全自動揉搓式洗衣機的設(shè)計

1、青島黃海職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文設(shè)計(論文題目:全自動揉搓式洗衣機的設(shè)計姓名韓偉學(xué)號029408301945系部機電工程系專業(yè)機電一體化年級2007級指導(dǎo)教師田雪艷2010年10 月28 日摘要現(xiàn)有的洗衣機中最為常見的為波輪式洗衣機和滾筒式洗衣機。波輪式洗衣機是依靠波輪的轉(zhuǎn)動來帶動衣物和洗滌液進行洗滌;而滾筒式洗衣機是依靠滾筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動或定時反向來洗滌衣物。由此可看出,這兩種類型的洗衣機都是依靠單一的運動方式來洗滌衣物,而在此設(shè)計中將這兩種洗滌方式揉和起來,將兩種運動方式結(jié)合起來,增加了衣物在豎直方向上的運動。使衣物既能像在波輪式洗衣機中那樣由波輪帶動衣物進行洗滌又能像滾筒式洗衣機那樣依靠水流的

2、力量洗滌衣物,并且還可以像手洗那樣對衣物進行揉搓,集各種洗滌方式于一身,對衣物進行更為徹底的洗滌。由于洗衣機的基本功能是對衣物的洗滌,關(guān)鍵在于進行洗衣程序的控制。所以,本文就洗衣機的機械設(shè)計和電氣控制進行了探討,實現(xiàn)全自動揉搓式洗衣機的設(shè)計。關(guān)鍵詞:波輪滾筒揉搓全自動ABSTRACTIn what the existing washer is most common is the impeller type washer and the roller washer. The impeller type washer is depends upon impeller's rotation

3、 to drive the clothing and the cleaning solution carries on the wash; But the roller washer is depends upon drum's continuous rotation or fixed time reverse washes the clothing. From this may see, these two type's washer is the dependence sole mode of motion washes the clothing, but kneads t

4、o gether in this design these two wash way, unifies two modes of motion, increased clothing's in vertical direction movement. Enables the clothing both to look like in the impeller type washer such drives the clothing by the impeller to carry on the wash and to be able to look like the roller wa

5、sher such dependence current of water the strength wash clothing, and may also look like the hand to wash such carries on to the clothing rubs, the collection each wash way in a body, carries on a thorougher wash to the clothing. Because washer's basic function is to clothing's wash, therefo

6、re, the key lies in carries on washes clothes the procedure control. Therefore, this article has carried on the discussion on washer's machine design and the electric control, realizes the completely automatic to rub type washer's designkey words: The impeller drum rubs the completely automa

7、tic目錄前言 (1第一章緒論 (21.1設(shè)計思想 (21.2工作原理 (2第二章洗衣機的原理、分類和驅(qū)動方式 (42.1洗衣機的原理 (42.2洗衣機的分類 (52.3洗衣機的驅(qū)動分類 (7第三章電動機的選擇 (83.1概論 (83.2洗滌電動機 (8第四章整機設(shè)計 (114.1波輪的分類 (114.2波輪的參數(shù)及性能 (114.3帶傳動的設(shè)計(一 (124.4帶傳動的設(shè)計(二 (144.5螺紋軸的設(shè)計 (164.6波輪軸的設(shè)計 (20第五章電氣部分設(shè)計 (235.1設(shè)計概述 (235.2系統(tǒng)總體框圖 (235.3 元器件介紹 (245.3.1 AT89C2051 (245.3.2 CW78

8、05 (255.3.3 74LS139 (265.4 洗衣機功能分析 (275.5 全自動洗衣機的控制功能 (275.6 電路圖中各部件的分析 (295.7全自動洗衣機的部分電路分析 (305.8洗衣機控制程序設(shè)計 (325.8.1 程序流程圖 (325.8.2 源程序 (36第六章相關(guān)部件的設(shè)計和安裝說明 (446.1 洗衣機的底座及外殼 (446.2 位開關(guān)和撥動開關(guān) (446.3 盛水桶及其安裝 (446.4 桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (45結(jié)論 (46致謝 (47參考文獻 (48前言人類洗衣史幾乎同其文明史一樣久遠,然而第一臺具有現(xiàn)代洗衣機雛形的洗衣機器直到十九世紀末才在美國出現(xiàn)。1874年,美國

9、人比爾·布萊克·斯托(Bill Black-stone發(fā)明了木制洗衣機,他在一只木桶的底部裝上了六只葉片,用手柄和齒輪來傳動,使衣物在桶內(nèi)的肥皂液中翻滾轉(zhuǎn)動,達到洗凈衣物的目的。1914年,第一臺電動洗衣機誕生。第二次世界大戰(zhàn)后,洗衣機的生產(chǎn)有了迅速發(fā)展。在發(fā)達國家,洗衣機開始進入普通家庭,洗衣機也由單一的攪拌式發(fā)展為滾筒式、噴流式和波輪式等多種。1953年,英國首先試制出噴流式洗衣機。此后,日本三洋公司在噴流式洗衣機的基礎(chǔ)上,研制成功波輪立桶式洗衣機。1956年,日本東芝公司制成第一臺全自動波輪式洗衣機。四年后,三洋公司又推出了雙缸波輪式洗衣機。目前,全世界洗衣機的年產(chǎn)量

