美的卡通电风扇造型创新设计

摘要

随着科学社会的发展，人们越来越追求便捷、舒适的生活方式。每到夏天，酷热的天气让我们寻找各种能带来凉意的降温方法。在远古技术落后的时代，人们通常通过扇子、冰块等比较直接的方式制冷，但制冷效果不佳。如今科技先进，我们有很多选择，例如：空调、电风扇、冷风机等，这很大程度上已经解决了炎热难耐的问题，但这些设备无法随身随行，这给出行的人们带来困扰。为解决这一问题，市面上便有了各式小风扇，但其外形功能比较单一。因此为了升级这种小风扇，本论文以便携式多功能小风扇为题材，讲述小风扇的简介、分析小风扇的功能及其对应的工作原理、分析小风扇的结构设计及材料选择。通过分析小风扇的基本结构设计和基本功能的实现，了解其工作原理，并在此基础上，再增加一些新的功能。第一，实现三档风速调节，以满足不同风速的需求；第二，增加加湿功能，辅助提高降温效果；第三，扇头可旋转、增加一可拆卸底座、手柄处可折叠，以便于使用和携带。

关键词：小风扇、便携、多功能、调速

第一章小风扇的简介

1.1小风扇的概述

小风扇又称小电扇，是为解决携带方便，随时随地提供降温散热而研发的手持小风扇。它的前身是我们的日常家用电器电风扇，体型较大，质量较重，而且依靠市电电网提供的电力来驱动风扇，造成使用的局限性。近几年，可移动的小风扇逐渐火热。

电风扇最初由美国人舒乐发明的，而最开始的研究要追溯到年。美国的詹姆斯·拜伦首先发明了一种可以固定在天花板上的机械风扇，是靠发条驱动的；年，法国的约瑟夫发明了靠发条涡轮启动，用齿轮链条装置传动的机械风扇，外形相比拜伦的精致些；年，美国的舒乐发明了世界上第一台电风扇，他将铁叶片直接安装到电动机上，插入电源，叶片飞速转动，从此宣告“电风扇”问世。年，纽约一发动机厂的工程师休伊·斯卡茨·霍伊拉改进了舒乐发明的电风扇，第二年，工厂开始大规模生产，并作为世界上第一台商用电动风扇投放市场；直到年，美国埃克发动机及电气公司成功地开发出世界上第一台靠齿轮驱动实现左右摇头的电风扇，这类电风扇可以防止不必要的度摇摆扇头，之后市场的消费主流。而中国最早引进的电风扇是在年由美国商人带来的。

电风扇是通电线圈在磁场中受力而转动，将电能主要转化为机械能和部分内能，内能向外散热，使环境温度升高。我们人体感觉到凉爽，是电风扇在运转时，环境中的空气流动起来，人体会迅速蒸发汗液的汗液快速蒸发，吸收体内热量，才有了凉爽的感觉。小风扇的工作原理跟一般电风扇是一样的，只是因为使用的情况不同，在结构设计上相比之下要简单得多。

1.2小风扇的发展状况

1.2.1发展现状

随着现代生活越来越多样化，人们对生活品质的追求也越来越高，目的是让自己过上舒适的生活，那么这时就需要通过一些小工具来充当提高幸福生活指数的小助手。特别在炎炎夏日期间，离开了有空调的地方实在让人难耐，经常满身大汗让人感觉不适和尴尬，如何才能给人带来清凉的感觉呢？现在可供选择的乘凉工具有：空调、普通常用电风扇、冷风机、蒲扇等等。空调一般是比较密闭的场所的避暑降温第一选择，空调作为人们解热首选的原因是：使用方便舒适，可根据每个人的需求调节合适的温度，可通过开关、遥控或手机操作，十分方便；再者，它是通过制冷系统将低压制冷剂蒸汽由压缩机吸入并压缩成高压蒸汽后排至冷凝器，使空气循环流动起来，得以降温，所以从人体感受上并不会明显感受到风。但空调的耗电比较高，会产生高额的电费，对于一般的家庭或者比较空旷的场所是不现实的。电风扇相对便宜且安装简易，所以它被广泛使用，耗电低且使用场所不受限。冷风机可以增加空气湿度，但长期使用空间中的湿气会影响到其他家用电器。蒲扇在古时代科技不发达的时候比较常用，价格低廉但不能自动，现在一般除了停电等特殊情况下才会使用到。

