加湿器市场进入成熟期,年销售量会从100万台增长到300万台。
那么,就可以说未来这个增长的过程即是“瓶颈”被打破的过程。
另外,“瓶颈”还表现为老百姓对干燥危害的重视度严重不足。
业内人士认为,从宏观的市场环境来讲,引导和提升消费意识,加强健康知识的普及,改变落后的加湿观念,提供全面、细分的加湿器产品,是打破“瓶颈”、做大这块市场的必经之路;从微观的企业行为来讲,需要不断地引导消费者,细分市场,提供符合实际消费状况的产品和服务。
从这一点可以看出,加湿器有着十分广阔的市场前景,只要通过努力,利用正确的市场定位和市场开发,我所设计成立的公司完全可以在未来的加湿器市场上占有一席之地。
第2章加湿器的原理方案拟定
2.1加湿器的工业设计
工业设计的本质是重组知识结构、产业链,以整合资源,创新产业机制,满足人类社会健康、合理、可持续生存发展的需求。
必须以人为本,真正优秀的设计应该使产品成为消费者的朋友,只有当产品能使消费者的种种要求得到满足时,才能是好的设计,我们在赋予产品种种功能时,必须从消费者的立场出发,不能纯粹从功能主义出发,而忽略了与消费者精神上的沟通;优秀的设计同时应该是谨慎的设计,产品不同于艺术品,艺术品只是与消费者在精神上发生关系,,而产品则与消费者会在较长的一段时间内发生交往,因此必须给消费者使用制品时留有自我表现的余地;优秀的设计应突出产品的重要功能而排除非重要的部分,使消费者回归到简洁洗练的生活之中。
工业设计追求的不仅是外观的美,更要以人为本,满足人们对产品使用简单、安全、方便等需要,使生活更加简约、轻松和自如产品创新设计要体现新世纪新消费观念“符号价值”消费在市场竞争中所呈现的个性化、多元化需求,运用创意策划、购买相关专利和创新概念等无形资产优化配置运做,增强品牌的文化和个性含量、创造品牌。
纵观国际市场,凡是具有竞争力的产品“国际品牌”都包含着优良的技术与优良的设计两种要素,其技术要素的价值是潜在的,必须通过设计才能满足人们要求的使用价值。
基于此,我设计加湿器的时候,考虑到青花瓷这一独具特色的中国元素,柔性的线条,使人感到舒适自然,古朴的元素能更好的抓住消费者的眼球,综上所述,加湿器的外形大致确定。
2.2加湿器工作原理的选定
目前,市场上存在的加湿器主要有超声波加湿器、湿膜加湿器、电加热加湿器、离心式加湿器等类型。
电热式加湿器,其工作原理是将水在加热体中加热到100度,产生蒸气,用电机将蒸气送出。
所以电加热式加湿器是技术最简单的加湿方式,缺点是能耗较大,不能干烧,安全系数较低、加热器上容易结垢。
超声波技术是世界上一种比较成熟的技术,已被广泛应用在各种领域。
超声波加湿器采用超声波高频震荡,将水雾化为1-5微米的超微粒子,通过风动装置,将水雾扩散到空气中,使空气湿润并伴生丰富的负氧离子,能清新空气,增进健康,一改冬季暖气的燥热,营造舒适的生活环境。
据专家介绍,超声波加湿器的优点是,加湿强度大,加湿均匀,加湿效率高;节能、省电,耗电仅为电热加湿器的1/10至1/15;使用寿命长,湿度自动平衡,无水自动保护;兼具医疗雾化、冷敷浴面、清洗首饰等功能。
因此,本设计采用超声波式的出雾方式,原理图如下
2-2图超声波加湿器原理
接通电源后,220V的交流电经开关S1、交流容丝管FU1、定时器PT加到电源变压器T1的一次绕组,从其二次绕组输出约50V的交流电压,该电压再经桥式整流电路BD1整流,C1滤波,为超声波发生电路提供工作电压。
振荡器起振,产生超声波。
通过晶体管VT1输出至压电换能器实现水的雾化。
同时220V的电压加至风机,将雾化后的水粒由风道口送出,水雾在室内扩散,达到改善室内空气湿度的目的。
RP1、RP2为两个雾量调节电位器。
其中,RP2安装在机内,在出厂时由厂家调整好,一般不需要再调整。
RP1安装在面板上,供使用者使用时调整。
雾量调节电位器RP1受电源开关S1控制,水位开关SL为干簧管磁控开关,该开关对压电换能器起到保护的作用,当水槽中无水,水位开关干簧管接点断开,即使S1闭合,超声波发生电路也不工作,无输出电压,从而保护换能器不至于损坏。
第3章基于Pro/Engineer的产品造型和组成零件
3.1Pro/Engineer概述
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。
Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。
是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/Engineer具有以下优点:
