Engineering design of impeller for vacuum cleaner motor from polymer material

Abstract

[ES] La potencia de las aspiradoras está limitada en los últimos años por regulación (directive 2009/125/ES, EU regulation no. 666/2013). La menor potencia en los electrodomésticos reduce el nivel de carga térmica y mecánica en los rodetes. Las nuevas circunstancias han abierto la posibilidad de diseñar un rodete a partir de material polimérico. Un problema técnico abierto es la conexión entre el rodete de plástico y el eje. La conexión entre el rodete y el eje se carga con las fuerzas generadas debido a la inercia en cada aceleración de arranque y con las fuerzas centrífugas resultantes de la alta velocidad de rotación. Se prepararon diversas soluciones de diseño según la metodología de diseño y se evaluaron posteriormente. En la evaluación, se consideraron las complejas condiciones de uso y la prueba de validación que requirieron 15000 ciclos de arranque/parada del motor del aspirador y la velocidad máxima de rotación del rodete hasta 60000 rpm. Se seleccionó el material polimérico apropiado y la conexión de diseño entre el impulsor de plástico y el eje. Además, dado que el impulsor estaba compuesto por dos piezas, las características específicas de la tecnología de unión se evaluaron y luego se seleccionaron. El método de elementos finitos se utilizó para analizar diferentes propuestas. Además, se consideraron las limitaciones de costos y las posibilidades de producción en serie.

[EN] Power of vacuum cleaners is in the last years limited with regulation (directive 2009/125/ES, EU regulation no. 666/2013). Smaller power of appliances reduce thermal and mechanical load level on impellers. The new circumstances have opened the possibility for designing an impeller from polymer material. An open technical issue is the connection between plastic impeller and the shaft. The connection between the impeller and shaft is loaded with generated forces due to inertia at each start acceleration and with centrifugal forces resulted from high speed of rotation. Various design solutions were prepared according to the design methodology and were evaluated afterwards. In the evaluation, the complex conditions of use and the validation test that required 15000 start/stop cycles of the vacuum cleaner motor, and the maximum rotation speed of the impeller up to 60000 rpm were considered. The appropriate polymer material and the design connection between the plastic impeller and the shaft was selected. In addition, since the impeller was made up of two pieces, the specific characteristics of the joining technology were evaluated and then selected. Finite element method was used to analyse different proposals. Additionally, the cost constraints and the possibilities for serial production were considered.