超声波洗衣机结构设计.doc

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1、本科论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 绪论31.1 选题目的及意义31.2 超声波洗衣技术的可行性及前景31.3 超声波技术研究背景42 超声波洗衣机部分结构设计62.1 超声波清洗原理62.2 洗衣桶结构设计72.3 超声波发生器及换能器设计83 电动机概论及选型113.1 电动机概论113.2 电动机选型113.3 电动机防水处理124 传动部分设计与计算144.1 洗衣机带传动计算部分144.2 螺纹轴连接的带传动计算174.3 螺纹轴的设计与计算20结 论25参考文献26致 谢29摘 要人们对衣物质量逐渐提高，普通的机洗难以清洗顽固污渍，达成快速又干净洗衣效果的洗衣机成

2、为新的研发方向。目前市场中已存在超声波类型的洗衣机，由于其结构复杂，成本昂贵，导致普通家庭对于此类洗衣机望而却步。通过本次设计希望将内部相关结构简化，够降低生产成本，并且符合稳定可靠原则。超声波发生器产生一定频率的电能并将该电能提供给换能器，超声波洗衣机换能器在通过内部特有的转换元件对接受的电能进行转换，将接收过来的超声频电能转换为声能。在超声的作用下会产生空化效果，当产生负压时，在洗涤液中会产生形状微小的真空洞穴，在形成这一现象的同时溶解在洗涤液中的空气会很瞬间进入真空洞穴，与此同时形成气泡；而当形成正压时，所存在的真空洞穴气泡会被压缩，当气泡超过临界值时被压破，被压破的气泡破灭的瞬间会产生

3、几百甚至几千个大气压的冲击波，冲击波直接作用在衣物表面，附着在衣物表面的污渍被击碎，并且随着水流飘散而去达到去污目的。清洗油渍衣物时，气泡破灭产生的能量会将附着在衣物表面的油膜击碎，油膜与洗涤液发生化学反应，从而达到良好的洗衣效果。本设计主要利用SolidWorks对超声波洗衣机进行结构设计，包括滚桶的设计以及超声波装置的设计。通过查取机械设计手册完成了电动机的选型。通过查找机械设计手册对螺纹轴进行了计算与校核，对皮带进行了设计与计算。以及超声波洗衣机的实物制作，包括电机选型，超声波装置的设计。在实际制作过程中会对部分结构进行优化及更改，以便能将衣物清洗的更加干净。关键词：超声波洗衣机；结构设

4、计；产品选型；SolidWorksAbstractThe quality of clothes is gradually improving, ordinary machine washing is difficult to clean stubborn stains, and the washing machine to achieve fast and clean washing results has become the new research and development direction. Ultrasonic type washing machines already ex

5、ist in the market today, and their complex construction and high cost make them a deterrent to the average family. With this design, it is hoped that the relevant internal structures will be simplified enough to reduce production costs and comply with the principle of stability and reliability. The

6、ultrasonic generator generates a certain frequency of electrical energy and will provide the electrical energy to the transducer, the ultrasonic washing machine transducer through the internal unique conversion element of the received electrical energy conversion, will receive the ultrasonic frequen

7、cy electrical energy into sound energy, under the action of ultrasound there is a cavitation effect, and when negative pressure is generated, tiny shaped vacuum cavities are created in the washing fluid, the air dissolved in the detergent at the same time as this phenomenon enters the vacuum cave ve

8、ry instantaneously, and at the same time forms air bubbles, and when positive pressure is formed, the vacuum cave bubbles that exist are compressed, when a bubble is compressed above a critical value, the moment the compressed bubble bursts it produces a shock wave of hundreds or even thousands of a

9、tmospheric pressure, the shock wave acts directly on the surface of the garment, and the stain is broken up and dissipated with the water flow to remove the stain. When washing oiled clothes, the energy generated by the bursting of air bubbles will break the oil film attached to the surface of the c

10、lothes, and the oil film will react with the washing liquid, thus achieving a good washing effect.This design uses SolidWorks for the structural design of the ultrasonic washing machine, including the design of the drum and the design of the ultrasonic device. The selection of the motor was made by

11、consulting the mechanical design manual. Calculation and verification of threaded shafts by searching the mechanical design manual, and the belt was designed and calculated. As well as physical production of ultrasonic washing machines, including motor selection, design of ultrasonic devices. During

