健身洗衣机黎璨青彭皓岚知识讲解.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。健身洗衣机黎璨青彭皓岚-机械原理课程设计报告专业：测控技术与仪器（精密仪器）班级：1004班学号：U201010912，U201010895姓名：黎璨青，彭皓岚指导教师：朱洲华中科技大学机械学院2013年1月24日0目录一、设计任务21、设计题目：健身洗衣机22、工作原理23、原始参数及设计要求：3二、系统运动方案设定与构想41、几种构思的设计方案及简图、简介42、各种方案优缺点分析，选择最优方案43、协调性设计，运动循环简图5三、传动系统设计51、原动机的选择52、总传动比的计算53、传动机构的选择64、传动参数的确定6四、执行系统机构设计7五、同类专利比较8六、总结感想收获体会9七、主要参考资料（书名，作者名等）10一、设计任务1、设计题目：健身洗衣机2、工作原理时代背景：当今时代，生活节奏快，生活压力大，于是不管是蓝领还是白领金领，都开始越发重视自己的健康问题，有的选择去健身房或者运动场做运动，但这只是少数，毕竟比较麻烦，大多数人还是喜欢买了健身器材在家里随时可以锻炼。有没有一种健身器材，可以既健身又能比较高效地利用健身的能量来干点其他的事呢？比如说做家务？这种思想理念驱动下，我们对家用电器、用具进行了考察分析，发现能不太麻烦地转化的当属洗衣机，因为洗衣机中有转动机构，而我们做运动很多项目器材都包含转动，于是想到我们的主题：健身洗衣机。原理：通过骑踩自行车带动齿轮转动再通过皮带带动洗衣机的转动轮转动，转动轮跟洗衣机内搅动棒同轴，搅动棒转动与衣物摩擦实现衣物洗涤。为更有效地清洁衣物，我们设置了周期性正反转，这样可以让搅动棒跟衣物充分接触，也起到一定的翻转衣物的作用。同时，我们设计了按齿数比例计数，用凸轮连杆机构实现排水功能。简图如下：3、 原始参数及设计要求：我们的参数设计以两个要求作为基准。第一，预设人每次运动五分钟，为了防止运动强度过大，以至太过疲劳，也为了防止强度不够，达不到健身效果，设人以60r/min的速度匀速踩动踏板，每五分钟为一个周期。第二，搅拌棒在转动过程中，必须达到一定的转速才能有效的清洁衣物，这里我们设置搅拌棒的转速为150r/min。结合以上标准和实际所设计的传动及执行机构，我们的各项参数预设如下：齿轮1:w1=60r/min,r1=15cm齿轮2:w2=180r/min,r2=5cm齿轮3:m=2,z=45齿轮3:m=1,z=60齿轮4:m=2,z=45齿轮4:m=1,z=60齿轮5:m=1,z=30齿轮5:m=1,z=25齿轮6:m=2,z=60,w6=150r/min齿轮7:m=1,z=27齿轮8:m=1,z=28齿轮8:m=1,z=29齿轮9:m=1,z=28(注：齿轮5和齿轮6为锥齿轮，其余均为直齿轮。齿轮3和齿轮4为两个互补的不完全齿轮）二、系统运动方案设定与构想1、几种构思的设计方案及简图、简介（1）、设计内筒和外筒，增加甩干功能。我们预想将洗衣桶分为两层，内筒和搅拌棒分开，洗衣服时只有搅拌棒旋转，甩干时将内筒和搅拌棒固定在一起，利用搅拌棒带动内筒旋转，从而达到甩干衣服的目的。但在具体实现时遇到了很大困难，无法很合理的将内筒和搅拌棒固定在一起，移动搅拌棒或者移动内筒都不太现实，因此，考虑再三，我们只好放弃甩干功能。（2）、设置变速齿轮，改变洗衣桶的转速。受到变速自行车的启发，我们预先准备设计类似的变速装置，以期通过改变轮齿来改变洗衣桶的转速。我们想让它自动完成齿轮转换而达到换速功能，但在实现的过程中又遇到了很大的困难。除了手动变换齿轮，我们想不出其他可以实现自动转换齿轮的方法。后来我们想到了利用齿轮系来实现变速功能，便放弃了这个方案。2、各种方案优缺点分析，选择最优方案在初步考虑了以上方案，并在便于实现的前提下，我们又另辟蹊径，想出了更巧妙的方案。我们舍弃了甩干的功能，代之以自动排水的功能，这个功能用我们在机械原理课程中所学的凸轮机构很容易实现，为了实现定时排水的功能，我们又想到了齿轮系。刚开始我们想利用定轴齿轮系完成1:784的传动比，但验算之后发现存在严重缺陷，便转而用周转齿轮系并收到了良好的效果。3、协调性设计，运动循环简图三、传动系统设计1、原动机的选择因为是健身洗衣机，所以动力来自人的脚踩，人的脚踩踏在踏板上使踏板处齿轮旋转，从而带动后续机构动作。2、总传动比的计算原则上轮1是原动件，但为了计算方便，这里取轮3为原动件。原动件做的功分为两部分，一部分传给了搅拌棒，另一部分传给了凸轮。这里分别计算如下：1、传给搅拌棒=2、传给凸轮=1-=1-=3、传动机构的选择在传到搅拌棒的过程中我们采用了定轴齿轮系。为了达到使搅拌棒正反向交替旋转的效果，我们在对称位置上安装了两个互补的不完全齿轮3和4，并保证在任一时刻，只有一个齿轮的轮齿与齿轮5相啮合且中间无时间差，从而使搅拌棒能够连续的正反向交替旋转。在传到凸轮的过程中我们采用了周转齿轮系，因为传动比为1:784，用定轴齿轮系难以实现。