機電一體化課程設(shè)計全自動洗衣機機電控制系統(tǒng)設(shè)計（單片機）

1、機電一體化課程設(shè)計題 目：全自動洗衣機機電控制系統(tǒng)設(shè)計（單片機）專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 摘 要隨著當今社會經(jīng)濟和科技水平的不斷提高，家用電器全自動化將成為必然的發(fā)展趨勢。中國家用電器協(xié)會通過對洗衣機行業(yè)未來510年面臨的經(jīng)濟形勢以及機遇和挑戰(zhàn)的分析后指出，洗衣機產(chǎn)業(yè)將向產(chǎn)品個性化、功能多樣化、控制智能化、振動和噪聲低量化方向發(fā)展，對節(jié)能節(jié)水的需求將迅速增長。全自動洗衣機的產(chǎn)生極大的方便了人們的日常生活，節(jié)約了人們很多時間。國內(nèi)洗衣機的質(zhì)量和世界領(lǐng)先水平同步，像海爾、美的等。高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機是各大廠商一直追求的目標。本次設(shè)計的波

2、輪式全自動洗衣機涉及到各方面的知識，主要組成有排水系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、及控制部分。其中機械方面有v帶的設(shè)計、減速器的選擇、電動機的選擇等；控制部分方面有硬件電路的設(shè)計、控制程序設(shè)計，各方面都涉及到諸多參數(shù)的選擇和計算并且實現(xiàn)了全自動洗衣機的正常運行、強制行停止、故障檢測和報警提醒功能。關(guān)鍵字：全自動洗衣機 單片機 傳動系統(tǒng)目 錄摘要第1章 緒論11.1 機電一體化課程設(shè)計目的1第2章 波輪式全自動洗衣機機電控制系統(tǒng)設(shè)計22.1 課程設(shè)計任務(wù)書22.2 波輪式全自動洗衣機總體結(jié)構(gòu)32.3 進水、排水系統(tǒng)32.4傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理92.5機械設(shè)計系統(tǒng)傳動計算23 2.6 控制系統(tǒng)設(shè)計32致謝參考文

3、獻波輪式全自動洗衣機機電系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒論1.1、機電一體化課程設(shè)計目的機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計是一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生做那個和運用所學(xué)過的機械、電子、計算機和自動控制等方面的知識，獨立進行一次機電結(jié)合的設(shè)計訓(xùn)練，主要目的是： 1) 學(xué)習(xí)機電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計方案立定，分析與比較的方法。 2) 通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握集中典型傳動晚間與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算方法與選用原則。如齒輪/同步帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副等。3) 通過對進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電動機的工作原理、計算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的位移/速度傳感器；如交流、逼近伺服

4、進給系統(tǒng)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，直線光柵等。4) 通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計方法和控制軟件的設(shè)計思路；如控制系統(tǒng)選用原則、cpu選擇、存儲器擴展、i/o接口擴展、a/d與d/a配置、鍵盤與現(xiàn)實電路設(shè)計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電動機的控制軟件等、 5) 培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思想。6) 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標準、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力。第二章 波輪式全自動洗衣機機電控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計參數(shù)1. 最大洗衣重量為：3.8kg2. 內(nèi)桶直徑為：400mm3. 洗衣機的轉(zhuǎn)速約為：140200r/mi

5、n,托水轉(zhuǎn)速：700800r/min4. 要求能自動調(diào)節(jié)水位5. 根據(jù)衣服類型設(shè)定洗衣模式、自動進水、自動排水等。二、具體任務(wù)1. 總體方案確定；2. 機械部分設(shè)計及計算，要求數(shù)據(jù)具有科學(xué)性；3. 繪制裝配圖及其零件圖若干張；4. 控制部分包括硬件和軟件設(shè)計；5. 編寫設(shè)計說明書（不少于1萬字）；6. 圖紙、說明書必須交電子版和紙制文檔。2. 2波輪式全自動洗衣機的總體結(jié)構(gòu)目前在我國生產(chǎn)的洗衣機中，波輪式洗衣機占了80以上。早期生產(chǎn)的波輪式洗衣機波輪較小，直徑都在165185mm之間，轉(zhuǎn)速為320500rmin?，F(xiàn)在基本都是大波輪洗衣機，其中又以碟形波輪應(yīng)用最廣，波輪直徑約為300mm，轉(zhuǎn)速約

6、為120300rmin。一般來說，波輪式全自動洗衣機具有洗滌、脫水、水位自動控制，以及根據(jù)不同衣物選擇洗滌方式和洗滌時間等基本功能，其結(jié)構(gòu)主要由洗滌和脫水系統(tǒng)、進排水系統(tǒng)、電動機和傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、支承機構(gòu)等5大部分組成，如圖1所示。2. 3、進水、排水系統(tǒng)全自動洗衣機的進、排水系統(tǒng)主要由進水電磁閥、排水電磁閥和水位開關(guān)等組成。1.水位開關(guān) 水位開關(guān)又稱壓力開關(guān)。洗衣機洗滌桶進水時的水位和洗滌桶排水時的狀況是由壓力開關(guān)檢測的。當洗衣機工作在洗絳或漂洗程序時，若桶內(nèi)無水或水量不夠，壓力開關(guān)則發(fā)出供水信號。當水位達到設(shè)定位置時，壓力開關(guān)將發(fā)出關(guān)閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機工作在排水程序時