10、已超過了3000萬臺。在英、美、日等發(fā)達國家,家用洗衣機的普及率達99%以上。同時,各式各樣的洗衣機仍在層出不窮,自動化程度也越來越高。我國的洗衣機雖然起步較晚,但發(fā)展速度卻相當快。1979年,我國的洗衣機開始投入批量生產(chǎn),當年的產(chǎn)量約為一萬臺。但到1985年,產(chǎn)量已達到800萬臺,要居世界首位。1988年,產(chǎn)量超過了1000萬臺,占世界洗衣機總產(chǎn)量的三分之一。現(xiàn)在,我國大中城市的家用洗衣機的普及率已達80%以上。廣大的農(nóng)村地區(qū)的洗衣機擁有量已達10%作左右。洗衣機的迅速發(fā)展,既說明了我國人民生活水平的迅速提高,同時也表達了人們對于從繁重的家務(wù)勞動中解放出來的迫切愿望。此次設(shè)計是對現(xiàn)有洗衣機進

11、行了仔細的分類和研究,利用新的原理,并揉和進現(xiàn)代的控制理論和已有的洗衣機技術(shù),設(shè)計出一種新型洗衣機。這種洗衣機類似于傳統(tǒng)的洗衣機,但其應(yīng)用了新的設(shè)計原理和控制方法,在其性能上又大大高于傳統(tǒng)洗衣機。在設(shè)計的過程中得到了徐邵良老師的悉心指導(dǎo)和大力支持,從而掃清了設(shè)計過程中的不少障礙,在此深表感謝。第一章 緒 論1.1設(shè)計思想現(xiàn)有的洗衣機中最為常見的為波輪式洗衣機和滾筒式洗衣機。波輪式洗衣機是依靠波輪的轉(zhuǎn)動來帶動衣物和洗滌液進行洗滌;而滾筒式洗衣機是依靠滾筒的連續(xù)轉(zhuǎn)動或定時反向來洗滌衣物。由此可看出,這兩種類型的洗衣機都是依靠單一的運動方式來洗滌衣物,而在此設(shè)計中將這兩種洗滌方式揉和起來,將兩種運動

12、方式結(jié)合起來,增加了衣物在豎直方向上的運動。使衣物既能像在波輪式洗衣機中那樣由波輪帶動衣物進行洗滌又能像滾筒式洗衣機那樣依靠水流的力量洗滌衣物,并且還可以像手洗那樣對衣物進行揉搓,集各種洗滌方式于一身,對衣物進行更為徹底的洗滌。1.2工作原理外筒內(nèi)筒下波輪周向傳感器徑向傳感器上波輪波輪軸螺紋軸立柱雙速電機大帶輪1小帶輪1洗滌電機小帶輪2大帶輪2摩擦盤圖1 工作原理圖其工作原理如圖1,主要部件為螺紋軸,波輪軸,下波盤,上波盤,內(nèi)筒,外筒,套筒,傳感器,導(dǎo)軸,帶輪及電機等。(1洗滌原理其洗滌原理為:電機1帶動帶輪1,帶輪與內(nèi)筒為緊固連接,內(nèi)筒做旋轉(zhuǎn)運動,上波盤與內(nèi)筒蓋為緊固連接,所以上盤也做旋轉(zhuǎn)運

13、動。同時,電機帶動帶輪使螺紋軸轉(zhuǎn)動,使螺紋盤向上運動,并帶動波輪軸向上運動,使下波盤推動衣物與旋轉(zhuǎn)的上波盤進行對衣物進行揉搓,從而達到洗凈衣物的目的。上波盤與內(nèi)筒蓋緊固連接,內(nèi)筒與套筒通過螺栓緊固連接,大帶輪1通過鍵與套筒連接。主軸通過彈簧和連接件與下波盤連接,連接件上裝有周向和徑向傳感器。螺紋盤與主軸通過鍵和螺母緊固連接,螺紋軸通過鍵與大帶輪2連接,螺紋盤裝在螺紋軸上,螺紋盤可沿導(dǎo)軸進行上下移動。主軸和螺紋盤上下運動的范圍可由行程開關(guān)決定,行程開關(guān)決定了大皮帶輪2的轉(zhuǎn)動量,當主軸和下波盤托著衣物頂向上波盤的力大于彈簧的力時,下波盤將向下移動,當該力達到設(shè)定的大小時,限位開關(guān)(徑向傳感器工作,

14、皮帶輪2停止轉(zhuǎn)動,螺紋盤停止向上運動,調(diào)整限位開關(guān)的位置即可改變作用于衣物上擠壓力的大小。上下波盤對衣物有一定的擠壓力時,上波盤是正反轉(zhuǎn)動,就是對衣物的揉搓。當揉搓力(周向力過大而使彈簧軸向移動一定量時,撥動開關(guān)(軸向傳感器工作使內(nèi)筒(上波盤轉(zhuǎn)動反向。調(diào)整撥動開關(guān)的長度可改變?nèi)啻炅Φ拇笮　?2漂洗原理本設(shè)計為全自動洗衣機,應(yīng)此洗衣機必須具備漂洗功能。在漂洗方式的選用上,考慮到經(jīng)濟性、實用性以及結(jié)合本設(shè)計的設(shè)計特點,選用溢水漂洗方式。就是在洗衣機將衣物洗滌完畢后,從進水口不斷向內(nèi)桶注入清水,結(jié)合內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)以及波輪的揉搓運動,使洗滌液以及污垢從衣物中脫離出來,隨著水面的不斷升高,脫離出的洗滌液和污

