全自动洗衣机机电一体化设计毕业论文.pdf

摘 要随 着 当今社 会经 济和科 技水平的 不断提高，家用 电 器全自 动化将成为必然的 发展趋 势。中国家用 电 器协会通 过 对洗衣 机行 业未来5 10年面 临的 经 济形势以及机遇 和挑战的 分析后指出，洗衣 机产业将向产品个性化、功能 多样化、控制智能 化、振动和噪声低量 化 方向发展，对节 能 节 水的 需 求将迅 速 增长。全自 动洗衣 机的 产生 极大的 方便了人们的 日常 生 活，节 约 了人们很多时间。国内洗衣 机的 质 量 和世界 领 先水平同步，像海尔、美 的 等。高 效节 能、省 水、省 电、环 保型洗衣 机是各大厂商一直 追 求的 目 标。本次设 计 的 波轮 式全自 动洗衣 机涉及到各方面 的 知 识，主要 组 成有排水系 统、传动系 统、及控制部 分。其中机械方面 有V带的 设 计、减速 器的 选 择、电 动机的 选 择等；控制 部 分方面 有硬 件电 路 的 设 计、控制程 序设 计，各方面 都 涉及到诸 多参数的 选 择和计 算 并且 实现 了全自 动洗衣 机的 正常运 行、强制行 停止、故障 检测和报警 提醒 功能。关键 词：全自 动洗衣 机、系 统、设 计2目 录摘要第1章 绪 论.11.1机电 一体化课 程 设 计 目 的.1第2章 波轮 式全自 动洗衣 机机电 控制系 统 设 计.22.1课 程 设 计 任务书.22.2波轮 式全自 动洗衣 机总体结 构.22.3进 水、排水系 统.32.4传动系 统 结 构及工作原理.82.5机械设 计 系 统 传动计 算.192.6控制系 统 设 计.27第3章 课 程 设 计 总结.354 参考 文献.36第1章绪论1.1、机电 一体化课 程 设 计 目 的机电 一体化系 统 课 程 设 计 是一个重 要 的 实践 性教学环 节。要 求学生 做那 个和运 用 所学 过 的 机械、电 子、计 算 机和自 动控制等 方面 的 知 识，独 立 进 行 一次机电 结 合的 设 计 训 练，主要 目 的 是：1）学习机电 一体化系 统 总体设 计 方案立 定，分析与比较 的 方法。2）通 过 对机械系 统 的 设 计，掌握集 中典型传动晚间 与导向元件的 工作原理、设 计 计 算 方法与选 用 原则。如齿 轮/同步带减速 装 置、蜗 杆副、滚珠 丝杠螺 母副、直 线 滚动导轨 副 等。3）通 过 对进 给 伺服系 统 的 设 计，掌握常用 伺服电 动机的 工作原理、计 算 选 择方法与 控制驱 动方式，学会选 用 典型的 位移/速 度传感器；如交流、逼 近 伺服进 给 系 统，增量 式旋 转 编 码 器，直 线 光栅等。4）通 过 对控制系 统 的 设 计，掌握一些典型硬 件电 路 的 设 计 方法和控制软 件的 设 计 思 路；如控制系 统 选 用 原则、CP U选 择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配 置、键 盘 与现 实电 路 设 计 等，以及控制系 统 的 管 理 软 件、伺服电 动机的 控制软 件等、5）培养学生 独 立 分析问 题 和解 决问 题 的 能 力，学习并初步树立“系 统 设 计”的 思想。6）锻 炼提高 学生 应用 手册和标准、查阅 文献 资 料以及撰写科 技论 文的 能 力。1第2章 波轮式全自动洗衣机机电控制系统设计2.1课 程 设 计 任务书一、设 计 参数1.最大洗衣 重 量 为：3.8kg2.内桶直 径为：400mm3.洗衣 机的 转 速 约 为：140200r/min,托水转 速：700800r/min4.要 求能 自 动调 节 水位5.根据衣 服类 型设 定洗衣 模式、自 动进 水、自 动排水等。二、具体任务1,总体方案确 定；2,机械部 分设 计 及计 算，要 求数据具有科 学性;3,绘 制装 配 图及其零 件图若 干张；4,控制部 分包括硬 件和软 件设 计；5,编 写设 计 说 明书（不少于1万字）；6,图纸、说 明书必须 交电 子版 和纸 制文档。2.2波轮 式全自 动洗衣 机的 总体结 构目 前在我国生 产的 洗衣 机中，波轮 式洗衣 机占了 80%以上。早期生 产的 波轮 式洗衣 机波轮 较 小，直 径都 在165185mm之间，转 速 为320500r/min。现 在基本都 是大波轮 洗衣 机，其中又以碟 形波轮 应用 最广，波轮 直 径约 为300mm,转 速 约 为120300r/min。