一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及离心风机技术领域，尤其涉及一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置。一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括以下步骤：步骤a1、根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R2；步骤a2、根据叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线。所述扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。噪音高且真空度小的问题。噪音高且真空度小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置


[0001]本专利技术涉及离心风机
，尤其涉及一种扫地机器人专用的高速离心风机及其设计方法和装置。

技术介绍

[0002]随着生活水平的提高，扫地机器人具有操作简单和使用方便的优点，越来越多的消费者选择了扫地机器人，扫地机器人进入人们生活，并和家庭、办公联系在了一起，成为了小家电中的重要一员，深受欢迎。而在扫地机器人中，发挥主要作用的是其内部的高速离心风机，而随着人民生活水平和健康意识的大幅提升，高速离心风机在扫地机器人中如何高效、稳定、安静地运行是产品设计和工程优化中的关键问题。
[0003]在传统的扫地机器人离心风机的叶轮设计中，通常根据设计的二维叶型轴向拉伸一定高度，但离心风机内部是复杂的三维流动，因此叶轮的型线应是一个复杂的三维空间曲线。因此大多数扫地机器人离心风机采用原始的设计方法，效率比较低、噪音较高且真空度小。在运行过程中耗能大，影响周围环境，大大浪费能源，不利于可持续发展。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，设计得到的高速离心风机具有效率高、静压高、噪音低和真空度大，应用于扫地机器人中具有吸尘效果好的优点，解决了现有扫地机器人中的高速离心风机效率低、噪音高且真空度小的问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提出一种上述用于执行扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法的设计装置，设计过程中可以根据具体工况进行参数优化，整个设计过程采用计算机辅助设计，减少了人工误差并提高了设计效率，便捷地做到参数可调。
[0006]本专利技术的再一目的在于提出使用上述用于实现扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法设计得到的高速离心风机，具有效率高、静压高、噪音低和真空度大的优点，应用于扫地机器人中，扫地机器人的吸尘效果好。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，包括以下步骤：步骤a1、根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R2；步骤a2、根据叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线，以绘制叶轮的机壳和轮毂在子午流面的型线；步骤a3、在叶轮的机壳型线与轮毂型线间截取数个叶高截面；步骤a4、将截取的各三维的叶高截面通过保角变换转换为二维平面，将坐标系由三维的坐标系变换成二维的流面坐标系；步骤a5、在流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；
步骤a6、将设计的各叶型通过二维坐标转换为三维笛卡尔坐标，即不同叶高处的三维叶型，并按设置最大包角的方式进行放置，得到三维叶型；步骤a7、将设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮；步骤a8、根据设计的叶轮对蜗壳采用螺旋渐开线的方式按照流场进行匹配设计，得到蜗壳。
[0008]更进一步说明，所述步骤a2中，子午流面型线在z
‑
r平面上，分别由机壳型线和轮毂型线构成，机壳型线与轮毂型线分别由两条四控制点的三次B样条曲线控制；机壳型线的控制点分别为A1、A2、A3和A4，其中线段A1A2保持水平，线段A3A4保持垂直，记线段A1A2的长度为L1，线段A3A4的长度为L2；轮毂型线的控制点分别为A5、A6、A7和A8，其中线段A5A6保持水平，线段A7A8保持垂直，记线段A5A6的长度为L3，线段A7A8的长度为L4；其中控制点A1与控制点A5的横坐标相同，控制点A4与控制点A8的纵坐标相同；控制点A1的纵坐标为R1，控制点A5的纵坐标为R2，控制点A4和控制点A8的纵坐标为R3，控制点A4与控制点A8的横坐标之差为叶片宽度B；L1的范围为0.3(R1‑
R2)~0.6(R1‑
R2)，L2的范围为0.9B~1.1B，L3的范围为1.2(R1‑
R2)~1.4(R1‑
R2), L4的范围为1.2B~1.4B。
[0009]更进一步说明，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间取1～15个叶高截面。
[0010]更进一步说明，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间按10%的高度梯度变化，分别构建从0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的叶高截面。
[0011]更进一步说明，所述步骤a4中，将二维叶型定义在流面坐标系下，流面坐标系由三维圆柱坐标系通过保角变换得到：；其中，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，θ为圆周角，定义m为子午长度，m
’
为无量纲子午长度；对于三维笛卡尔坐标系下的叶型离散点，通过以下的梯形法则积分获得二维坐标：；；