以上种种的降温工具使用灵活性都比较低，一般只有停留在有该设备的场所才能得以解热，那么在不固定、流动或者设备条件不允许的场所，在这种情况下，人们要如何解热呢？

为满足人们这种需求，市场上出现了各种各样的便携式小风扇，有台式、手持折叠式、挂脖式手等个性化的产品，从而很好地满足了有需求的自由个体。近几年来，手持小风扇逐渐火热起来成为了网红产品，根据销售数据来看，目前这种网红小风扇的受众群体大多是年轻人，他们比较追求个性化、使用度。而早期传统的迷你风扇的消费群体主要是学生，在功能和设计上都比较单一，大多为电池款，销售市场比较小，从质量、功能、颜值都不如现在。虽然迷你小风扇的市场逐渐成熟，但在市场上流通大部分的小风扇种类单一，结构设计上不够灵活、个性化，虽然体积上已经做到较小，一般可随身携带，但在使用上功能单一，续航能力低和外型设计不够精巧等，导致体验感不佳。为了能更好地迎合为了市场的发展趋势，应当对它进行改造升级，提高综合使用感受，抓住消费市场。

1.2.2发展前景

现在市场上的小风扇，一定程度上满足了便携的需要，已满足了人们的基本需求，可随身携带、能吹风解热，但为了跟上时代步伐，提高用户使用度，将对现有的小风扇进行分析、优化。根据调查发现，这种小风扇在使用时存在着一些问题：1、风不够大；2、结构不够牢固容易被损坏；3、体积上是缩小了，但结构上有一定的长度，无法做到随时携带；4、功能单一，用途少。因以上问题，使小风扇的实用性降低。

通过研究发现：改善风力问题，可采用大容量的充电锂电池，不仅可循环充电且容量大；还可以通过改变风扇叶片的数量和形状，在转速不变的情况下，增加扇叶数量可以增加风扇风量，不同形状的扇叶在风扇运行时也会直接影响附近的涡流强度，从而影响风扇的效率，所以选择合理的扇叶形状也可提高风扇的效率。在结构外观上，设计出更新颖独特，小巧轻便的，迎合大众审美，达到携带灵活，无负担的效果；同时采用整体结构设计，使所有零件都在壳体内，使结构更牢固耐用。在功能方面，可增加风速调速的功能，满足用户的不同需求；添加加湿装置，在最大程度上提高降温能力，降低空气的干燥程度。

基于现存的小风扇，它的发展前景是比较清晰的。第一，功能升级；第二，携带方便；第三，新颖美观。由于它广泛使用于办公室人群、公共场所以及学生等，如果将现在市场上普遍存在的小风扇上作出以上几点的创新优化，在未来的市场上是十分受众的。据报道，全球气候变暖的趋势每年都在增加，随着气温的上升，未来对降温的需求只会越来越大，室内的降温方式选择比较多，但在流动的公共场所，或环境条件不允许的情况下，便携式小风扇就是不二之选。因此，在这样的市场趋势中，一款便携且多功能的小风扇将会大受欢迎。

第二章小风扇的功能及工作原理

小风扇是一种利用电机驱动风扇叶片高速转动，使空气加速流通的小电器，它的工作原理跟家庭常用的电风扇的工作原理是一样的，通电线圈在磁场中受力而转动，将电能转化为机械能和内能，小部分内能是因为线圈本身有电阻而产生，只是使用环境不同，小风扇的外形设计上比普通电风扇要简单一点。

2.1加湿功能

风扇的风是风扇通过电机驱动受力，带动风扇叶片高速旋转，使周围的空气流动起来而产生的。人们通过吹风带走人体表面的汗水来促进汗水蒸发，蒸发时带走大量热量，使人体得到散热。如果人长时间处于吹风状态，汗液蒸发的很快可能导致体表缺水干燥。这种便携式小风扇对着人脸吹的使用概率比较高，为缓解皮肤出现干燥，在风扇上添加一个加湿装置。电风扇只能使气体流动，并不能使周围环境温度降低，是通过吹风使汗液加快蒸发吸热使人体能感到凉爽。

