无叶风扇新型设计论文Word格式.docx
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2.2无叶风扇的基本介绍
JamesDyson公司历时4年研发了一种神奇的无扇叶风扇,它使用了最新的流体动力工程技术,通过高效率的无刷电机使气流增加15倍,以每秒118加仑的速率释放出来,合1580CFM的风量。
Dyson公司介绍,为了精确估算各项指标,为了优化开口的翼型弧度,工程师们花了4年时间,经历了数百次模拟实验把气体流动图通过激光多普勒测量仪绘制出来。
Dyson本人解释说:
“风扇开口的弧度设计是无扇叶风扇的关键,我们发现利用这种方式对空气进行引导和放大的效果很好,当然,这也是我们最初打算设计这样一款无扇叶风扇的原因”
图1-1戴森空气倍增器
据了解,“无扇叶电风扇”是吸尘器的发明人戴森爵士的最新发明,因此还被冠名为“戴森空气倍增器”。
其吹风原理类似于烘手机。
62岁的戴森是英国最知名的发明家之一,他说自己是在发明自动烘手机的时候突然得到灵感。
“烘手机是从一个小裂缝吹出气流,把手烘干。
于是我想到制造一个不用扇叶的空气推动装置。
这款风扇(气流放大器)有两个尺寸:
10英寸直径和12英寸(25.4cm和30.48cm),10英寸的版本有瓦蓝色和银白色,12英寸的风扇只有银白色。
风扇上旋钮可以调整出风量,而且可以调整吹风的角度。
这款无叶电风扇的外形像一只巨大的指环,能产生强有力的凉爽空气,也比传统电扇安全。
另外,它清洗起来也比传统电风扇方便得多,使用者不需要为清理扇叶上积满的灰尘发愁了。
图1-2无叶风扇外形
图1-3出风口截面图
无叶风扇也产品灵感源于空气叶片干手器。
无叶风扇于2009年10月12日在英国首度推出。
2009年11月26日,浙江嵊州农民企业家胡国贤向国家知识产权局申请了无风叶风扇发明专利。
2011年2月在香港推出第二代。
2011年9月,无叶风扇成功引进中国内地大陆,在原有的基础上,增加了90°
旋转,吹冷热风的等功能。
目前国内无叶风扇售价在300-600左右。
2011年2月,英国家电厂家戴森(Dyson)继推出一代无叶风扇后,在香港又强势推出的无叶风扇第二代,相比于一代,其产品性能和特点上并没有多大的变化,增加了可以直接靠磁性紧贴于风扇顶端的无线遥控器,以及在机身和出风口方面都进行了微调,售价为HKD$3,999,价格有点偏高。
它能产生自然持续的凉风因无叶片,不会覆盖尘土或伤到好奇儿童手指。
更奇妙的是其造型奇特,外表既然流线又清爽,给人造成无法比拟的视觉效果。
无叶风扇设计新颖时尚,因为没有风叶,阻力更小,没有污染排放,更加节能、环保、安全。
外观也更好看。
第二章无叶风扇的工作过程和各部分设计
2.1工作过程
无叶风扇的工作过程可分为以下六个步骤:
图2-1工作过程示意图
1.吸入:
集合了涡轮增压器和喷气引擎的混流叶轮技术,空气从风扇的底层吸入。
2.加速:
空气进入环形扩大器,然后透过环孔径制造出强大的喷射气流。
3.导向:
气流经过一个16度角的螺旋翼形状的空气导向坡,吹出空气。
4.诱导:
风扇后方的空气被引入气流,此过程称为诱导。
5.夹卷:
机器周围的空气也被卷入气流,此过程称为夹卷。
6.增强:
通过空气诱导和夹卷,气流瞬间增强15倍,最高风速达35.4公里/小时。
2.2无叶风扇各部分的设计
(1)出风口的设计
无叶风扇最大的不同点,就是它没有了传统风扇的“叶”!
