机械毕业设计-家用超声波洗衣机结构设计

1、优秀中华人民共和国教育部东北林业大学 毕 业 设 计 设计题目： 家用超声波洗衣机结构设计 学 生： 指导教师： 副教授 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计与制造及自动化08-2 2021年6月东北林业大学 毕 业 设 计 任 务 书设计题目 家用超声波洗衣机结构设计 指导教师 王伟 副教授 专 业 机械设计与制造及自动化2021-02 学 生 杨喜坤 2012年03月21日题目名称：家用超声波洗衣机结构设计任务内容包括内容、方案、时间安排、完成工作量与水平具体要求1、本次设计经过对普通家用波轮洗衣机的详细观察、工作原理的仔细研究，以及对超声波洗衣机开展现状的了解，初步确定了设计任务。

2、2、 在网上查询了一些洗衣机创新设计方面的资料，并获得一些设计角度的启发，通过与老师沟通，理顺设计思路，排除设计中可能遇到的障碍，3、查阅图书馆有关资料，将理论知识和相关类型机械设备实际过程中的具体应用作了详细理解。4、利用机械原理知识进行机构的设计，利用机械设计知识进行零部件的设计，利用单片机及PLC相关原理进行控制系统的设计、机械制造装备设计实现传动系统设计。5、本次设计任务涉及到零件图及装配图的绘制，拟采用计算机辅助制图和手工绘图相结合的原那么完成图纸的绘制。方案与时间安排：1-2周：熟悉毕业设计任务，收集设计资料，撰写开题报告。3-4周：进行总体方案构思，通过比照分析，提出设计方案，绘

3、制结构草图。阅读资料，撰写设计说明书的绪论局部。5-7周：进行机械结构总体设计，主要机构的结构设计，完成全部机械图纸绘制。进行机构主要参数的设计计算，完成设计说明书的机械设计局部。8-13周：进行重要零件结构设计，完成零件图机械图纸绘制，进行必要的刚度校核和强度校核等，撰写设计说明书的重要零件结构设计局部。14-15周：修改、完善图纸和说明书，完成评审及评阅,准备提交专业检查。16周：辩论、进一步修改完善毕业辩论资料, 进行毕业辩论。工作量与水平要求本次设计主要在普通波轮洗衣机的根底上做一些结构和概念的创新设计，重点是在波轮洗衣机内部设计超声波发生器，作为第一道洗衣方式，第二道洗涤采用常规波轮

4、洗衣机洗涤方式。 本次设计力争在洗衣机的局部结构上有所创新，从节水这个环节展开，结合智能化的要求，做到合理，实用，并符合人机工程学的要求。其中： 参考文献篇数： 20篇以上其中，外文文献3篇以上图 纸 张 数： 4张A0(其中手绘一张,计算机绘图三张) 说明书字数： 不少于6000字 外文翻译： 根据各学院具体要求而定专业负责人意见签名：年 月 日家用超声波洗衣机结构设计摘 要 目前市场上的洗衣机以滚筒和波轮洗衣机为主，这种常规机械搅拌似的洗衣机其相关技术参数和标准都已非常完善，产品种类已非常丰富，自动化程度已很高，市场普及化也非常高。但是这类洗衣机都有一些共同的缺点：浪费水，使用的洗涤剂污染

5、环境，易损伤衣物，洗涤不均匀等。随着人们节能环保意识的增强，以及对洗衣质量要求的提高，新型的不使用水或者少使用水，对衣物损伤小的超声波智能化洗衣机成为各大洗衣机厂商研发的重点和未来市场的主打产品.本设计主要在普通波轮洗衣机根底上加装超声波发生器，并在局部结构上做了一些创新设计，目的是最大程度的节水。在洗衣机的智能化和人机工程学方面亦有所兼顾，机器可以自动识别衣物质地和受污状况而自动选择洗涤方式以及洗涤液和水的用量。 关键词：超声波，波轮，人机工程学 节水Design of the structure of household ultrasonic wave washing machineAbs

