裝配圖除濕系統(tǒng)整體圖,裝配,除濕,系統(tǒng),整體,總體 成都理工大學(xué)2011級本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 人體除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者姓名： 古 小 烽 學(xué) 號： 201106040328 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化（自動(dòng)化方向） 指導(dǎo)教師： 劉 念 聰 摘 要 人體除濕系統(tǒng)是一個(gè)比較新穎的產(chǎn)品概念，其設(shè)計(jì)目的是為了解決現(xiàn)今公共游泳館、大型水上游樂園沒有科學(xué)、合理的人體干燥設(shè)施，導(dǎo)致大部分人游泳過后只能通過公用浴巾擦拭身體，從而造成人與人、人與浴巾之間大量病菌傳染的問題。針對這一問題設(shè)計(jì)一款科學(xué)、安全、衛(wèi)生的快速干燥裝置。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要涉及幾個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)：送風(fēng)裝置確定、加熱裝置選擇、降噪方案和外觀設(shè)計(jì)方案；并完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本文系統(tǒng)全面的介紹了該產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完整過程、考慮到的主要問題及解決辦法。重點(diǎn)研究了項(xiàng)目涉及到的四個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，通過對比分析，多方面綜合驗(yàn)證，確定其最佳設(shè)計(jì)方案，完成整體設(shè)計(jì)要求，并論證其可行性，最后通過對重要部件的模擬仿真證明方案的可靠性。為實(shí)際操作提供理論參考。 關(guān)鍵詞：送風(fēng)裝置；加熱裝置；降噪方案；電動(dòng)機(jī); 控制系統(tǒng) Design of the body dehumidification?system Name： Xiaofeng Gu Student No.： 201106040328 Major： Mechanical Engineering and Automation （Automatic direction） Supervisor： Niancong Liu Abstract: Human body dehumidification system is a relatively new product concept. It is designed to solve the problem that most public swimming pool and large water park don`t have a rational body dehumidification facility, this status quo makes most people have to use the public bath towel to wipe their body after swimming , so resulting in a large number of bacterium infection problems. The system is designed at this present to solve this problem and invention a rational body dehumidification facility. The product is designed mainly involved four design focus: determine of the blowing device, selection of the heating device, work out the noise reduction scheme and exterior design scheme; and design of the control system. In this paper we presented the complete product design process, taking into account the main problems and the solutions. And focus on the four design points to determine its design, demonstrate its feasibility, determine the final scheme, and provide a theoretical reference for the actual operation. Key words: Air Supply Means; Heating Apparatus; Noise Reduction Programs; Motor; Control System Ⅱ 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 設(shè)計(jì)背景、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際意義 1 1.2 主要研究內(nèi)容、預(yù)期成果及研究思路 2 第2章 電動(dòng)機(jī)與送風(fēng)裝置設(shè)計(jì) 3 2．1普通吹風(fēng)機(jī)特點(diǎn)參考 3 2．2 普通風(fēng)機(jī)特點(diǎn)參考 5 2.3 電動(dòng)機(jī)方案確定 9 第3章 加熱裝置設(shè)計(jì) 12 第4章 降噪方案 19 第5章 外觀設(shè)計(jì) 21 第6章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 第7章 最終方案具體參數(shù)確定 29 第8章 Ansys模擬仿真 35 結(jié) 論 37 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 第1章 緒 論 1.1 設(shè)計(jì)背景、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際意義 設(shè)計(jì)背景：當(dāng)今人們生活質(zhì)量日益提高，越來越多的城市人選擇場館式的娛樂、健身項(xiàng)目。公共游泳館、大型水上游樂園是眾多人熱衷的選擇，游泳玩耍后人們身體難免會(huì)沾濕，然而所有此類場館都沒有科學(xué)、衛(wèi)生的身體干燥措施。目前的一種選擇是利用場館提供的公用浴巾擦拭身體，這樣會(huì)由于各種處理不善的原因造成不同人群之間病菌傳染問題，危害消費(fèi)者健康；另外有消費(fèi)者選擇自己攜帶干凈毛巾解決此類問題，這對消費(fèi)者而言非常不便，也不能確保每位消費(fèi)者都會(huì)提前攜帶此類物品。特別是在寒冷的冬天，每個(gè)人在運(yùn)動(dòng)、娛樂完后身體打濕都希望快速干燥穿好衣服。 正是這樣的現(xiàn)實(shí)背景，催生出了人體除濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性。本項(xiàng)目研究目的即為解決這一問題，為公共游泳館、大型游樂園消費(fèi)者們設(shè)計(jì)一款安全，衛(wèi)生，合理的快速干燥裝置。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：該項(xiàng)目為創(chuàng)新型研究項(xiàng)目，目前國內(nèi)外關(guān)于該項(xiàng)目技術(shù)均在發(fā)展階段，特別是在國內(nèi)，關(guān)于此類項(xiàng)目的資料很難找到，由此可見本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的必要性。雖然現(xiàn)今市場上沒有與此確切相關(guān)的產(chǎn)品模型，但與其工作原理相似的產(chǎn)品還是有不少。比如，廁所里常見的干手器，普通家用吹風(fēng)機(jī)都具有快速干燥的功能，而且它們的產(chǎn)品技術(shù)已相當(dāng)完善，市場上的產(chǎn)品琳瑯滿目，其技術(shù)特點(diǎn)對本項(xiàng)目有相當(dāng)大的參考價(jià)值。 實(shí)際意義：如摘要所言，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的是為了解決現(xiàn)今公共游泳館、大型水上游樂園沒有科學(xué)、合理的人體干燥設(shè)施，導(dǎo)致大部分人游泳過后只能通過公用浴巾擦拭身體，從而造成病菌傳染的問題。目前，國內(nèi)幾乎沒有類似的產(chǎn)品投入實(shí)際使用，但其確實(shí)具有存在的必要性和相當(dāng)大的適用性。