图2-2出风环
风最开始是从圆环中间的细微风槽中“吹”出来的:
无叶片风扇顶着的那个硕大圆环,并非完全是噱头,而是一个重要的组成,它的中央,开着一条1毫米宽的细缝,而风最开始就由基座中的涡轮风扇,抽取底座旁的空气从这里吹出来的。
无叶片风扇,当气流从1毫米宽的细缝以55英里的时速吹出时,它将夹带着周边的空气一起向前;
其次是负压,这个不难理解,空气都吹向前了,圆环后的气压会降低,并导致后方更多的空气加入以平衡气压——在这两个物理名词的作用下,空气或者说无叶片风扇的风量,被显著放大,达到涡轮风扇本身抽取量的15倍。
(2)出风环截面:
图2-3出风环截面
首先草绘用于扫描的圆环,然后在扫描命令中草绘如上图所示的截面,最后进行360°
扫描实体。
(3)出风环去除材料截面:
图2-4去除材料截面
用上一步的草绘圆环做扫描路径,在扫描命令中草绘如上图所示的截面,最后进行360°
移除材料扫描。
(4)出风环最终截面:
图2-5最终截面
完成上面两次的扫描最终得到如上图所示的截面效果,它的中央,开着一条1毫米宽的细缝,这就是出风口。
图2-6出风环实物局部图
图2-7整体送风方向
图2-8出风环截面的气流示意图
同时无叶风扇利用飞机涡轮发动机原理,有进气口和出气口,进气口在圆柱位置,出气口就是风口那里。
电机旋转带动圆柱内扇叶旋转,扇叶旋转将风风吹入圆环的缝隙中,由于圆柱内空气减少和大气压力作用,进气口那里会自动进风而且在大气压力下,使进气速度加大,这样无叶风扇的风就放大了。
(5)无叶风扇底座设计
经过前期的市场调查我发现一个问题,无叶风扇的外形设计特别单调,大部分都是一个圆环下面链接一个圆筒,样式千篇一律。
但是风扇的出风环部分由于设计需要必须是这个样式,为了不影响产品性能,就不做大的改动了。
于是我就在风扇的底座部分进行了较大的改动,样子更加美观大方。
图2-9市场上普遍的外形
图2-10改进后的外形
(6)风扇底座主体扫描曲线:
图2-11外形支架
在TOP面上草绘画出上图所示的图形,用于扫描实体。
(7)右侧圆柱拉伸:
图2-12支架底部
上图所示圆柱体通过TOP面草绘圆形后对称拉伸实体得到,用于安装电机和涡轮。
(8)左侧圆柱拉伸:
图2-13控制外壳
上图所示圆柱体通过TOP面草绘圆形后对称拉伸实体得到大小与右侧圆柱相同,用于安装控制电路板,显示面板和各种按钮,电源由此侧输入。
(9)出风环固定槽:
图2-14出风口固定槽
通过几次拉伸操作最终得到一个环形槽,出风环就固定在这里,可以绕轴线自由转动。
下部的环形槽用同样的方法得到。
(10)气流通道扫描曲线:
图2-15气流通道
在top面草绘如上图所示的曲线,扫描切除实体得到气流通道。
(11)电机固定座和支架:
图2-16电机固定座外圆尺寸
图2-17电机固定座厚度
图2-18支撑架
通过拉伸命令做出电机座和一个支撑板,然后通过360°
中心阵列命令完成其他两个支撑板。
(11)右侧圆柱最终内部结构:
图2-19电机固定架内部构造
风道在涡轮的侧面是该风扇与其他产品的不同之处,市场上的无叶风扇都是比较单调的直筒式,风道在涡轮的上方。
这一改变使无叶风扇的外形更加多变更容易走进人们的生活。
(12)风扇底部盘状底座:
图2-20底座绘制