6、tractThe present washing mashine market gives priority to two kinds of goods :platen washing machine and boLun washing machine.The conventional mechanical agitation washing machine like the related technical parameters andthe standard is already very perfect,products are already very rich , the auto

7、mation and market channels is also very high .But this kind of washing machine can have some of the same faults:Wasting water , using detergent which pollutes the environment ,damaging clothing easily,hard to wash even, and so on .With people energy saving and environmental protection consciousness

8、strengthening ,also ,with a higher and higher washing quality demand ,A new kind of washing machine ,which uses less water, even doesnt use water ,makes less damage of clothes,called ultrasonic wave washing machine,is likely to be the key research point of the manufacturers,as well as the flagship p

9、roduct an the market in the future .This design is mainly based on ordinary platen and boLun washing machine,Inside it ,an ultrasonic generator is fixed .And, in the local structure, there are some innovative designs ,which aims at saving water as far as possible. There are also some improvements in

10、 intelligentization and human-computer engineering.The washing machine can automatically recognise the quality and the unclean condition of the clothes and choose proper dosage of water and cleaning mixture.Key words: ultrasonic wave, boLun, ergonomics, water saving目 录摘要Abstract1:绪论1.1洗衣机技术开展的历史,现状及

11、趋势1.2超声波洗衣机的工作原理1.3超声波技术在洗衣机上应用的可行性及前景1.4选题目的及意义1.5设计方案的提出及论证2家用超声波洗衣机结构设计2.1总体结构设计12.2超声波相关部件设计.2超声波发生器设计2超声波换能器设计.22.3机械支撑系统设计.3箱体.3控制盘座.3减震部件32.4动力传动系统设计.4电动机的选择4减速离合器的设计.4.1减速离合器的分类4.2带制动式减速离合器的结构及工作原理4.3行星齿轮传动设计5.4 V带传动设计.52.5洗涤,脱水系统设计5外桶的设计.5内桶的设计5波轮的设计.52.6进,排水系统设计.62.7控制系统设计.72.8其他零件的设计.7轴承的

12、选择.7螺母的选择.73结论.8参考文献附录致谢家用超声波洗衣机结构设计1 绪论1.1洗衣机技术开展的历史,现状及趋势自从1901年美国的费希尔创造了第一台洗衣机，这预示着搓板、棒槌等这些洗衣工具将被淘汰，人的双手将从繁重的洗衣工作中得到解放，特别是1928年第一台自动滚筒洗衣机在德国诞生后，手工洗衣渐渐成为了历史。此后各国的技术人员不断开拓进取、研制出许多不同洗涤方式的洗衣机。这些洗衣机各有所长，各有所短，相互之间竞争与融合，逐渐形成当今世界的三大种类滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机和搅伴式洗衣机. 各大洗衣机厂家在这三种洗衣机根底上围绕节水,节能,环保,智能化等不断改良结构,采用新材料,推出新产

13、品.但是无论怎么改良,这类洗衣机的根本工作原理都是:衣物*污垢+洗涤剂 +外界作用力 = 衣物+污垢*洗涤剂. 这种机械式的洗涤方式不但需要大量的水,造成水资源的浪费,而且使用的洗涤剂会污染坏境.同时,这种洗涤方式会造成衣物的磨损.随着人们节能环保意识的增强以及对洗衣质量要求的提高,单纯机械式的洗涤方式已不能满足人们的使用要求,高度节水节能,高度智能化的超声波洗衣机成为各洗衣机厂家研发的重点和未来家用洗衣机市场的主打产品.1.2超声波清洗原理 超声波清洗的机理归结为超声空化及伴随产生的冲击波、微声流、微射流以及清洗液超声振动本身的机械效应。具体作用分述如下：空化气泡在声场的作用下振动，与固体外

