空气净化器设计docx精品文档 天津工业大学 毕业设计（论文） 题目：空气净化器设计 姓 名 王佳思 学 院 机械工程学院 专 业 工业设计 指导教师 任成元 职 称 副教授 2014 年5月9日 。 1欢迎下载 精品文档 前 言 空气净化器是指能够将空气中各种杂质和污染物吸附、 消除和分解的一种空 气洁净机。包括 PM2.5、花粉、毛发、异味、粉尘、甲醛之类的装修污染在内的过敏原、粉尘等都是空气中需要去除的污染物。 而空气净化器是能够有效去除这些污染并且能够提升空气清洁度的产品之一。它的使用场所主要分为室内家居、商业场所、工业区域和车室内。 国家相关标准对于空气净化器定义是 “从空气中分离并且去除一种或多种污染物的设备。 [1] 对空气中的污染物有一定去除能力的装置。 ” 由于经济的迅速发展， 伴随经济发展同时带来的还有环境的污染， 人们逐渐开始关心生活环境的质量， 近年来，雾霾等空气问题逐渐显露出来， 空气净化器这一新型产品也开始流行起来。但现在市场上的空气净化器普遍存在造型单一，过于机械化得缺点， 有好的功能但没有好的形式。 因此，针对市场上这一普遍现象，通过调研分析， 在现有空气净化器系统的基础上再设计与创新， 设计出便于使用的，功能相对完善一款产品。 本文主要对家用空气净化器和车载空气净化器进行分析设计， 根据空气净化器的内部结构和各部件的工作原理， 以及消费者需求进行设计， 如家用空气净化器与加湿器的结合来增加产品的多功能性， LED显示屏的应用方便监测各项数据等设计了一套更适合生活，更便于使用的空气净化器。 。 2欢迎下载 精品文档 第一章 项目提出 1.1 空气质量隐患 近年来研究均表明，室内空气污染问题已不容忽视。 而中国是属于污染最严重的国家之一。 中国房地产市场井喷， 因为大量新宅 的装修导致了装潢材料以及新家具的化学制品所带来气体污染加剧； 而且中国的 3.6 亿烟民更带来了异常严峻的二手烟污染问题。 联合国环境规划署于 2013 年发布了关于过早死亡与空气污染相关的文件— —《全球未来环境展望 5》，在其中指出与空气污染有关有的死亡病例已近 200 多万。而世界卫生组织发布最新发布的报告则表明，平均为每天约 1000 死亡人 数是由空气污染所导致的，也就意味着每年有就约 40 万左右的人面临着死亡威 胁。而翻阅早期资料，早在 2000 年，世界卫生组织发布的文件中就预计了不久的将来有 6 万中国人死于空气污染。而《美国自然科学院刊》 （PNAS）于最近发 表的研究报告也称，因为空气污染人类平均寿命将会缩短 4、5 年左右。总的来 讲，种种数据都表明了， 中国的异常严重的空气污染给我们带来了巨大的生命威胁，它阻碍了我们的生活。 1.2 室内污染情况 室内是人们工作，生活，学习，娱乐的主要场所，据统计，大部分人每天四分之三的时间是呆在室内的， 所以室内是人们所处的主要场所， 随着越来越多的“宅一族”出现，我们更应当把室内以及封闭空间的空气质量问题加以重视。 室内，如家庭环境中，污染物主要为装潢材料产生的甲醛，粉尘等，家装中的甲醛潜伏期是 3 至 5 年，甚至更久，而宠物及身体毛发，皮屑，二手烟尘等也是不容消灭的； 而在工作环境中， 各类机器所带来的化学污染也十分严重； 车内室作为更加封闭的空间， 更加容易产生细菌， 异味等，也是十分需要被改量空气质量的场所。 。 3欢迎下载 精品文档 1.3 课题研究的意义 通过对现代人生活环境及方式的研究， 从而发现一些问题， 由于现代人在工 作和生活方式的改变， 越来越注重环境质量， 而随着这种观念的深入， 空气净化 器的开发、设计、研究、使用必将成为现代人所关注的问题之一。而现今国内市 场上的产品造型过于单一， 大多缺乏新意， 产品之间相似度高， 无法将形式与功 能统一并且相融合，而且材料浪费，二度污染的现象普遍存在。所以一款高效、 节能、智能的空气净化器才是消费者最终需求。 