7、，若排水系統(tǒng)有故障，水位開關(guān)則發(fā)出排水系統(tǒng)受阻信號。 (1)結(jié)構(gòu)波輪式全自動洗衣機上使用最多的水位開關(guān)是空氣壓力式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。這類壓力開關(guān)按其功能可大致分為氣壓傳感裝置、控制裝置及觸點開關(guān)三部分。氣壓傳感裝置由氣室11、橡膠膜10、塑料盤9、頂心6等組成；控制裝置由壓力彈簧4、導(dǎo)套2、調(diào)壓螺釘3、杠桿l和凸輪5等組成；觸點開關(guān)由動簧片8、開關(guān)小彈簧7、動靜觸點組成，其中公共觸點com和常閉觸點nc組成動斷觸點，公共觸點com和常開觸點no組成動合觸點。動簧片8是由鈹青銅板制成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在內(nèi)動簧片和外動簧片的a、b點安裝一個小彈簧，即圖2中的開關(guān)小彈簧7。c點為內(nèi)動簧片的力驅(qū)動

8、點，位于頂心和塑料盤的軸心線上。 (2)工作原理 當水注入內(nèi)桶時，氣章很快被封閉。隨著水位上升，封閉在氣室內(nèi)的空氣壓力也不斷提高，壓力經(jīng)軟管12傳到水位開關(guān)氣室11，水位開關(guān)氣室ll內(nèi)的空氣壓力向上推動橡膠膜10和塑料盤9，推動動簧片8中的內(nèi)動簧片向上移動，壓力彈簧4被壓縮。當注水到了選定水位時，此時內(nèi)動簧片移動到預(yù)定的力平衡位置，開關(guān)小彈簧7將拉動外動簧片，并產(chǎn)生一個向下的推力，使開關(guān)的常閉觸點nc與公共觸點com迅速斷開，常開觸點no與公共觸點com閉合，從而發(fā)出關(guān)閉水源信號。排水時，當水位下降到規(guī)定的復(fù)位水位時，水位產(chǎn)生的壓力減小，壓力彈簧4回復(fù)伸長，推動頂心6，使動簧片8中的內(nèi)動簧片向

9、下移動，當移動到預(yù)定的力平穩(wěn)位置時，開關(guān)小彈簧7對外動簧片產(chǎn)生一個向上的推力，使開關(guān)的常開觸點n0與公共觸點com迅速斷開，常閉觸點nc與公共觸電c0m閉合，從而改變控制電路的通斷。 2.進水電磁閥(1)結(jié)構(gòu)進水電磁閥也稱為進水閥或注水閥，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。 (2)工作原理電磁閥線圈4斷電時，鐵心6在自重和小彈簧5作用下下壓，使鐵心6下端的小橡膠塞7堵住泄壓孔b，此時如果有水進入進水腔i，水便由加壓孔a進入控制腔，使控制腔內(nèi)水壓逐漸增大，最終使橡膠閥9緊壓在出水管的上端口上，將閥關(guān)閉。同時因鐵心6上面空間與控制腔相通，控制腔內(nèi)水壓的增大還會使鐵心6上面空間氣體壓強增大導(dǎo)致橡膠閥9更緊地壓在泄壓

10、孔b上，增加了閥關(guān)閉的可靠性。 當進水電磁閥線罔4通電后，產(chǎn)生的電磁吸力將鐵心6向上吸起，泄壓孔b被打開?？刂魄粌?nèi)的水迅速從泄壓孔b中流入出水管，同時經(jīng)加壓孔a流人控制腔的水又進行補充。但由于加壓孔a比泄壓孔b小，使控制腔內(nèi)的壓力迅速下降。當控制腔中的水壓降到低于進水腔i水壓時，橡膠閥9被進水腔i中的水向上推開，水從進水腔直接進入出水管，進而流人盛水桶。水到位后，由水位開關(guān)切斷進水電磁閥線圈4的電源，進水閥重新關(guān)閉。 3.排水電磁閥排水電磁閥由電磁鐵與排水閥組成，如圖5所示。電磁鐵和排水閥是兩個獨立的部件，兩者之間以電磁鐵拉桿聯(lián)接起來。 (1)結(jié)構(gòu) 排水閥是由排水閥座1、橡膠閥2、內(nèi)外彈簧3與

11、4、導(dǎo)套5和閥蓋6等組成。排水閥門采用橡膠材料制成，內(nèi)有一個由硬質(zhì)塑料制作的導(dǎo)套5。導(dǎo)套5內(nèi)裝有內(nèi)彈簧3，它一端卡在導(dǎo)套左邊槽口，另一端鉤掛在電磁鐵拉桿7上，內(nèi)彈簧3處于拉緊狀態(tài)。在導(dǎo)套5外裝有一個外彈簧4，它的剛度比內(nèi)彈簧3小,它的一端與閥蓋6接觸另一端與導(dǎo)套5的基座接觸外彈簧4處在壓縮變形狀態(tài)。電磁鐵有交流和直流兩種，機械式全自動洗衣機一般采用交流電磁鐵，而電腦式全自動洗衣機一般采用直流電磁鐵。交流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，直流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。 表1 交流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)額定拉力/n額定行程/mm額定電流/a使用電壓/v絕緣電阻/m電氣強度20140.2187-2