14、表发生摩擦，起到冲击和擦洗作用，可使附着不太牢的污垢脱落。在污垢膜的边缘，污垢一旦有缝隙，气泡就可以“钻入缝隙中进行振动，使污垢膜被撕裂和剥落。气泡闭合时产生的冲击波作用在污垢上，使不溶性污垢被击碎，从清洗件外表散落下来，分散到清洗液中 油脂性污垢，它与被清洗外表附着不太牢，并且与水溶液的化学作用很弱，在空化气泡的作用下被乳化而脱落。对于油污包裹着的固体粒子，在超声空化作用下，两种液体在界面被迅速分散而乳化，固体粒子即行脱落。空化气泡在固体外表和液体界面上所产生的高速微射流能够除去污垢或削弱污垢附着力，使清洗液渗入污垢内部及清洗件内部，增加搅拌作用，加快可溶性污垢溶解，强化化学清洗剂的清洗作用

15、空化气泡本身振动所产生的微声流所具有的粘滞应力，足可使清洗件外表污物被破坏而剥离。声学毛细管效应可使清洗液渗入到清洗外表 的凹凸不平的微孔，加强清洗液的作用。清洗液的超声振动使清洗外表随剧烈的冲击作用，可使水溶性污垢及附着不太牢的污垢很快脱落。总结起来,超声波清洗的原理如图1-1和图1-2所示:图1-1 超声波清洗原理图1-2超声波清洗流程 1.3超声波技术在洗衣机上应用的可行性及前景将超声波清洗用于洗衣机的研究在20多年前就已开始，但由于种种原因一直未进入适用化和商品化阶段.主要是减少空化噪声和局部结构设计还存在问题,随着技术的进步,这些问题将逐步得到解决.经济实用的家用超声波洗衣机投放市场

16、将为期不远.以下是超声波洗衣机和常规机械搅拌式洗衣机洗衣效果的一个比拟:图1-3 超声波洗衣机和常规洗衣机清洗效果比拟通过比拟,超声波洗衣机有以下优点:(1).超声清洗速度快、质量高、节水节电(2).易于实现自动化(3).超声清洗衣服是浸没在水中的，因而不会存在有清洗死角，效率相对提高(4).无需专用洗涤剂,既经济又环保总之，超声波洗衣机具有洗净度高、节水、灭菌消毒、少用或不用洗涤剂等优点，研制开发超声波洗衣机不失为一条有助于相关企业尽早翻开洗衣机市场大门的新思路.1.4选题目的及意义选择“家用超声波洗衣机结构设计作为此次毕业设计的题目主要有以下几个目的：1.了解机械技术开展的前沿，将所学的理

17、论知识与这些新技术联系起来并加以实际应用。2.进一步加深对常用机械部件及设计方法的掌握。提高专业知识的应用能力。3.掌握机电一体化系统设计的方法，学习并熟悉自动控制相关原理。4.提高在机械设计中应用人机工程学相关知识的能力。5.锻炼分析机械结构，识图作图的能力，为实际工作积累经验。1.5设计方案的提出及论证经过对普通波轮洗衣机实际工作原理的分析以及对超声波清洗技术的详细了解,确定如下设计方案:整体结构为套筒式全自动波轮洗衣机,设计有两种洗涤方式:超声波洗和常规波轮洗.家庭可根据衣物质地及数量选择洗涤方式.超声波洗涤时的脱水方式与波轮洗涤时的相同.取消底部铁支架下的平衡块,换成超声波发生器,同时

18、充当平衡块. 通过对全自动波轮洗衣机各系统及部件的分析,此方案是可行的.2.家用超声波洗衣机结构设计2.1总体结构设计本文设计的主要是超声波洗衣机，是在常规波轮洗衣机根底上加装超声波洗涤方式，整体结构初步确定如下：1.排水管2.溢水管3.吊杆4.脱水桶5.盛水桶6.平衡环7.盖板8.平安开关9.控制面板10.水位控制器11.进水电磁阀12.进水接头13.压力软管14.贮气室15.支架16.电动机17.离合器18.波轮19.脱水轴20.排水电磁阀21.法兰盘22.脱水孔23.超声波发生器24.超声波换能器(2个) 图2-1家用超声波洗衣机结构为满足城市家庭对洗涤时间及洗净度的要求,采用碟形波轮.

