除尘机的结构设计

第三章多功能吸尘器结构的设计

3.1多功能吸尘器外壳结构设计

吸尘器的外壳起着支撑吸尘器各零部件并将它们与外界隔离的作用，这样

既能保护内部结构，又能保证安全。

由于多功能吸尘器需要在地面自动行走，因此他的结构要保证行走的平稳，可以采用卧式吸尘器的结构来完成其机体的设计，由图3-1所示壳﹑后壳﹑上盖等部分组成，均为塑料材料。前壳头部为吸入口，后壳内按装吸尘部件，里

面主要安装电动机-风机及一些功能性机构；两侧可以用来安装车轮，此外在后壳处有排风口，便于风机的工作。

家用吸尘器的外壳不仅应具有足够的强度，还要有美观的造型﹑重量轻﹑

外表颜色光泽以及成本低廉，外客的造型设计必须适应内部的结构需要。

外壳一般用金属材料冲制，或采用工程塑料，金属材料有较高的强度，由

于重量﹑绝缘材料性能查﹑制造工艺复杂成本高，因此，除了老式的吸尘器及

工业吸尘器外，现代家用吸尘器很少采用。

鉴于以上原因，多功能吸尘器的外壳采用工程塑料为主体，可通过注塑成型，除了电动风机外，其它零件一般均可由工程塑料代替金属材料，这不仅适

合于大量生产，易于降低成本，而且重量可以减少到金属外壳的1/3～1/4，绝

缘性能也大为提高，还可以做成各种款式﹑颜色色泽鲜明的式样。用于多功能

吸尘器外壳的工程塑料主要是PP和ABS，用于吸管的材料可以是聚丙烯等。

（图3-2 多功能吸尘器安装简图）

多功能吸尘器的壳体由于考虑到后面要安装驱动电机这使得它的后壳结构

与通常的卧室吸尘器有所不同，如图 3-2表示的在多功能吸尘器的后壳部位

下面留有一定的驱动电机安装空间，同时便于驱动轮的安装，有利于整体结构

的布局。

3.2多功能吸尘器吸尘部位结构设计

多功能吸尘器的吸尘部位，主要由吸嘴﹑吸管﹑储灰箱﹑电动风机等部位组成。从外界吸进的灰尘和垃圾首先到达吸尘部，吸尘部的功能主要是使吸进

的高速气流通过过滤网，滤出垃圾和灰尘。过滤网不仅仅能挡住较大颗粒的垃圾，而且能阻止细小的尘埃通过，性能好的过滤网，排出的灰尘在直径5微米

以下，此外，过滤网的透气性好，能长时间过滤而不被堵塞，使电机得到充分

的冷却，其基本结构如图 3-3所示，灰尘通过吸尘器的吸嘴进入到吸尘器吸管，而后经过过滤网的过滤，沉积在储灰箱里，气流由电动风机吸入口吸入，而后

排出。

（图3-3自动吸尘器吸尘部位结构简图）

多功能尘器的风机采用车用吸尘器的风机结构，其重量轻，吸尘功率能满足家用的要求，其安装通过吸尘器机壳的定位孔固定，由橡胶密封圈进行密封，后面由风机固定板进行压紧，在机壳的后面留有一些排风口，便于风机的工作，电动风机高速旋转时会产生很大的震动，因此，风机固定板应该用一些能够减震的材料，向泡沫等，吸尘口应该与风机口对应一条线，有利于风机工作，从

而更好的吸尘。

风机有密封罩，有封闭的电机罩降噪效果好。因为电机产生的噪声会很容易穿透

吸尘器外壳，造成噪声污染；全密封的电机罩还能保证电机产生的热量不会影响到其

他电器件，延长整机的寿命。吸尘器的处灰箱一般为2～3L ，多功能吸尘器的储灰容量设计为1.5L，其完全能够满足家用地面的清洁。

此外，还可以采用紫外线灯进行室内的消毒处理

紫外消毒技术具有其它技术无可比拟的杀菌效率。杀菌效率可达99%－99.9%。而传统氯气、臭氧等化学消毒方法要达到紫外C的杀菌效果一般需要20 分钟至1 小时的

3.3多功吸尘器行走部位结构设计

3.3.1全自动吸尘器主要参数计算

多功能吸尘器的驱动部分是由两个四相步进电机以及相应的驱动机构组成的。步

进电机带动两驱动轮（后轮），从而推动吸尘器运动。前轮不再采用传统的双轮结构，而采用了应用非常广泛的万向转轮这既减小了结构复杂度，又提高了转弯的灵活性（如图3-4）。

通过改变作用于步进电机的脉冲信号的频率，可以对步进电机实现较高精度的调速。同时在对两电机分别施加相同或不同脉冲信号时，通过差速方式，可以方便的实

现吸尘器前进、左转、右转、后退、调头等功能。这一设计的最大优点是吸尘器能够

在任意半径下，以任意速度实现转弯，甚至当两后轮相互反向运动时，实现零转弯半

径（即绕轴中点原地施转）。同时转弯的速度可通过改变单片机的程序来调节。

由于智能吸尘器是边行走边工作的，所以要求速度很低，一般要求3m／min左右，这样能够保证多功能吸尘器行走平稳，而且有很高的效率，设计车轮的直径为8cm,

左驱动轮

左

步

进

电

机

右

步

进

电

机

左毛刷电机右毛刷电机

进

尘

口

万向轮

右

驱

动

轮

( 图 0-4转向结构图 )

则由公式（3—1）

U=C×N （3—1）

式中 C—车轮的周长（cm）

N—车轮的转速（r/min）

N=U/C

≈12r/min

1.多功能吸尘器的阻力计算

设计多功能吸尘器的质量在3Kg则;后车轮的的阻力矩由公式（3—2） T=mg×f×r （3—2）f—滚动摩擦系数由《机械设计课程设计指导》表11-7取0.05（K/CM)

T=3×9.8×0.055×4

=6.468N/m

2.多功能吸尘器的前轮阻力矩

T0=mg×f×r

=3×9.8×0.055×0.5

=0.8N/m

3.深沟球轴承的摩擦力臂

T1= mg×f1×R

f1=0.02k/cm ,由《机械设计课程设计指导》表11-9选取.

T1=0.025n/cm;

根据供电电压为12V选取步进电极电机,根据《小功率电机手册》,选择永磁式步进电机,其具体参数如下:表3-1。