12、421001500v歷時1min40150.35016.50.48表2 直流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)額定拉力/n額定行程/mm電流/a額定電壓/v電壓范圍/v絕緣電阻/ m電氣強度起動保持40161.70.06200170-2201001500v歷時1min50161.90.07 (2)工作原理洗衣機處在進水和洗滌時，排水閥處于關(guān)閉狀態(tài)。此時主要由外彈簧4把橡膠閥2緊壓在排水閥座1的底部。 排水時，排水電磁鐵通電工作，銜鐵13被吸入，牽動電磁鐵拉桿7。由于拉桿7位移，在它上面的擋套16撥動制動裝置的剎車扭簧伸出端17，使制動裝置處于非制動狀態(tài)(脫水狀態(tài))。另一方面隨著電磁鐵拉桿7的左端離開導(dǎo)套5，

13、外彈簧4被壓縮，使排水閥門打開正常排水時，橡膠閥2離開排水閥座l密封面的距離應(yīng)不小于8mm，排水電磁鐵的牽引力約為40n。 2. 4、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理傳動系統(tǒng)主要由電動機、減速離臺器組成。套桶式全自動洗衣機使用一臺電動機來完成洗滌和脫水工作。洗滌時，波輪轉(zhuǎn)速較低 (140200r/min)；而脫水時，脫水桶轉(zhuǎn)速較高(約800rmin)。因此，要對電動機1370rmin的輸出轉(zhuǎn)速進行減速處理，以適應(yīng)兩項工作的不同要求，這主要由洗衣機的傳動系統(tǒng)來完成，傳動系統(tǒng)的工作示意如圖6所示。電動機（約1370r/min）脫水桶、波輪（約700-800r/min）v帶（減速比為1/1.7-1/2）約

14、700-800r/min行星齒輪（減速比為1/4-1/4.8）波輪（約140-200r/min）1.電動機的技術(shù)參數(shù)電動機是整個洗衣機工作的動力來源。我國現(xiàn)階段生產(chǎn)的套桶式洗衣機大多采用的是電容運轉(zhuǎn)式電動機，產(chǎn)品遵循中華人民共和國機械行業(yè)標準jbt3758-1996家用洗衣機用電動機通用技術(shù)條件。目前常用的電容運轉(zhuǎn)式電動機技術(shù)參數(shù)如表3所示。 表3 xd型洗衣機電動機技術(shù)參數(shù)xdl-90xds-90xdl-120xds-120xdl-180xds-180xdl-250xds-250額定功率/w90120180250額定電壓/v220額定頻率/hz50滿載時電流/a0.881.11.542.0轉(zhuǎn)

15、速/（r/）1370效率（）4952565功率因數(shù)0.95堵轉(zhuǎn)電流/a2.02.54.05.5堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/n.m額定轉(zhuǎn)矩/n.m0.950.90.80.7最大轉(zhuǎn)矩/ n.m額定轉(zhuǎn)矩/ n.m1.71.71.71.72.減速離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理早期設(shè)計的小波輪全自動洗農(nóng)機的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉(zhuǎn)速相同。新型大波輪全自動洗衣機的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器，其種類很多，但主要結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。目前應(yīng)用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。 (1)單向軸承式減速離合器 1)基本結(jié)構(gòu)離合器主要結(jié)構(gòu)如圖7(1)(2)所示。離合器中部有兩根軸：輸入軸l和

16、脫水軸l8。輸人軸1的下端加工成四方形，與之相配的帶輪3和離合套20的內(nèi)孔也是方形。離合套20和帶輪3被螺母2固定在輸人軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸i和離合套20聯(lián)成了一體。輸入軸1的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內(nèi)孔配合聯(lián)接。 輸入軸l的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉(zhuǎn)；而洗滌結(jié)束后，脫水軸應(yīng)將帶輪3的高轉(zhuǎn)速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉(zhuǎn)換功能是由方絲離合彈簧4完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。由于脫水軸18和離臺套20的外徑比方絲離合彈簧的內(nèi)徑略大，在自由狀態(tài)時，方絲離合彈簧就抱緊在離合套20和脫水軸18

17、的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉(zhuǎn)時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉(zhuǎn)動由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是 “合”時的脫水狀態(tài)。在洗滌時，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內(nèi)徑變大，從而與離合套20脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態(tài)。實現(xiàn)彈簧旋松的機構(gòu)是棘輪棘爪裝置，圖8是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內(nèi)槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉(zhuǎn)動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉(zhuǎn)動。 圖7中的8是單向滾針軸承部件，它的內(nèi)圈與脫水軸18相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架19中，支撐架用螺栓和離合器外罩14固定在一起。在單向滾針軸承8的作用