如果在此基础上添加一个加湿喷雾，风扇运作的同时喷出水雾，水雾在空气中快速蒸发，吸收了空气中大量的热量，从而降低周围环境的温度、干燥度，同时让皮肤不干燥。

本加湿装置是通过雾化片实现喷雾功能的，雾化片分为两种：超声波雾化片和微孔雾化片，它们的区别如表2-1所示。经综合考虑，本小风扇的喷雾器选择微孔雾化片，实物如图2-2。常用的微孔雾化片直径规格有：13.8mm，16mm，20mm，25mm，最常用是13.8mm，16mm和20mm，不同规格的微孔雾化片对应不同的频率，例如直径13.8mm的微孔雾化片，频率在-kHz左右；直径16mm的在-kHz左右；直径20mm的在kHz左右。考虑与风扇尺寸匹配将考虑采用直径为20mm的微孔雾化片。

微孔雾化片可以直接喷出液体，是因为它的频率和工作电压都比较低，可以通过雾化片中心位置上n个细微的孔，将水雾化成水颗粒，实现雾化效果的，所以不用把它放在水里工作。它的重量很轻，大概在2g左右，启动电源为5V，增加这一功能不会给小风扇造成负担，还能降低周围空气干燥度，提高便携风扇的降温效果。

雾化片安装在水箱出水口处，水箱出水口刚好与前扇罩中心孔对应上。雾化片由一驱动控制电路产生与雾化片谐振频率相对应的驱动电压，使之产生振荡雾化液体，从而通过微孔喷出。

第三章小风扇的结构设计

3.1基本结构

便携式小风扇的基本结构与家庭常用的风扇大致相同，只是在外形结构设计上、功能选择上有所不同，工作原理是一样的。小风扇的基本结构包括：扇叶、扇罩、手柄、底座、控制部分和连接配件等。

3.1.1风扇叶片

风扇的主要作用是通过扇叶的运转使空气流动得以解热，它的原理是伯努利原理，利用扇叶本身的攻角，当风扇启动时，扇叶上方局部真空引起的压力差将扇叶上方的空气吸到下方，使空气流动形成强制气流，实现送风。关于风扇的性能指标有：风量、风速、风压、转速、噪音、使用寿命、送风方式、轴承类型等，其中风量、风压是风扇两项最重要的性能指标，转速是各项性能指标中根本决定因素之一；而扇叶是决定风扇性能的主要零件，故扇叶的数量和形状是决定风扇性能的两个关键因素。

3.1.2风扇扇叶的数量

现在市面上主要的扇叶数量是3页、5页、7页、双层扇叶。扇叶的数量一般是奇数，因为当扇叶处于动平衡校正时，奇数片更容易校准旋转中心，而偶数片扇叶在旋转时容易产生共振，若叶片材料不能抵抗振动就容易发生疲劳断裂而造成损坏。考虑扇叶的数量，同一风扇如果其他部分不变，扇叶越多的情况下，送风效果更好。与常见的3页扇相比，转速时5页的通风量会更大，在通风量相同的情况下，5页扇的转速低于3页扇，而风扇的转速越高寿命就越短，噪声也越大，另外，5页扇的风扇可以把风团切割得更小块，这样吹出来的风会更柔和些，提高用户的使用感受。

3.1.3风扇扇叶的形状

扇叶的形状设计主要是利用飞机机翼、螺旋桨的原理，这样的风扇更具有高效率、低噪声特性。扇叶的形状是根据流体力学设计的，一般有长四边形、蔓叶型、羽翼型等，从流量、噪音各方面考虑，采用羽翼型扇叶效果更好。

因此，本论文研讨的小风扇的扇叶将采用五页羽翼型的，如图3-1所示：

（a）正面（b）背面（c）侧面

图3-1风扇扇叶

扇叶的形状复杂，尺寸精度要求较高；作为与人们密切接触的日用品，要使用无毒无害的材料。由于对小型风扇叶片没有很高的强度要求，故扇叶的材料选用透明AS（苯乙烯-丙烯腈共聚物），它具有很强的承载能力、几何稳定性、抗热变形特性。

3.1.2扇罩

风扇网罩的作用一方面是出于安全保护，首先是在使用过程中，将人体与之隔离，以免被正在运转的扇叶割伤；同时防止外部物品进入干扰正常运作。一方面是为了维持风扇本身的使用寿命，风扇作为常用电器，用久了有灰尘堆积，而且难免有磕磕碰碰，这样日积月累会缩短使用寿命。扇罩刚好起到防尘，防摔的作用。