12、 the actual production process, parts of the structure are optimized and changed so that the clothes can be washed more cleanly.Keywords: ultrasonic washing machine; Structural design; Product selection; SolidWorks引 言19世纪50年代，世界上第一台洗衣机在美国匹茨堡一位叫汉密尔顿史密斯的工人手中问世。这台洗衣机主要由圆桶以及内部桨状轴构成，与轴相连的曲柄一同在轴的摇动下转动1。因为

13、这台洗衣机在使用时需要人力去摇动，且对衣服有较大的的损伤，因而再后来人们就摒弃了这台洗衣机，但是这台不成熟的洗衣机却成为了新世纪机器取代人力洗衣的代表与开端。随着时间推移，“捣衣杵”式洗衣机在德国问世，其原理是利用安装弹簧的木槌在洗衣桶内做往复运动来不停敲打衣物，但对衣服仍有不小的损伤。到了19世纪90年代末，欧洲的清洗工厂中出现了最新型的多边形手摇洗衣机，在放好洗涤液后，通过机器带动洗衣机内部的多边形滚压装置不断的揉搓挤压衣服，以此达到清洗效果。自此以后搓衣板、木棒槌这些洗衣工具逐渐走向历史，工作繁重的人们再也不用为清洗过多的衣物感到烦恼。随着人们生活水平的不断提高，各种各样的家用电器在人们

14、的家中不断出现，而洗衣机早已成为当下年轻家庭中不可缺少的家用电器。通过查找相关资料可知，我国目前市场中的洗衣机样式较为齐全，按照洗涤类型可分为三种，分别为波轮式洗衣机、搅拌式洗衣机和滚筒式洗衣机。第一种波轮式洗衣机具有非常传统的洗涤方式，绝大多数为立式洗衣机，在工作时筒底部的波轮旋转产生漩涡，通过正反转产生漩涡不断搅动衣物达到洗涤衣物的目的。第二种搅拌式洗衣机作为一种圆筒洗衣机，搅拌式洗衣机的内部安装了不同方向的轴以及一定数量的叶片，搅拌式式洗衣机在工作时叶片可以通过从不同方位进行转动，不断搅拌衣物，从而达到清洗效果。这种采用圆筒型的搅拌式洗衣机在功能性上较为突出，能够基本满足普通家庭清洗衣物

15、的要求。但是其结构复杂，在出现故障时需要专业的维修人员，处理较为麻烦，而且需花费大量时间来完成洗涤工作。第三种滚筒洗衣机也是如今最受欢迎洗衣机，其具有内外双筒且在工作时产生的噪声非常小，节省水资源。按照洗衣机自动化程度也可分为三种，第一种普通型：在大多数农村家庭中普通型洗衣机数量更多，因为人们的生活节奏较为缓慢，人们完全可以自主操作完成洗涤程序，这就是传统洗衣机，多半为波轮式的洗涤方式。第二种半自动型：目前大多数半自动型洗衣机都是双桶型洗衣机，洗涤部分可通过自动化工作模式来完成，但在进行衣物的脱水操作时，就需人工将其从洗衣桶中拿出并放入脱水桶中的洗衣机。第三种全自动型：这类洗衣机采用更多的是滚

16、筒式洗涤方式，只需要将衣物与洗涤液放入洗衣桶内，全自动洗衣机所具有的众多功能就可以按部就班的工作，此类型洗衣机具有较高的智能程度，通过实际清洗情况可以自行调节洗衣程序，这样既可以提高洗衣效率又可以节约水资源。经过各大洗衣机厂家研发人员不断的创新设计，通过对这三种类型洗衣机的研究，在此基础上研究如何提升家用洗衣机的环保化，节能化。而目前洗衣机对衣物损伤问题未有明确彻底的解决办法，无论何种洗涤方式依旧会对衣物造成较小的磨损。随着科技的进步，人们将对衣物清洗保护问题更加看重。随着超声波洗衣机问世，对以上问题的解决将起到积极的推动作用，未来超声波洗衣机家庭使用普遍化将人们非常期待的。1 绪论1.1 选