因此，针对市场上这一普遍现象， 本课题希望通过研讨国内外优秀的设计并通过调研分析， 在现有空气净化器系统 的基础上再设计与创新， 设计出便于使用的， 功能相对完善一款产品。 为丰富国 内市场，为赶上外国先进水平尽一份力。 。 4欢迎下载 精品文档 第二章 市场调研 2.1 空气净化器发展背景 消防用途是空气净化器最先生产使用的源头， 1823 年，詹姆 ?斯密斯和杰森发明了一种可供消防员在火灾时避免烟雾侵袭的新型防烟装置。 1854 年，一个叫亚尔弗列得的人在这些前辈的发明基础上取得了新的进展：他通过多次尝试， 多次实验，发现了空气中有害有毒气体和一些颗粒杂质可以被木炭吸附过滤掉这一现象。 美国政府于二战期间开始了放射性物质的研究， 因此为了保证安全， 使科学家们可以顺畅呼吸， 他们需要研发一种装置来过滤掉所有有害颗粒， 因此他们发明出了 HEPA过滤器。在 20 世纪 50 年代到 60 年代， HEPA过滤器非常流行，并不是所有过滤器都是 HEPA过滤器， HEPA过滤器的标准是，对于 0.3 微米的颗粒，它的过滤效率高达 99.97 ％，它这只是一个单次的过滤效率。其实， HEPA 过滤器工作的风阻太高， 使用起来相对来说不适合， 因为净化是一个循环的过程， 它强调循环的概念，即强调平衡风阻和效率。截至到 2013 年下半年，绝大多数市场上的空气净化器， 除去万元以上的专用场所的空气净化器， 其过滤网都不能被称之为“ HEPA”。 进入 20 世纪 80 年代，净化空气重点已经转移到了空气的净化方法， 不断更新的科技也促进着空气过滤方式的创新。 相较于过去，仅能除臭，吸收有毒气体，但不能除去霉菌、 病毒和细菌的空气过滤器， 现在新的家庭、 办公室和车室内所使用的空气净化器， 不仅能清除有毒气体， 而且还净化空气， 过滤掉空气中散布的的病毒，花粉，细菌，灰尘等。 技术的每一次变化都给人们带来了改善室内空气质量的显著成果， 因此目前空气净化器已有了大量不同的设计方法， 而这一切只有一个目的： 通过改善空气质量来提高人们室内生活的指数。 目前大多数空气净化器主要是由内外部结构构成，外部结构包括机箱外壳、液晶显示屏，功能按键；内部则是过滤系统，风道，电机，电源，传感器来构成的。电机决定着净化器的寿命， 过滤系统决定净化效果， 风道决定机器工作是否安静，给人带来最直观的视觉感受的就是外部构造，即机箱外壳。 2.2 空气净化器的市场调研 2.2.1 国内空气净化器市场调研 。 5欢迎下载 精品文档 国内对于空气净化器的研究目前还处于初步阶段， 人们虽然开始注重改善空气污染等问题， 但对空气净化器的使用率还是极低的。 目前国内基本上是小品牌 生产居多，质量粗劣；也有个别大品牌对其进行了研究，但效果不明显，造型多雷同，生产产品造型单一。 不过也有个别企业通过聘请国外设计师推出了一系列的优良设计。 下面对一些国内一些家用和车载的空气净化器进行对比分析： 美的一款根据《机器人总动员》中伊娃的形象设计的家用空气净化器 （图 2-1 ）， 造型圆润，线条柔和，其体量大，适合大空间的使用，使用功率也在 50W左右。 其设计点还在于背部人性化防滑提手的设计， 漩涡出风口以及白色导流 面板对弧形的利用，还有操作面板的智能化。 如图 2-2 的 SKG家用空气净化器的灵感来源于迪拜的帆船酒店， 造型独特， 内圆外方，立体感强， ABS材料模拟出金属的质感，科技感强，优雅弧形，线条 流畅，但是与同功能大小的净化器比所占空间较大，而且不易清洁。另一款 SKG 家用空气净化器 （如图 2-3 ）灵感来源于迪拜的帆船酒店， 造型独特， 内圆外方，立体感强， ABS材料模拟出金属的质感，科技感强，线条流畅，但是与同功能大 小的净化器比所占空间较大，而且不易清洁。 下面对国内几款车载空气净化器进行分析 : 如图 2-4 的净美仕车载或小空间空气净化器叫做魔盒， 这个命名不仅表现了形态的来源CQ9电子，也表现了其功能的强大，造型独特，科技感强，其触摸开关按键的设计不仅符合人机，而且对于形态有突变功能，造成视觉突变的美感。 