就像在干手器問世前，人們即使知道干手不方便也沒有想過通過這樣一種方式來快速干燥雙手，但其一經(jīng)問世便受到大眾的一致歡迎并快速占居市場，為大眾提供服務(wù)。同理，對本項(xiàng)目而言，如果能達(dá)到預(yù)期效果且成本控制合理，該項(xiàng)目將具有相當(dāng)好的市場前景及實(shí)際使用意義，為消費(fèi)者提供便利、解決病菌傳染的同時(shí)為商家創(chuàng)造利益。 1.2 主要研究內(nèi)容、預(yù)期成果及研究思路 主要研究內(nèi)容：針對在公共游泳館、大型游樂園使用，避免在游泳過后人體的干燥采用公用浴巾造成的病菌傳染問題，設(shè)計(jì)一款快速干燥裝置。其中會(huì)涉及到的大方向?yàn)椋嚎焖俑稍锓桨傅拇_定；送風(fēng)裝置確定；加熱裝置設(shè)計(jì)；提供降噪方案；完成外觀設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)?？焖俑稍锓桨傅拇_定會(huì)涉及到對電動(dòng)機(jī)，送風(fēng)裝置的研究；加熱裝置設(shè)計(jì)部分會(huì)涉及到對加熱元件的研究，各元件的特性對比，對方案的匹配度等；降噪方案的考慮會(huì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)，不管是源頭上的避免還是技術(shù)上的提高都至關(guān)重要，當(dāng)然，能從源頭上避免噪音的產(chǎn)生無疑會(huì)是最好的方案。外觀設(shè)計(jì)會(huì)考慮到各部件的安放，大眾的審美接受度，以及對于材料的可靠性的研究等?？刂葡到y(tǒng)也是一個(gè)難點(diǎn)，里面會(huì)會(huì)涉及到對單片機(jī)的運(yùn)用。這是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程，里面會(huì)涉及到整個(gè)項(xiàng)目的方方面面，所研究的內(nèi)容也會(huì)涵蓋項(xiàng)目的方方面面。 預(yù)期成果：完成人體除濕系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。確定科學(xué)合理的快速干燥方案，選定電動(dòng)機(jī)，確定送風(fēng)裝置；設(shè)計(jì)安全可靠的加熱裝置，確定加熱元件類型；提供降噪；完善外觀設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。論證裝置各部件的理論可行性，必要時(shí)將進(jìn)行仿真模擬證明方案的可靠性。為此類項(xiàng)目的實(shí)際操作提供理論依據(jù)。 研究思路：本項(xiàng)目涉及到的研究部件眾多，且都有一定難度，科學(xué)權(quán)威的資料將會(huì)成為很大的參考來源，所以在項(xiàng)目開始前會(huì)利用時(shí)間查閱大量理論資料。結(jié)合干燥系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初先學(xué)習(xí)了解干燥系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、加熱裝置及降噪方法的基本原理。對比上述各系統(tǒng)的類型特點(diǎn)，確定適合本項(xiàng)目的各設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目進(jìn)行過程中重點(diǎn)研究除濕系統(tǒng)的加熱裝置設(shè)計(jì)；送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)；降噪音方案設(shè)計(jì)及外觀設(shè)計(jì)四個(gè)方面，最后設(shè)計(jì)完成控制系統(tǒng)，整個(gè)過程分步進(jìn)研究，確定各設(shè)計(jì)部分后結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)呈現(xiàn)出產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)方案，提供具體參數(shù)數(shù)據(jù)，仿真模擬可行性，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。 第2章 電動(dòng)機(jī)與送風(fēng)裝置設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的選擇是本項(xiàng)目的一個(gè)重點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的可行性、可靠性會(huì)影響到最終送風(fēng)裝置的穩(wěn)定性，并且電動(dòng)機(jī)也是一個(gè)影響噪音的一個(gè)方面，所以選擇好電動(dòng)機(jī)對項(xiàng)目最終效果有相當(dāng)大的影響。 現(xiàn)今電動(dòng)機(jī)技術(shù)非常成熟，種類繁多，可選擇性大。本項(xiàng)目的電動(dòng)機(jī)將對比參考幾種電動(dòng)機(jī)類型的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和整體要求，在滿足產(chǎn)品要求的同時(shí)考慮成本因素，確定最優(yōu)電動(dòng)機(jī)方案。下面就對幾種方案進(jìn)行對比分析。 2．1普通吹風(fēng)機(jī)特點(diǎn)參考 按照最初的想法，以普通家用吹風(fēng)機(jī)作為對比研究方向，參考家用吹風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)。普通吹風(fēng)機(jī)的電機(jī)，一般有交流串激式、交流罩極式以及直流永磁式這三種類型[1]。交流串激式吹風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速高，適合制造大功率的吹風(fēng)機(jī)，其生產(chǎn)的吹風(fēng)機(jī)一般用于工廠等功率要求較高的地方；缺點(diǎn)是噪音大。罩極式吹風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是噪音小，壽命比較長，一般很少對電信設(shè)備造成干擾；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，啟動(dòng)性能差且重量較大；所以一般小型吹風(fēng)機(jī)不會(huì)使用這類電動(dòng)機(jī)。永磁式吹風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，轉(zhuǎn)速高，制造工藝簡單，造價(jià)低，這樣的產(chǎn)品是經(jīng)過時(shí)間檢驗(yàn)的，一般小型吹風(fēng)機(jī)用的比較多，可以說是價(jià)錢便宜，東西有可以滿足要求。這三類吹風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)在都是非常成熟的，根據(jù)需要廣泛運(yùn)用于各類吹風(fēng)機(jī)中。 工作原理：簡單的說，吹風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)部的風(fēng)葉選裝，產(chǎn)生高速的離心風(fēng)及軸向風(fēng)（視吹風(fēng)機(jī)類型而定），在吹風(fēng)機(jī)外殼的約束下，高速的吹響吹風(fēng)口，形成用戶需要的風(fēng)。如果在吹風(fēng)機(jī)前端加上電熱絲，其通電后產(chǎn)熱，風(fēng)吹過電熱絲后攜帶其熱量一起吹響吹風(fēng)口，就形成了熱風(fēng)，這就是吹風(fēng)機(jī)的工作原理[1]。由此可見，普通吹風(fēng)機(jī)的加熱工藝是通過通電電阻絲發(fā)熱來實(shí)現(xiàn)的。 送風(fēng)方式：按照吹風(fēng)機(jī)的送風(fēng)方式的不同可把吹風(fēng)機(jī)分為離心式吹風(fēng)機(jī)和軸流式吹風(fēng)機(jī)。離心式吹風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心的風(fēng)，離心的風(fēng)在吹風(fēng)機(jī)外殼的約束下向前流動(dòng)，形成氣流吹出。其不好的地方是其吹出的風(fēng)沒有完全流經(jīng)電動(dòng)機(jī)，使得電動(dòng)機(jī)溫度升高較快，但其噪音相對較低，適合對噪音有要求的情況。軸流式吹風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，使空氣做軸向運(yùn)動(dòng)并吹響吹風(fēng)口[22]。軸流風(fēng)機(jī)的有點(diǎn)在于其排出的風(fēng)可以完全流過電動(dòng)機(jī)，使得電動(dòng)機(jī)冷卻好，絕緣不易老化，但其噪音較大，不太適合公共場所及普通家用。 