一般 来说，波轮 式全自 动洗衣 机具有洗涤、脱 水、水位自 动控制，以及根据不同衣 物 选 择洗涤方式和洗涤时间 等 基本功能，其结 构主要 由 洗涤和脱 水系 统、进 排水系 统、电 动 机和传动系 统、电 气控制系 统、支承机构等5大部 分组 成，如图1所示。11 1一排水管 22溢水管 3 3吊杆 4 4一脱 水桶（内桶）5 5一盛 水桶（外桶）66平衡 环 7 7盖 板 BB安全开笑9 9 一控制面 板 1010水位控制翱 11进 水电 磁 阀1212进 水接头 L3L3压力软 管】4 4 一贮 气室 1313支架1616电 动机 1717离 合器 1818一波轮 1919脱 水轴2 2。一排水电 磁 阀 2121法兰盘 2222脱 水孔2.3、进 水、排水系 统2全自 动洗衣 机的 进、排水系 统 主要 由 进 水电 磁 阀、排水电 磁 阀 和水位开关等 组 成。2.3.1水位开关水位开关又称 压力开关。洗衣 机洗涤桶进 水时的 水位和洗涤桶排水时的 状 况是由 压力 开关检测的。当洗衣 机工作在洗绦 或漂洗程 序时，若 桶内无水或水量 不够，压力开关则发 出供水信号。当水位达 到设 定位置 时，压力开关将发出关闭 水源的 信号。微电 脑 全自 动洗 衣 机工作在排水程 序时，若 排水系 统 有故障，水位开关则发出排水系 统 受阻 信号。结 构波轮 式全自 动洗衣 机上使用 最多的 水位开关是空 气压力式，其结 构如图2所示。这 类 压力开关按其功能 可大致 分为气压传感装 置、控制装 置 及触 点开关三部 分。水位开关结 枸及其水压传递 系 统图2气压传愚装 直 田 气至11、稼 腰 膜10、塑料蕴9、坝心6等 组 成；痊 制装 直 田 也力弹簧 4、导套2、调 压螺 钉3、杠杆1和凸轮5等 组 成；触 点开关由 动簧 片8、开关小弹簧7、动 静 触 点组 成，其中公共触 点COM和常闭 触 点NC组 成动断触 点，公共触 点COM和常开触 点NO组 成动合触 点。动簧 片8是由 被 青 铜 板制成，其结 构如图3所示。在内动簧 片 和外 动簧 片 的a、b点安装 一个小弹簧，即图2中的 开关小弹簧7。c点为内动簧 片 的 力驱 动点，位于顶 心和塑料盘 的 轴 心线 上。(2)工作原理当水注入内桶时，气室很快被 封闭。随 着 水位上升，封闭 在气室内的 空 气压力也不断提 高，压力经 软 管12传到水位开关气室11,水位开关气室11内的 空 气压力向上推动橡胶 膜 10和塑料盘9,推动动簧 片8中的 内动簧 片 向上移 动，压力弹簧4被 压缩。当注水到了选 定水位时，此时内动簧 片 移 动到预 定的 力平衡 位置，开关小弹簧7将拉动外动簧 片，并产 图3生 一个向下的 推力，使开关的 常闭 触 点NC与公共触 点COM迅 速 断开，常开触 点NO与 公共触 点COM闭 合，从而 发出关闭 水源信号。排水时，当水位下降 到规 定的 复位水 位时，水位产生 的 压力减小，压力弹簧4回复伸长，推动顶 心6,使动簧 片8中的 内动簧 片 向下移 动，当移 动到预 定的 力平稳 位置 时，开关小弹簧7对外动簧 片 产生 一个向上的 推 力，使开关的 常开触 点NO与公共触 点COM迅 速 断开，常闭 触 点NC与公共触 电COM闭 合，从而 改变控制电 路 的 通 断。2.3.2 进 水电 磁 阀1结 构a）a）断电 关闭 b）b）通 电 开启I I一金 属过 滤网2 2阀 座 3 3导磁 铁 框 4 4 一线 圈 5 5小蝉 簧 6 6饮 心7 7小橡股 塞 B B蜩 料盘 9 9一橡胶 阀图42工作原理电 磁 阀 线 圈4断电 时，铁 心6在自 重 和小弹簧5作用 下下压，使铁 心6下端 的 小橡胶 塞7 堵住泄压孔B,此时如果有水进 入进 水腔I,水便由 加压孔A进 入控制腔II,使控制腔II 内水压逐 渐增大，最终 使橡胶 阀9紧 压在出水管 的 上端 口上，将阀 关闭。同时.因铁 心6 上面 空 间 与控制腔II相 通,控制腔II内水压的 增大还 会使铁 心6上面 空 间 气体压强增大.导 致 橡胶 阀9更紧 地压在泄压孔B上，增加了阀 关闭 的 可靠 性。当进 水电 磁 阀 线 圈4通 电 后，产生 的 电 磁 吸力将铁 心6向上吸起，泄压孔B被 打开。控制腔II内的 水迅 速 从泄压孔B中流入出水管，同时经 加压孔A流人控制腔II的 水又进 行 补 充。