小熊品牌所设计的随身携带的空气净化器（图 2-5 ），体量小，方便携带， 造型可爱，一键操控方式，使用便利，但不足的一点是工作效率太低。而 TCL 的如图 2-6 所示的车载空气净化器采用高亮钢琴烤漆，造型轻薄，十分有质感， 触摸式按键操作控制，开关机更便捷，双向循环空气导流系统， ABS环保材料，过滤网可更换，无耗材，使用寿命长。 2.2.2 国外空气净化器市场调研 由于国外空气净化器的使用率高， 国外对其的发展也比较迅速， 很多大品牌已经形成了完整的设计体系， 造型多变， 材料运用得当， 并且注重对不同区域的使用而对产品进行改变，有很多值得我们学习和借鉴的地方。 以下也对国外的净化器进行分析研究，首先是家用空气净化器： 如图 2-7 的飞利浦家用的空气净化器， 不仅有定时功能， 而且过滤网需要更换时还有提醒功能， 颜色活泼靓丽， 材质也是 ABS环保塑料。而图 2-8 这款飞利浦家用的空气净化器的设计点主要在空气检测显示区域，当空气通过圆形孔时， 。 6欢迎下载 精品文档 空气感应器会检测空气的质量， 再通过圆口区域周边嵌入的 LED来显示空气的指数级别，直观的将信息反馈给用户。 摩瑞尔家用空气净化器 （图 2-9 ）的设计来源于企鹅的形象， 仿生效果很好，但看起来过于单薄，其背部有菱形出风口设计，可将洁净空气遍布居室。 以下是一些国外的车载空气净化器 : 如图 2-10 的车载空气净化器来自三星，圆柱体的造型简洁大方，机身直径 大小符合汽车杯托大小， 方便摆放。而另一款 CADO车载空气净化器（如图 2-11 ），单片氧化铝拉丝成型工艺， 时尚的光泽散发厚重的质感， 灌装饮料瓶的大小的设计，能够轻松放入杯托，上部蜂窝状吸气口亮着蓝色 LED灯，有装饰作用。 2.2.3 概念设计调研 近年来，由于对空气质量问题的关注度逐渐提升， 空气净化器的设计也一直层出不穷，一些概念设计也不断涌出， 我们也可从这些概念设计上吸取一些好的 想法来提升自己的设计思维。 这款 Pebble 便携空气净化器由设计师 Narayan Bashkiria 设计，外观圆润光滑似鹅卵石一般。 其 LED显示屏可直观的显示其工作状态， 净化方式则采用等离子技术净化。工作，休息睡觉时，都可将它放在离身边不远的地方；甚至可以 将它放在口袋中随时携带，随时改善人们周围的空气质量。 2.3 空气净化器调研结果分析 在调研过程中我发现空气净化器两个必要的硬性指标： 1、必须保证机器工作时对室内空气达到一定的更换次数（国际是 5次），因 此要求内置的风机有一定的风量。 2、机器的必须有 90%以上的首次净化效率， 因为净化效率 (CADR)越高，即空 气被净化的速率越高，这也表明空气净化机性能就越好。 我们在进行设计时，应考虑以下几点： 第一，以上两点必要硬性指标即要求在造型设计上充分考虑净化器内部工作区域的面积与空间，所以，一般来说，体积大的净化器净化速率与能力较高。 第二，而随着机器的使用，采用过滤、吸附、催化原理的净化器、器内滤胆饱和，设备的净化能力下降，需要清洗、更换滤网和滤胆，我们应当考虑在设计 时考虑清洗与更换方便的问题。 最好是将各区域模块划分， 以达到组装与拆卸的方便。 第三，空气净化器要有环形导流面板的设计，或者单向进出空气口。 。 7欢迎下载 精品文档 由于目前，市场上的净化器工作装置一般有微风扇（控制空气进行循环流 动）、空气过滤系统（实现对空气净化的作用） 、水箱（起到加湿空气作用） 、智 能监控系统（对机身与环境各种指标进行监控） 、负离子发射器和高压电路（发射出负离子而形成负离子流并随过滤后的空气一起排除机内） 。而造型上的装置有机箱外壳、风道设计、电源、液晶显示屏， LED灯等。 现在，市场上的空气净化器多为平板造型， 这是因为内部过滤网及其他除尘 装置均为平板造型。还有，在机身上有都有一个空气监测器，内部安有 LED灯，用灯光颜色的变化来提醒人们空气指数。 其次，在材料方面， 外壳多为金属材料和 ABS环保塑料。 