15、垢就可以隨著水流從溢水口排出,使洗滌液和污垢予衣物脫離,已達到漂洗衣物的目的。之所以此種漂洗方式,是考慮到此種洗衣機的洗滌特點,和經(jīng)濟實用型。本洗衣機與其它洗衣機相比,最大的特點就是增加了揉搓功能,因此,在漂洗的時候可以考慮使用此功能。不僅可以大大縮短漂洗環(huán)節(jié)的時間,而且可以提高衣物的干凈程度,同時,也大大的節(jié)省了漂洗用水,可謂一舉三得。(3脫水原理在本洗衣機中與其它洗衣機類似,也采用內(nèi)桶的高速轉(zhuǎn)動,使衣物高速轉(zhuǎn)動起來,使衣物中的水受慣性力的作用甩出衣物,順著內(nèi)桶壁上的孔進入外桶排出。第二章洗衣機的原理、分類和驅(qū)動方式2.1洗衣機的原理(1洗衣機洗滌原理洗衣機的洗滌原理是以模擬人工搓洗衣物的動

16、作而發(fā)展起來的,當然,它與人工搓洗的動作并不完全相同,洗衣機(以波輪式為例以波淪為動力帶動洗衣機中的洗滌液和衣物,實質(zhì)發(fā)生相對運動,從而達到洗凈衣物的目的。將洗衣機的電源接通之后,即可通過水流選擇開關(guān)來確定水流的強弱,然后轉(zhuǎn)動定時器按鈕,定好洗滌時間,定時器就會接通電動機的電源,波輪在電動機的帶動下開始運轉(zhuǎn)。洗滌桶中的洗滌液在波輪的推動下,產(chǎn)生強有力的旋轉(zhuǎn)水流,將液體中的衣物帶動起來,不斷的被轉(zhuǎn)動揉搓,經(jīng)過預(yù)定的時間,定時起降電源切斷,電動機停止轉(zhuǎn)動,洗滌程序完成。這時,打開排水閥,將洗衣機內(nèi)的洗滌液排出,然后就可進行漂洗或者將衣物取出,放入另外一批衣物繼續(xù)洗滌。在洗衣機中,整個洗凈衣物的過程

17、,也就是在預(yù)定的時間內(nèi),波輪在電動機的帶動下,通過正反相交替運行,推動水流,是洗滌桶中的衣物不斷翻滾、摩擦,并實質(zhì)產(chǎn)生相對運動,從而將衣物洗凈的過程。(2洗衣機的漂洗原理將衣物搓洗以后,還要將衣物表面的污水沖洗干凈,這就是漂洗。漂洗可分為以下四種方式:1>普通漂洗就是將衣物放進洗滌桶內(nèi),更換清水,是用于洗滌時相同的水流強度,將衣物上存留的污垢和洗滌液沖洗干凈。2>溢水漂洗在漂洗的過程中,讓洗滌桶中的水面高度超過溢水口,并且不斷的向桶內(nèi)中注水,讓污水從溢水口流出,這是一種比普通漂洗優(yōu)越的漂洗方法。3>噴淋漂洗它的原理是借助水的溶解性和流動性,同時應(yīng)運了離心力的原理,將整個的漂洗

18、過程從洗滌桶內(nèi)搬到脫水桶中進行,既節(jié)省了總的洗衣過程的時間,又節(jié)約了漂洗用水。因此,它是一種先進的漂洗方法。4>頂淋漂洗頂林漂洗可以說是有一種噴淋漂洗方式,它浴噴淋漂洗的不同之處就是將脫水桶中的噴淋管去掉,而換成位于脫水桶上方的淋水中蓋。(3洗衣機的脫水原理洗衣機的脫水,主要是應(yīng)用離心力原理。當脫水桶以較高的速度轉(zhuǎn)動起來后,衣物中的水在離心力作用下,就會向水桶的四周運動,到達脫水桶壁,穿過脫水桶上的孔,進入脫水外桶,隨之排出脫水機。2.2洗衣機的分類從1914年第一臺電動洗衣機問世至今,洗衣機隨著各種新技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用發(fā)展十分迅速。我國洗衣機工業(yè)從70年代開始起步,雖然起步較晚,但發(fā)展的

19、速度是相當驚人的。國內(nèi)已擁有數(shù)十種牌號和上百種規(guī)格。目前市場上的家用洗衣機通常可以按照下面幾種方法分類:(1按自動化程度分類a.普通型洗衣機普通型洗衣機又稱為普及型洗衣機。波輪式普通洗衣機可以分為普通型單桶和普通型雙桶洗衣機兩種。普通型雙桶洗衣機是在普通型單桶洗衣機的基礎(chǔ)上,增設(shè)脫水機構(gòu)發(fā)展而來。他們都是通過定時器來控制波輪在洗衣桶內(nèi)作間歇的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)與上下翻轉(zhuǎn)的綜合水流來洗滌衣物。洗滌時,根據(jù)衣物的多少以及厚薄來選擇洗滌、漂洗的時間。脫水時根據(jù)衣物量的多少來選擇脫水時間。普通型洗衣機洗滌時,洗滌、漂洗和脫水各功能之間的轉(zhuǎn)換需要手工來完成,其機構(gòu)簡單,使用方便,價格便宜,是目前國