(1)参数化设计。
相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。
(2)基于特征建模。
Pro/Engineer是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
(3)单一数据库(全相关)。
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。
换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。
这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。
3.2加湿器的造型设计
加湿器的造型设计,是加湿器至关重要的设计之一,现阶段,在加湿器制造技术上的差距很小,外形设计的好坏,直接关系到产品是否具有竞争力,现将造型过程,表述如下:
(1)启动Pro/E,设置工作目录
(2)单击【文件】→【新建】命令,在打开的“新建”对话框,选择
模板选项,改名字,之后单击“确定”按钮。
(3)单击草绘特征图标
,打开“草绘”操作面板。
以TOP面为草绘平面,草绘视图方向选择“缺省”,进入草绘环境。
在草绘窗口中绘制图3.2.1车轮剖面及旋转中心线,然后单击“草绘”工具栏中的
图标,结束草绘创建。
。
图3.2.1草绘曲线
(4)单击可变剖面扫描工具
,打开相应操作面板,以上步草绘中间直线为原点轨迹,两侧曲线为扫描轨迹,单击
绘制扫描剖面,然后单击
,完成扫描剖面绘制,再单击
完成曲面创建。
扫描剖面,及扫描曲面分别如图3.2.2、图3.2.3所示
图3.2.2扫描剖面图3.2.3扫描曲面
(5)选中上部创建的扫描曲面,单击【编辑】→【偏移】命令,打开偏移操作面板,偏移距离为5,单击
,预览正确,单击
,完成偏移曲面的创建,如图3.2.4。
图3.2.3扫描曲面
(6)单击【编辑】→【填充】命令,打开填充的操作面板,单击
,新建平行于FRONT面,通过偏移曲面边链的平面,以并此平面为草绘平面,绘制填充区域,单击
,使用便宜曲面边链创建图元,单击
,完成草绘,单击
,完成填充,结果如图3.2.4。
图3.2.4第1填充面
(7)以同上步的方法,创建填充面2,和填充面3,如图3.2.5、3.2.6
图3.2.5第2填充面图3.2.6第3填充面
(8)选中偏移曲面,按住Ctrl键选取第一填充面。
点选
合并命令,调整合并方向如图3.2.6所示,单击
,完成合并操作。
图3.2.7合并1
(9)选中扫描曲面,按住Ctrl键,选择填充2,点选
合并命令,调整好方向后单击
,结果如图3.2.8;用同样的方法,创建合并3、合并4。
结果得到一个封闭的面组。
结果如图3.2.9。
图3.2.8合并2图3.2.9合并4
(10)选中封闭的组合面组,单击【编辑】→【实体化】命令,打开实体化的操作面板,单击
,完成实体化操作如图3.2.10所示。
图3.2.10实体化
3.3加湿器的零件组成
由于加湿器的外形是流线型的,不能整体制造,否则会导致无法安装内部电子元件,为了便于生产制造,现将加湿器整体,拆分成四大零件,分别在加湿器最大直径,和最小直径处,将加湿器主体分成三个部分制造,上面另外加上一个盖子,用来控制出雾和注水用
3.3.1.上盖零件的创建
(1)单击【插入】→【共享数据】→【复制几何】命令,如图3.3.1打开复制几何的操作面板,装配加湿器模型,选择内表面作为复制对象,单击
完成曲面复制;选中复制的面组,单击【编辑】→【实体化】,单击
,完成实体化,结果如图3.3.2所示。
图3.3.1复制几何图3.2.2实体化
(2)单击
,以TOP面为草绘平面,草绘如图3.3.3截面,单击
完成
图3.2.3旋转截面
(3)单击
,草绘图3.2.4曲线,单击
单
击去除材料,长度足已穿透所有即可,单击
,结果如图3.3.5。
图3.2.4草绘截面图3.2.5结果图
3.3.2加湿器主体零件,由于操作与上类似,不一一列举建模过程,现将结果图,表述如下:
(1)上部零件图3.2.6,密封零件图3.2.7,中部零件图3.2.8,下部零件图3.3.9
图3.2.6上部图3.2.5结果图图
图3.2.5结果图图图3.2.5结果图
第4章模具设计
4.1零件的选取
分析加湿器的各个零件的外形,各个零件的外形结构大同小异,决定对上部零件进行模具设计。
4.1.1塑件的分析
1.外形尺寸
该塑件壁厚均匀,平均壁厚5mm左右,塑件外形尺寸不大,塑料熔体流程不太长,适合于注塑成型。
如图4.1.1
图
4.1.1