17、题目的及意义结合自己实习工作内容以及专业知识方向，在老师的指导下，选择“超声波洗衣机结构设计”这一题目作为大学的终篇。本次设计超声波洗衣机，使得该洗衣机具有平常普通洗衣机的洗涤、漂洗、脱水的基本工序，又在此基础上有所创新，能够最大程度的节水。还要利用三维软件进行超声波洗衣机的三维建模，对非标准件进行二维图纸的绘制，以及整体装配图纸的绘制以及设计说明书的整理。意义：作为一名学习机械知识的大学生，四年学习中参加过多次工业设计项目，其中对于贴近生活的机械产品设计有更多的了解。也希望通过本次设计能够完善在我专业能力方面存在的不足。以下是本次设计的主要目的： （1）将大学所学的专业知识尝试与生活中的物品

18、进行融合，体会应用专业知识给生活带来的改变与乐趣；（2）在实践过程中提升所学的理论知识，将理论知识在实际的机械设计制造中予以诠释，温故而知新；（3）通过本次题目对超声波清洗技术在生活中的应用有了新的理解。对于本次设计，要求设计步骤完整，理论依据、推导计算过程详细，公式规范，设计结果具体明确，图纸规范，工作量饱满，按要求提交设计成果，参考文献引用规范。1.2 超声波洗衣技术的可行性及前景超声波是频率大于20kHz以上的声波，在生活中广泛用于农业超声育种2-4，医疗卫生等领域5-6。超声波是一种机械振动在介质中的传播过程，由于其频率高，波长短，因而具有以下特性7:（1）定向性能优异：容易得到定向而

19、集中的波束，既便于目标定位及定向发射，又便于聚焦，以获得较大的能量8。（2）功率大：超声波功率比一般声波功率强大得多，一般人说话的功率约为10-6w/m2，而近代超声波技术能产生105106w/m2的功率9。（3）穿透力强：超声波在气体中衰减很强，在液、固体中衰减较弱，所以有较强的穿透作用，在不透明的固体中，能穿透几十米的厚度10。（4）引起空化作用：超声波在液体中传播时，使液体介质不断受到压缩和拉伸，而液体耐压不耐拉，液体若受不住这种拉力，就会断裂而形成暂时的近似真空的空洞(尤其在含有杂质、气泡的地方)，而到压缩阶段，这些空洞发生崩溃，崩溃时，空洞内部最高瞬压可达几万个大气压，同时还将产生局

20、部高温以及放电现象等，这就是空化作用11。（5）引起许多特殊效应：由于高能量超声波强烈的机械振动在击碎、搅拌、去气、扩散、渗透等效应中，都有重大作用，有时还会产生凝聚效应和分离效应12。本次设计的正是利用超声波诸多特性而选择的超声波洗衣装置，能达到非常好的洗衣效果，弥补传统洗衣污垢残留的劣势，而随着未来这一技术不断突破提高，我认为本次设计有着非常多研究内容及方向。本次设计重点在超声波发生器及换能器与传统洗衣机在结构上的融合与应用。1.3 超声波技术研究背景1.3.1 国内超声波技术研究背景在超声波的应用领域，国内利用超声空化进行超声清洗是其最为广泛的应用之一。陈志栋，叶香美通过实验研究证明超声

21、功率大小与清洗效果有着密不可分的联系，并分析了超声频率、功率对超声清洗的影响13-15。王永礼，赵丰等通过实验得出清洗效果可通过超声波进行优化16-17。尤丽霞，张羡，李丹等研究超声波对棉织物污渍去除的影响，得出在一定频率下的声波可以提升机洗棉织物的效果18-20。张艾萍，杨洋根据超声波防垢和除垢设备在国内的使用现状,分析了超声波防垢、除垢的空化、活化、剪切、抑制等效应，以空泡的发生、生长、溃灭为主线揭示了超声波空化效应的机理21-22。以上研究为本次设计提供了一定的参考依剧，这也是超声波清洗进入家用的有益尝试。1.3.2 国外超声波技术研究背景在国外的超声波应用领域包括工业超声波清洗，焊接，

22、超声波液位计，流量计，超声育种，医疗，探测声呐等。Yuran Chen，Vu N.T. Truong，Xiangning Bu，Guangyuan Xie为了获得对超声波效应的清晰理解，利用高速摄像机和CCD摄像机观察超声波现象，并研究其在浮选中的潜在应用。根据这些不同的现象，得出超声效应可分为三类效应：瞬态空化效应、稳定空化效应和声辐射力效应23。土耳其伊斯坦布尔图兹拉萨班西大学工程和自然科学学院的Rana Altay，Abdolali K，Sadaghiani.M等通过施加的超声场，研究了单泡寿命、泡尺寸和多泡动力学，使用了来自高速摄像机的图像和快速视频记录技术，证明表面粗糙度对声空化现象