20、內(nèi)銷售量最大的洗衣機。b. 半自動型洗衣機根據(jù)我國家用電動洗衣機的標準規(guī)定:在洗滌、漂洗、脫水各功能之間,其中任意兩個功能之間轉(zhuǎn)換不用手工操作而能自動進行的洗衣機稱為半自動型洗衣機。半自動型洗衣機有洗滌側(cè)半自動型和脫水側(cè)半自動型。半自動型洗衣機結(jié)構(gòu)比普通型復(fù)雜,但使用方便靈活,價格較高。c. 全自動型洗衣機全自動型洗衣機按照國家標準定義為:洗衣機工作時,具有洗滌、漂洗和脫水之間轉(zhuǎn)換不需要手工操作而自動完成。其特點是省時省力,體積小,洗衣容量大,磨損小。(2洗滌方式分類a. 波輪式洗衣機波輪式洗衣機在洗滌桶中裝有一個波輪,波輪上有幾條突起的筋,波輪以每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動,帶動桶中的洗滌液和衣物

21、作旋轉(zhuǎn)和翻滾運動來洗滌衣物。波輪式洗衣機根據(jù)水流的方式可分為小波輪渦卷式和大波輪新水流兩種。新水流洗衣機具有低轉(zhuǎn)速,頻繁轉(zhuǎn)、停等特點,使得衣物不易被纏繞,提高了衣物的洗凈度,降低了磨損率。b. 攪拌式(擺動式洗衣機攪拌式洗衣機是依靠攪拌器往復(fù)擺動的方式來進行洗滌的洗衣機,攪拌式洗衣機在洗衣桶中間豎直安裝攪拌器,攪拌器繞軸心在一定角度范圍內(nèi)正反向擺動,攪動洗滌液和衣物好似人工手洗洗滌的揉搓,衣物受力均勻,一次洗衣量較多,攪拌式洗衣機多為全自動型。c. 滾筒式洗衣機 滾筒式洗衣機是依靠滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動或定時正反向轉(zhuǎn)動來進行洗滌的洗衣機。滾筒式洗衣機有一個盛水的圓柱形外桶,外桶中有一個可以旋轉(zhuǎn)的內(nèi)桶,內(nèi)

22、桶壁上有許多排列規(guī)則的小孔,并有幾條突起的筋,衣物就投放在內(nèi)桶中,內(nèi)桶有規(guī)律的正反旋轉(zhuǎn),突起的筋將衣物帶起,到一定的高度又將衣物拋落在洗滌液中,來達到洗滌衣物的目的。上述三種洗衣機的特點見下頁表一類別 優(yōu) 點缺 點主 要 市 場波 輪 式洗凈率高,洗滌時間短,耗電少,材料要求不高,易于塑料化,結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,維修方便,可制成小容量或便攜式,成本低。 磨損率高,用水量大,不易造成大容量,噪聲大。 中國、日本等亞洲國家,中東、中南美洲部分國家。攪 拌 式洗凈率較高,磨損率較低,洗滌容量大,洗滌衣物不易纏繞。三葉攪拌器的回轉(zhuǎn)機構(gòu)復(fù)雜,制造困難,修理技術(shù)難度較高。洗滌時間較長,噪聲稍大,機體大而重

23、。美國、墨西哥、加拿大、智利、阿根廷等北美、中美、南美國家。 滾 筒 式磨損率低,洗滌劑用量少,節(jié)省水,洗衣容量大,衣物不易產(chǎn)生扭角,可洗吸水性較強的厚重織物。洗滌時間較長,耗電量大,洗凈率較低,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積大,不易做小容量,滾筒體要求不銹鋼制作。歐洲各國如法國、英國、荷蘭、意大利等。d. 其他洗滌方式洗衣機 除了常見的波輪式、攪拌式和滾筒式洗衣機以外,還有多種常用的洗衣機,依照其洗滌方式的不同,還有以下幾種: 噴流式洗衣機 超聲波洗衣機 真空洗衣機 高溫泡沫洗衣機 噴射式洗衣機表2-1波輪式、攪拌式、滾筒式洗衣機性能比較振動式洗衣機旋轉(zhuǎn)桶形洗衣機壓力式洗衣機壓縮式洗衣機2.3洗衣機的驅(qū)動

24、分類(1間接驅(qū)動:通過皮帶連接電機軸和離合器輸入軸來傳遞動力。(2電容式單向感應(yīng)電機+離合器(3雙速電機+離合器(4三相交流變頻電機+減速離合器(5直接驅(qū)動(DD(6電機輸出軸直接和負載連接。(7電機的輸出軸和離合器的輸入軸連在一起,通過離合器的輸出軸和負載連接。洗衣機驅(qū)動方式間接傳動方式直接傳動方式皮帶輪傳動比約齒輪比平衡性靜音性電機轉(zhuǎn)距效率成本可靠性及可維修性可控性壽命1:1.81:5-1:8一般差單相交流感應(yīng)電動機雙速感應(yīng)電機交流變頻電機小較底低0.90.5短-1:5-1:8良好一般電容式異步電機單相盤式異步電機中一般一般1.00.8一般間接驅(qū)動和直接驅(qū)動各中指標對比表表二表2-2 直接

25、驅(qū)動和間接驅(qū)動的各項性能比在此設(shè)計中考慮到洗衣機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能要求選擇第一種驅(qū)動方式。為滿足洗滌脫水轉(zhuǎn)速的要求,電機設(shè)計成2P/8P,采用電容式感應(yīng)電機。電機輸出兩種(高,低轉(zhuǎn)速,通過皮帶減速便可得到所需洗滌脫水轉(zhuǎn)速。(3缺點:1皮帶減速傳遞效率低,故障率高。2由于電機偏置,易震動,需加配。3皮帶易打滑磨損。第三章電動機的選擇3.1概論目前在家用電器中使用的電機分為直流電機、單相串激式電機。直流電機使用干電池供電,通常在電動剃須刀、錄音機、電動兒童玩具等小型器具中。單相串激式的電機結(jié)構(gòu)上與直流電機相似。由于其轉(zhuǎn)子上帶有換向器,電機運轉(zhuǎn)時使得換向器極易磨損,因而壽命短,常用在轉(zhuǎn)速要求較高而單次