2.精度等级
尺寸精度要求一般,产品的外表面有一定要求,总体而言,精度易于保证,模具制造简单。
3.脱模斜度
ABS属于非结晶型塑料,成型收缩率在0.4%~0.8%的范围内,由于产品的外形本身就利于脱模,所以不再特别考虑脱模斜度。
4.1.2ABS的性能分析
1.使用性能
ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用;ABS的耐磨性优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的耐蠕变性比PSF及PC大,但比PA及POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
2.成型性能
ABS的热稳定性好,不易出现降解现象。
ABS的吸水率较高,加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为温度80~85℃,时间2~4h;对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃,时间18~18h。
ABS制品在加工中易产生内应力,内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验;如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止,应进行退火处理,具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h,再冷却至室温即可。
4.1.3ABS的注射成型过程及工艺参数
1.注射成型过程
成型前的准备:
对ABS的色泽,颗粒度,均匀度等进行检查,80~85℃,干燥处理2~4h。
注射过程:
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后,由模具的浇注系统进入模具型腔。
其过程可分为加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等七个阶段。
注射成型工艺参数:
(1)注射机:
螺杆式。
(2)料筒温度(℃):
前段150-170;中段165-180;后段180-200。
(3)模具温度(℃):
50-80
(4)注射压力(MPa):
60-100
(5)成型时间(s):
30
(6)螺杆转速(r/min):
30
4.2模具方案拟定
4.2.1确定分型面
此塑件对外表面要求严格,分型放在最大轮廓处,利于脱模,对塑件外表面也没有不利影响,如图4.21
图4.1.1
4.2.2注射机型号的确定
1.注射量的计算
通过pro/e建模分析计算得
塑件体积:
塑件质量:
式中
是聚乙烯密度,查表可
。
2.浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值,但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来估算。
由于本次采用的流道简单,因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算,故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为
3.选择注射机
根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积
,依公式
,则有:
=142.68/0.8=178.35cm3。
根据以上计算,初步选定公称注射量为250cm3,型号为XS-ZY-250卧式注射机,其主要技术参数见表4-1
表1-1注射机主要技术参数
理论注射容量/cm3
250
移模行程/mm
160
螺杆柱塞直径/mm
50
最大模具厚度/mm
450
注射压力/MPa
130
最小模具厚度/mm
300
螺杆转速/(r/min)
25;31;39
喷嘴球半经/mm
锁模力/kN
1800
喷嘴口半经/mm
拉杆内间距/mm
448×370
4.注射机的相关参数的校核
(1)注射压力校核。
查表可知ABS所需注射压力为60-100MPa,这里取
,该注射机的公称注射压力
,注射压力安全系数
,这里取
,则
所以,注射压力合格。
(2)锁模力校核。
塑件和浇注系统在分型面上的投影面积
,则
其中
由三维软件直
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