23、有显著影响24。以上研究为本次设计中利用振动产生空化效应提供了一定的参考依据与研究方向。2 超声波洗衣机部分结构设计2.1 超声波清洗原理目前我国家庭用电为交流电，电压为220V，在这一供电环境下接通超声波装置。在超声波装置工作时会发出一系列的超声波型，在不同波型的作用下会形成声场。在声场的作用下会产生空化效果，当产生负压时，在洗涤液中会产生形状微小的真空洞穴，在形成这一现象的同时溶解在洗涤液中的空气会很瞬间进入真空洞穴，与此同时形成气泡；而当形成正压时，所存在的真空洞穴气泡会被压缩，当气泡超过临界值时被压破，被压破的气泡破灭的瞬间会产生几百甚至几千个大气压的冲击波，冲击波直接作用在衣物表面，

24、附着在衣物表面的污渍被击碎，并且随着洗涤液流散而去达到去污目的。在遇到油性污渍时，破灭气泡所产生的冲击波会击碎油污分子薄膜，使油污分散到洗涤液中并随着洗涤液流散而去，从而达到清洗油污的效果。超声波清洗原理如图2.1所示：图2.1 超声波清洗原理将衣物、水和洗涤液先后放入洗衣机内，关闭洗衣机密封门。接通电源，打开超声波发生装置，通过超声波换能器将电能转换为机械能，换能器产生振动发出超声波，超声波在水中与洗涤液形成空化效应。在空化效应的作用下，气泡在水中振动形成涡流，产生搅拌洗涤效果；存在气泡破灭，产生正负压，通过正负压产生的冲击效果达到搅拌洗涤效果。从而达到清洗效果。超声波清洗流程如图2.2所示

25、：图2.2 超声波清洗流程2.2 洗衣桶结构设计当前几种洗衣机按照洗涤方式分类包括搅拌式、波轮式以及滚筒式。搅拌式洗衣机洗衣桶采用的是圆筒型设计，其内部安装有叶片，工作时叶片通过不同角度转动达到洗衣效果。虽然能够一次性清洗很多衣物，但是滚筒内部结构复杂，一旦出现故障难以维修。波轮式洗衣机洗衣桶的设计是一种较为传统结构，就是在洗衣桶的底部安装一个大波轮。虽然结构上相比搅拌式洗衣机滚筒较为简单，但是一次性洗涤的衣物量较小，且较为浪费水。滚筒式洗衣机的洗衣桶是处于一个水平放置的状态，滚筒式洗衣机的洗衣桶包括了两个部分，分为内筒和外筒两部分，使用时可以将衣物和洗涤液分开放置。使用时节省用水并且比上两种

26、洗衣桶对衣物的损伤更小。超声波洗衣机洗衣桶的设计前提是避免超声外溢对人体以及周围机器产生损伤，所设计的超声波洗衣桶应具有内外桶，工作时超声波洗衣桶应属于密封状态。因此采用滚筒式洗衣机洗衣桶来进行超声波洗衣机洗衣桶的设计。超声波洗衣机洗衣桶在筒壁上设计了大量的小孔，这些孔的作用非常大。第一个作用是在桶工作时，桶内的孔能衣物所含的污渍及时排出，保证了衣物的清洁度。第二个作用是吸收并反射声波，达到反射声波的效果。根据滚筒式洗衣桶的结构参考，选择在洗衣桶侧壁旋转中心安装超声波装置，超声装置内部全部采用防水设计，在超声波装置重要接合面设有紧固螺钉孔且对其进行涂密封胶。超声波装置外罩采用浸漆处理，大大提高