18、下，脫水軸l8只能向一個方向自由旋轉(zhuǎn)。單向滾針軸承是滾針軸承產(chǎn)品領(lǐng)域中一種科技含量較高的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向截面小。因為其外圈工作面是楔形所以只允許一個方向的轉(zhuǎn)動可以起到單向離合器的作用。洗衣機單向滾針離合器的工作原理如圖所示，它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開的一系列滾針6組成，軸承直接套在脫水軸5上。當脫水軸5順時針轉(zhuǎn)動時，滾針落入楔形槽的大端中，此時脫水軸可順時針轉(zhuǎn)動；而當脫水軸逆時針轉(zhuǎn)動時，滾針則卡緊在楔彤槽的小端處，這時脫水軸將無法轉(zhuǎn)動。 在圖7中，剎車裝置外罩9、剎車扭簧lo、剎車帶15、剎車盤16和十寧軸套17等組成了脫水軸18的剎車裝置。十字軸套17用兩顆緊定螺釘和脫水

19、軸18固定在一起，剎車盤16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車盤16和脫水軸18聯(lián)成了一體。剎車裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧10控制。剎車扭簧10套裝在剎車裝置外罩9的外圓上，其下端固定在離合器外罩上，它的上端則嵌在拉桿21的一個方孔中，由排水電磁鐵帶動拉桿控制其狀態(tài)。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態(tài)。當脫水軸18順時針旋轉(zhuǎn)時，由于剛性剎車帶15緊緊抱住剎車盤16，而其一端又卡在剎車裝置外罩9的方槽中，所以剎車盤、剎車帶以及剎車裝置外罩9都將一起順時針旋轉(zhuǎn)。剎車裝置外罩9在順時針旋轉(zhuǎn)過程中，剎車扭簧10將被迅速旋緊，強大的摩擦力

20、使剎車裝置外罩9無法動作，此時剎車帶15和剎車盤16將發(fā)生劇烈摩擦，對脫水軸18產(chǎn)生制動作用，防止脫水桶產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在脫水時，排水閥通電，排水電磁鐵帶動拉桿使剎車扭簧處于放松狀態(tài)。由于剎車裝置外罩9在順時針旋轉(zhuǎn)過程中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩9、剎車盤16、剎車帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉(zhuǎn)，完成脫水功能。行星減速器結(jié)構(gòu)如圖10所示。減速器外罩8和減速器底蓋10用螺釘緊固在一起，再安裝在法蘭盤12上，法蘭盤12和脫水軸2通過鎖緊塊13固定在一起，因為法蘭盤12和脫水桶相聯(lián)接，所以減速器外罩8、減速器底蓋10、法蘭盤12和脫水桶成一整體。減速器底蓋1

21、0有上、下兩個止口，從而保證了減速器和脫水軸2安裝時的同心度。對行星減速器來說，輸入軸1是動力的傳入軸，其花鍵端插人中心輪l1的內(nèi)孔中。行星輪4其有4個，與中心輪11以及內(nèi)齒圈6相嚙合。內(nèi)齒圈6通過其圓周槽卡在減速器底蓋10上，與之聯(lián)成一體。行星輪通過銷軸5安裝在行星架7上，當行星輪繞中心輪公轉(zhuǎn)時，將帶動行星架一起旋轉(zhuǎn)。波輪軸9兩端都加工成齒形花鍵，其下端與行星架7聯(lián)接，上端與波輪相聯(lián)，從而使波輪以低速旋轉(zhuǎn)洗滌衣物。2)工作原理脫水狀態(tài)減速離合器脫水時的狀態(tài)及裝配戈系如圖11所示，脫水狀態(tài)下，排水電磁鐵通電吸合，牽引拉桿移動約13mm，使排水閥開啟。拉桿在帶動閥門開啟的同時，一方面撥動旋松剎車

22、彈簧，使其松開剎車裝置外罩，這時剎車盤隨脫水軸5一起轉(zhuǎn)動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉(zhuǎn)，致使棘爪18脫開棘輪4，棘輪被放松，方絲離合彈簧3在自身的作用力下回到自由旋緊狀態(tài)，這時也就抱緊了離合套2。大帶輪l在脫水時是順時針旋轉(zhuǎn)的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會越抱越緊。這樣脫水軸5就和離合套2聯(lián)在一起，跟隨大帶輪1一起做高速運轉(zhuǎn)。由于此時脫水軸5做順時針運動，和單向滾針軸承7的運動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運動無限制。由于脫水軸5通過鎖緊塊與法蘭盤9聯(lián)接，而內(nèi)桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤9上，所以脫水軸5帶動內(nèi)桶12以及減速器內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速，與輸入軸帶動減速器中心輪的