19、波轮直径约为300mm，转速约为120200r/min。由于超声波的作用区域主要是在洗涤桶内,所以超声波涤桶的几何形状会影响到超声波声场在其中的分布。如果桶的形状适宜，能使超声声场在其中分布得比拟均匀，能有效的形成驻波场，使洗涤桶的各个角落都能产生较好的洗涤效果。所以洗涤桶应为对称的几何形状，如圆形、正方形、长方形等。另外，洗涤桶的形状还对洗衣机外观形状有影响，也有外观设计上的问题：因此，超声波全自动洗衣机的洗涤桶宜为圆形.因此本设计中采用圆形洗涤桶. 超声发生器和超声换能器配套使用，两者用电缆连接 换能器直接安装于洗涤桶底部.根据衣物质地和洗涤要求选择洗涤方式后,洗衣机自动完成洗涤和脱水的全

20、过程.这种洗衣机与常规波轮洗衣机的不同之处是多了一种超声波洗涤方式.对于脏污严重的衣物，可先选择常规洗涤，然后选择超声波洗涤，这样会比仅用超声比洗涤的效果更好。2.2超声波相关部件设计超声波发生器的设计超声波发生器是一个大功率的信号发生器(即驱动电路),它的作用是给超声换能器一定频率的电磁振荡能量,如果这个频率刚好是超声换能器本身的谐振频率,就能够使超声换能器产生最有效的超声振动,也就是发生率共振.超声波发生器按鼓励方式分为两种:自激式和它激式,根据洗衣机工作环境要求,选用自激式,全晶体管化电路.超声波洗衣机宜采用高频超声,频率范围在30-44KHz,在这种频率下,空化阀低,空化气泡比拟多,声

21、波的渗透作用较强,可以深入渗透到衣物的细孔,狭缝内,使衣物洗得干净均匀,并且可以降低空化噪声.本设计选用40KHz的频率,输出幅度可根据负载情况自行调节. 超声声强的大小影响到衣物外表处的功率密度大小，直接影响空化效果。声强太大，引起振幅值过大，使空化气泡在脉动中退化，空化泡太多形成声波屏障，使声波不容易传播到整个液体空间。声强太小时超声振动形成的空化和二阶效应太差，清洗效果就差 因此，超声波洗衣机的声强应在2Wcm以上,初步估计超声波清洗时，洗衣机输出功率为200W，其综合效率为60%。洗涤时间最长不超过5 分钟, 最短时只有二、三十秒钟就能洗好。采用振荡一放大型超声波发生器结构框图如图2-

22、2所示图2-2振荡-放大型超声波发生器结构框图振荡器的设计：由于TL494价格廉价而且性能优越，设计采用由开关稳压块TL494构成的振荡器。振荡器电路见图2-3：图2-3 振荡器电路图将TL494的5脚(CT)和6脚(RT)接定时元件电阻R和电容c，即可起振，振荡器工作频率由下式决定：由于频率选为40KHz由上公式得，振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决定因素。通过给TL494的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。定时元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成，调节电位器R2即可实现频率的调整。2放大器的选择及设计： 超声波放大器的作用是将振荡信号放大至所需电平。放大局部可以是