小风扇网罩由后网罩和前网罩组合而成，前后扇罩各设有一线槽用于藏电线，前扇罩处的线槽放连接加湿垫片的线路，后扇罩的线槽放连接电机的线路；后网罩的两侧设有一可连接摇摆支撑架，实现扇头可旋转的功能。扇面直径cm，扇罩线条34条均匀圆周阵列分布,防止手指伸入扇头内部而受伤。与普通小风扇不同的是，扇罩的上方设有一缺口，用于安装加湿装置。如图3-2所示：

（a）风扇前罩

（b）风扇后罩

图3-2风扇扇罩

通过市场调查可知，这类小风扇的价格大概在十几到几十元不等，大多采用PP材料，少数采用ABS或AS。通过查阅资料可知，小风扇需要具备便于运输、便于拆卸、便于携带、不易变形的特点。PP材质重量轻，硬度好、有电绝缘性，且无毒无味不受湿度影响，而且价格相对较便宜，经综合考虑，决定采用最广泛的PP作为扇罩材料。

3.1.3摇摆支架

市面上大多数的小风扇在结构设计上是固定的，扇头直接连着手柄，只有一个使用角度，比较死板。为改善这一结构，在此将扇头和手柄之间用一可旋转的支架连接，实现不同角度的使用需求。支架中间位置设置按钮，侧面设置USB插口，对应内部位置安装电路板；支架连接扇头的位置通过两端的圆柱孔实现扇头手动摆动，调节不同的角度，如图3-3（a）所示；在支架底部安装手柄位置的内侧两端也设置圆柱孔，支持手柄可折叠的功能，如图3-3（b）所示；支架内部用作连接电路的线槽，归整电线。

整体结构如图3-3（c）（d）：

（a）支架与手柄连接口

（b）支架正面（c）支架侧面

图3-3摇摆支架

材料选择：与扇罩作为外壳的一部分，同样选择PP材料。

3.1.4按钮

小风扇有吹风和加湿两个功能，因此设有两个按钮，上面为加湿按钮，下面为吹风按钮；材料选择聚丙烯PP。如图3-4：

图3-4按钮

3.1.5手柄

手柄位置设计为方形，配合折叠的时候可以平放使用，手柄下半部分设有一电池槽；材料选择PP。如图3-5：

图3-5手柄

3.1.6底座

底座位置设计圆形，可收缩使用，如图3-6：

图3-6手柄

3.2加湿装置

3.2.1水箱

水箱上方的孔为进水口，下端为喷雾出水口；在下端喷雾出水口的位置装上微孔雾化片，与风扇前罩中心孔对应。材料采用透明PP，便于观察水位变化。如图3-7：

（a）正面（b）侧面（c）俯视

图3-7加湿水箱

材料选择硬质聚氯乙烯PVC，它强度高，耐蚀性、绝缘性好，不吸水，不易变形，易加工，通常用作化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器等。该小水箱可做成透明的便于使用时观察水位。

3.2.2孔塞

在水箱进水口处用一塞子堵住，以防漏水，损坏风扇。材料采用丁基橡胶（IIR）,气密性好，电绝缘性能优异、耐热老化性能。如图3-8：

图3-8孔塞

通过以上结构设计，将所有零件装配起来，本多功能小风扇的外形如图3-9，扇头可在一定角度内旋转，手柄位置可以折叠（如图b），可用于平放使用和方便携带出行，还增加了喷雾加湿功能。本小风扇在结构的内部设计上，设置了线槽，防止走线乱和松动，启动保护电路作用。

（a）风扇正面（b）折叠图

（c）风扇侧面（d）风扇背面

图3-9风扇结构图

结论

（一）毕业设计成果的优点和缺点

电风扇从诞生的时候不是很新进第一代电风扇只能被称为：风扇，因为他需要利用发条来作为驱动装置，随后在年才美国人正式发明了装在电机上的风扇，才算得上是真正的“电风扇”。