为了提高风扇的安放稳定性和外形美观的要求,底部设计为盘状。
该形状通过旋转命令得到。
(13)风扇底座外形:
图2-21风扇底座
到这里风扇的框架主体部分已经完成,经过渲染后效果如上图所示。
下面的步骤开始设计安装在底座上的四个端盖。
(14)端盖1设计:
图2-22端盖1
通过拉伸,抽壳,阵列等命令做出造型,然后用三颗螺钉安装在右侧圆柱筒前端面。
(15)端盖2设计:
图2-23端盖2
通过拉伸,抽壳,阵列等命令做出造型,然后用三颗螺钉安装在右侧圆柱筒后端面。
(16)端盖3设计:
图2-24显示屏固定端面
通过拉伸,抽壳,阵列等命令做出造型,在这个端盖上安装有液晶显示器,开关按钮等,是用户的操作面板,用三颗螺钉安装在左侧圆柱筒前端面。
(17)端盖4设计:
图2-25控制部分后盖
通过拉伸,抽壳,阵列等命令做出造型,在这个端盖上有电源输入口,配合上电源线为风扇供电。
用三颗螺钉安装在左侧圆柱筒后端面。
风扇前后面外观效果图:
图2-26前面
图2-27后面
(18)无叶风扇内部主要零件设计
无叶风扇的的内部主要零件由电机,涡轮,控制电路板等部分组成。
他们之间相互配合,使风扇正常运转。
右侧圆柱筒截面:
图2-28电机部分截面
在这个部分主要有无刷直流电动机和涡轮,电机提供涡轮旋转的动力,涡轮旋转从外部吸入空气进行压缩。
图2-29控制部分截面
在这个部分主要有控制电路板,起到变压,改变电机转速等作用。
(19)无刷直流电动机和涡轮:
图2-30无刷直流电动机
图2-31电机爆炸图
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。
无刷直流电动机的优点:
寿命长,噪音低,力矩大。
电机各项参数:
额定功率:
35(kW);
额定电压:
AC110V/220V;
额定转速:
8500(rpm);
额定转矩:
300(NM);
图2-32涡轮正面
图2-32涡轮背面
所以涡轮是无叶风扇中的重要部件。
(20)电机与涡轮装配效果:
图2-33电机和涡轮
涡轮上方的是一根支承轴,通过滑动轴承连接在端盖上,可以减小震动,提高旋转的稳定性。
图2-34装配分解图
(21)控制电路板:
图2-35控制电路板
控制器(驱动器):
采用无霍尔驱动器;
1、无霍尔工作模式:
无霍尔模式相对于有霍尔来说具有许多优点,是无刷电机的最新技术,它具备以下优点:
A.接线简单,控制器只需要3根电机线和电机相连,不会出现因为线接错导致损坏控制器的问题;
B.成本低.电机省掉了3个霍尔元件,和若干条线,同时电机装配工艺也简单;
C.电机寿命延长.因为无刷电机最容易损坏的就是三个霍尔元件;
D.无霍尔可以接有霍尔的控制器,只要不接线霍尔线就行。
2、带红外遥控功能,遥控器含开关,遥头,加速,减速功能;
3、带摇头功能;
4、采用16位高性能单片机,性能稳定,效率高,保护功能齐全,有过流保护,堵转保护等功能;
5.可以设置成110V和220V电源。
(23)无叶风扇零件装配
先将能够用到的零件放在一个文件夹内并将该文件夹设置为工作目录,文件夹命名为“无叶风扇”
新建“装配”对话框
图2-36装配格式图
“文件”→“新建”→“装配”→“设计”,然后命名为“无叶风扇”,单击“确定”按钮进入下一个对话框,选择“mmns_asm_design”选项,最后单击“确定”按钮进入“装配”环境。