在调研中，发现以下问题可以改进 : 机身造型比较单一， 没有变化， 与环境不相容；而机器的人机界面较为复杂，不方便操作，也影响了机身的整体性，而 且，没有单独操作的遥控器，极其不方便；机身为了工作效率体积较大，不用时 也比较占空间，而且因为体量大，重量也大，一般均在 10kg 作用，不方便移动，我们可以在底部安几个万向轮来解决这一问题， 还有，平板造型在空间中竖直摆放会给人不稳定的感觉。 最后，因为现在追求多功能设计， 所以我觉得还可以改进的一点是可以增加一些其他小功能， 如加入加湿功能， 空气的熏能等， 改变产品功能的单一。 还有，在现在的市场中， 对净化器的使用人群并没有进行划 分，我觉得老年人家庭与白领家庭与家里有儿童的家庭使用需求是不一样的， 例如老年人家庭需求就是操作简便， 白领家庭就是造型简洁大方， 有儿童的家庭则是需要机器安全。 。 8欢迎下载 精品文档 第三章 设计思路 3.1 设计点分析 首先在空气净化器的结构原理了解之后， 先分析出了设计时必须要考虑的几点：风道的设计必须合理， 过滤系统考虑后决定采用过滤网和负离子发射器的方式来清洁空气， 而智能检测系统和引导空气流入的微风扇， 高压电路组成部分必须考虑进去。 家用空气净化器普遍体量大，机身沉，功率一般为 30W到50W之间，但因为其体量大其工作效率也极高。 而车载空气净化器虽然机身小， 工作效率偏低， 但因为本身就是适合车室内用的净化器， 其工作效率与车室内大小也刚好相配。 对于家用空气净化器来说，可以改变的不仅仅是其造型，在追求多功能化的今天， 一机多用也是一个不错的设计点。 而从造型上来说， 市场上的家用净化器大多类 似与空调式的平板造型，颜色也多为黑，白，灰，不符合机器工作的特性。而对 于车载空气净化器来说， 可以改变的也有很多， 例如风道的改变， 一键操作式的 设计 , 机器固定方式等也可以有较多改变。 3.2 设计目标用户分析 首先，目标群体当然是空气净化器的需求者； 其次，将设计范围缩小至封闭空间（家居室内或车室内）等偏生活化的空间；第三，设计的消费群体主要为年轻或中年群体，所以在功能和颜色选择上应当有所考量。 3.3 设计功能分析 过滤空气系统，其中包括过滤网以及负离子发射器； 空气监测系统。通过传感器监测空气质量，湿度，温度等； 用户界面。其中界面应该简单易懂， 方便操作，能很好的反馈用户需要的 信息； 可拆卸机身外壳。 因为过滤网使用一段时间其功效会因饱和而减弱， 所以应当定期对过滤网更换或清洗，因而需要过滤网方便拆卸。 加入其他功能。如加湿，香薰等功能。 。 9欢迎下载 精品文档 第四章 方案提出 4.1 方案一 这是一款家用的或大型空间使用空气净化器的设计，主要通过材质，颜色， 功能划分区域， 最大的特点是斜切角为智能空气检测显示区域， 通过 LED灯的颜 色来判断空气质量。 但缺点是造型比较单一，形式单薄，没有较多变化。 4.2 方案二 是一款车载的或小型空间使用的空气净化器的设计， 花瓶的造型，斜面排出空气孔使空气扩散范围更大， 底部为进污气口， 上部为排空气口，风道区分明确。但是材料浪费，功能较单一，并且相对于车内使用不够稳定。 4.3 方案三 这是一款车载或小型空间空气净化器， 造型来源于仿生莲蓬的形态， 表达植物洁净空气的涵义。其上下部可分离，方便移动。下部底盘下有一个吸盘（如图 4-4 ），可以使机身在不稳定空间里使用，十分安全。但是造型并不简洁，多有些累赘感。 4.4 方案四 车载空气净化器仿造不倒翁的特点设计，将电机等重量大的构造放在底部， 形成不倒翁的效果，使之在不稳定的行车途中更加安全。开启方式为用手轻推， 关机方式按下部大按钮。 表面为 LED屏，可以显示空气质量指数， 机身工作状态 等信息。（如图 4-6 ）：左为关机状态，中为开机并且空气质量需要改进，右为空 气质量适宜。其进气口在侧面， 出气口在上部。家用空气净化器和车载同一系列， 底部有轮子，便于移动，后部有收线器， 方便整理。