23、单级的，也可以是多级的，主要看输出功率的需要。早期的超声波发生器使用电子管做放大器件，现在那么普遍采用晶体管三极管、场效应管和IBGT器件。近年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波发生器的放大器件。目前工业上广泛使用的超声波发生器根本上被晶体管电路垄断。与电子管发生器相比，晶体管发生器的优点在于体积小、重量轻、效率高。但从另一方面讲由于受到方向击穿电压、最大集电极电流、最大集电极耗散功率参数的限制，通常一对晶体管的最大输出功率只能到达百瓦级。要提高晶体管发生器的输出能力，除了有赖于高性能器件外，还必须采用高效率的电路。传统的甲类、乙类、丙类放大器是把有源器件作为电流源工作。在这些放大器中，

24、晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。集电极电流受基极鼓励信号控制作相应变化。3低压驱动电路本机采用高压小电流功放电路，由两只三极管和耦合变压器构成，见图6。为了防止两只功放管同时导通，导致内部功耗增加，两管的导通时间必须错开，使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此，三极管P1和P2对振荡器的输出作反相处理，三极管选用PNP型的8550。低压驱动电路所用的电源是直流12V，而功放电路的电源是交流220V，在三极管后参加一个耦合变压器，完成上下压隔离的任务。图2-4 低压驱动电路图4功放匹配电路电路由两个VMOS功率场效应管2SK791构成。具有线性度高、频率响应好、开关速度快等优点，是理想的

25、开关元件。但其关断特性在电流小时并不理想，下降沿有拖尾。图2-5 功放电路5高频驱动和匹配电路超声发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路局部。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配那么除了阻抗变换之外，还有一项很重要的内容调谐，即选用一定值的阻抗元件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是到达了匹配，换能器才能正常工作。高频驱动和匹配电路如图2-6：图2-6高频驱动和匹配电路超声波洗衣机中的匹配电路是将发生器输出的电能送往换能器的通道。匹配电路虽然结构简单(通常只有一个匹配电感)，却具有重要作用。

26、相同型号的洗衣机，匹配调得好的清洗效果好；匹配调得差的那么清洗效果差。对同一台机器而言，如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器经过更换，都需要重新调整匹配。与一般电子设备的匹配有所不同，超声洗衣机的匹配除了要解决变阻问题(即变换负载的阻值，使之与发生器的最正确负载值相等)外，还要解决调谐问题，即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗，使换能器呈纯阻性。技术人员通常是根据各自的经验进行匹配。例如，有人在改变洗涤桶水位时观察电流的变化，如果电流变化处于一定范围之内，同时管子不发热，空化声强，便认为匹配已调好。也有人让机器空载时稍，微呈电感性，而在加载后转变为纯阻状态。这些经验都是适用的。但在已有经验

27、的根底上，再掌握匹配的原理，就可以在匹配时有的放矢，更加主动，从而收到事半功倍的效果。 超声波换能器的设计采用单个功率为60-150W的压电换能器。换能器上面用轻金属制的喇叭口辐射体，能使换能器与水介质有更好的阻抗匹配，并增大了辐射面积。后盖用重金属制成，使底部的声幅射变得很小，形成较好的自然单面辐射振子。这种换能器的最大特点是灵敏度高，机电转换率及振幅比其它形式的提高50，且承受功率相对较大。这种换能器还可以通过调整辐射体的厚度、辐射面直径及后盖尺寸得到各种频率、功率及阻抗要求的换能器。图2-7喇叭形压电式超声波换能器结构其中:L3=20mm ,L2=10mm,L1=37.25mm,d=17

28、.5,S2=60mm 2.3机械支撑系统设计 箱体波轮全自动洗衣机的箱体按照结构分有一体式和分体式两种结构，按照材质不同可以分为渗锌钢板箱体、铝合金箱体、彩板即PCM印刷钢板箱体和全塑箱体。为防止洗衣机箱体下部因长期处于潮湿环境中而受潮腐蚀、锈烂，采用分体式箱体，箱体下采用高强度的塑料制成，箱体上采用渗锌钢板制成。控制盘座控制盘座装在箱体上部，用高强度的塑料如PP、ABS等注塑而成，本设计采用ABS材料，整体式控制盘座，用来固定、安装电气控制元件，如电脑板等，水位开关、电源开关、微动开关、干簧管、平安开关、停止开关、进水阀等，还装有用来向桶内注水的注水口。控制盘座上部装有分体折叠结构的上盖，与