23、轉(zhuǎn)速相同，這樣致使行星輪無法自轉(zhuǎn)而只能公轉(zhuǎn)，從而行星架的轉(zhuǎn)速與脫水軸是一樣的，即波輪與脫水桶以等速旋轉(zhuǎn)，保證了脫水桶內(nèi)的衣物不會發(fā)生拉傷。 脫水狀態(tài)傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6離合套2方絲離合彈簧3脫水軸5法蘭盤9內(nèi)桶12。由于電動機輸出轉(zhuǎn)速只經(jīng)帶輪一級減速所以內(nèi)桶轉(zhuǎn)速較高，約680800rmin。洗滌狀態(tài)如圖12所示，洗滌狀態(tài)下，排水電磁鐵斷電，排水閥關(guān)閉，拉桿復(fù)位。這時剎車扭簧16被恢復(fù)到自然旋緊狀態(tài)，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車裝置8起作用；同時撥叉回轉(zhuǎn)復(fù)位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過一個角度，方絲離合彈簧3被旋松，其下端與離臺套2脫離，這時離合套只是隨輸入軸空轉(zhuǎn)。大帶輪1

24、帶動輸入軸6轉(zhuǎn)動，經(jīng)行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動稱為二級減速，其工作過程為：輸人軸通過中心輪驅(qū)動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉(zhuǎn)又沿著內(nèi)齒圈繞輸人軸公轉(zhuǎn)，因為行星輪固定在行星架上，所以行星輪的公轉(zhuǎn)也將帶動行星架轉(zhuǎn)動；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯(lián)接，帶動波輪軸和波輪轉(zhuǎn)動。行星減速器的減速比i計算公式為：i=1+內(nèi)齒圈齒數(shù)中心輪齒數(shù)。洗滌狀態(tài)傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6中心輪行星輪行星架波輪軸11波輪。其間，電動機輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)帶輪一級減速后，再經(jīng)減速比約為4的行星減速器減速，所以轉(zhuǎn)速約為140200rmin。 對于洗衣機傳動系統(tǒng)三種工作情

25、況，各零部件工作狀態(tài)如表所示。表4 三種工況下零部件工作狀態(tài) 工作情況零部件狀態(tài)洗滌脫水波輪轉(zhuǎn)向順時針逆時針順時針排水電磁鐵斷電斷電通電，牽引拉桿移動約13mm單向滾針軸承隨脫水軸一起旋轉(zhuǎn)制動脫水周隨脫水軸一起旋轉(zhuǎn)棘爪與棘輪棘爪伸入棘輪齒高三分之二，將棘輪及方絲離合彈簧向旋松方向撥轉(zhuǎn)一個角度，棘爪指向軸心棘爪脫離棘輪，彈簧回轉(zhuǎn)到自由旋緊狀態(tài)方絲離合彈簧被棘輪旋松并固定，和離合套分離在自由旋緊狀態(tài)，轉(zhuǎn)動時更加旋緊。在離合套上起到傳遞轉(zhuǎn)矩作用離合套因方絲離合彈簧內(nèi)徑被旋大，故離合套空轉(zhuǎn)方絲離合彈簧被旋緊，隨離合套轉(zhuǎn)動剎車扭簧抱緊剎車裝置外罩旋松方向，不起作用被拉桿牽引放松，對剎車裝置外罩不起作用傳

26、動情況帶輪-輸入軸-行星減速器-波輪軸-波輪帶輪-離合器-方絲離合彈簧-脫水軸-脫水桶內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象的解決洗滌時防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)是設(shè)計中一個非常重要的問題。洗滌時，波輪將傳動力矩傳遞給水和洗滌物，而轉(zhuǎn)動的水和洗滌物又將轉(zhuǎn)矩傳遞給內(nèi)桶。因此，內(nèi)桶如果不固定或固定不可靠，就要隨之轉(zhuǎn)動，這就是跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。洗滌時，內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象將減弱洗滌效果并對洗衣機不利，所以要防止山桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)。因為內(nèi)桶和脫水軸是連成一體的，所以只要將脫水軸可靠固定，就可使內(nèi)桶不跟轉(zhuǎn)。為此除了剎車裝置外，在脫水軸上還安裝有單向滾針軸承，其工作原理如圖9所示。 當波輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)桶有逆時針方向跟轉(zhuǎn)的傾向，這時與內(nèi)桶成一體的脫水軸被單

27、向滾針軸承卡住，不能轉(zhuǎn)動，所以內(nèi)桶也就不能轉(zhuǎn)動。但在波輪順時針力向轉(zhuǎn)動時，單向滾針軸承允許轉(zhuǎn)動的方向與之致，所以對脫水桶沒有制動作用。 當波輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，內(nèi)桶有順時針方向跟轉(zhuǎn)的傾向，這時自然狀態(tài)的剎車扭簧將被旋緊，緊緊抱住剎車裝置外罩的軸端，相互之間產(chǎn)生足夠的摩擦力使兩者成為一整體。剎車裝置外罩的順時針旋轉(zhuǎn)摩擦力將剎車帶拉緊，剎車帶對剎車盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦阻力，這樣就阻止了內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)。剎車裝置工作原理如圖13所示。綜合所述，當波輪逆時針轉(zhuǎn)動時，依靠單向滾針軸承來防止內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)；當波輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，依靠剎車裝置來防止內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)。 脫水過程中突然打開洗衣機上蓋，排水電磁鐵失電，方絲離合彈簧恢復(fù)到洗