26、使用時間短的電動器具上,如吸塵器、食品加工機等。單相感應(yīng)電機應(yīng)用最廣,根據(jù)起動方式的不同又分為罩極式、分相起動式、電容起動式及電容運轉(zhuǎn)式,分別用于電冰箱、電風(fēng)扇、微波爐、洗衣機等家用電動器具上。由于電容運轉(zhuǎn)式電機具有起動扭矩大、運行穩(wěn)定、功率因數(shù)高、過載能力強等特點,并能較好的滿足洗衣機正反兩個方向運轉(zhuǎn)的工作要求,所以被廣泛的應(yīng)用于洗衣機中。洗衣機在正常工作狀態(tài)洗滌桶內(nèi)應(yīng)裝有水和衣物,因此,洗衣機的電動機總是在有負載的條件下運行,由于洗衣機工作時要求波輪正反轉(zhuǎn),這就要求電動機帶載正反頻繁起動,洗衣機電動機的負載不能看成恒轉(zhuǎn)矩負載,因為洗衣機的波輪直接接觸水和衣物,在起動的初始時刻,阻轉(zhuǎn)矩較小。

27、但是,這個負載又不能簡單的看成是風(fēng)機水泵類負載(與轉(zhuǎn)速的平方成正比的負載特性,由于桶內(nèi)衣物位置和水流的變化,在正常的工作條件下,負載的大小可能經(jīng)常發(fā)生變化,由于洗衣機的負載特點和工作是頻繁起動的需要,對電動機的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩都要求比較高。3.2洗滌電動機(1電動機的選用。洗衣機中使用的電動機可分為單向異步電動機、永磁式直流電動機、單向串激式和直線型驅(qū)動電機。單向異步電動機根據(jù)啟動方式不同又可分為電容運轉(zhuǎn)式電動機和罩極式電動機,而電容式電動機又派生出雙速變極式電動機。洗衣機根據(jù)各自的工作特點采用不同的電動機。國家標準對洗衣機的主要性能指標作了相應(yīng)的規(guī)定,表一就是波輪洗衣機用的XD 型洗衣機電

28、動機的性能指標。根據(jù)我國條件,電動機的電源電壓為220V,頻率為50Hz,同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,額定轉(zhuǎn)速為1350r/min,洗衣機電動機的功率應(yīng)根據(jù)洗衣機的規(guī)格而定,洗衣機的規(guī)格大小是按每次最大洗滌的量配用的電容器。衣物重量來確定的,表二列出了不同規(guī)格的洗衣機所配用的電動機的功率及電動機所配用的電容器。表3-2 洗衣機所配用的電機設(shè)計以2.5千克為容量進行設(shè)計,所以選用電機功率為120W ,配置電容器為8F 。其中,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為0.9,堵轉(zhuǎn)電流為2.5A ,最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.7,效率為52%,功率因素為0.95。 (2雙速變極電機結(jié)構(gòu)雙速變極電動機是采用改變極數(shù)來獲得兩種速度的電容

29、運轉(zhuǎn)式電動機。接通12級繞組,電動機低速運轉(zhuǎn),完成洗滌、漂洗功能。接通兩極繞組,電動機高速運轉(zhuǎn),完成脫水功能。洗滌電機的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖一所示:輸入功率 (W 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 倍數(shù)堵轉(zhuǎn)電流 (A 最大轉(zhuǎn)矩 倍數(shù)效率 (%功率因數(shù)90 0.95 2.0 1.7 49 0.95 120 0.9 2.5 1.7 52 0.95 180 0.8 4.0 1.7 56 0.95 2500.75.51.7590.95洗衣機的 洗衣量( 1.5-22-33-44-5配用電動機 (W 90,120120180250配置電容器 (F 6,88,1010,1216表3-1 XD 型洗衣機電動機的性能(3主要技術(shù)參數(shù)項目內(nèi)

30、容分類性能指標2極12極效率(%30 25功率因數(shù)0.84 0.90堵轉(zhuǎn)電流(A7.0 1.8堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)據(jù)(N·m 1.0 1.7最大轉(zhuǎn)矩(N·m 1.8 2.4溫升(K80 80噪音(dB74 60洗衣機在洗滌運轉(zhuǎn)時,受力極大。因此對傳動機構(gòu)的波輪軸、軸承套等零件要求具有一定的強度、剛度、耐疲勞性能。同時,傳動機構(gòu)上部分在洗滌時,長期受水的侵蝕,使得各零件要求有很高的耐腐蝕性和耐冷熱沖擊性能。YXG162/2/12型雙速變極電動機為中國濟南洗衣機廠生產(chǎn),主要技術(shù)指標見上表。啟動和運轉(zhuǎn)配用14微法/450伏電容器,2極額定輸出功率200瓦;12極輸出功率為120瓦。圖3-1 洗