29、上盖的配合采用铰链结构，用上盖插销和挡圈定位，并在上盖后端装有突跳弹簧，使上盖翻开或关闭时能定位良好、不活动。减震部件洗衣机上的减震部件也称为吊杆总成，波轮全自动洗衣机的内外桶复合套装在一起，整个外桶部件都是依靠减振部件悬挂在箱体上部的四个角加强板上。减振部件主要由吊杆座、吊杆、上托、减振弹簧、下托组成。吊杆座是一个半球形结构的塑料件，中心有通孔，吊杆上端的钩头从通孔中穿过、固定，吊杆座的球面与箱体上部的四个角加强板上的球面凹槽配合，配合处还涂抹有锂基润滑脂，这样可以使吊杆作小角度的摆动，缓解振动。吊杆一般由优质弹簧钢丝制成，两端都有弯钩，上端穿过吊杆座，下端穿过吊杆下托。上托和下托一般为高强

30、度塑料制成，上、下托之间装有减振弹簧，起减振作用，上托与吊杆配合处涂抹润滑脂，起到润滑作用，有的洗衣机上托较长，形成一个圆筒形状，下托用橡胶制成，上、下托配合形成空气阻尼减振，再加上减振弹簧的作用，起到双重减振的效果，能进一步降低振动及噪音。波轮洗衣机的减振部件一套有四根，本设计采用相同长度的减振部件，在桶底安装电机的另一侧安装适当重量的超声波发生器，可以保持桶的平衡。2.4动力传动系统设计波轮套筒式全自动洗衣机的动力传动系统主要由电动机,减速离合器,V带构成。对于本设计方案，中选用常规波轮洗涤方式洗涤时，使用一台电动机完成洗涤和脱水，洗涤时，波轮转速较低140200 r/min；而脱水时，脱

31、水桶转速较高约800r/min。因此，要对电动机1370r/mim的输出转速经常减速处理，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2-8所示。图2-8传动系统示意图电动机的选择常规波轮洗涤方式洗涤以及超声波洗涤后的脱水的动力来源是电动机，我国现阶段生产的套筒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/T37581996?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2-1所示。表2-1 XD型洗衣机电动机技术参数XDL90XDS90XDL120XDS120XDL180XDS180XDL250XD

32、S250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/rmin-11370效率%49525659功率因数0.95 堵转电流/A 2.0 2.5 40 5.5堵转转矩/Nm： 额定转矩/Nm 0.95 0.9 0.8 0.7最大转矩/Nm： 额定转矩Nm 1.7 1.7 1.7 1.7本设计方案确定洗衣量为3.8Kg ，根据表2-2，选用的电动机为XDL180，额定功率为180W，满载时的转速为1370r/min表2-2 波轮式全自动洗衣机根本参数洗衣量/kg电动机功率/W内桶直径/mm脱水转速/(rmin-1)洗衣转速/(

33、rmin-1)3.81804005207008001203004.52504005207008001203005.02504005207008001203005.53704005207008001203006.0370400520700800120300减速离合器的设计 .1减速离合器的分类 早期设计的小波轮全自动动洗衣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根本相同。目前应用最广泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器,本设计选用带制动式减速离合器.2带制动式减速离合器的结构及