28、滌狀態(tài)，由于脫水是順時針旋轉(zhuǎn)，剎車扭簧將抱緊，剎車裝置起作用，剎車帶將使內(nèi)桶迅速制動。 (2)帶制動式減速離合器（略） 2. 5、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計計算波輪式全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算內(nèi)容較多，但大多數(shù)零部件可以選用無需進行設(shè)計，一般設(shè)計內(nèi)容主要有：方案設(shè)計、電動機選用、帶傳動設(shè)計、行星減速器設(shè)計等。 1.方案設(shè)計 波輪式洗衣機常用布局為輸入軸布置在內(nèi)桶的中心處，整個傳動系統(tǒng)基本上同軸布置，電動機只能偏置一邊，為了保持平衡，可將排水電磁閥和排水管與電動機對稱布置，必要時可加平衡塊。根據(jù)設(shè)計任務(wù)中給出的內(nèi)桶直徑為400mm，則外桶直徑約為470mm，電動機軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為150

29、mm左右在此范罔內(nèi)選擇合適的一級降速傳動比和采用帶輪傳動。 2.基本參數(shù)的選擇目前洗衣機的洗衣量、電動機功率、內(nèi)桶直徑等基本參數(shù)，大多數(shù)企業(yè)是通過實驗進行設(shè)計選用的。表5是目前常用的波輪式全自動洗衣機基本參數(shù)情況，可供設(shè)計時參考表5 波輪式全自動洗衣機基本參數(shù)洗衣量/kg電動機功率/w內(nèi)筒直徑/mm脫水轉(zhuǎn)速/（r/）洗衣轉(zhuǎn)速/（r/）3.8180400-520700-800120-3004.5250400-520700-800120-3005.0250400-520700-800120-3005.5370400-520700-800120-3006.0370400-520700-800120-

30、300根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求最大洗衣量為3.8kg，參照表5選用電動機功率為180w，電動機滿載時轉(zhuǎn)速為1370rmin。 3. v帶傳動設(shè)計計算因為v帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，在同樣的張力下，v帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，所以這里選用了最常用的v帶作為第一級降速。參照表6，初步選定電動機功率p為l80w，洗衣轉(zhuǎn)速為180r/min，脫水轉(zhuǎn)速為720r/min，則傳動比為： i=1.9(1)計算功率pca 由于載荷變動小，因此取工作情況系數(shù)ka=1.0，pca=kap=0.18kw。 (2)選擇帶型根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速為1370r/min，以及小帶輪安裝尺寸的大概范圍，選取普通v帶z型(

31、見圖14)。 (3)帶輪的基準直徑d1和d2 初選小帶輪的基準直徑dd1查表6和表7，選取dd1=55mm，大于v帶輪的最小基準直徑ddmin的要求50mm。大帶輪的基準直徑dd2為：dd2=idd1=l.955=104.5mm，按表6圓整為dd2=106mm。 表6 v帶輪的最小基準值徑槽型z spza spabspbcspc/mm50 6375 90125 140200 224表7 v帶輪的基準直徑系列 （單位：mm）基準直徑帶型yzspzaspabspbcspcde外徑5053.26366.2677174.27575798083.284859093.29495.595100.510010

32、3.2104105.5106111.5112115.2116117.5118123.5125128.2129130.5132137.5140144145.5147150154155.5157 僅限于普通v帶輪。(4)驗算帶的速度vv=m 普通v帶的最大帶速vmax=2530ms，故滿足要求。 (5)中心距a和帶的基準長度ld 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) 112.7a0322根據(jù)洗衣機桶體的安裝尺寸，初取a0=140mm，基準長度： ld=2a0+(/2)(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0 =2140+(/2)(55+106)+(106-55)2/(4140)

33、mm =538mm查表8選取和538mm相近的標準帶的長度ld為560mm，則實際中心距為： aa0+(ld-ld)/2=140+(560-538)/2=151mm在安裝時，在結(jié)構(gòu)上要保持v帶有一定的張緊力，安裝中心距會略有所變化。 表8 v帶的基準長度系列及長度系數(shù)基準長度/mm普通v帶窄v帶yzabcdespzspaspbspc4501.000.895001.020.915600.946300.960.810.827100.990.820.848001.000.850.860.819001.030.870.810.880.83(6)主動輪上的包角1 1=180o-(dd2-dd1)/a57

34、.5o=160.6o120o (7)帶的根數(shù)z長度系數(shù)kl、包角系數(shù)k、單根v帶基本額定功率p、單根v帶額定功率增量p0查表8、表9、表10和表11，取kl=0.94、k=0.95、p0=0.16kw、p0=0.02kw。 表9 包角系數(shù)小帶輪包角/（）小帶輪包角/（）18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951250.841550.931200.821500.92表10 單根普通v帶的基本額定功率帶型小帶輪節(jié)圓直徑/mm小帶輪轉(zhuǎn)速/(r.)400730800980120014602800z型500.060.090.