31、滌電動機的結(jié)構(gòu)簡圖第四章整機設(shè)計4.1波輪的分類1.常見的幾種波輪形式:掌形波輪碟形波輪塔形波輪攪拌棒形波輪轉(zhuǎn)桶式大波輪(盒式波輪2.較有特點的新水流波輪:(1日本公司的棒式波輪(2三洋公司的手搓式波輪(3松下公司的碟形波輪(4夏普公司的“帽式”波輪(5日電公司的撬桿式波輪(6三菱公司的攪拌式波輪(7東芝公司的偏心波輪4.2波輪的參數(shù)及性能波輪形狀和尺寸與洗滌性能的關(guān)系如下圖所示:1.波輪直徑:波輪直徑與洗凈比、織物磨損、織物纏繞和洗滌不均勻度的關(guān)系見圖一。洗凈比(%織物纏繞織物磨損洗凈比1109080180250320390洗滌不均勻度圖一波盤直徑與洗滌性能的關(guān)系波盤直徑(mm如圖所示,增大

32、波輪直徑對洗滌物的洗凈比、織物纏繞和洗滌不均勻度都有利,僅對織物磨損略有增大。2.波輪葉片筋:它的作用是在波輪正反旋轉(zhuǎn)時,產(chǎn)生水平和上下回轉(zhuǎn)的復(fù)合水流,使洗滌物受到三維沖擊力的作用。波筋寬度在2025mm 時,洗滌性能較好。除波筋寬度外,波筋的高度和條數(shù)也對洗滌性能有所影響,但波筋高度對洗滌電動機的輸入功率影響更大。波筋條數(shù)一般設(shè)計成38條,實驗表明,波筋6條時洗滌性能較好。4.3帶傳動的設(shè)計(一在此部分主要對洗衣機中主要傳動機構(gòu)包括兩個帶傳動和一個螺紋傳動以及波輪軸的設(shè)計及計算。此部分將完成連接洗衣機內(nèi)筒的帶傳動計算。 1.雙速電動機功率為120W ,轉(zhuǎn)速min /13700r n =,波輪

33、軸轉(zhuǎn)速min /300r n =,傳動比57.43001370=i確定計算功率ca P由表8-6查得工作情況系數(shù)1.1=A K ,故KwP K P A ca 132.012.01.1=2.選取V 帶帶型根據(jù)ca P ,0n 由圖8-9確定選用Z 型 3.確定帶輪基準直徑由表8-3和表8-7取主動輪基準直徑.631mm D =根據(jù)式(8-15,從動輪基準直徑.2886357.412mm iD D = 根據(jù)表8-7,取.2802mm D = 按式(8-13驗算帶的速度s m n D v /2552.410006013706310006011<=4.確定V 帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)式(21

34、02127.0D D a D D +<<+,初步確定.2500mm a = 根據(jù)式(8-20計算帶所需的基準長度(mma D D D D a L d 108625046328063280225024222212120'=-+=-+=由表8-3選帶的基準長度mm L d 1120=按式(8-21計算實際中心距ammL L a a dd 2672108611202502'0=-+=-+=5.驗算主動輪上的包角1 由式(8-6得>=-=-=1202.131602676328018060180121aD D 主動輪上的包角合適。6.計算帶的根數(shù)Z由式(8-22知(Lc

35、ak k P P P Z +=由,57.4,63min,/137010=i mm D r n 查表8-5c 和8-5d 得KwP 15.00= Kw P 03.0=查表8-8得86.0=k ,查表8-2得08.1=L k ,則(79.008.186.003.015.0132.0=+=Z取1=Z根。7.計算預(yù)緊力0F由式(8-23知 2015.2500qv k vZ P F ca + -= 由表8-4 m kg q /06.0=,故N F 08.2952.406.0186.05.2152.4132.050020=+-=8.計算作用在軸上的壓軸力Q 由公式(8-24得 NZF Q 76.432.1

36、31sin 08.29122sin210=9.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計波輪式洗衣機洗滌部分的傳動方式,均采用三角皮帶傳動,其中,小皮帶輪與電機轉(zhuǎn)軸的伸出部分連接,其轉(zhuǎn)速較高,因此要求強度高,有較好的耐磨性能。所以,在選擇小皮帶輪時,一般優(yōu)先選用金屬制件,而大皮帶輪則不宜采用金屬制件。因為三角傳動皮帶吸水能力較強,假如由于受潮或濺水,而使傳動皮帶絕緣性能降低,或變成導(dǎo)體,一旦電機發(fā)生故障而漏電,將使漏電流傳至小皮帶輪,經(jīng)傳動皮帶大皮帶輪波輪軸傳入洗滌液中,洗滌時容易造成觸電傷亡事故,如果采用塑料皮帶輪,就能起到良好的絕緣作用。再者,由于大皮帶輪的轉(zhuǎn)速較低,選用塑料皮帶輪就能夠滿足要求了。帶輪的具體結(jié)構(gòu)尺寸

37、見零件圖。4.4帶傳動的設(shè)計(二此部分將要完成與螺紋軸連接的帶傳動設(shè)計。電動機功率為25W ,轉(zhuǎn)速m in /12801r n =,螺紋軸轉(zhuǎn)速min /7962r n =,傳動比61.17961280=i1.確定計算功率ca P由表8-7查得工作情況系數(shù)1.1=A K ,KwP K P A ca 0275.0025.01.1=2.選取V 帶帶型根據(jù)ca P ,0n 由圖8-8確定選用Z 型 3.確定帶輪基準直徑由表8-8和表8-4取主動輪基準直徑.631mm D =根據(jù)式(8-15,從動輪基準直徑.1016361.112mm iD D = 根據(jù)表8-8,取.1002mm D =按式(8-13驗

38、算帶的速度s m n D v /2522.410006012806310006011<=所以帶的速度合適。4.確定V 帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)式(2102127.0D D a D D +<<+,初步確定.2000mm a = 根據(jù)式(8-20計算帶所需的基準長度(mm a D D D D a L d65720046310063100220024222212120'=-+=-+=由表8-3選帶的基準長度mm L d 710= 按式(8-21計算實際中心距ammL L a a dd 22726577102002'0=-+=-+=5.驗算主動輪上的包角1 由式(