電吹風(fēng)雖然在型式、造型和大小上有很大差別，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體相同，主要由電動(dòng)機(jī)和它的驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉、發(fā)熱元件及電器控制開關(guān)三大部分組成。 普通吹風(fēng)機(jī)送風(fēng)原理圖、一般結(jié)構(gòu)圖、簡單電路圖如圖2-1所示: 圖2-1 普通吹風(fēng)機(jī)送風(fēng)原理圖 根據(jù)上述吹風(fēng)機(jī)特點(diǎn)以及查閱的資料可以了解到，吹風(fēng)機(jī)出風(fēng)口較?。ㄖ睆揭话?cm左右），風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)速度較快（一般為16000 r~21000 r/min），吹風(fēng)機(jī)內(nèi)空氣流速較快（一般5~12m/s），功率從幾百到一千多不等。根據(jù)這些特點(diǎn)結(jié)合該項(xiàng)目所需達(dá)到的效果，其工作原理具有很大參考價(jià)值，但其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、提供的風(fēng)速以及吹風(fēng)量與項(xiàng)目需求有較大出入。最終情況將綜合風(fēng)機(jī)需求而定。 2．2 普通風(fēng)機(jī)特點(diǎn)參考 風(fēng)機(jī)是交換氣體產(chǎn)生風(fēng)量最普通的機(jī)器，，所以對風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)對本項(xiàng)目有重要參考價(jià)值。 風(fēng)機(jī)是利用對其輸入的機(jī)械能，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)從動(dòng)機(jī)構(gòu)完成運(yùn)行，最終提高氣壓并排送氣體的機(jī)械裝置。 風(fēng)機(jī)是對氣體壓縮輸送機(jī)械的習(xí)慣性簡稱，一般情況下所說的風(fēng)機(jī)是指：通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。氣體壓縮和輸送機(jī)械一般是指把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能和動(dòng)能并將氣體輸送出去的機(jī)械。這里主要研究通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的一般特點(diǎn)。 風(fēng)機(jī)有進(jìn)風(fēng)口、聯(lián)軸器、傳動(dòng)件、支架、機(jī)殼、皮帶輪、葉輪、消音器、電機(jī)等主要結(jié)構(gòu)部件[2]。 風(fēng)機(jī)是一種大型機(jī)械設(shè)施，耗能大，噪音大，所以對其生產(chǎn)有相當(dāng)高且嚴(yán)格的要求，檢測項(xiàng)目包括風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、能效、轉(zhuǎn)速、功率、風(fēng)壓等。具體噪聲檢測及風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測請參考參考文獻(xiàn)的要求[3]-[4]。 風(fēng)機(jī)在剛開始運(yùn)作時(shí)軸承部位的振動(dòng)很小，但隨著使用時(shí)間的增長，風(fēng)機(jī)的額振動(dòng)會(huì)大大增加，當(dāng)超過最大允許值（11mm/s）時(shí)，繼續(xù)運(yùn)作風(fēng)機(jī)是相當(dāng)危險(xiǎn)的，所以風(fēng)機(jī)會(huì)設(shè)置有報(bào)警和自停裝置，以確保安全。但最重要的還是在生產(chǎn)時(shí)增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性[5]。 風(fēng)機(jī)在使用過程中如果發(fā)現(xiàn)有故障或故障隱患應(yīng)立即停運(yùn)并請專業(yè)的維修人員進(jìn)行維修，以確保其正常運(yùn)作及設(shè)施和人員的安全。為確保安全，投入使用的風(fēng)機(jī)會(huì)定期請專業(yè)維修檢測人員進(jìn)行安全檢查。 所以這些特點(diǎn)要求在實(shí)際操作中要引起高度重視。 下面簡單了解一下風(fēng)機(jī)類型，風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)，詳細(xì)劃分包括軸流式通風(fēng)機(jī)、葉氏鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、離心式鼓風(fēng)機(jī)、離心式通風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)等7大類。主要講講離心、軸流及回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)特點(diǎn)。 1. 離心風(fēng)機(jī)。氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪后在葉輪的作用下作沿徑向流動(dòng)。這類風(fēng)機(jī)根據(jù)離心作用的原理制成，產(chǎn)品主要涉及離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)。 2. 軸流風(fēng)機(jī)。氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪，在葉輪的作用下近似地在圓柱形外殼表面上沿軸線方向流動(dòng)。這類型風(fēng)機(jī)主要涵蓋軸流通風(fēng)機(jī)、軸流鼓風(fēng)機(jī)和軸流壓縮機(jī)。 3. 回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)。利用轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)改變氣室容積來進(jìn)行工作。常見類型有羅茨鼓風(fēng)機(jī)和回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)[6]。 4. 風(fēng)機(jī)按壓力可分為低壓風(fēng)機(jī)、中壓風(fēng)機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)。 下圖為兩種常見風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)的示意圖： 圖2-2 離心風(fēng)機(jī)外觀圖 圖2-3 離心風(fēng)機(jī)工作原理示意圖 圖2-4 軸流式風(fēng)機(jī)外觀圖 圖2-5 軸流式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)： 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)主要涵蓋有功率、振動(dòng)、壓力、流量、噪聲、效率和轉(zhuǎn)速等。流量即稱風(fēng)量，以單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)機(jī)的氣體體積表示；壓力也稱風(fēng)壓，是指氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)壓力升高值；功率是指風(fēng)機(jī)的輸入功率（軸功率）。風(fēng)機(jī)的有效功率與軸功率之比稱為效率。風(fēng)機(jī)全壓效率可達(dá)90%[7]。 由此看來，市場上的風(fēng)機(jī)一般都是為需求強(qiáng)度較大的工業(yè)生產(chǎn)所設(shè)計(jì)，提供家用的一般為廚房、過道通風(fēng)機(jī)等較為簡單的機(jī)構(gòu)。風(fēng)機(jī)通常體形較大，電動(dòng)機(jī)功率較高，風(fēng)葉轉(zhuǎn)速快，空氣壓力大，風(fēng)速較快，占空間且價(jià)格昂貴，需要特殊的安裝位置。對于此項(xiàng)目而言在可以達(dá)到相同目的的情況下，市場上的風(fēng)機(jī)不是一個(gè)合理匹配的選擇。 2.3 電動(dòng)機(jī)方案確定 通過前面兩個(gè)基礎(chǔ)送風(fēng)裝置的參考，可以大概了解它們的基本特點(diǎn)并可對比項(xiàng)目特點(diǎn)得出以下總結(jié)。 普通吹風(fēng)機(jī)： 1、吹風(fēng)機(jī)機(jī)體較小，以致其內(nèi)部構(gòu)建整體較小，不適合人體除濕系統(tǒng)大面積送風(fēng)的要求； 2、吹風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較快，以致其風(fēng)葉轉(zhuǎn)速快，出風(fēng)速度過快，不適合長時(shí)間對人身體的吹拂，并且導(dǎo)致噪音太大，影響舒適性； 3、吹風(fēng)機(jī)功率一般為幾百到上千瓦，功率較高，不適合大量機(jī)器同時(shí)運(yùn)行。 