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家用加湿器学士学位论文

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1

第1章概述2

1.1家用加湿器的简介2

1.1.1加湿器的市场需求2

1.1.2加湿器的种类3

第2章加湿器的原理方案拟定6

2.1加湿器的工业设计6

2.2加湿器工作原理的选定6

第3章基于Pro/Engineer的产品造型和组成零件9

3.1Pro/Engineer概述9

3.2加湿器的造型设计10

第4章模具设计17

4.1零件的选取17

4.1.1塑件的分析17

4.1.2ABS的性能分析17

4.1.3ABS的注射成型过程及工艺参数18

4.2模具方案拟定18

4.2.1确定分型面18

4.2.2注射机型号的确定19

4.2.3浇注系统的设计21

4.2.4模仁设计22

4.2.5模架的确定22

4.2.6模架各尺寸校核23

4.2.7冷却系统的设计23

结　论24

谢辞25

参考文献26

外文资料翻译27

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

，