但由 于加压孔A比泄压孔B小，使控制腔II内的 压力迅 速 下降。当控制腔II中的 水 压降 到低于进 水腔I水压时，橡胶 阀9被 进 水腔I中的 水向上推开，水从进 水腔I直 接进 入出水管，进 而 流人盛 水桶。水到位后，由 水位开关切断进 水电 磁 阀 线 圈4的 电 源，进 水 阀 重 新关闭。3,排水电 磁 阀排水电 磁 阀 由 电 磁 铁 与排水阀 组 成，如图5所示。电 磁 铁 和排水阀 是两个独 立 的 部 件,两者 之间 以电 磁 铁 拉杆联 接起 来。图5(1)结 构 排水阀 是由 排水阀 座1、橡胶 阀2、内外弹簧3与4、导套5和 阀 盖6等 组 成。排水阀 门 采 用 橡胶 材料制成，内有一个由 硬 质 塑料制作的 导套5。导套5 内装 有内弹簧3,它一端 卡在导套左边 槽口，另一端 钩 挂在电 磁 铁 拉杆7上，内弹簧3处 于拉紧 状 态。在导套5外装 有一个外弹簧4,它的 刚度比内弹簧3小，它的 一端 与阀 盖6接 触.另一端 与导套5的 基座接触.外弹簧4处在压缩 变形状 态。电 磁 铁 有交流和直 流两种，机械式全自 动洗衣 机一般 采 用 交流电 磁 铁，而 电 脑 式全 自 动洗衣 机一般 采 用 直 流电 磁 铁。交流电 磁 铁 的 主要 技术参数如表1所示，直 流电 磁 铁 的 主要 技术参数如表2所示。表1交流电 磁 铁 的 主要 技术参数额 定拉力/N额 定行 程/mm额 定电 流/A使用 电 压/V绝 缘 电 阻/Mfl电 气强度20140.2187-2421001500V历时Imin40150.35016.50.48表2直 流电 磁 铁 的 主要 技术参数额 定拉 力/N额 定行 程/mm电 流/A额 定电 压/V电 压范 围/V绝 缘 电阻/MQ电 气强 度起 动保持40161.70.06200170-2201001500V历时Imin50161.90.0752工作原理洗衣 机处在进 水和洗涤时，排水阀 处于关闭 状 态。此时主要 由 外弹簧4把橡胶 阀2紧 压在排水阀 座1的 底部。排水时，排水电 磁 铁 通 电 工作，衔 铁13被 吸 入，牵 动电 磁 铁 拉杆7。由 于拉杆7位移，在它上面 的 挡套16拨动制动装 置 的 刹车 扭簧 伸出端17,使制动装 置 处于非 制动状 态(脱 水状 态)。另一方面 随 着 电 磁 铁 拉杆7的 左端 离 开导套5,外弹簧4被 压缩，使排水阀 门 打开正常排 水时，橡胶 阀2离 开排水阀 座1密封面 的 距 离 应不小于8mm,排水电 磁 铁 的 牵 引力约 为40No2.4传动系 统 的 结 构及其工作原理传动系 统 主要 由 电 动机、减速 离 台器组 成。套桶式全自 动洗衣 机使用 一台电 动机来完 成洗涤和脱 水工作。洗涤时，波轮 转 速 较 低(140200r/min)；而 脱 水时，脱 水桶转 速 较 高(约800r/min)o因此，要 对电 动机1370r/min的 输 出转 速 进 行 减速 处理，以适 应两项 工 作的 不同要 求，这 主要 由 洗衣 机的 传动系 统 来完成，传动系 统 的 工作示 意如图6所示。62.4.1电 动机的 技术参数电 动机是整个洗衣 机工作的 动力来源。我国现 阶 段生 产的 套桶式洗衣 机大多采 用 的 是电 容运 转 式电 动机，产品遵 循中华人民共和国机械行 业标准JB/T3758-1996家用 洗衣 机用 电 动 机通 用 技术条件。目 前常用 的 电 容运 转 式电 动机技术参数如表3所示。表3 XD型洗衣 机电 动机技术参数XDL-90XDS-90XDL-120XDS-120XDL-180XDS-180XDL-250XDS-250额 定功率/W90120180250额 定电 压/V220额 定频 率/HZ50满 载 时电 流/A0.881.11.542.0转 速/(r/)1370效率（%）4952565功率 因数0.95堵转 电 流/A2.02.54.05.5堵转 转 矩/Nm 额 定转 矩/N.m0.950.90.80.7最大转 矩/N.m 额 定转 矩/N.m1.71.71.71.72.4.2减速 离 合器的 结 构和工作原理早期设 计 的 小波轮 全自 动洗农机的 离 合器没有减速 功能，故洗涤和脱 水转 速 相 同。新 型大波轮 全自 动洗衣 机的 离 合器都 具有洗涤减速 功能，称 为减速 离 合器，其种 类 很多，但 主要 结 构和工作原理 基本相 同。