綜上所述，吹風(fēng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)不太適合本項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)特點(diǎn)，但其加熱方法比較成熟且簡單方便，可以作為本項(xiàng)目加熱裝置的參考。 普通風(fēng)機(jī)： 1、風(fēng)機(jī)機(jī)構(gòu)較大，部件較多，相對復(fù)雜，其整體機(jī)體體積較大且需要特點(diǎn)的安裝環(huán)境，移動(dòng)不便且要求嚴(yán)苛； 2、風(fēng)機(jī)價(jià)格昂貴，作為盈利性的服務(wù)設(shè)計(jì)，成本不好回收； 3、風(fēng)機(jī)功率比較大，風(fēng)機(jī)速度快，風(fēng)壓大，其產(chǎn)生的風(fēng)不適合用于人體干燥除濕； 4、風(fēng)機(jī)運(yùn)行是噪音較大且不好消除，不適合在公共場所直接運(yùn)作； 5、風(fēng)機(jī)安全性能不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障，對于直接用于人體使用的機(jī)構(gòu)，安全性不可靠。 綜合上面的對比結(jié)論，風(fēng)機(jī)特點(diǎn)對本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的參考價(jià)值不大。 所以要找到適合本項(xiàng)目特點(diǎn)的設(shè)計(jì)必須根據(jù)本項(xiàng)目要求來選材。該產(chǎn)品是為公共泳池或游樂園消費(fèi)者在身體打濕后想要快速干燥所設(shè)計(jì)，即目的為滿足一般干燥要求且能讓人感覺舒適。進(jìn)過對比分析，能夠提供人體干燥基本功能，具有一般適用性，安全可靠且價(jià)格便宜等要求。最終確定為，利用普通家用電風(fēng)扇送風(fēng)原理，包括其電機(jī)及風(fēng)葉，合理改變其參數(shù)以匹配最好效果。加上吹風(fēng)機(jī)的加熱裝置設(shè)計(jì)，完成主要功能部件的設(shè)計(jì)。下面來分析選擇上述方案的原理、其合理性以及能達(dá)到的效果。 先簡單了解普通家用電風(fēng)扇的一般特點(diǎn)： 電風(fēng)扇是一種利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)，來達(dá)到使空氣加速流通的家用電器，主要用于清涼解暑和流通空氣。廣泛使用于家庭、辦公室、商店、醫(yī)院和賓館等場所。 電扇主要由網(wǎng)罩、扇頭、風(fēng)葉和控制裝置等部件組成。風(fēng)扇頭包括電動(dòng)機(jī)、前后端蓋等。電風(fēng)扇的主要部件是：交流電動(dòng)機(jī)。其工作原理為：通電線圈在磁場中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)。電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)由于線圈電阻，因此不可避免的有一部分電能要轉(zhuǎn)化為熱能。常見的家用電扇本質(zhì)上屬于軸流風(fēng)機(jī)，即風(fēng)的流向平行于扇葉的旋轉(zhuǎn)軸方向[8]。 此外，直流電機(jī)、直流無刷電機(jī)等小功率電機(jī)在小型電扇中的應(yīng)用也越來越廣泛。 一般構(gòu)造： 轉(zhuǎn)子：由磁鐵、扇葉及軸組成； 定子：由硅鋼片、線軸及軸承組成； 控制電路：由IC感應(yīng)磁鐵；N.S.極經(jīng)由電路控制其線圈導(dǎo)通而產(chǎn)生內(nèi)部激磁使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 下圖為電風(fēng)扇一般結(jié)構(gòu)圖： 圖2-6 電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)圖 上面簡單介紹了電風(fēng)扇的基本特點(diǎn)，下面說好其對于本項(xiàng)目的匹配性。 首先，電風(fēng)扇能提供多個(gè)檔位、不同風(fēng)速的給風(fēng)能力，其功率在40w—100w之間，可以提供2m/s—8m/s的給風(fēng)速度，這個(gè)風(fēng)速范圍人吹著會(huì)感覺非常舒服而且可以達(dá)到干燥身體的要求。根據(jù)最終需求還可以在電動(dòng)機(jī)上做一定調(diào)整，使之更能達(dá)到產(chǎn)品所需的要求。在這一點(diǎn)上，電風(fēng)扇的給風(fēng)能力可以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的干燥目的。 相較吹風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)而言，達(dá)到相同目的的同時(shí)，該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 功率更低，省電安全，節(jié)能環(huán)保； 2. 先有市場中，電風(fēng)扇技術(shù)成熟，電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡單，功能明確，安全穩(wěn)定，更符合公共設(shè)施的安全要求； 3. 與吹風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)相比，其噪音很低，適合人多的公共場所，并可以在降噪措施上省下很大功夫，節(jié)約成本； 4. 體積小，結(jié)構(gòu)少，不占空間，無需特殊的安裝環(huán)境； 5. 價(jià)格便宜，選擇性多，性價(jià)比高，可以很大程度上節(jié)約成本，創(chuàng)造利潤； 6. 維修簡單，長時(shí)間使用穩(wěn)定性強(qiáng)，且出故障后維修簡單，人工費(fèi)低，節(jié)約后期維護(hù)成本。 可以看出，在達(dá)到相同目的的情況下，此方案有諸多由于其他技術(shù)方案的地方。并且對于盈利項(xiàng)目而言這個(gè)方案的成本會(huì)相較于其他方案低很大一部分，可以說相當(dāng)合理。同時(shí)技術(shù)難度不大，安全可靠，事故率更小，更適合公共場所的使用。 綜上所述，送風(fēng)方案參考電風(fēng)扇的送風(fēng)原理，方案的部件設(shè)定會(huì)以此為參考做合理改進(jìn)，具體參數(shù)在最終方案中給出。 第3章 加熱裝置設(shè)計(jì) 按照之前的想法，加熱裝置參考吹風(fēng)機(jī)的加熱原理。下面先簡單了解一下加熱元件方面的知識： 電熱原件：電熱元件的種類繁多，每個(gè)都可以達(dá)到相應(yīng)的加熱需求，但各自特點(diǎn)各有不同，是材料特性而定。較為常見的品種有：電熱合金，電熱絲，陶瓷發(fā)熱片，電熱線，電熱板，電熱帶，電熱纜，電熱盤，電熱偶，電加熱圈，電熱棒，電加熱芯，鎢鉬制品，鉬粉，鎢條，網(wǎng)帶，云母發(fā)熱片，除此之外也還有許多電熱元件品種[9]。 下面主要研究PTC加熱元件和一般電熱元件和較常使用的 “鎳鉻合金裸線圈”，并對比分析其各自特性。 一般電熱元件特點(diǎn)：普通加熱元件一般是利用導(dǎo)熱性能較好的金屬材料，或?yàn)楹辖鸹蚴翘厥饨饘伲盟麄兞夹缘臒醾鲗?dǎo)特點(diǎn)，將其制成加熱元件。根據(jù)不同的需求做不同的調(diào)整，當(dāng)然，各種材料之間的特性各有不同，由其本身特性而定，所以操作時(shí)要根據(jù)不同的加熱需求選擇適合的加熱元件。其次，一般加熱元件具有加熱性能但其加熱溫度不可控，會(huì)根據(jù)電流不同和加熱時(shí)間而變化，一般電流越大時(shí)間越長其產(chǎn)熱越多，溫度越高。會(huì)出現(xiàn)熔斷等不安全的情況。對于對溫度有一定要求的部件，如家用吹風(fēng)機(jī)，會(huì)設(shè)置斷路裝置，當(dāng)其加熱溫度超過人類舒適范圍后會(huì)自行停止運(yùn)行，以保護(hù)使用者和電器的安全[10]。 