年，美国首次出现了商品化的电风扇。这种只有两片扇叶的家用电器设备，是纽约的克罗卡卡齐斯发动机厂的主任技师休伊?斯卡茨?霍伊拉发明的。年，该厂开始批量生产这种台式电风扇。25年后，美国的埃克发动机及电气公司，又研制出了世界上最早的齿轮驱动左右摇头的电风扇。年,美国人亨利设计了一种像跷跷板似的电动机,通电后能一头上来一头下去,被认为是世界上第一台电动机。德国雅可比发明直流发动机南斯拉夫裔美国特斯拉发明了交流电动机年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。后来串激电动机、交流换向器电动机等也逐步被人们发明出来，作为电扇应该是那时候的产物。几年前天生港发电厂的老厂房里，年的德国西门子出品的桃木电风扇正常运转了近百年。

携带方便：出行、旅游、锻炼、户外，时间过得也很快，直到现在已经快有四十二年了，使用起来也很方便快捷操作简单，可以随时来一场说走就走的旅行，现在这个时代了小朋友也多上学都可以随时佩戴在手腕上，特别是夏天热的时候没有风的时候闷热的，买一个风扇佩戴在手腕上热了就可以打开风扇让自己慢慢的降温。我之所以用于四个风扇片幸运草,在初中的时候我遇到过四叶草认为很有缘就以四叶片作为风扇了，一般只有三片小叶子,叶形呈心形状,叶心较深色的部分亦是心形。最为有趣也最特别的是,在十万株苜蓿草中,你可能只会发现一株是‘四叶草’,因为机会率大约是十万分之一，因此四叶草象征着吉祥和好运，找到四叶草便找到了幸福，是因为一叶草代表希望，二叶草代表付出，三叶草代表爱，四叶草就代表幸福了。寓意着，即使你付出了，希望了，爱了，也不一定会找到幸福的时候，只有拥有了四叶草，才有了真正的幸福。

（二）

参考文献

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[10]许中明，机械制造技术基础[M]，电子工业出版社，.

致谢

转眼间，四年了，从一开始误打误撞进入了这个专业，到现在即将毕业，回想起来，十分感触。对于本专业，我本身不太感兴趣，一路跌跌撞撞走到现在。在专业知识的学习上，虽学起来比较吃力，但也尽自己所能跟上节奏。在此之前，我能顺利通过每一关的考验，都离不开小伙伴们的帮助和老师们的教导和包容，支撑我一步步坚持下来了。

临近毕业，论文却让我十分忧愁。在今年6月份的时候，关于毕业设计的事已提上日程，指导老师号召我们小组开了一次又一次的去学习找资料，说明了毕业设计的要求和注意事项。之后的几天我都十分迷茫，因为我应聘的实习工作与本专业并不相关，在未来职业生涯上我也不考虑从事本专业相关行业，所以我的毕业设计无法从我的实习岗位中寻找灵感，这一度让我十分焦虑。抱着要解决问题的态度，我便和室友交流了一段时间，有一天我也是刚好忙自己的事情回到学校在后街遇到了毕业设计指导老师谭老师给了我一些建议，让我找找身边有什么实物可供研究或者是做一个好的调查问卷。通过谈话，我的思路终于清晰了一点。回到宿舍，我一直在寻找研究对象，后来我发现我们日常用的小风扇可以有一些改进的地方，询问了老师的意见之后我便确定了我的研究课题，开始了我的毕业设计。

撰写论文这段时间遇到了重重困难，不知从何下手，大学几年学的专业知识，掌握接受得尚浅，还不够支撑我去研究我的课题，我便从网上收集大量资料，并在老师的指导下，理清自己的思路。在整个过程中，画图是比较困难的，由于要在结构上有些创新，无法从实物中直接参考照画，加上对画图软件的一些功能不熟悉，所以在结构设计上花费比较多的时间，最后把我所想的结构大致都画出来了，但在细节上还有待修改。

通过本次论文的学习，我学会了如何着手去研究一个课题，深入地了解了电风扇的的结构设计，了解掌握它的工作原理，熟悉了对SolidWorks的操作。更重要的是，学会了如何调节心态，如何有效率的解决问题。首先不能自暴自弃，能力不足可通过学习一点点掌握，多多请教及时沟通，很多问题会在这个过程中不知不觉就解决了。最后，希望在未来不管在生活中还是在工作上，保持好的心态，在磨炼中成长。

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