目 前应用 最为广泛的 有两种：单向轴 承式减速 离 合器与带 制动式减速 离 合器。（1）单向融 承式减速 离 合器1）基本结 构7离 合器主要 结 构如图7(1)(2)所示。离 合器中部 有两根轴：输 入轴1和脱 水轴18。输 人轴1的 下端 加工成四方形，与之相 配 的 带轮3和离 合套20的 内孔也是方形。离 合套 20和带轮3被 螺 母2固定在输 人轴1上，由 于方轴 与方孔的 紧 密配 合，从而 带轮3、输 入 轴I和离 合套20联 成了一体。输 入轴1的 上端 加工成齿 形花 键，和行 星减速 器的 中心轮 内 孔配 合联 接。图 7(1)图 7(2)I I一输入轴2 2一螺母 3 3带轮 4 4一方丝离合弹簧 5 5棘轮6 6棘爪 7 7拨又 88单-向滚针轴承 9 9一刹车装置外罩I I。一刹车：扭簧IIII、UU密封圈13-13-支架14 14 离合港外罩 J5J5一刹车带1616一宵车盘 17-17-卜字轴套 田一股水轴 9 9一支棒架20 20 离合套21 拉杆8输 入轴1的 外部 是脱 水轴18。在衣 服洗涤时，脱 水轴 静 止不转；而 洗涤结 束后，脱 水 轴 应将带轮3的 高 转 速 直 接传递 给 脱 水桶，完成脱 水功能。这 种 转 换功能 是由 方丝离 合弹 簧4完成的。方丝离 合弹簧 的 形状 呈锥 形，上端 几圈的 直 径比下端 略 小一些。由 于脱 水轴 18和离 台套20的 外径比方丝离 合弹簧 的 内径略 大，在自 由 状 态时，方丝离 合弹簧 就抱紧 在离 合套20和脱 水轴18的 外壁上。当带轮 带动离 合套向弹簧 旋紧 方向旋转 时，通 过 方丝 离 合弹簧 就将带轮3的 转 动由 离 合套20传递 到脱 水轴18,这 就是“合”时的 脱 水状 态。在 洗涤时，可以将方丝离 合弹簧 向反方向旋松，使其内径变大，从而 与离 合套20脱 离 接触,这 就是“离”时的 洗涤状 态。实现 弹簧 旋松的 机构是棘轮 棘爪 装 置，图8是其工作原理 简 图。方丝离 合弹簧 下端 的 弹簧 卡2卡在棘轮3的 内槽中，通 过 棘爪5的 摆动使 棘轮3转 动，从而 带 动方丝离 合弹簧 向旋 松方向转 动。图7中的8是单向滚针 轴 承部 件，它的 内圈与脱 水轴 18相 接触，它的 外 圈与齿 轮 轴 承座过 盈 配 合成一体，齿轮 轴 承座嵌在支撑架19中，支撑架用 螺 栓和离 合 器外罩14固定在一起。在单向滚针 轴 承8的 作用 下，脱 水轴18只能 向一个方向自 由 旋转。单向滚 针 轴 承是滚针 轴 承产品领 域中一种 科 技含量 较 高 的 产品，其结 构紧 凑，径向截面 小。因为其外圈 工作面 是楔形.所以只允许 一个方向的 转 动.可 图 离 台棘轮T作原理 图I方统离合弹簧 2弹簧卡3棘轮#一棘轮F槽 5棘爪以起 到单向离 合器的 作用。洗衣 机单向滚针 离 合器的 工作原理 如图9所示，它由 带楔形面 的 外圈7以及利用 保持架3隔 开的 一系 列滚针6组 成，轴 承直 接套在脱 水轴5上。当脱 水 轴5顺 时针 转 动时，滚针 落 入楔形槽的 大端 中，此时脱 水轴 可顺 时针 转 动；而 当脱 水轴 逆 时针 转 动时，滚针 则卡紧 在楔彤槽的 小端 处，这 时脱 水轴 将无法转 动。图8在图7中，刹车 装 置 外罩9、刹车 扭簧1O、刹车 带15、刹车 盘16和十宁轴 套17等 组 成了脱 水轴18的 刹车 装 置。十字轴 套17用 两颗 紧 定螺 钉 和脱 水轴18固定在一起，刹车 盘16又和十字轴 套17用 螺 栓固定在一起，所以刹车 盘16和脱 水轴18联 成了一体。刹车 装 置 外罩9安装 在脱 水轴18上，为间 隙 配 合，它对脱 水轴 的 作用 由 刹车 扭簧10控制。刹 车 扭簧10套装 在刹车 装 置 外罩9的 外圆上，其下端 固定在离 合器外罩 上，它的 上端 则嵌 在拉杆21的 一个方孔中，由 排水电 磁 铁 带动拉杆控制其状 态。洗涤时，排水电 磁 铁 断电,刹车 扭簧 处于自 由 旋紧 的 状 态。当脱 水轴18顺 时针 旋转 时，由 于刚性刹车 带15紧 紧 抱住 刹车 盘16,而 其一端 又卡在刹车 装 置 外罩9的 方槽中，所以刹车 盘、刹车 带以及刹车 装 置 9外罩9都 将一起 顺 时针 旋转。