部分電熱元件材質(zhì)性能表： 表3-1 部分電熱元件材質(zhì)性能表 牌號/ 性能 Cr15Ni60 Cr20Ni80 Cr20Ni35 OCr25A15 Ocr21A16Nb Ocr27A17Mo2 主要化學(xué)成分 C 不大于 0.08 0.08 0.10 0.06 0.06 0.05 P 0.02 0.02 0.03 0.025 0.025 0.025 S 0.015 0.015 0.025 0.025 0.025 0.025 Mn 0.60 0.60 1.00 0.70 0.70 0.20 Si 0.75~1.60 0.75~1.60 1.00~3.00 ≤0.60 ≤0.60 ≤0.60 Cr 15.00~18.00 20.00~23.00 18.00~21.00 23.00~26.00 21.00~23.00 26.50~27.80 Ni 55.00~61.00 余 34.00~37.00 ≤0.60 ≤0.60 ≤0.60 Al ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 4.50~6.50 5.00~7.00 6.00~7.00 Mo / / / / / 1.80~2.20 Fe 余 ≤1.00 余 余 余 余 Nb / / / / 0.50 / 最高使用溫度℃ 1150 1200 1100 1250 1350 1400 熔點(diǎn)℃ 1350 1400 1350 1500 1510 1520 密度g/cm 8.2 8.4 8.0 7.1 7.1 7.1 電阻率20℃mm/m 1.12±0.06 1.14±0.05 1.05±0.05 1.42±0.07 1.45±0.07 1.53±0.07 伸長率δ% >20 >20 >25 >12 >12 >10 反復(fù)彎曲次數(shù) >9 >9 >9 >6 >6 >6 快速壽命試驗(yàn)℃/小時(shí) 1120/100 1175/100 1120/100 1250/100 1350/50 1350/50 磁性 非磁性 非磁性 非磁性 磁性 磁性 磁性 普通鎳鉻合金線圈的特點(diǎn)有：1、鎳鉻合金線的電阻相較于普通電阻而言電阻較大，使之可以提供足夠的阻值產(chǎn)熱，所以其產(chǎn)熱性能較好，一般加熱電氣中使用較為廣泛，如普通家用吹風(fēng)機(jī)使用的加熱元件就是鎳鉻合金線圈；2、鎳鉻合金性質(zhì)比較穩(wěn)定，長時(shí)間受熱工作也不容易氧化生銹，所以其使用壽命較長。但正因?yàn)槠渥柚堤蟮脑蚴怪a(chǎn)熱的功率非常高，一般普通吹風(fēng)機(jī)工作時(shí)，如果接通加熱線圈使之產(chǎn)生熱風(fēng)，其線圈的功率是電動(dòng)機(jī)運(yùn)作功率的幾倍，所以說比較耗能。 下面講講PTC元件：PTC熱敏電阻具有恒溫發(fā)熱的特性,其原理是PTC熱敏電阻加電后自熱升溫使阻值進(jìn)入躍變區(qū),恒溫加熱PTC熱敏電阻表面溫度將保持恒定值, 利用恒溫加熱PTC熱敏電阻恒溫發(fā)熱特性設(shè)計(jì)的加熱元件件.在中小功率加熱場合,PTC加熱元件具有恒溫發(fā)熱的特點(diǎn)，自然壽命更長,而且其熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響小，在電熱器具中的應(yīng)用越來越受到研發(fā)工程師的青睞.而傳統(tǒng)發(fā)熱元件無法勝任。PTC發(fā)熱元件和金屬構(gòu)件進(jìn)行組合可以形成各種形式的大功率PTC加熱元件[11]。 PTC電熱元件運(yùn)用廣泛，有普通實(shí)用型、自動(dòng)恒溫型以及熱風(fēng)元件等眾多適用范圍。 PTC陶瓷加熱元件有: 電燙斗、電烙鐵、電熱粘合器、驅(qū)蚊器、暖手器、干燥器、電熱板、卷發(fā)燙發(fā)器。特點(diǎn)是功率不大，熱效率高。 PTC加熱元件有：小型晶體器件恒溫槽、恒溫培養(yǎng)箱、電子保溫瓶、保溫箱、保溫杯、保溫盤、保溫柜、保溫桌等。具有自動(dòng)保溫、結(jié)構(gòu)簡單、恒溫特性好、熱效率高的良好特點(diǎn) [12]。 熱風(fēng)PTC加熱元件有：小型溫風(fēng)取暖器、電吹風(fēng)、暖房機(jī)、烘干機(jī)、干衣柜、干衣機(jī)、工業(yè)烘干設(shè)備等，輸出熱風(fēng)功率大、速熱、安全、能自動(dòng)調(diào)節(jié)功耗。 下圖為普通鎳鉻合金線圈和PTC元件的產(chǎn)品圖: 圖 3-1 吹風(fēng)機(jī)中纏繞在絕緣板上的鎳鉻合金線圈 圖3-2 暖風(fēng)機(jī)中的PTC加熱板 由此可見PTC加熱材料的特殊性能，等能耗，高熱效，成本低，安全性能好，非常適合作為公共場所的加熱元件。下面著重研究PTC元件的特點(diǎn)。 PTC元件具有以下特點(diǎn)：PTC元件具有特殊的溫度-電阻特性，隨著溫度的增加，它會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最小阻值(對應(yīng)溫度點(diǎn)即為居里點(diǎn))和最大阻值。在正溫度系數(shù)范圍內(nèi)，當(dāng)流經(jīng)元件的電流增大，其電功率就會(huì)隨之增加，必然伴隨著該元件溫度的升高，而溫度升高會(huì)是它的電阻增大，從而引起電流變小、功率減小。最終會(huì)有一個(gè)時(shí)刻使得電功率引起的溫度升高和散熱之間達(dá)到平衡，溫度、阻值將不再有變化，從而達(dá)到一個(gè)恒溫不變的狀態(tài)。PTC元件的這種特性廣泛運(yùn)用于精密儀器包括電子設(shè)備等的電控和溫控，也廣泛用于制造日常恒溫加熱器，如干燥器、滅蚊器等。 　　由電阻－溫度特性可以推出PTC元件的伏安特性曲線。如某種原因造成流過PTC元件的電流突然增大，則突然增大的電功率會(huì)使元件很快呈高阻狀態(tài)，使電流降至接近于零，起到電流、溫度的“自限”作用。因此，PTC元件可用于電子設(shè)備的過電流保護(hù)，過熱保護(hù)，如電機(jī)的過熱保護(hù)等。 　　PTC元件的電流－時(shí)間特性，說明電流從大到小有一延遲過程，這種延遲功能常用于電動(dòng)機(jī)、冰箱壓縮機(jī)的啟動(dòng)。將PTC元件串聯(lián)在啟動(dòng)繞組內(nèi)，接通電源時(shí)，PTC元件呈低阻狀態(tài)，因而啟動(dòng)繞級組有很大電流流過。啟動(dòng)完畢，PTC元件呈高阻狀態(tài)，因而電流很小，只有運(yùn)行繞組中有較大電流。 從上述對比分析可以知道，PTC元件可以準(zhǔn)確控溫且安全可靠，并且與一般電阻元件如鎳鉻合金線圈且價(jià)格相當(dāng)。對于本項(xiàng)目而言，送風(fēng)裝置所送出的風(fēng)目的是吹響人的身體表面，所以這對熱風(fēng)的溫度有特殊的要求，使之必須可控，溫度不能出現(xiàn)不可定量控制的情況。PTC元件的這種特性使之安全可靠，可避免不必要的事故。而對比一般加熱元件，它們自身沒有這種特性，在加入電流后，隨著時(shí)間的增加，元件本身的溫度會(huì)持續(xù)升高，如果不加以控制，甚至?xí)霈F(xiàn)熔斷短路的現(xiàn)象，非常危險(xiǎn)。所以使用這些元件的裝置，為了保證裝置的安全性，會(huì)在裝置內(nèi)部加入隔熱板，是裝置表明與人接觸的地方溫度可以接受。同時(shí)會(huì)在電路中加入溫度傳感器，當(dāng)電熱絲溫度過高超過人體舒適范圍后將自動(dòng)斷路，保證使用者和電器的安全。而這種方案不適合用于人體除濕系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)人身體潮濕的情況下，不希望吹拂而來的熱風(fēng)突然斷掉或快速增加，無論是哪一種都會(huì)對人造成傷害或影響心情。所以此方案的加熱元不適合鎳鉻合金線圈。而PTC加熱元件具有快速增溫且恒溫控制的特點(diǎn)，且具有過載保護(hù)的能力，這是它材料本身具有的特性。誰都希望在使用本裝置進(jìn)行干燥時(shí)能有一個(gè)舒服穩(wěn)定的風(fēng)吹在自己身上，而PTC元件可以達(dá)到這樣的要求。 而綜合之前的分析可知PTC元件對于本項(xiàng)目具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、溫度可控，能快速達(dá)到一個(gè)材料本身特性對于的溫度，快速控溫，適合該項(xiàng)目的需求特點(diǎn)； 2、技術(shù)成熟，市場上廣泛運(yùn)用于、暖手器、干燥器、電熱板、電燙斗、電烙鐵、電熱粘合器、卷發(fā)燙發(fā)器等。不需要研究開發(fā)，直接購買便可以使用； 3、安全穩(wěn)定，由于溫度可控，不會(huì)出現(xiàn)燙傷人或機(jī)器溫度過高熔斷電路的事故； 4、穩(wěn)定后通過元件的電流小，所以其耗能少，低碳環(huán)保，安全放心； 5、使用壽命長，不易出現(xiàn)故障，適合本項(xiàng)目裝置長時(shí)間使用類型需求； 6、價(jià)格合理，PTC電熱元件的市場價(jià)格和一般電熱元件如鎳鉻合金裸線圈相當(dāng)。可以很好的控制成本，實(shí)現(xiàn)盈利； 7、種類繁多，可選性大，可塑性強(qiáng)，可以滿足多種特殊需求。 綜上所述，對比之下，加熱元件最終定位PTC加熱元件。 PTC加熱元件種類也比較多，廣泛運(yùn)用于、暖手器、干燥器、電熱板、電燙斗、電烙鐵、電熱粘合器、卷發(fā)燙發(fā)器等，技術(shù)成熟，恒溫可控范圍大（25攝氏度—300攝氏度均可），而此項(xiàng)目令人感覺舒服的溫度一般為25攝氏度—35攝氏度，所以是完全可以實(shí)現(xiàn)的。而且PTC元件價(jià)格也不貴，對成本控制也相當(dāng)有利。PTC可塑造型眾多，下面來討論適合本項(xiàng)目的方案。 最起初的想法是在箱體出風(fēng)口的地方覆蓋一層網(wǎng)格狀的加熱元件。網(wǎng)格間隔3—4cm左右。