但其缺点是材料也较为浪费， 风道设计不合理。 4.5 方案五 这是一款家用或大型空间使用的空气净化器的设计， 其造型简洁明确， 颜色 轻快又不失沉稳，功能区域分工明确，最上部黑色部位为智能造作面板和 LED 显示屏区域，下部白色外壳可以拆分，方便更换和清洗过滤网，此外，在设计时 。 10欢迎下载 精品文档 还加入了加湿的功能， 增添了机器的功能化， 但是该方案设计略显厚重， 还需要进一步细化。 。 11欢迎下载 精品文档 第五章 方案确定 通过对以上几个方案对比研究， 并进行了深入的调研分析， 对消费者的需求 等进行了综合分析， 最终选定方案五， 方案五在充分考虑消费者需求、 各部件合 理分配、材料颜色的选择， 以及人机界面的交互尺度的要求等条件下， 更加细化 并且改善了方案五的某些不足之处， 希望可以得到实用的， 方便的，优秀的设计。 5.1 设计理论 5.1.1 设计的基本要求 一个好的产品必须具备以下几个基本要求： 功能性要求 . 功能性要求是现代产品最基本的要求，并且相对以往有着更丰富的内涵。它不仅包括了物理功能，即产品的结构、特性、可靠度和精准度； 它还包括了产品的生理功能， 即产品在使用时的安全便利性和舒适性等； 而产品 的心理功能在现代设计中更是必不可少，产品的色彩，造型，材质，肌理和装饰 等要素引导着热门的心理情感； 而产品的社会功能则是凌驾于其他功能之上， 一个产品既象征着一个人的价值，还可以散发出其兴趣，爱好，更反映出他的等。 审美性要求。一个产品影响消费者第一要素是它的功能， 而在功能相似的情况下影响消费者购买选择的是产品的外在表现。 而现实生活中的绝大多数产品都是充满商业性的产品， 因此产品的审美不是设计师个人的主观审美倾向， 而应该是大众普遍的审美， 这样才符合市场的需求。 而现代产品逐渐开始追求简洁的美和新颖的美，不崇尚通过繁复的装饰给消费者创造美的感受。但其最重要的， 是必须在满足功能的基础创造美，即形式追随功能。 经济性要求。除了满足个别高端定制的产品， 现代工业产品基本上都是大 批量生产与销售。设计师必须首先从用户的角度出发，在保证其质量的前提下，对材料的选择和构造的简洁化进行研究。 [2] 从而减少多余的劳动力损耗，减少资源浪费，并且增加产品的使用寿命，使其便于运输，回收和维修等等。还应该在 合理的范围内用户的使用费用和企业的生产费用降低， 物美价廉的产品， 才能既为企业创造效益，也为用户带来实惠。 创造性要求。设计的灵魂就是创造， 尤其在产品的更新换代周期逐渐缩短 的今天，改进与创造产品都必须突出其独创性。 没有新意的产品无法在市场上立足。因此，产品设计必须创造更多更新的便利和功能， 或是有着能够唤起新鲜视觉感受的造型，但其必须在功能完善的基础上达到。 。 12欢迎下载 精品文档 适应性要求。产品都是供特定使用者在特定环境而使用的。 因此产品设计在设计的过程中必须考虑产品与人、 时间、地点的关系， 也要考虑产品与物的关系，另外还需考虑产品与社会的关系， 比如某些民族中存在着忌讳的形态， 信仰的文化。任何产品都必须适应这些由人、物、地点、时间和社会诸多因素构成的 使用环境的要求，否则，它就不适合在市场上生存，所以在设计时，应当首先在产品被使用的整体环境中去构想产品。 5.1.2 设计参考学科 一个设计师，在设计工作时，需要掌握的相关学科和技能是非常丰富的。 而在此次设计中，重点对以下几个方面进行了分析研究与设计参考： 设计物理学。它主要提供了产品在设计时所需要的电、力、光、热学等知识，从而保证设计各方面的合理和产品的科学性。 在此次设计过程中， 关于空气净化器风道等的设计都围绕着其科学原则和规律的合理性来设计。 设计材料学。一个优秀的设计师必须了解各种材料的各种性能， 以及其加工工艺，其优缺点，其价格等各因素，从而在综合分析之后选择合适的材料。而在此次设计中，我选择了 ABS作为主要材料

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