刹 车 装 置 外罩9在顺 时针 旋转 过 程 中，刹车 扭簧10将被 迅 速 旋紧,强大的 摩擦力使刹车 装 置 外罩9 无法动作，此时刹车 带15和刹车 盘16将发生 剧烈摩擦，对脱 水轴 18产生 制动作用，防 止脱 水桶产 生 跟 转 现 象。在脱 水时，排水阀 通 电，排水电 磁 铁 带动拉 杆使刹车 扭簧 处于放松状图 单-向滚针 勤合器工作示 意图1 一金 撑架2-齿 轮 轴 承座3浪针 保持架4一输 入轴5脱 水轴 6液针7-轴 承外圈8螺 栓态。由 于刹车 装 置 外罩9在顺 时针 旋转 过 程 中，与旋松的 刹车 扭簧 之间 可以自由 滑动，刹车 不起 作用，因此刹车 装 置 外罩9、刹车 盘16、刹车 带15都 将与脱 水轴18 一 起 高 速 旋转，完成脱 水功能。行 星减速 器结 构如图10所示。减速 器外罩8和减速 器底盖10用 螺 钉 紧 固在一起,再安装 在法兰盘12上，法兰盘12和脱 水轴2通 过 锁 紧 块13固定在一起，因为法兰盘12 和脱 水桶相 联 接，所以减速 器外罩8、减速 器底盖10、法兰盘12和脱 水桶成一整体。减 速 器底盖10有上、下两个止口，从而 保证 了减速 器和脱 水轴2安装 时的 同心度。对行 星 减速 器来说，输 入轴1是动力的 传入轴，其花 键 端 插人中心轮11的 内孔中。行 星轮4其有 4个，与中心轮11以及内齿 圈6相 啮合。内齿 圈6通 过 其圆周槽卡在减速 器底盖10上，与之联 成一体。行 星轮 通 过 销 轴5安装 在行 星架7,当行 星轮 绕 中心轮 公转 时，将带动 行 星架一起 旋转。波轮 轴9两端 都 加工成齿 形花 键，其下端 与行 星架7联 接，上端 与波轮 相 联，从而 使波轮 以低速 旋转 洗涤衣 物。图 减速 器结 构图图10102）工作原理 脱 水状 态减速 离 合器脱 水时的 状 态及装 配 戈系 如图11所示,脱 水 状 态下，排水电 磁 铁 通 电 吸合，牵 引拉杆移 动约13mm,使排水阀 开启。拉杆在带动阀 门 开启的 同时，一方面 拨动旋松刹车 弹簧，使其松开刹车 装 置 外罩，这 时刹车盘 随 脱 水轴5起 转 动，刹车 不起 作用；另一方面 又推动拨叉旋转，致 使棘爪18脱 开棘轮4,棘轮 被 放松，方丝离 合弹簧3在自 身 的 作用 力下回到自 由 旋紧 状 态，这 时也就 抱紧 了离 合套2。大带轮1在脱 水时是顺 时针 旋转 的，由 于摩擦力的 作用，方丝离 合弹簧3 将会越 抱越 紧。这 样脱 水轴5就和离 合套2联 在一起，跟 随 大带轮1 一起 做高 速 运 转。由 于此时脱 水轴 5做顺 时针 运 动，和单向滚针 轴 承 7的 运 动方向一 致，因此单向滚 针 轴 承7对它的 运 动无限 制。由 于脱 水轴5通 过 锁 紧 块与法兰盘 9联 接，而 内桶 12与行 星减速 器 10均固定在法兰 盘9,所以脱 水轴5带动内桶 12以及减速 器内 齿 圈的 转 速，与 输 入轴 带动减速 器中心轮 的 转 速 相 同，这 样致 使 行 星轮 无法自 转 而 只能 公转，从 而 行 星架的 转 速 与脱 水轴 是一样 的，即波轮 与脱 水桶以等 速 旋 转，保证 了脱 水 桶内的 衣 物 不会发生 拉伤。脱 水状 态传动路 线 是：电 动机一小带轮-大带轮1 一输 入轴6-离 合套2-方丝离 合弹簧3-脱 水轴5一法兰盘9一内桶12。由 于电 动机输 出转 速 只经 带轮 一级 减速.所以内桶转 速 较 高，约680800r/min。洗涤状 态如图12所示，洗涤状 态下，排水电 磁 铁 断电，排水阀 关闭，拉 杆复位。这 时刹车 扭簧16被 恢复到自 然旋紧 状 态，扭簧 抱紧 刹车 装 置 外罩，刹车 装 置8起 作用；同时拨叉回转 复位，棘爪18伸入棘轮4,将棘轮 拨过 一个 角 度，方丝离 合弹簧3被 旋松，其下端 与离 台套2脱 离，这 时离 合套只是随 输 入轴 空 转。大带轮1带动输 入轴6转 动，经 行 星减速 器减速 后，带动波轮 轴11 转 动，实现 洗涤功能。输 入轴 至 波轮 轴 的 传动称 为二级 减速，其工作过 程 为：输 人轴 通 过 中心轮 驱 动行 星轮，行 星轮 既绕 自 己的 轴 自 转 又沿着 内齿 圈绕 输 人1大带轮2 离 合套3方丝离 合弹簧4 一棘轮5 脱 水轴6 输I人轴7 单时滚针 轴 承X剃年莪 宜9 法.