然而實(shí)際操作中有幾個(gè)問題說明了這個(gè)想法的不合理性： 1、網(wǎng)格間距過大且近鄰出風(fēng)口，這樣在加熱情況下所吹出的風(fēng)冷熱將不均勻，會(huì)使人感覺不適； 2、出風(fēng)口面積很大（初步方案大概有0.75平方米左右），會(huì)使網(wǎng)格覆蓋面積過大，導(dǎo)致功率過高，不節(jié)能環(huán)保還浪費(fèi)成本； 3、這樣一來會(huì)是電阻線路繁多，如果出現(xiàn)故障不好檢修，增加麻煩。 經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)思考及分析，最終選擇將加熱元件后移，移到接近風(fēng)扇扇葉的地方（具體距離最終方案給出），范圍幾乎覆蓋扇葉面積。這樣加熱后的風(fēng)離出風(fēng)口有一定的距離給熱風(fēng)充分混合。另外，根據(jù)查閱資料可知，PTC元件的熱輻射范圍可達(dá)0.5cm—1cm，所以可以把元件間隔設(shè)置為相距1.5cm—2cm左右（可行性將仿真驗(yàn)證），這樣可以更加保證熱空氣的充分混合以使人倍感舒適，同時(shí)也不會(huì)影響出口的風(fēng)量。為了檢修的方便，把網(wǎng)格設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪O(shè)計(jì)，這樣只有一條線路，節(jié)約成本又方便檢修。如下圖所示： 圖3-3 由網(wǎng)格轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪?，結(jié)構(gòu)更簡單， 間距更合理，節(jié)約材料 這樣的設(shè)計(jì)相交之前有以下優(yōu)點(diǎn)。 1、加熱元件后移，可減少元件覆蓋面積，節(jié)約成本，同時(shí)為熱空氣混合提供足夠空間，一舉兩得； 2、合理的間隔設(shè)計(jì)，最大程度利用材料，同時(shí)避免了空氣冷熱不均的可能，同時(shí)也不會(huì)影響出口的風(fēng)量大?。? 3、設(shè)計(jì)為螺旋形，節(jié)約成本，簡化線路，方便檢修。 當(dāng)用戶需要用到熱風(fēng)功能時(shí)，在風(fēng)扇開啟的情況下，按下熱風(fēng)按鈕，電熱線圈通電。由于PTC材料的特殊性能，通電后線圈迅速達(dá)到材料性質(zhì)決定的穩(wěn)定發(fā)熱溫度，熱空氣覆蓋在風(fēng)扇前，在風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)下推動(dòng)空氣向前吹出，攜帶著熱空氣一起吹出，PTC元件散熱均勻，熱風(fēng)可在接觸到人體前混合均勻，使用者就可以享受到穩(wěn)定舒適的熱風(fēng)為身體干燥除濕。線圈將利用一個(gè)穩(wěn)定的絕緣支架進(jìn)行固定，并為其通電。其連接如下圖所示： 圖3-4電阻絲安裝示意圖 如圖所示，電阻絲呈螺旋狀安裝于風(fēng)扇前端15cm處，后端由一根連接于底座的細(xì)桿支撐，電阻絲中心與細(xì)桿支出部分耦合連接，通過細(xì)桿內(nèi)部空心管連接電路，這樣即實(shí)現(xiàn)了固定功能又讓電路不暴露于外部，使電路更加安全可靠。同時(shí)，安裝在靠扇葉的位置可以使電阻絲產(chǎn)生的熱在吹到人體前充分混合，讓人感覺更加舒適，電阻絲的排布很細(xì)也不會(huì)影響到送風(fēng)效果。這就是關(guān)于電阻絲安裝的說明。 第4章 降噪方案 設(shè)計(jì)之初考慮到會(huì)用到大功率的電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)，所以專門提出了要降噪的要求，目前對于一般電動(dòng)機(jī)及風(fēng)機(jī)的降噪方案有以下參考。 一般情況而言，電動(dòng)機(jī)噪音是機(jī)械噪音的一般來源。且主要是以下幾種原因： 1、由于機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的噪音。這類噪音是機(jī)械制造過程中要求不嚴(yán)格，工藝不精確所造成的噪音，所以要嚴(yán)格要求制造過程。如果機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子不平衡將會(huì)導(dǎo)致其越來越嚴(yán)重，所以發(fā)現(xiàn)了問題就要及時(shí)解決，或更換更好的轉(zhuǎn)子。 2、電機(jī)軸承產(chǎn)生的噪音及其解決辦法：生產(chǎn)時(shí)注意電機(jī)軸承的選擇，注意軸承徑向游隙的大小，徑向游隙過大會(huì)引起低頻噪音升高，過小的間隙則會(huì)導(dǎo)致高頻噪音升高?？偠灾欢ㄒ侠磉x擇，且要保證其潤滑度，時(shí)常加入潤滑油，這樣可以一定程度上降低軸承引起的噪音[13]。 綜上所述：為了降低電機(jī)噪音，除了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，建議采用科學(xué)、先進(jìn)的工藝方法和工藝設(shè)備，這些對于降低電機(jī)的振動(dòng)和噪音都是有利的，當(dāng)然電機(jī)噪音的解決至今都是一個(gè)技術(shù)難題，所以盡可能在設(shè)計(jì)及制造時(shí)嚴(yán)格要求，提高質(zhì)量，在平時(shí)的操作中發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)解決。 另外造成電機(jī)噪音的影響因素還有：氣流擾亂，即沿氣流路徑遇到的阻礙而造成了擾流從而產(chǎn)生的噪音；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與尺寸的影響，高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇會(huì)比低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇的噪音產(chǎn)生量更大；溫度升高，溫度升高一定程度上也會(huì)造成系統(tǒng)噪音增大；振動(dòng)，噪音的產(chǎn)生就是因?yàn)檎駝?dòng)，而過多的振動(dòng)不僅對機(jī)械穩(wěn)定性影響大，而且會(huì)產(chǎn)生更多噪音源。電壓變動(dòng)，電壓變動(dòng)也會(huì)影響噪音大小的程度。加到風(fēng)扇的電壓愈高，因轉(zhuǎn)速升高，振動(dòng)就愈大，產(chǎn)生的噪音也愈大[14]。 設(shè)計(jì)的考慮，如之前所說，盡可能在設(shè)計(jì)及制造時(shí)嚴(yán)格要求，提高質(zhì)量，因?yàn)闃?gòu)成風(fēng)扇的每一零件設(shè)計(jì)，均會(huì)影響噪音程度。所有的設(shè)計(jì)都要經(jīng)過認(rèn)真的思考，模擬，達(dá)到最高程度的合理性及平衡。生產(chǎn)過程中嚴(yán)格要求工藝精度，在可以在根源上減少噪音的產(chǎn)生。 可以看到，噪音對舒適度的影響非常大，而其產(chǎn)生的原因又相當(dāng)多， 包括電機(jī)，材料，轉(zhuǎn)速，溫度，設(shè)計(jì)之初的工藝選擇等等。而且降噪也是一個(gè)非常大的技術(shù)難題，所以降低噪音最好的辦法就是避免噪音的產(chǎn)生。 而本方案的設(shè)計(jì)沒有涉及到大型電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)，而只是普通家用電風(fēng)扇的配置，所以在很大程度上就直接解決了噪音產(chǎn)生問題?，F(xiàn)在生產(chǎn)的比較好的電風(fēng)扇三檔運(yùn)行時(shí)的噪音可控制在60分貝左右，可以說噪音是相當(dāng)小的，完全在人可接受的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在市場上甚至還有很多靜音風(fēng)扇，噪音可以控制到更小。 如果實(shí)際運(yùn)作中需要提高電機(jī)功率，那各噪音的增加也是相當(dāng)小的，完全在可接受的范圍內(nèi)。所以直接在根源上解決了噪音問題。另外可以在產(chǎn)品運(yùn)行過程中定期適當(dāng)加入潤滑油，保持電機(jī)的流暢運(yùn)作，合理選材，也會(huì)對減少噪音起到很大的作用。下表為生活中常聞聲的噪音分貝指數(shù)表： 表4-1常聞聲的噪音分貝指數(shù)表 常聞聲 分貝數(shù)（dB） 感覺 微風(fēng)吹動(dòng)樹葉沙沙聲 耳語 10 20 極靜 靜夜 室內(nèi)一般說話聲 30 50 安靜 大聲說話 嘈雜的鬧市 70 90 較吵鬧 電鋸 110 很吵鬧 響雷 螺旋槳飛機(jī)起飛 120 130 鼓膜震痛 噴氣式飛機(jī)起飛 火箭、導(dǎo)彈發(fā)射 140 150 無法忍受 一般家用電風(fēng)扇中噪音控制較好的可以把噪音控制在60分貝左右，可以從表中看出， 這個(gè)分貝數(shù)的噪音是人們完全可以接受的 項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，在一切部件確定前，根據(jù)用途對原理進(jìn)行初步探討時(shí)以為很有可能會(huì)用到大型風(fēng)機(jī)作為整體送風(fēng)裝置，而送風(fēng)裝置是本產(chǎn)品中唯一會(huì)產(chǎn)生噪音的部件，所以在設(shè)計(jì)要求中單獨(dú)提了對降噪方案的研究。