27、了超声波装置外罩的防潮性能。图2.3 超声波洗衣机内筒结构设计图2.4 超声波洗衣机外筒结构设计2.3 超声波发生器及换能器设计2.3.1 超声波发生器设计超声波发生器是一个大功率的信号发生器，又称为超声电源，是将交流电信号转换为超声振荡信号的装置25。发生器工作会产生一定范围内的频率，要求与超声换能器本身的谐振频率一致，才可以使换能器稳定工作。超声波发生器具有两种激励方式，分别是自激模式和它激模式26。自激模式是一种在电信号随机激励的状态下，产生了持续振动，这一振动满足反馈环路需要的相位以及振幅的模式。它激式包括振荡和功率放大前后两级，由第三方信号源激励振荡部分产生目标振荡信号，然后通过放大

28、器驱动换能器27。本次设计采用高频超声的工作模式，通过特定的频率可保证产生更多的空化气泡，从而使声波的渗透作用更强，洗衣效果更好。为保证因超声声强过大或过小而引起空化气泡退化，或引起声波屏障，使声波无法传播到有效距离。因此设定超声波洗衣机声强在2.5Wcm-5Wcm之间。超声系统框图如图2.5所示。图2.5 超声系统框图2.3.2 超声波换能器设计目前市场中常用的超声波换能器由以下元件构成。压电晶片：其工作原理是通过内部产生的正逆压电效应发出超声波信号，并且利用该效应可以接收超声波信号，而内部产生的正逆压电效应强度将直接决定超声波换能器谐振频率以及其他元件的性能；匹配层：降低阻抗梯度，采用的匹

29、配层在工作时可以迅速的降低流体传播介质与换能器内部压电元件之间的阻抗梯度。有效的降低阻抗梯度，从而提高超声波换能器的灵敏度。背衬层与保护外壳：背衬层与换能器的后盖相连有两个优势，一是可以提高超声波能量的传递效率，二是能够超声波减少换能器内部的固有杂波，此原理是通过背衬层抑制和吸收所产生的相反方向传递的超声波。超声波换能器能够将电能转换为振动所需的机械能，也可以将多余的机械能转换为电能。作为超声波装置的组成部分中重要的电子器件，其主要作用是在超声波发出的频率范围内将声信号转换为电信号，也可以将高频的电振荡信号转换成机械振动。超声波换能器工作原理是超声波发生器输出电信号引起超声波换能器反应，导致超

30、声波换能器内部产生机械振动，使其进入振动状态。根据其电声转换原理的不同，采用压电换能器。换能器可分为磁致伸缩式和压电式两种。目前功率超声中应用最广的是能量转换效率更高的压电换能器。换能器结构如图2.6所示。图2.6 换能器结构图3 电动机概论及选型 3.1 电动机概论日常生活中的家用电器中的电动机根据启动方式分为单向异步电动机、永磁式直流电动机和直线型驱动电机。洗衣机、吊扇普遍采用单向异步电动机。空调、冰箱普遍采用永磁式直流电动机。针织机、缝纫机则普遍采用直线型驱动电机。采用的三相交流感应电动机在工作时接通家用220V交流电，通电时电动机线圈旋转产生电动势，电机定子在电动势的作用下定子绕组与旋

31、转磁场相互作用，在此作用下形成转矩，转矩足够大时转子转动，电动机工作。3.2 电动机选型3.2.1 电动机选型根据第六版机械设计手册，查表18-1-5以及18-1-6可知，洗衣机电动机属于需调速要求的机械，由于洗衣机的运转方式较为特殊，电动机调速范围不大且需要启动扭矩较大。其他电动机在启动扭矩以及运行稳定方面不如双速电机，而且双速电机的过载能力还有功率因数在相类似的电动机中更加强大，能够满足设计要求，因此采用电容式双速电动机，能较好的满足洗衣机正反两个方向运转的工作要求28。故采用电容式双速电动机。根据国家标准制定洗衣机电动机主要参数及性能指标，表3.1为洗衣机电动机的主要性能参数及对应性能参

32、数。由我国一般居民家庭用电可知，电动机的电源电压为220V，频率为50Hz，同步转速为1500r/min，额定转速为1350r/min。表3.1洗衣机电动机的主要性能参数输入功率（W）堵转转矩倍数堵转电流（A）最大转矩倍数机洗效率（%）功率因数900.952.01.7490.951200.92.51.7520.951800.84.01.7560.952500.75.51.7590.95洗衣机的规格决定了配套电动机的输出功率以及额定功率，洗衣机电容器的规格大小是按最大洗涤量以及衣物重量来确定的，表3.2列出了每一种电动机功率对应下电动机所配用的电容器规格。表3.2 洗衣机所配用的电动机功率及电容