插入“风扇底座”
在界面中点选“
”按钮,在弹出的窗口中找到风扇底座文件然后打开,如下图所示。
图2-37底座完成图
插入“马达”
图2-38马达插入图
”按钮,在弹出的窗口中找到马达文件然后打开,用三个重合约束,将马达安放在如上图所示的位置。
插入“电路板”
图2-39电路板插入图
”按钮,在弹出的窗口中找到电路板文件然后打开,用三个重合约束,将电路板安放在如上图所示的位置。
插入“端盖”和“螺钉”
图2-40端盖插入图
”按钮,在弹出的窗口中找到端盖文件然后打开,用四个重合约束,将端盖安放在如上图所示的位置。
共有四个端盖,用同样的方式约束在预定的位置。
完成后将螺钉装配在预设的孔内,采用阵列的方式进行装配。
插入“出风环”
图2-41出风环插入图
”按钮,在弹出的窗口中找到出风环文件然后打开,采用销钉约束,用两个重合约束,将出风环安放在如上图所示的位置。
插入“电源线”
图2-42电源线插入图
”按钮,在弹出的窗口中找到电源线文件然后打开,采用销钉约束,用两个重合约束,将电源线安放在如上图所示的位置。
渲染零件:
图2-44无叶风扇渲染图
第三章设计灵感
3.1设计的思路及灵感
无叶风扇的灵感源于空气叶片干手器。
空气叶片干手器的原理是迫使空气经过一个小口来“吹”干手上的水,空气增倍器是让空气从一个1.0毫米宽、绕着圆环放大器转动的切口里吹出来。
由于空气是被强制从这一圆圈里吹出来的,通过的空气量可增至原先的15倍,它的时速可达到35公里。
空气增倍器的空气流动比普通风扇产生的风更平稳。
因为没有风扇片来‘切割’空气,使用者不会感到阶段性冲击和波浪形刺激,它通过持续的空气流让你感觉更加自然的凉爽。
3.2产品创新
图3-1分解图
触摸式倾斜:
以其本身的重力为中心支点,可用手压的方式来改变风扇的角度;
空气流通:
气流柔和,更加自然的风,并且没有传统风扇的拍打感觉;
更安全:
保护你家庭的所有成员包括你的宠物;
简洁的设计外观更加美观大方;
气流控制:
调光开关控制,调整气流的大小;
易于清洁的.有触摸倾斜,90°
左右旋转。
章四章无叶风扇设计原理
4.1工作原理
空气吸入风扇基座内部,经由气旋加速器加速后,空气流通速度最大被增大16倍左右,经由无叶风扇扇头环形内唇环绕,其环绕力带动扇头附近的空气随之进入扇头,并以高速度向外吹出。
无叶风扇的工作原理为:
基座中带有的40瓦电力马达每秒钟将33升的空气吸入风扇基座内部,然后经由无叶风扇扇头环形内唇环绕,其环绕力带动扇头附近的空气随之进入扇头,并以每秒405升的速度向外吹出。
图4-1过流截面
这款空气乘数无叶风扇同时带有变频风速大小调节装置,方便用户根据实际情况调节风速的大小,风量均匀增加,不会冲击电压,能耗低,是普通风扇一半能耗。
另外,因该风扇并不带有扇叶,对于充满好奇天性的儿童不具有危害,而且比普通空调及风扇更容易清洗。
它使用了最新的流体动力工程技术,通过高效率的无刷电机使气流增加15倍,以每秒118加仑的速率释放出来,合1580CFM的风量。
图图4-2无叶风扇内部风向流动
4.2设计原理
图4-3涡轮外形
两种效应叠加的结果理论上可以使实际吹出的空气量为流过基座空气量的整整15倍!