39、8-6得>=-=-=120170602276311018060180121aD D 主動輪上的包角合適。 6.計算帶的根數(shù)Z 由式(8-2知(Lcak k P P P Z +=由61.1,63min,/128010=i mm D r n 查表8-6a 和8-6b 得KwP 23.00= Kw P 01.0=查表8-9得98.0=k ,查表8-10得99.0=L k ,則(12.099.098.001.023.00275.0=+=Z取1=Z根。7.計算預(yù)緊力0F由式(8-23知 2015.2500qv k vZ P F ca + -= 由表8-5m kg q /06.0=,故N F 12.

40、622.406.0198.05.2122.40275.050020=+-=8.計算作用在軸上的壓軸力N ZF Q 2.122170sin12.6122sin210=4.5螺紋軸的設(shè)計1. 初步確定軸徑選取軸的材料為40Cr ,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3,取1120=A 。于是得mm nP A d 02.31280025.0112330min =2.螺紋軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.擬訂軸上零件的裝配方案 采用下圖所示的裝配方案 圖5-1 螺紋軸的裝配方案2.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了使螺紋盤獲得較高的移動速度,螺距P 應(yīng)取大值,此處取P=2mm ,對應(yīng)的公稱直徑mm d 2021=-.2面左

41、端裝軸承,根據(jù)手冊選用202的深溝球軸承,其尺寸為.113515=B D d 故mmd d 154321=-,而mm l mm l 20,104321=-取安裝皮帶輪處的軸徑mm d 1154=-,為了保證軸端擋圈壓在皮帶輪上,取mml 1654=-。3.軸上零件的周向定位皮帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按54-d 由手冊查得平鍵截面44=h b (GB1095-79。鍵槽用鍵槽銑刀加工,長為10mm (標準鍵長見GB1096-79,同時為了保證皮帶輪與軸配合有良好的對中性,故選擇皮帶輪輪轂與軸的配合為H7/k6,滾動軸承與軸的周向定位是借過度配合來保證的,故此處選軸的直徑公差為6mm 。2

42、. 求軸上的載荷對各支點進行受離分析如下圖所示:P 1P 2QT 1T 2MTabc由皮帶傳動的計算知Q=12.2NN P Q P 25.1305.12.1212=+=+=, mmN nP T T =3307960275.09550000955000012mmN Q M=5.2745.222.125.22maxmm N T MMca =+=+=3293036.0(5.274(2222(max各截面處M 及T 列于下表:表5-1 截面處的彎距和扭距M (N ·mm T (N ·mm caM(N ·mm 2 5.7750 5.775 3 268.3 303 324.1

43、 497.6303206.33. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時,通常只校核軸上承受最大計算彎矩的截面的強度。則由式(15-5可得MPa WM ca ca 97.0151.03293=圖5-2 軸的載荷分析圖前以選定軸的材料為40Cr ,調(diào)質(zhì)處理,由表15-1查得MPa 3551=-,因此1-<ca ,故安全。4. 精確校核軸的疲勞強度 判斷危險截面截面2、3的應(yīng)力集中影響相當,軸徑也相同,但3截面受載的情況遠大于2截面,故應(yīng)校核3截面的右側(cè),同樣,4截面的右側(cè)也應(yīng)校核。 截面3右側(cè)抗彎截面系數(shù) 3335.337151.01.0mm d W = 抗扭截面系數(shù) 333675152.0

44、2.0mm d W T = 截面3 右側(cè)的彎矩 mm N M =3.268截面3 上的扭矩為 mmN T=303截面上的彎曲應(yīng)力 MPaWM b 79.05.3373.268= 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaW T TT 45.0675303=軸的材料為40Cr ,調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得MPa MPa MPa B 200,355,73511=-截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表3-2查取。 r/d=0.8/15=0.053,D/d=20/15=1.33,經(jīng)插值后可查得53.2= 04.2=又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為78.0=q 82.0=q(85.1104.282.01

45、1119.2153.278.011(1=-+=-+=-+=-+=q k q k由附圖3-2得尺寸系數(shù)0.1=;由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)0.1=,軸按磨 削加工,由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為92.0=軸未經(jīng)表面強化處理,即1=q ,則按式(3-10(3-10a 得綜合系數(shù)值為94.1192.01185.11128.2192.01119.211=-+=-+=-+=-+=k K k K又由第三章第二節(jié)得材料特性系數(shù)3.02.0= 取2.0=15.01.0= 取1.0=于是,計算安全系數(shù)Sca 值,按式(15-6(15-8則得5.11.1271.1824.1771.1824.1771.182245.