35、100.120.140.160.26630.080.130.150.180.220.250.41710.090.170.200.230.270.310.50800.140.200.220.260.300.360.56表11 單根普通v帶額定功率的增量 (單位：kw)帶型小帶輪轉(zhuǎn)速/(r.)傳動比i1.00-1.011.02-1.041.05-1.081.09-1.121.13-1.181.19-1.241.25-1.341.35-1.511.52-1.992.0z型4000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.017300.000.000.000.000.0

36、00.000.010.010.010.028000.000.000.000.000.010.010.010.010.020.029800.000.000.000.010.010.010.010.020.020.0212000.000.000.010.010.010.010.020.020.020.0314600.000.000.010.010.010.020.020.020.020.0328000.000.010.020.020.030.030.030.040.040.04z=1.11 取z=1。(8)帶的預(yù)緊力f0v帶單位長度的質(zhì)量q查表l2得q=0.06kgm，單根v帶所需的預(yù)緊力為： =

37、500()+q =500n=38.1n表12 v帶單位長度的質(zhì)量帶型z spza spab spbc spcq/(kg.)0.06 0.070.10 0.120.17 0.20 0.30 0.37 4.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計可參考有關(guān)機械設(shè)計于冊或機械設(shè)計教材。 5.行星減速器設(shè)計已知洗衣轉(zhuǎn)速為180rmin，脫水轉(zhuǎn)速為720rmin。由于脫水時行星減速器中心輪與內(nèi)齒圈順時針等速旋轉(zhuǎn)，故中心輪與行星架的傳動比為l，波輪與內(nèi)桶順時針等速旋轉(zhuǎn)，因此由洗滌狀態(tài)來進行行星減速器的設(shè)計計算。(1) 洗滌狀態(tài)傳動比洗滌輸入軸與波輪的傳動比為：=4(2) 初選中心輪和內(nèi)齒圈齒數(shù)洗滌時中心輪旋轉(zhuǎn)，內(nèi)齒圈

38、靜止，中心輪與行星架的傳動比按以下公式計算： 初選中心輪齒數(shù)za=19，由上式計算得內(nèi)齒圈齒數(shù)zb=57。 (3) 計算行星輪齒數(shù) 由于洗衣機工作扭矩不大，選擇齒輪模數(shù)為1mm，如選4個行星輪對稱布置，則可計算出行星齒輪齒數(shù)為： =19最終確定中心輪齒數(shù)za為19，內(nèi)齒圈齒數(shù)zb為57，行星齒輪齒數(shù)zx為19，實際傳動比ibax為4，洗衣轉(zhuǎn)速為l80rmin。 6.棘爪與棘輪機構(gòu)設(shè)計由于外桶尺寸已定(因內(nèi)桶直徑已知)，在方案設(shè)計時初定位于外桶底部的出水口位置，則排水電磁閥銜鐵中心與出水口中心位于同一直線上。根據(jù)選定的排水電磁閥的行程和初定的棘輪頂圓直徑來設(shè)計棘爪機構(gòu)。要求在洗滌時，棘爪要伸人棘

39、輪棘齒高度的三分之二，脫水時棘爪脫離棘輪l.5mm以上。棘爪與棘輪機構(gòu)的詳細設(shè)計可參考相關(guān)書籍。 2. 6、控制系統(tǒng)設(shè)計電腦式全自動洗衣機上使用的微控制器主要是4位或8位的單片機。 本例中控制電路的微控制器選用mcs-5l系列的單片機at89c2051，該單片機是at-mel公司8位單片機系列產(chǎn)品之一，內(nèi)含2k字節(jié)可反復(fù)擦寫的程序存儲器以及128字節(jié)的ram單元，具有15條可編程控制的io線，5個中斷觸發(fā)源，其指令與mcs-51系列完全兼容。選用at89c205l作cpu，可使洗衣機的控制電路大大簡化。 1.全自動洗衣機的功能要求(1)強、弱洗滌功能要求強洗時，正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動時間各為4s，間歇時

40、間為1s；弱洗時，正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動時間各為3s，間歇時間為2s。 (2)4種洗衣工作程序 即標準程序、經(jīng)濟程序、單獨程序和排水程序。 1)標準程序動作順序是：“進水洗滌或漂洗排水脫水”，如此循環(huán)三次。每循環(huán)一次，洗滌或漂洗時間比上一循環(huán)同一環(huán)節(jié)減少2min，也即：第一循環(huán)內(nèi)的洗滌時間定為6min，第二循環(huán)內(nèi)的漂洗時間減為4min，第三循環(huán)內(nèi)的漂洗時間減為2min；排水時間采用動態(tài)時間法確定脫水時間規(guī)定為2min。 2)經(jīng)濟程序與標準程序一樣，只是循環(huán)次數(shù)定為二次。 3)單獨程序是“進水洗滌(規(guī)定為6min)結(jié)束(留水不排不脫)”。4)排水程序是“排水脫水結(jié)束”，時間確定與上述程序相應(yīng)環(huán)節(jié)相同。(3