利用连续性方程和伯努利定理:
图4-4连续性方程和伯努利定理
在定常流动中,流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的,而且液体的平均流速与管道的过流截面积成反比。
这两个公式解释了水在河中流淌时水面宽流速低水面窄流速高的自然现象,无叶风扇的细窄的出风口就是基于这个原理制作的。
第五章无叶风扇的特点
5.1无叶风扇特点
5.2创新优点:
1.传统风扇使用叶片,虽有外罩,但仍有安全隐患。
无叶片风扇无叶片旋转,使用安全系数高,没有危险性。
2.传统风扇有剧烈的风感,不平稳、不舒适。
无叶片,无叶片风扇通过空气倍增技术优化处理,平稳、舒适。
3.传统风扇清洁不方便,无叶片风扇无叶片,免拆卸清洗,清洁使用一块棉布擦拭即可。
4.传统风扇噪音大,无叶片风扇噪音低。
图1-4对比图
图1-5图解特点
第六章无叶风扇参数及材料
6.1无叶风扇参数
电压:
110V/220V
电流:
0.3A
频率:
50HZ
输入功率:
50W
输出功率:
45W
旋转角度:
90°
电源线长度:
1.5m
进风量:
30L/S
出风量:
450L/S
摆放方式:
台扇
调速方式:
无级变速
开关类型:
旋转开关
材质:
塑料ABS
6.2无叶风扇材料
无叶风扇材料清单
名称
件数(个)
备注
无叶风扇前盖
1
无叶风扇后盖
无叶风扇出风框
开关面板
支承轴
涡轮
液晶显示屏
电路板
盖1
盖2
盖3
盖4
螺栓1
12
螺栓2
2
转子
风扇架
电源线
表6-1风扇材料
第七章无叶风扇综合概述
7.1市场前景
通过调查得出无叶风扇更适用以下方面:
(1)、讲究生活品位的人,健康与舒适俱佳的无叶风扇必是首选;
(2)、响应节能环保的人,无叶风扇舒适又省电;
(3)、初夏、秋末、晚上,用无叶风扇凉爽还不感冒;
(4)、老人、小孩、孕妇、病人等,不能吹空调的人;
(5)、宾馆、酒店、学校、办公场所等,需要省电节能的;
(6)、学校、幼儿园、儿童游乐园等,安全第一的场所;
(7)、各单位作为夏天的福利品,发给单位的员工;
(8)、各企业作为自己产品的促销品,送给自己的客户;
(9)、单位、家庭作为工艺品和节能产品,替换传统电风扇;
(10)、个人作为礼品,送给亲戚、朋友、同学、同事、领导等。
在生产工艺上,无扇叶电风扇与传统风扇相比,主要增加了出风框内腔的设计、制造和装配环节,带来的成本增加并不是十分明显,特别是形成具有一定规模流水线生产后,不用担心原材料稀缺致使价格过高,也不会因为工艺过于复杂繁琐加大制造难度,更不会因为结构设计改变而导致产品质量下降。
7.2产品优势
无叶风扇有以下优势:
(1)安全:
传统风扇使用叶片割风,容易割伤小孩手指头,隐伏一定的危险性。
无扇叶风扇无叶片旋转,使用安全系数高,没有危险性。
而且无叶片风扇不象传统风扇那样头重脚轻,所以更安稳。
(2)环保:
采用进口ABS材质,通过Rosh环境保护认证。
(3)健康:
无风叶风扇通过空气倍增技术优化处理,吹向人体身前是100%的自然风,含有氧离子。
尤其是孕妇,天气一热,吹空调容易生病,无扇叶电风扇对孕妇和宝宝都有很好的保护!
而且对老年人和小孩都有不错的保健效果。
(4)创意,高档次:
不管是自己用还是买来送人,都是非常有档次。
放在家中也是一种另类的摆设,显示出您的尊贵品位!
(5)省电:
无叶电风扇是普通风扇一半能耗!
超节能!
(6)方便:
清洗简单方便。
无叶风扇外观简约,更容易清洁除尘,平时清洁使用一块棉布擦拭即可,几秒钟即可完成,方便,而且更省时、省事、有效。
而传统风扇使用叶片构造,在生话中平时清洁时非常不方便,因为需要利用一大部时间先拆卸、清洗、再重新安装,非常麻烦。
(7)理想:
传统风扇使用按键档速设定风量大小与强弱,欠缺理想性风量大小的选择使用。
无叶片风扇注重了设定风量大小与强弱创
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