兰盘10 减;速 甥z nj13 紧 周螺 钉14 外桶15 密封瞬 技一刹车 料簧 口一离 舍 器外罩 部 一藏 爪11轴 公转，因为行 星轮 固 定在行 星架上，所以行 星轮 的 公转 也将带动 行 星架转 动；行 星架以 花 键 孔与波轮 轴 下端 的 花 键 相 联 接，带动波 轮 轴 和波轮 转 动。洗涤 状 态传速 比i计 算 公式 为：i=l+内齿 圈齿 数/中心轮 齿 数。洗涤状 态传动路 线 是：电 动机 一小带轮 一大带轮1-输 入轴6一中心轮 一行 星轮 一行 星架一波轮 轴11 一波轮。其间，电 动机输 出转 速 经 带 轮 一级 减速 后，再经 减 速 比约 为4的 行 星减 速 器减速，所以转 速 约 为 140200r/min。图121一大带松2 离 合套3 方丝离 合弹簧4.棘轮5 脱 水轴6 输 入轴了一单向浪针 轴 氓8刹车 装 置9 一法兰盘1D减速 器】I 一波轮 轴12 内桶13 紧 冏螺 钉14 一外桶15一密封圈1批一刹车 翅 誓】7离 合器外甲18棘爪对于洗衣 机传动系 统 三种 工作情况，各零 部 件工作状 态如表4所示。表4 三种 工况下零 部 件工作状 态乍情况零 部 件状 态洗涤脱 水波轮 转 向顺 时针逆 时针顺 时针排水电 磁 铁断电断电通 电，牵 引拉杆移 动约13mm单向滚针 轴 承随 脱 水轴 一起 旋转制动脱 水周随 脱 水轴 一起 旋转棘爪 与棘轮棘爪 伸入棘轮 世 将棘轮 及方丝i 松方向拨转 一4 向轴亍高 三分之二，霸 合弹簧 向旋、角 度，棘爪 指心棘爪 脱 离 棘轮，弹簧 回转 到 自 由 旋紧 状 态方丝离 合弹簧被 棘轮 旋松并固定，和离 合套 分离在自 由 旋紧 状 态，转 动时更 加旋紧。在离 合套上起 到传 递 转 矩 作用离 合套因方丝离 合弹壹故离 合，史内径被 旋大，尊空 转方丝离 合弹簧 被 旋紧，随 离 合套转 动刹车 扭簧抱紧 刹车 装 置 外罩旋松方向，不 起 作用被 拉杆牵 引放松，对刹车 装 置 外罩 不起 作用传动情况带轮-输 入轴-行 星减速 器-波 轮 轴-波轮带轮-离 合器-方丝离 合弹簧-脱 水轴-脱 水桶3.内桶跟 转 现 象 的 解 决12 洗涤时防 止内桶出现 跟 转 是设 计 中一个非 常重 要 的 问 题。洗涤时，波洗涤物 又将转 矩 轮 将 传动力矩 传递 给 水和洗涤物，而 转 动的 水和传递 给 内桶。因此，内桶如果不固定或固定不 可靠，就要 随 之转 动，这 就是跟 转 现 象。洗涤时，内桶跟 转 现 象 将减弱洗涤效果并对洗衣 机不利，所以要 防 止山桶出现 跟 转。因为内桶和脱 水轴 是连 成一体的，所以只要 将脱 水轴 可靠 固定，就可使内桶不跟 转。为此.除 了刹车 装 置 外，在脱 水轴 上还 安装 有单向滚针 轴承，其工作原理 如图9所当波轮 逆 时针 方向旋转 时，内桶有逆 时针 方向跟 转 的 倾向，这 时与内桶成一体的 脱 水 轴 被 单向滚针 轴 承卡住，不能 转 动，所以内桶也就不能 转 动。但在波轮 顺 时针 力向转 动时,单向滚针 轴 承允许 转 动的 方向与之一致，所以对脱 水桶没有制动作用。当波轮 顺 时针 方向转 动时，内桶有顺 时针 方向跟 转 的 倾向，这 时自 然状 态的 刹车 扭簧 将被 旋紧，紧 紧 抱住刹车 装 置 外罩 的 轴 端，相 互之间 产生 足 够的 摩擦力使两者 成为一整体。刹车 装 置 外罩 的 顺 时针 旋转 摩擦力痢 刹车 带拉紧，刹车 带对刹车 盘 转 动产生 摩擦阻 力，这 样就阻 止了内桶跟 转。刹车 IS 13综 合所述，当波轮 逆 时3蓦 动时，庆靠 单向滚针:轴 承来防 止内桶跟 转；当波轮 顺 时针 方向转 动时，依靠 刹车 装 置 来防 止内桶跟 转。脱 水过 程 中突 然打开洗衣 机上盖，排水电 磁 铁 失电，方丝离 合弹簧 恢复到洗涤状 态，由 于脱 水是顺 时针 旋转，刹车 扭簧 将抱紧，刹车 装 置 起 作用，刹车 带将使内桶迅 速 制动。2.5机械传动系 统 设 计 计 算波轮 式全自 动洗衣 机的 传动系 统 的 设 计 计 算 内容较 多，但大多数零 部 件可以选 用 无需 进 行 设 计，一般 设 计 内容主要 有：方案设 计、电 动机选 用、带传动设 计、行 星减速 器设 计 等。2.5.1方案设 计波轮 式洗衣 机常用 布局为输 入轴 布置 在内桶的 中心处，整个传动系 统 基本上同轴 布 置，电 动机只能 偏置 一边，为了保持平衡，可将排水电 磁 阀 和排水管 与电 动机对称 布置，必要 时可加平衡 块。