但實(shí)際研究過程通過對多種送風(fēng)方式的對比研究，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目在滿足送風(fēng)效果的情況下，不必選用風(fēng)機(jī)作為送風(fēng)裝置，而是選擇價(jià)格便宜很多且噪音很小的電風(fēng)扇作為送風(fēng)裝置。這樣的選擇，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，首先很大程度上節(jié)約了成本，同時(shí)大大降低了噪音的產(chǎn)生。普通電風(fēng)扇的噪音值在60-70分貝左右，這個(gè)范圍的聲音是日常生活中完全可以接受的聲音，加上定期對電動(dòng)機(jī)的潤滑保護(hù)，可使電動(dòng)機(jī)磨損更少、噪音更小。所以本項(xiàng)目在送風(fēng)裝置選擇部分就解決了噪音問題，無需更多技術(shù)手段的運(yùn)用。 第5章 外觀設(shè)計(jì) 該項(xiàng)目是針對公共場所的服務(wù)性消費(fèi)項(xiàng)目，所以對外觀會(huì)有一定的要求，在最初構(gòu)想中提出了外觀設(shè)計(jì)方案，基本保持其外觀設(shè)計(jì)不變。下面對細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)做一定闡述。 除濕機(jī)將批量安裝，成排擺放，箱體的背面是進(jìn)風(fēng)口，為了提供足夠的空氣量，盡可能把箱體安裝在窗戶前面，離墻大概一米左右的位置，這樣可以保證其提供足夠的風(fēng)量。在一側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)鎖上的工作人員進(jìn)入通道，如出現(xiàn)故障可以有足夠空間供維修人員從該門進(jìn)入進(jìn)行檢測維修。箱體背面設(shè)計(jì)為網(wǎng)格狀的進(jìn)風(fēng)口，不影響進(jìn)風(fēng)量的同時(shí)避免危險(xiǎn)異物進(jìn)入箱體。 此項(xiàng)目為收費(fèi)項(xiàng)目，需要對收費(fèi)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，但本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求中不需要涉及收費(fèi)方案的設(shè)計(jì)。所以這里只是簡單提出合理的收費(fèi)方案，不做過多分析闡述。 關(guān)于收費(fèi)有兩種方式，一種是類似于學(xué)校洗澡處的IC卡刷卡出水的設(shè)計(jì)，針對于又卡的用戶，例如場館會(huì)員持有的會(huì)員卡進(jìn)行充值消費(fèi)，可促進(jìn)會(huì)員的辦理量。另一種方式為投幣消費(fèi)，具體一元多長時(shí)間在成本預(yù)算后給出。 這兩種收費(fèi)方式都是市場中相當(dāng)成熟的技術(shù)，故不做研究也可以提出并確信可以適用，且安裝中銷售公司也提供技術(shù)支持。 下面以圖片方式對外觀做具體闡述： 1 2 C B 4 3 A 圖5-1 箱體基本外觀構(gòu)架 1為控風(fēng)開關(guān)，風(fēng)味4個(gè)檔位，分別為關(guān)，低、中、高。 2為控溫開關(guān)，在控風(fēng)開關(guān)開啟后才能開啟，分為2個(gè)檔位，分別為，冷和溫。 3設(shè)計(jì)為刷卡槽或投幣孔。 4為箱體0.5m高度以上設(shè)置的掃風(fēng)板。 A、B為兩個(gè)點(diǎn) 箱體整體高2m；其中底部到A點(diǎn)出高1.6m。A到頂部高高0.4m，頂部為自然的1/4圓弧。箱體凹部寬0.5m，兩邊邊角分別寬10cm。 B處可設(shè)計(jì)一個(gè)字幕顯示屏，顯示類如“歡迎使用”之類的文字，使用時(shí)顯示使用時(shí)間。 C為出風(fēng)口凹面，以空調(diào)掃風(fēng)板方式設(shè)計(jì)，有消費(fèi)產(chǎn)生時(shí)，掃風(fēng)板自動(dòng)打開并開始自動(dòng)的上下掃風(fēng)，頻率初步設(shè)計(jì)為令人舒適的10s一個(gè)來回。 根據(jù)外觀大小可設(shè)計(jì)風(fēng)扇尺寸，出風(fēng)出處為離地面的0.5m起，因?yàn)?.5以下這些位置基本不需要吹風(fēng)，出風(fēng)口寬度為50cm，故風(fēng)扇扇葉的整體直徑設(shè)計(jì)為45cm，中間一米的位置均勻分配設(shè)置兩個(gè)風(fēng)扇，設(shè)計(jì)風(fēng)量可完全覆蓋整個(gè)出風(fēng)口，頂部出風(fēng)口沿圓弧面相切的位置安裝相同尺寸的一把風(fēng)扇對頭部進(jìn)行干燥。所以送風(fēng)面積約為0.75平方米。 出風(fēng)口設(shè)計(jì)：關(guān)于出風(fēng)口的設(shè)計(jì)，最初定位整齊孔狀或類似于空調(diào)的掃風(fēng)板，考慮到對出風(fēng)量的要求及美觀設(shè)計(jì)，最終確定為類似空調(diào)的掃風(fēng)板設(shè)計(jì)，利用低速偏心電機(jī)帶動(dòng)掃風(fēng)板上下往復(fù)擺動(dòng)，從而控制吹出的風(fēng)的方向。 其外觀主要參考柜式空調(diào)的出風(fēng)口設(shè)計(jì)，利用低速偏心電機(jī)帶動(dòng)掃風(fēng)板上下往復(fù)擺動(dòng)，其外觀如下圖所示： 圖5-2 普通柜式空調(diào)掃風(fēng)板外觀 上圖為普通柜式空調(diào)掃風(fēng)板外觀，本項(xiàng)目的出風(fēng)口設(shè)計(jì)參照此設(shè)計(jì)。由于本項(xiàng)目的出風(fēng)口為向內(nèi)的一個(gè)凹面，所以在設(shè)計(jì)制造過程中掃風(fēng)板的設(shè)計(jì)將按這個(gè)凹面的弧度進(jìn)行加工。同時(shí)工作原理也沿用空調(diào)掃風(fēng)板的掃風(fēng)原理，即利用低速偏心電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接掃風(fēng)板的連桿完成上下擺動(dòng)。此技術(shù)較為成熟且不是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)重點(diǎn)，故不展開研究。 第6章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 干燥系統(tǒng)的穩(wěn)定工作是一個(gè)相對復(fù)雜的運(yùn)行過程，沒有穩(wěn)定，可靠的控制系統(tǒng)提供控制支持，系統(tǒng)就無法按照操作達(dá)到你想要的工作狀態(tài)。合理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，對本項(xiàng)目安全、穩(wěn)定的運(yùn)行有至關(guān)重要的作用。 本項(xiàng)目的運(yùn)行主要涉及到兩個(gè)控制部分，一是控制電機(jī)停止、運(yùn)行，以及轉(zhuǎn)速快慢的運(yùn)行部分；二是控制PTC元件發(fā)熱或不發(fā)熱的電熱部分。如上述設(shè)計(jì)中所言，這兩個(gè)系統(tǒng)有獨(dú)立的控制開關(guān)，彼此也是獨(dú)立運(yùn)行，分開控制。所以這兩部分的控制系統(tǒng)也是分開設(shè)計(jì)的。 關(guān)于電熱控制部分：根據(jù)本文的研究結(jié)果可知，本項(xiàng)目采用的是PTC恒溫電熱元件。元件的恒定工作溫度有材料本省決定，一旦材料固定并通電穩(wěn)定后其發(fā)熱溫度就在一個(gè)固定范圍內(nèi)。所以本項(xiàng)目對PTC材料的選擇就決定了其恒定發(fā)熱溫度，這在電熱元件選擇的研究部分已作了詳盡闡述。針對本項(xiàng)目的需求，只需要提供其通電運(yùn)行和斷電停止的控制，且需要發(fā)熱工作一般在冬天氣溫偏冷時(shí)才需要，其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單，只有開啟和停止兩種狀態(tài)。所以其控制電路不需要用到太多復(fù)雜的元件，普通電路的接入、斷開就可以實(shí)現(xiàn)對它的控制，在這里不作太多展開的研究。 關(guān)于電機(jī)控制部分：電機(jī)的控制部分相對比較復(fù)雜，需要用到單片機(jī)原理進(jìn)行控制。通過查閱資料和了解單片機(jī)使用行情[16][18]等情況綜合考慮，最終確定選用基于MCS-51單片機(jī)的升級版AT89C52單片機(jī)。AT89C52單片機(jī)是由世界著名半導(dǎo)體公司ATMEL在購買MSC-51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后。