33、器衣物质量（kg）电动机功率（W）电容器规格（F）1-290,1206,82-31208,103-418010,124-625016拟设计以5千克为容量进行设计，查表3.2可知应配用电机功率为250W，配置电容器为16F。通过查表3.1可知，电动机堵转电流为5.5A，效率为59%，功率因数为0.95，电动机堵转转矩倍数为0.7，电动机最大转矩倍数为1.7。数据皆来自查表所得，故电动机选型合理可靠。3.2.2 主要技术参数表3.3 洗涤电动机的技术参数电动机极数功率（%）功率因数堵转电流（A）堵转转矩（N.M）最大转矩（N.M）温升（K）噪音（dB）2300.847.01.01.88074122

34、50.901.81.72.480603.3 电动机防水处理超声波洗衣机电动机的防水保护对象主要就是电动机的外壳，因此对于电动机外壳的防水性能有着较高的要求29。由于电动机在工作时处于潮气较大环境，因此针对此问题提出两个方面的解决办法，首先是采取有效的预防措施放置潮气进入电动机内部；其次就是在潮气进入电动机内部后如何排出。围绕这两个方面，确定防护方案。选择在电动机轴伸处增加挡水环或者防雨帽；采用防水、防潮效果更好的轴面油封；在电动机重要结合面的位置涂密封胶。小结：本部分对电动机的型号参数等信息进行了选取，通过查取机械设计手册确定电机类型为双速电动机；通过查表对电动机参数进行选择与确定；对电动机的

35、防水问题确定了防护方案。日常生活中的滚筒洗衣机类型以及电机型号在本次设计中属于比较重要的部分，本次设计的电动机各项参数以及特征的选取来自于生活，结构稳定合理，性能安全可靠。4 传动部分设计与计算 4.1 洗衣机带传动计算部分（1）根据机械设计手册查得下列公式30-32，其中双速电动机功率P为250W，额定转速，传动轴转速，根据公式4-1计算传动比i；工作情况系数，根据公式4-2计算传动功率Pc；主动轮基准直径，根据公式4-3计算从动轮直径D2；根据公式4-4计算带的速度。 （4-1）式中：i传动比； n0额定转速，r/min； n传动轴转速，r/min；代入数据计算传动比：。； （4-2）式中

36、：Pc传动功率，W； KA工作情况系数（查表14-1-16）； P双速电动机功率，W；代入数据计算传动功率：； （4-3）式中：D2动轮基准直径，mm； D1主动轮基准直径，mm；代入数据计算从动轮直径：；根据手册查得； （4-4）代入数据计算带的速度：；运转速度稳定，确定选用V型带。（2）查表14-1-15，根据公式4-5计算传动中心距a0；根据公式4-6计算带的基准长度；根据公式4-7计算实际中心距a。 （4-5）a0传动中心距，mm；代入数据计算，初步确定传动中心距； （4-6）带所需的基准长度，mm；代入数据计算：查表选择带的基准长度； （4-7）a实际中心距，mm；代入数据计算：。（

37、3）查表14-1-15，根据公式4-8计算主动轮上的包角。 （4-8）代入数据计算主动轮上的包角：主动轮上包角合适。（4）查表14-1-15，根据公式4-9计算带的根数Z。 （4-9）式中：P1单根V带额定功率，W； P单根V带额定功率增量； 包角修正系数； 带长修正系数；代入数据计算带的根数Z：根据实际情况确定带的根数为2根。（5）查表14-1-15，根据公式4-10计算张紧力。 （4-10）式中：mV带单位长度质量，（查表14-1-23）取：；代入数据计算张紧力：4.2 螺纹轴连接的带传动计算（1）电动机功率为250W，转速，螺纹轴转速，根据公式4-11计算传动比i；查表14-1-16，工

38、作情况系数，根据公式4-12计算传动功率；确定带轮基准直径，根据公式4-13计算从动轮直径；根据公式4-14计算带的速度。 （4-11）代入数据计算传动比。 （4-12）式中：与螺纹轴连接皮带传动功率，W； KA工作情况系数（查表14-1-16）； P双速电动机功率，W；代入数据计算与螺纹轴连接皮带传动功率： （4-13）式中：主动轮基准直径，mm； 从动轮基准直径，mm；代入数据计算从动轮基准直径：；根据第六版机械设计手册，查表取从动轮基准直径； （4-14）代入数据计算带的速度：运转速度稳定，合理可靠，确定选用V型带。（2）根据第六版机械设计手册，查表14-1-15，根据公式4-15计算传