根据设 计 任务中给 出的 内桶直 径为400mm，则外桶直 径约 为470mm,电 动机轴 与洗涤输 入轴 之间 中心距 只能 为150mm左右.在此范 罔 内选 择合适 的 一级 降 速 传动比和采 用 带轮 传动。2.5.2基本参数的 选 择目 前洗衣 机的 洗衣 量、电 动机功率、内桶直 径等 基本参数，大多数企业是通 过 实验 进 行 设 计 选 用 的。表5是目 前常用 的 波轮 式全自 动洗衣 机，可供设 计 时参考.基本参数情 况表5波轮 式全自 动洗衣 机基本参数洗衣 量/kg电 动机功率/W内筒 直 径/mm脱 水转 速/(r/)洗衣 转 速/(r/)3.8180(p400-520700-800120-3004.5250(p400-520700-800120-3005.0250(p400-520700-800120-3005.5370(p400-520700-800120-3006.0370(p400-520700-800120-30013根据设 计 任务要 求最大洗衣 量 为3.8kg,参照表5选 用 电 动机功率 为180w,电 动机满载 时 转 速 为 1370r/min。2.5.3 V带传动设 计 计 算因为V带传动允许 的 传动比较 大，结 构较 紧 凑，在同样的 张力下，V带传动较 平带 传动能 产生 更大的 摩擦力，所以这 里 选 用 了最常用 的V带作为第 一级 降 速。参照表6,初步选 定电 动机功率P为180W,洗衣 转 速 为180r/min,脱 水转 速 为720r/min,则传动比为：i=1.9(1)由 于载 荷 变动小，因此取工作情况系 数Ka=1.0,P ca=KAP=0.18kW。根据小带轮 转 速 为1370r/n血，以及小带轮 安装尺寸的 大概范 围，选 取普通V带Z型(见 图14)。(3)带轮 的 基准直 径di和d2初选 小带轮 的 基准直 径da i查表6和表7,选 取ddi=55mm,大于V带轮 的 最小基准直 径ddmin的 要 求50mm。大带轮 的 基准直 径dd2为：dj2=iddi=1.9x 55=l 04.5mm,按表 6 圆整为 dd2=106mm。500040O0315025W计 算 功率Fk/kW图 普iMV带选 型陶表6 V带轮 的 最小基准值径图14ZABC槽型SP ZSP ASP BSP C14/mm50637590125140200224表7 V带轮 的 基准直 径系 列(单位：mm)基准直 径带型YZ SP ZA SP AB SP BC SP CDE外径5053.26366.2677174.27575798083.284859093.29495.595100.5100103.2104105.5106111.5112115.2116117.5118123.5125128.2129130.5132137.5140144145.5147150154155.5157仅限 于普通V带轮。(4)验 算 带的 速 度vv=m普通V带的 最大带速Vma x=2530m/S,故满足 要 求。15(5)中心距a和带的 基准长 度Ld0.7(da i+dd2)a o2(dn+dd2)112.7a)120(7)带的 根数z长 度系 数Kl、包角 系 数Ka、单根V带基本额 定功率P、单根V带额 定功率 增量 AP o 查表 8、表 9、表 10 和表 11,取 KL=O.94、Ka=O.95、P o=O.16kW、P o=O.O2kW。表9包角 系 数小带轮 包角/()小带轮 包角/()18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951250.841550.931200.821500.92表10单根普通V带的 基本额 定功率16带型小带轮 节 圆 直 径/mm小带轮 转 速/(r.)400730800980120014602800Z型500.060.090.100.120.140.160.26630.080.130.150.180.220.250.41710.090.170.200.230.270.310.50800.140.200.220.260.300.360.56表11单根普通V带额 定功率 的 增量(单位：kW)带型小带轮 转 速/(r.)