利用該公司技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)創(chuàng)新半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到的成型產(chǎn)品。其性能安全可靠，技術(shù)先進(jìn)全面，非常適合作為本項(xiàng)目的單片機(jī)控制系統(tǒng)[21]。 本項(xiàng)目電機(jī)采用的是4級三相感應(yīng)式交流電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)中將以AT89C52單片機(jī)為核心。按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的要求以4個(gè)控制按鈕作為輸入端口，達(dá)到控制電機(jī)停止，運(yùn)行低、中、高檔位的目的。系統(tǒng)總體上分為5個(gè)部分：輸入模塊，AT89C52單片機(jī)，電源模塊，驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)5個(gè)部分，如下圖所示： 電源模塊 AT89 C52 輸 入 模 塊 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊 圖6-1 系統(tǒng)原理圖 通過查閱資料可知，影響系統(tǒng)機(jī)械特性的參數(shù)有：額定電樞電壓、額定磁通量、電樞外加電阻、電樞內(nèi)電阻、理想空載轉(zhuǎn)速等。當(dāng)改變上述變量時(shí)可以達(dá)到改變不同轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對速度調(diào)節(jié)的目的，具體參數(shù)關(guān)系參考參考文獻(xiàn)[15]-[16]。通過對上述資料的了解可以知道，供系統(tǒng)選擇的方案有三種，分別是： 方案一：通過采用電阻網(wǎng)絡(luò)或利用數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓[17]。從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是本方案會(huì)涉及到的數(shù)字電阻元件，其價(jià)格非昂貴，在有其他方案參考的情況下一般不考慮本方案。更主要的是存在的技術(shù)問題，一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，導(dǎo)致其電流很大，分壓在降低效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)困難。? 方案二：采用繼電器對電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整[18]。該方案的電路設(shè)計(jì)較為簡單，但電路響應(yīng)時(shí)間慢，其機(jī)械結(jié)構(gòu)非常容易損壞且使用壽命較短，不可靠。 方案三：采用驅(qū)動(dòng)芯片L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L298具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)[19]。? 綜合考慮多方面因素和本項(xiàng)目的特點(diǎn)，最終選用方案三。結(jié)合各方面技術(shù)需求，完成基本線路設(shè)計(jì)，其驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 1 C1 9 U2 D1 D3 IN1 OUT1 IN2 OUT2 IN3 IN4 OUT3 OUT4 ENA ENB SENSA SENSB s 7 +0.02 10 12 6 11 1 D2 D4 15 8 · · 圖6-2 驅(qū)動(dòng)電路 實(shí)現(xiàn)方式：該驅(qū)動(dòng)電路中，使用的是恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。L298可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可接4.5-7V電壓[18]，為滿足其需求將單獨(dú)為它提供控制電路。輸出電流可達(dá)2.5A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可同時(shí)驅(qū)動(dòng)3個(gè)風(fēng)扇電機(jī)，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間可分別控制事先設(shè)定好的驅(qū)動(dòng)速度。本設(shè)計(jì)我們研究驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的情況即可反映整體的情況。5，7，10，12接輸入控制電平，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。同時(shí)需要加二極管在電機(jī)的兩端，防止電機(jī)變速的時(shí)候產(chǎn)生的電流變化燒壞電機(jī)。 同時(shí)根據(jù)需要設(shè)計(jì)控制按鈕電路，電機(jī)的停、低速、中速、高速開關(guān)分別與單片機(jī)的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3相連。當(dāng)按動(dòng)相應(yīng)速度按鈕時(shí)，系統(tǒng)即控制電機(jī)以相應(yīng)速度運(yùn)行。具體電路如下： 18 XTAL2 9 RET 29 PSEN 30 ALE 31 EA 1 P1.0 停止 2 p1.1 低速 3 p1.2 中速 4 p1.3 高速 5 P1.4 6 P1.5 AT89C52 圖6-3 按鈕電路 按照上述設(shè)計(jì)完成了控制電路的內(nèi)部原理設(shè)計(jì)，整體的實(shí)現(xiàn)還需要控制流程，這不作為本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)，所以在這里只提供控制流程概想圖，不做程序研究。流程概想圖如下所示： 開始 按鈕掃描 N 是否有按下 Y 中速 低速 高速 停止 圖6-4 程序流程圖 上述研究內(nèi)容即是對本項(xiàng)目控制系統(tǒng)的研究，所有的原理圖，電路圖，流程圖都是根據(jù)多方資料的參考和對理論學(xué)習(xí)后提出的理論化設(shè)計(jì)。由于條件原因沒有進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)來測試研究，可作為實(shí)際操作的理論參考。 第7章 最終方案具體參數(shù)確定 通過上述章節(jié)的分析，確定了方案中涉及的幾大設(shè)計(jì)部分即送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)、加熱裝置選擇、降噪方案的最終執(zhí)行方案?，F(xiàn)在確定方案中涉及的各個(gè)部件的具體參數(shù)。 關(guān)于風(fēng)扇葉輪：根據(jù)外觀設(shè)計(jì)可知，干燥系統(tǒng)出風(fēng)口設(shè)計(jì)為寬0.5m，高2m的柜式箱體，由第六章外觀設(shè)計(jì)處論證可知，根據(jù)人的需求，箱體下部0.5m不設(shè)計(jì)出風(fēng)口。所以，出風(fēng)口包括中部高1m寬0.5m的區(qū)域，頂部針對頭部干燥的1/4個(gè)圓弧面。 風(fēng)扇葉輪數(shù)量不是影響風(fēng)量的根本原因，在實(shí)際工藝設(shè)計(jì)中風(fēng)扇葉輪一般都設(shè)計(jì)為奇數(shù)，這是由于若采用偶數(shù)片形狀對稱的扇葉，不好調(diào)整平衡，很容易使系統(tǒng)發(fā)生共振，倘葉片材質(zhì)又無法抵抗振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞，將會(huì)使葉片或心軸 發(fā)生斷裂， 因此多設(shè)計(jì)為關(guān)于軸心不對稱的奇數(shù)片扇葉設(shè)計(jì)。市場上風(fēng)扇一般都設(shè)計(jì)為3個(gè)葉片，葉片形狀為鳥翼型，這種形式的葉片流量大，但據(jù)大量實(shí)驗(yàn)證明，3片葉輪的風(fēng)扇噪聲更大[25]。所以綜合考慮把風(fēng)扇葉輪確定為4片，這樣的設(shè)計(jì)符合流體力學(xué)原理，具有較好的動(dòng)平衡性，不易產(chǎn)生振蕩，從而減少軸承的磨損。延長使用期限，降低維修成本。所以綜合考慮各種情況，本項(xiàng)目風(fēng)扇扇葉也設(shè)計(jì)為4片鳥翼型葉輪。造型如下圖所示： 圖7-1 風(fēng)扇葉輪形狀（正面） 48cm 圖7-2 風(fēng)扇葉輪形狀（背面） 下圖為三個(gè)風(fēng)扇的簡易位置圖： 電熱網(wǎng) 風(fēng)扇三 電熱網(wǎng) 凹面出風(fēng)口 風(fēng)扇二