39、动中心距a1；根据公式4-16计算带的基准长度；根据公式4-7计算实际中心距a。 （4-15）式中：a1传动中心距，mm；代入数据计算传动中心距； （4-16）式中：带所需的基准长度，mm；代入数据计算带所需的基准长度：查表选带的基准长度； （4-17）式中：实际中心距，mm；代入数据计算实际中心距：（3）根据第六版机械设计手册，查表14-1-15，根据公式4-18验算主动轮上的包角。 （4-18）代入数据计算主动轮上的包角：主动轮上的包角合适。（4）根据第六版机械设计手册，查表14-1-15，根据公式4-9计算带的根数Z1。 （4-19）式中：P2单根V带额定功率，W； P2单根V带额定功率

40、增量； 包角修正系数； 带长修正系数；代入数据计算带的根数Z1：根据实际情况确定带的根数为2根。（5）根据第六版机械设计手册，查表14-1-15，根据公式4-20计算张紧力。 （4-20）式中：m1V带单位长度质量，（查表14-1-23）取：；代入数据计算张紧力：4.3 螺纹轴的设计与计算4.3.1 计算螺纹轴轴径根据实际工作情况选择轴的材料为40Cr，调质处理。根据第六版机械设计手册，查表7-1-18，根据公式4-21，按照扭转强度计算轴径； （4-21）式中：d螺纹轴轴端直径，mm； A常用轴材料系数（查表7-1-19，A取125）；代入数据计算最小轴端直径：4.3.2 螺纹轴的结构设计（

41、1）轴上零件装配方案如图4.1所示。图4.1 螺纹轴装配方案（2）根据实际轴向定位计算轴的各段直径和长度。由于在工作过程中螺纹盘需要高的移动速度，因此在计算时螺纹轴 螺距P应取大值，取，对应的公称直径 。根据安装要求，在螺纹轴左端装轴承，根据手册选用6202型深沟球轴承，其尺寸为，基本额定动负载3.72kN，基本额定静负载7.65 kN，通过油润滑转速可达到22000r/min。6202型深沟球轴承，该轴承摩擦阻力小，转速高，能用于承受径向负荷或径向和轴向同时作用的联合负荷的机件上。符合洗衣机工作条件。根据安装要求，取安装皮带轮处的轴径为11mm。4.3.3 螺纹轴受力分析（1）计算轴上的载荷

42、，并对各支点进行受力分析如图4.2所示。图4.2 螺纹轴受力分析其中扭矩T1和扭矩T2大小相等、方向相反，作用在同一水平面上，根据公式4-22计算扭矩皮带传动的计算T1和扭矩T2；弯矩P2等于弯矩Q和弯矩P1之和；根据公式4-23计算最大力偶矩；根据公式4-24计算可承受最大力偶矩。 （4-22）代入数据计算扭矩： （4-23）代入数据计算最大力偶矩： （4-24）代入数据计算可承受最大力偶矩：（2）根据公式4-25计算弯扭合成应力校核螺纹轴的强度 （4-25）代入数据计算弯扭合成应力校核螺纹轴的强度：根据第六版机械设计手册，查表7-1-1得，又，因此螺纹轴强度可靠故。（3）通过计算校核螺纹轴的疲劳强度判断危险截面，根据螺纹轴受力分析图可知，截面2与截面3的应力T受力作用均匀，但截面3受载的情况远大于截面2，截面3处为最大应力M，故应校核截面3的右侧，而且根据受力分析图显示截面4的右侧也应该校核。根据公式计算截面3右侧安全系数过程如下：根据公式4-26计算抗弯矩截面系数； （4-26）代入数据计算抗弯矩截面系数：根据公式4-27计算抗扭矩截面系数： （4-27）代入数据计算抗扭矩截面系数：截面3 右侧的弯矩：；截面3 上的扭矩为 ： ；截面上的弯曲应力：；根据公式4-28计算截面上的扭转切应力： （4-28）代入数据计