4、传动参数的确定整个机构只有一个动力源，传动系统分为两个部分。在传到搅拌棒的过程中所采用的是定轴齿轮系，因为搅拌棒的正向和反向旋转是对称的，所以在确定参数时以其中一种为准即可。在动力由齿轮3通过齿轮4，齿轮4，齿轮5，齿轮5和齿轮6传到搅拌棒的过程中，我们可以得出传动比为=。按照前面提出的两个要求，可以首先确定齿轮6的转速为w6=150r/min，齿轮1的转速为60r/min，而对于皮带轮，从省力的角度，我们设定主动轮1的直径为30cm，从动轮2的直径为10cm，由和线速度v相等，可以得出=180r/min。继而得w3=180r/min，这样就可以确定=。我们采用的齿轮都是标准齿轮，故压力角均为，现在要确定的是各齿轮的模数和齿数。为了达到传动比的要求而且符合标准齿轮的齿数不小于17的要求，通过多次验算和调整，我们确定齿轮3:m=2,z=45，齿轮3:m=1,z=60，齿轮4:m=2,z=45，齿轮4:m=1,z=60，齿轮5:m=1,z=30，齿轮5:m=1,z=25，齿轮6:m=4,z=60。在实际装配时中心距的问题也是必须考虑的，否则可能出现齿轮无法安装的情况。通过示意图我们可以看出，齿轮之间的位置应当满足：，通过验算，得：，满足设计要求。在传到凸轮过程中，我们原本打算使用定轴齿轮系，但经过测算，发现要想实现1:784的传动比，要经过很多对齿轮的传动，而这样不仅会增大制造成本，还会使精度严重下降，所以考虑用周转齿轮系。事实证明，只需用4个齿轮就可以实现所要的传动比。=1-=，所以=，通过验算，我们最终确定这些齿轮的参数为：齿轮7:m=1,z=27，齿轮8:m=1,z=28，齿轮8:m=1,z=29，齿轮9:m=1,z=28。四、执行系统机构设计凸轮连杆机构设计按照设计要求，即齿轮1旋转784转，齿轮9旋转1周，从而带动凸轮旋转一周，完成一次洗衣服的过程。在设计凸轮时我们采用了尖顶从动件盘形凸轮机构。我们预设在凸轮转过的最后90度时尖顶从动件开始工作，即推动阀门开始放水。阀门的最大深度为3cm。为了简化设计过程，我们运用了图解法对凸轮的轮廓进行了设计。设计过程在AutoCAD上完成。最后的效果图如下：五、同类专利比较申请号:201220240810.0申请日:20120525主分类号:D06F37/30公告号：202595506U公告日：20121212我们在其设计的基础上增加了定时自动排水的功能，所以相比之下我们的设计要更加完善和人性化。申请号:201210326277.4申请日:20120906主分类号:D06F21/04公开号：102817206A公开日：20121212桶中。此专利仅仅采用链条和齿轮将人的运动简单的转化为波轮的转动。而我们不仅考虑了如何使搅拌棒正反向旋转，还考虑了如何实现自动排水，相比之下我们的设计要巧妙的多，也更实用，更合理。申请号:201220053096.4申请日:20120220主分类号:D06F23/04公告号：202450293U公告日：20120926此项专利在传动方式上与前两项并无差别，没有提出创新的方案。唯一改进的一点是洗衣桶可以设置为双筒，但其并没有具体说明双筒的好处并加以实现，因此显得不够严谨。我们的传动系统和执行系统都是经过精心设计的，充分利用了定轴齿轮系和周转齿轮系的特点，进行了有效而且人性化的处理。总体看来，我们的设计方案要比前几种都优越。六、总结感想收获体会短短两周的机械原理课程设计足以一生铭记。首先，从队员数量方面，我们就不同于其他组：我们组一共两名队员：黎璨青和彭皓岚。之所以没有拉拢更多的同学加入我们，因为我们确实想借此机会好好锻炼自己提升自己。而且我们坚信，我们两个人有把握把这个课设弄好，用我们的心血浇灌成功之树的根枝，让她茁壮成长并最终开出绚烂花朵，结出累累硕果。方案的确定，我们花费了很多心思，总想着多加些功能上去，但最终发现，太过花哨反而不好，倒不如朴实简洁更实用方便、不影响正常操作。在设计的过程中，我们遇到了很多困难，为了使设计最优化，同时尽可能与我们所学的知识联系起来，我们不断改进方案，经过多次讨论，修改，我们最终确定了正反向转动和定时自动排水两个功能。因为我们选用了太多的齿轮，使得整个机构比较复杂，在制作三维动画的过程中遇到了很大困难。但黎璨青同学不怕困难，通宵达旦刻苦钻研solidworks软件，最终成功实现三维动画演示。可以说，这次课程设计完全是我们独立思考，自主研发的成果。在设计的过程中，我们充分利用了所学的各种知识，克服一个个困难，从而顺利完成此次课程设计。在此，我们要感谢机械原理课程老师冯丹凤讲师，工程制图课程老师田文峰讲师以及所有在设计过程中给予了我们鼓励和支持的给位同学！创新之路永无止境，在今后的学习生活中我们会再接再厉，再创辉煌！七、主要参考资料（书名，作者名等）杨家军机械原理华中科技大学出版社，2011.周建国AutoCAD2008机械设计实例精讲，2010.濮良贵纪名刚机械设计，2008.-