传动比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4000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.017300.000.000.000.000.000.000.010.010.010.028000.000.000.000.000.010.010.010.010.020.029800.000.000.000.010.010.010.010.020.020.0212000.000.000.010.010.010.010.020.020.020.0314600.000.000.010.010.010.020.020.020.020.0328000.000.010.020.020.030.030.030.040.040.04Z=l.l l 取 z=l。(8)带的 预 紧 力F V带单位长 度的 质 量q查表12得q=0.06kg/m,单根V带所需 的 预 紧 力为：=500()+q=500N=38.1N表12 V带单位T氏度的 质 量带型ZSP ZASP ABSP BCSP Cq/(kg.)0.060.070.100.120.170.200.300.374,带轮 的 结 构设 计带轮 的 结 构设 计 可参考 有关机械设 计 于册或机械设 计教材。5.行 星减速 器设 计已知 洗衣 转 速 为180r/min,脱 水转 速 为720r/min。由 于脱 水时行 星减速 器中心轮 与 内齿 圈顺 时针 等 速 旋转，故中心轮 与行 星架的 传动比为1,波轮 与内桶顺 时针 等 速 旋转，17因此由 洗涤状 态来进 行 行 数Zx为19,实际 传动比iBAx为4,洗衣 转 速 为180r/min。6.棘爪 与棘轮 机构设 计由 于外桶尺寸已定(因内桶直 径已知)，在方案设 计 时初定位于外直 线 上。根据选 定的 排水电 磁 阀 的 行 桶底部 的 出水口位置，则排水电 磁 阀 衔 铁 中心与出水口中心位 于同一程 和初定的 棘轮 顶 圆直 径来设 计 棘爪 机构。要 求在洗涤时，棘爪 要 伸人棘轮 棘齿 高 度的 三分之二，脱 水时棘爪 脱 离 棘轮1.5mm以上。棘爪 与棘轮 机构的 详 细 设 计 可参考 相 关 书籍。2.6控制系 统 设 计电 脑 式全自 动洗衣 机上使用 的 微控制器主要 是4位或8位的 单片 机。本例中控制电 路 的 微控制器选 用MCS-51系 列的 单片 机AT89C2051,该 单片 机是 AT-MEL公司8位单片 机系 列产品之一，内含2K字节 可反复擦写的 程 序存储器以及128 字节 的RAM单元，具有15条可编 程 控制的I/O线，5个中断触 发源，其指令与MCS-51 系 列完全兼容。选 用AT89C2051作CP U,可使洗衣 机的 控制电 路 大大简 化。2.6.1全自 动洗衣 机的 功能 要 求(1)强、弱洗涤功能要 求强洗时，正、反转 驱 动时间 各为4s,间 歇时间 为Is；弱洗时，正、反转 驱 动时间 各为3s,间 歇时间 为2s。(2)4种 洗衣 工作程 序即标准程 序、经 济程 序、单独 程 序和排水程 序。标准程 序动作顺 序是：“进 水-洗涤 或漂洗-排水-脱 水”，如此循环 三次。每循环 一次，洗涤或漂洗时间 比上一循环 同一环 节 减少2min,也即：第 一循环 内的 洗涤时间 定为6min,第 二循环 内的 漂洗时间 减为4min,第 三循环 内的 漂洗时间 减为2min；排水时间 采 用 动态时间 法确 定.脱 水时间 规 定为2min。2)经 济程 序与标准程 序一样，只是循环 次数定为二次。3)单独 程 序是“进 水-洗涤(规 定为6min)T结 束(留 水不排不脱)”。4)排水程 序是“排水-脱 水-结 束”，时间 确 定与上述 程 序相 应环 节 相 同。(3)洗衣 机在进 水或排水过 程 中，若 在一定的 时间 范 围内进 水或排水未能 达 到预 定的 水 位，就说 明进、排水系 统 有故障，此故障 由 控制须 立 即停系 统 检测后通 过 相 应程 序发出 报警 信号，提醒 操作者 进 行 人工排除。(4)脱 水期间 若 打开机盖，洗衣 机就会立 即停止脱 水操作；若 出现 衣 物 缠 绕 引起 脱 水桶重 心偏移 而 不平衡，洗衣 机电 会自 动停止脱 水，以免振动过 大，待人工处理 后恢复工作。(5)脱