；其中，角标i为离散点序号，与z轴垂直的平面为xoy平面，x为xoy平面的x方向的坐标值，y为xoy平面的y方向的坐标值，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，其中。
[0012]更进一步说明，所述步骤a5中，叶型由前缘P1S1、尾缘P4S4、吸力面S1S2S3S4、压力面P1P2P3P4四段曲线组成，其中吸力面和压力面为四控制点的3次B样条曲线，所述前缘和所述尾缘分别为圆弧，P1、P2、P3和P4均为所述压力面的控制点，S1、S2、S3和S4均为所述吸力面的控制点；其中，线段P1P2与线段S1S2相平行，线段P2P3与线段S2S3相平行，线段P3P4与线段S3S4相平行；定义β1为进口气流角，β1为线段S1S2与线段S1S4的夹角，25
°
≤β1≤45
°
；定义β2为出口气流角，β2为线段S3S4与线段S1S4的夹角，25
°
≤β2≤45
°
；定义S1与P1的距离R
l
与线段S1S4的比值为前缘系数χ
l
，0.01≤χ
l
≤0.04；定义S4与P4的距离R
t
与线段S1S4的比值为尾缘系数χ
t
，0.005≤χ
t
≤0.02；定义吸力面距离线段S1S4的最大值为弯度f，0.05≤f≤0.2。
[0013]更进一步说明，所述步骤a6中，在流面坐标系下，流面坐标系的横坐标θ的单位为弧度，对二维叶型进行安放，定义最大包角θ
max
，将二维坐标转换为三维笛卡尔坐标，得到不同叶高处的三维叶型，通过边界混合得到三维叶型。
[0014]更进一步说明，所述步骤a8中，所述蜗壳的型线呈渐开式螺旋线，所述蜗壳的型线由依次连接的五段弧线C1、C2、C3、C4、C5和一段直线D1组成，直线D1连接于弧线C5的末端；G1至G2之间的弧线为弧线C1，弧线C1对应的圆心为O1，O1为叶轮的圆心，弧线C1对应的半径为E1；G2至G3之间的弧线为弧线C2，弧线C2对应的圆心为O2，弧线C2对应的半径为E2；G3至G4之间的弧线为弧线C3，弧线C3对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a1、根据高速离心风机的安装尺寸确定叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，根据给定的电机尺寸确定轮毂半径R2；步骤a2、根据叶轮进口半径R1、叶轮半径R3和叶片宽度B，通过四点控制法分别控制叶轮的机壳型线及轮毂型线，以绘制叶轮的机壳和轮毂在子午流面的型线；步骤a3、在叶轮的机壳型线与轮毂型线间截取数个叶高截面；步骤a4、将截取的各三维的叶高截面通过保角变换转换为二维平面，将坐标系由三维的坐标系变换成二维的流面坐标系；步骤a5、在流面坐标系下，每个叶高对应的二维平面上单独设计叶型；步骤a6、将设计的各叶型通过二维坐标转换为三维笛卡尔坐标，即不同叶高处的三维叶型，并按设置最大包角的方式进行放置，得到三维叶型；步骤a7、将设计的三维叶型与叶轮的机壳型线和轮毂型线合并得到叶轮；步骤a8、根据设计的叶轮对蜗壳采用螺旋渐开线的方式按照流场进行匹配设计，得到蜗壳。2.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a2中，子午流面型线在z
‑
r平面上，分别由机壳型线和轮毂型线构成，机壳型线与轮毂型线分别由两条四控制点的三次B样条曲线控制；机壳型线的控制点分别为A1、A2、A3和A4，其中线段A1A2保持水平，线段A3A4保持垂直，记线段A1A2的长度为L1，线段A3A4的长度为L2；轮毂型线的控制点分别为A5、A6、A7和A8，其中线段A5A6保持水平，线段A7A8保持垂直，记线段A5A6的长度为L3，线段A7A8的长度为L4；其中控制点A1与控制点A5的横坐标相同，控制点A4与控制点A8的纵坐标相同；控制点A1的纵坐标为R1，控制点A5的纵坐标为R2，控制点A4和控制点A8的纵坐标为R3，控制点A4与控制点A8的横坐标之差为叶片宽度B；L1的范围为0.3(
‑
)~0.6(
‑
)，L2的范围为0.9B~1.1B，L3的范围为1.2(
‑
)~1.4(
‑
), L4的范围为1.2B~1.4B。3.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间取1～15个叶高截面。4.根据权利要求3所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a3中，采用插值法在机壳型线与轮毂型线之间按10%的高度梯度变化，分别构建从0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的叶高截面。5.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a4中，将二维叶型定义在流面坐标系下，流面坐标系由三维圆柱坐标系通过保角变换得到：
；其中，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，θ为圆周角，定义m为子午长度，m
’
为无量纲子午长度；对于三维笛卡尔坐标系下的叶型离散点，通过以下的梯形法则积分获得二维坐标：；；；其中，角标i为离散点序号，与z轴垂直的平面为xoy平面，x为xoy平面的x方向的坐标值，y为xoy平面的y方向的坐标值，z为轴向方向的坐标值，r为径向方向的坐标值，其中。6.根据权利要求1所述的扫地机器人专用的高速离心风机的设计方法，其特征在于，所述步骤a5中，叶型由前缘P1S1、尾缘P4S4、吸力面S1S2S3S4、压力面P1P2P3P4四段曲线组成，其中吸力面和压力面为四控制点的3次B样条曲线，所述前缘和所述尾缘分别为圆弧，P1、P2、P3和P4均为所述压力面的控制点，S1、S2、S3和S4均为所述吸力面的控制点；其中，线段P1P2与线段S1S2相平行，线段P2P3与线段S2S3相平行，线段P3P4与线段S3S4相平行；定义β1为进口气流角，β1为线段S1S2与线段S1S4的夹角，25
°
≤β1≤45
°

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，张玮玮，覃万翔，梁燕好，
申请(专利权)人：广东顺威精密塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：