46、01.045.094.12004.1772.079.028.2355222211=>>=+=+=+=+=+=+=-S S S S S S K S K S ca ma ma故可知其安全。 截面4右側(cè)抗彎截面系數(shù) 3331.133111.01.0mm d W = 抗扭截面系數(shù) 3332.266112.02.0mm d W T = 截面3 右側(cè)的彎矩 mm N M .6.97= 截面3 上的扭矩為 mm N T .303= 截面上的彎曲應(yīng)力 MPaWM b 73.01.1336.97= 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaW T TT 14.12.266303=軸的材料為40Cr ,調(diào)質(zhì)處理。由表

47、15-1查得MPa MPa MPa B 200,355,73511=-截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表3-2查取。 r/d=0.8/11=0.073,D/d=15/11=1.36,經(jīng)插值后可查得436.2= 96.1=又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為78.0=q 82.0=q(79.1196.182.011112.21436.278.011(1=-+=-+=-+=-+=q k q k由附圖3-2得尺寸系數(shù)0.1=;由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)0.1=, 軸按磨削加工,由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為92.0=軸未經(jīng)表面強化處理,即1=q ,則按式(3-10(3-10a 得綜合系數(shù)

48、 值為88.1192.01179.11121.2192.01112.211=-+=-+=-+=-+=k K k K又由第三章第二節(jié)得材料特性系數(shù)3.02.0= 取2.0=15.01.0= 取1.0=于是,計算安全系數(shù)Sca 值,按式(15-6(15-8則得5.113821.17722021.17722021.177245.01.02/45.088.12002202.073.021.2355222211=>>=+=+=+=+=+=+=-S S S S S S K S K S ca ma ma故可知其安全。 4.6波輪軸的設(shè)計 1.初步確定軸的最小直徑先按式15-2初步估算軸的最小直徑

49、。選取材料為3Cr13,調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)表15-3,取A=112,于是得min d 0A =np 3mm25.830012.03112=波輪軸的最小直徑顯然是裝波輪處的致敬,此外,此處截面為正方形。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1 擬定裝配方案選用如圖所示的裝配方案(2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度取裝波輪處的截面mmb 10=,mm l 2021=-。要滿足從方形截面到圓形截面的過渡,圓形截面出的直徑mmb d 14.141022=,取圓軸處的直徑mm d 1832=-, 皮帶輪與軸為鍵連接,初定波輪地最大上升高度mmh 200max=,取鍵長為mm l 50min =;裝螺紋盤處的軸徑mmd

50、 1443=-。3.求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖 作用在軸上的扭距:=95500009550000np T mmN =382030012.0作用在軸上的最大彎距:mmN Q M=48.975822376.43223max4.校核危險截面A 面為危險截面,對其進行彎扭校核:MpaWM ca 56.35141.048.97583=故安全。前以選定軸的材料為3Cr13,調(diào)質(zhì)處理,由表15-1查得Mpa 751=-,因此1-ca ,故安全。5.精確校核軸的疲勞強度(1判斷危險截面截面1、2只受扭矩作用,雖然軸肩所引起的應(yīng)力集中將削弱軸的疲勞強度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕

51、而確定的,所以1、2截面無需校核,故只校核3面。 (2精確校核3面右側(cè)抗彎截面系數(shù):3334.274141.01.0mmdW =截面上的彎矩392.9495223622348.9758mmM =-=彎曲應(yīng)力MpaWM ca 606.344.27492.9495=軸的材料為3Cr13,調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得Mpa b 835=,Mpa 6351=-截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2查取。因r/d=1.0/14=0.071,D/d=18/14=1.286,經(jīng)插值后可查得:又由附圖3-1可的軸的材料的敏感系數(shù)為: 按附圖3-2的尺寸系數(shù):1=軸按磨削加工,由附圖3-4得表面質(zhì)量系

52、數(shù):92.0=軸未經(jīng)表面強化處理,即1=q 則按式(3-10及(3-10a 得綜合系數(shù)值為:8.1195.01188.111=-+=-+=k K又由第三章第二節(jié)的材料特性系數(shù)3.02.0-= 所以取:2.0=于是,計算安全系數(shù):5.1194.10606.348.16351=>>=-S K S S aca 故可知其安全。第五章 電氣部分設(shè)計5. 1設(shè)計概述1. 采用常見的物美價廉的ATMEL 單片機AT89C2051作為控制核心。2. 為防止因電源過低或電源間斷性供電而引起電腦工作狀態(tài)混亂,設(shè)置了欠壓檢測保護電路。3. 設(shè)計蜂鳴電路,如有脫水誤開蓋或脫水不平衡等狀況,蜂鳴器鳴叫,提示

53、用戶進行處理,保證洗衣機及人身安全。4. 由于本設(shè)計按鍵較少,所以采用單段直接輸入方式,使電路簡單。5. 功率驅(qū)動電路先由晶體管進行電流放大后再加到可控硅的控制極上,作為可控硅的觸發(fā)信號。由可控硅實施對電動機、進水閥、排水閥的控制。6. 本設(shè)計采用了時基電路,作用有二:一是定時向電腦提供一個計時的基準信號,二是使輸出的控制脈沖與電網(wǎng)交流電同相位,實現(xiàn)對可控硅的過零觸發(fā)。 7. 顯示電路只采用三只發(fā)光二極管作程序選擇鍵功能顯示。8. 電源電路經(jīng)變壓,整流,濾波后分成兩路,一路約為10V 的直流電壓提供給蜂鳴電路,另一路經(jīng)三端集成穩(wěn)壓器7805輸出穩(wěn)定的5V 直流電壓,作為程序控制器的主電源。 9

54、. 通過軟、硬件的配合設(shè)計,控制器具有較強的功能。5. 2系統(tǒng)總體框圖圖3.1:系統(tǒng)總體框圖A T89C2051穩(wěn)壓電源 安全控制水位低壓檢測開關(guān)安全開關(guān) 啟動/暫停 程序選擇電機正轉(zhuǎn) 電機反轉(zhuǎn) 進水閥排水閥 蜂鳴器 LED 顯示 5. 3 元器件介紹5.3.1 AT89C2051AT89C2051引腳圖如圖5.1所示AT89C2051是一個低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元,功能強大AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。A