41、)進、排水系統(tǒng)故障自動診斷功能 洗衣機在進水或排水過程中，若在一定的時間范圍內(nèi)進水或排水未能達到預(yù)定的水位，就說明進、排水系統(tǒng)有故障，此故障由控制系統(tǒng)檢測后通過相應(yīng)程序發(fā)出報警信號，提醒操作者進行人工排除。 (4)脫水期間安全保護和防振動功能 脫水期間若打開機蓋，洗衣機就會立即停止脫水操作；若出現(xiàn)衣物纏繞引起脫水桶重心偏移而不平衡，洗衣機電會自動停止脫水，以免振動過大，待人工處理后恢復(fù)工作。 (5)間歇驅(qū)動方式脫水期間采取間歇驅(qū)動方式，以便節(jié)能。本系統(tǒng)要求驅(qū)動5s，停止2s，間歇期間靠慣性力使脫水桶保持高速旋轉(zhuǎn)。 (6)暫停功能不管洗衣機工作在什么狀態(tài)，當按下暫停鍵時，洗衣機必須立即停止工作，

42、待起動鍵按下后，洗衣機又能按原來所選擇的工作方式繼續(xù)運轉(zhuǎn)。 (7)聲光顯示功能洗衣機各種工作方式的選擇和各種工作狀態(tài)均伴有聲、光提示或顯示。2.硬件電路設(shè)計洗衣機需要控制的工作部件主要有進水閥、排水閥和電動機。進、排水閥僅有開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)，電動機則有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止三種狀態(tài)。根據(jù)功能要求和at89c2051芯片的性能特點，設(shè)計出洗衣機的電氣控制電路如圖15所示。電路中選用at89c2051的p1.0p1.3共4根i0線通過4塊splllo型固態(tài)繼電器，分別直接驅(qū)動洗衣機的進水閥、排水閥，以及電動機的正、反轉(zhuǎn)。splll0是一種交流固態(tài)繼電器，內(nèi)置發(fā)光二極管和光觸發(fā)雙向可控給硅，1050ma

43、輸人電流即可使雙向可控硅完全導(dǎo)通，輸出端通態(tài)電流為3a(平均值)，浪涌電流15a(不重復(fù))。選用交流固態(tài)繼電器，既簡化了電路，又使強、弱電完全隔離，保證了主板的安全。 圖中的74ls05為反相器，用做中間緩沖器，其中4個通道分別驅(qū)動4個spl110固態(tài)繼電器，另外兩個通道用于驅(qū)動指示燈led5和led6。圖中的74lsl39為雙“2-4”譯碼器，選用它可解決cpu中i0線數(shù)量不足的問題,從功能要求可知，洗衣機有4種洗衣工作程序，需要用4種不同的顯示來加以區(qū)別。74lsl39只要cpu的p3.0和p3.l兩根線即可提供4種不同顯示的驅(qū)動。其邏輯關(guān)系是：p3.0、p3.l為“11”時，ledl亮，

44、指示標準程序；為“10”時，led2亮，指示經(jīng)濟程序；為“0i”時,led3亮，指示單獨程序；為“00”時，led4亮，指示排水程序。 洗衣機的暫停功能(暫停鍵s6)、安全保護與防振功能(蓋開關(guān)s3)均采用中斷方式處理。這兩個中斷分別對應(yīng)cpu的外部中斷0 (p3.2腳)和外部中斷1(p3.3腳)。中斷請求信號通過tc4013bp雙d觸發(fā)器的兩個q端，分別加到cpu的p3.2和p3.3，并由觸發(fā)器鎖存，直到cpu響應(yīng)結(jié)束為止。開蓋(安全保護)或不平衡(防振動)中斷信號(都會引起蓋開關(guān)s3的閉合)，通過由v1和v2組成的反相器送至tc4013bp的clk端，經(jīng)觸發(fā)器的q端加到cpu的p3.3。

45、為了充分利用cpu的io口線，p3.4和p3.5采用分時復(fù)用技術(shù)，每根線具有兩個功能。在洗衣機未進入工作狀態(tài)或洗衣機處于暫停狀態(tài)期間，p3.4為輸入線，用于監(jiān)測起動鍵的狀態(tài)；當起動鍵按下時，洗衣機即進入工作狀態(tài)或從暫停狀態(tài)恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)；當洗衣機暫停導(dǎo)致cpu響應(yīng)中斷時，p3.4為輸出線，待中斷處理完畢時，由p3.4發(fā)信將d觸發(fā)器輸出的中斷請求信號撤銷。在洗衣機進水或排水期間，p3.5被用做輸入線，用于監(jiān)測水位開關(guān)狀態(tài)，為cpu提供洗衣機的水位信息；在洗衣機高速脫水期間，當發(fā)生開蓋或不平衡導(dǎo)致cpu響應(yīng)中斷時，p3.5為輸出線，待中斷處理結(jié)束后，由p3.5發(fā)信將d觸發(fā)器輸出的中斷請求信號撤銷。 cpu的p3.7用于驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出各種報警聲音。cpu的第4、第5腳外接6mhz的晶振。第l腳通過10f電解電容接到+5v電源，可實現(xiàn)上電自動復(fù)位，s7為強制復(fù)位鍵。 洗衣機的強、弱洗滌可通過s1鍵進行循環(huán)選擇。sl鍵還具有第二功能，即當洗衣機發(fā)生故障轉(zhuǎn)入報警程序后，按下s1鍵可以退出報警狀態(tài)，回到初始待命狀態(tài)。洗衣工