34、工作原理带制动式减速离合器的结构如图2-91-带轮螺母 2-大带轮3-棘轮 4方丝离合簧 5-洗涤主动轴 6-刹车带 7-壳体 8-壳体盖 9-扭簧 10-橡胶套 11-外密封圈 12-挡圈 13-内密封圈 14-洗涤被动轴 15-上半轴 16-中半轴 17-制动轴 18-制动弹簧 19-拨叉弹簧 20-调节螺钉21-制动杆 22-内齿轮 23-传动架 24-行星齿轮 25-拨叉 26棘爪弹簧 27-棘爪28-下半轴 29-方孔离合套图2-9带制动式减速离合器结构简图带制动式减速离合器的减速器和制动器合二为一，即借用减速器外壳作为刹车盘。它由排水阀电磁铁来切换上下速状态。洗涤时，排水阀电磁铁断

35、电，排水阀关闭，由制动杆21通过棘爪拨叉25，使棘爪27卡住棘轮3，棘轮内的方丝离合弹簧4松开，带轮的动力无法传给上半轴15。同时制动带6刹住制动轮16，防止上半轴15因波轮轴转动而跟转。方丝离合弹簧4外部同轴安装棘轮3，上端处于自由状态，下端插入棘轮3内壁孔中。方丝离合弹簧4内部套住方孔离合套29和上半轴28，为柔性接触，旋紧时使两者联为一体。脱水时，排水阀电磁铁得电，排水阀处于排水状态，电磁铁带动制动杆21移动一个距离，刹车带6放松，制动轮16可自由转动。同时，棘爪拨叉25随制动杆转过一个角度，棘爪和棘轮3分开，方丝离合弹簧4旋紧，方孔离合套29和下半轴28两者联动。大带轮2的扭矩由方孔离

36、合套29、方丝离合弹簧4、下半轴28、制动轮16传给上半轴15，为高速脱水提供动力.带制动式减速离合器的三种工作情况工作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棘爪与棘轮棘爪伸入棘轮齿高三分之二，将棘轮及方丝离合弹簧向旋松方向拨转一个角度，棘爪指向轴心棘爪脱离棘轮，弹簧回转到自由旋紧状态方丝离合弹簧被棘轮逆时针方向旋松并固定，和离合套别离在自由旋紧状态，转动时更加旋紧在离合套上，起到传动转矩的作用离合套因方丝离合弹簧内径被旋大，故离合套空转方丝离合弹簧被旋紧，随离合套转动圆抱簧旋松方向，不起作用被旋紧在脱水轴上，防止内桶跟转被旋松，不起作用

37、刹车带贴压在刹车盘上，并被拉紧，使脱水轴不能转动，起到防止跟转的作用虽贴压在刹车盘上，但摩擦力使其松弛，所以不起作用脱离脱水轴，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套方丝离合弹簧下半轴制动轮上半轴脱水桶.3 行星齿轮传动设计1传动方案确实定家用洗衣机行星齿轮减速器的工作条件是短期间断，传动比小，结构紧凑，外廓尺寸小，根据这些要求，选用具有单齿圈行星轮的型行星齿轮传动较为合理，传动方案简图如下列图：a.中心轮g.行星轮b.内齿圈H.行星架图2-10 行星齿轮传动简图2洗涤输入轴与输出轴的传动比为： 3初选中心轮和内齿圈齿数：洗涤时中心轮旋转，内齿圈静止，中心轮与行星架的传动比按

38、以下公式计算：考虑到结构紧凑外廓尺寸小，初选中心轮齿数 =18,由式计算得内齿圈齿数 =544计算行星轮齿数：由于洗衣机工作扭矩不大，为保证行星轮与两个中心轮、同时正确啮合，要求外啮合齿轮ag的中心距等于内啮合齿轮bg的中心距， 即=,对于非变位或高度变位传动，有m/2(Za+Zg)=m/2(Zb-Zg),计算 得Zg=(Zb-Za)/2=(54-18)/2=18最终确定中心轮齿数Za为18，内齿圈齿数Zb为54，行星齿轮齿数Zg为18，实际传动比为4，洗衣转速为180r/min。5齿轮几何尺寸及啮合参数计算1模数确实定按齿根弯曲强度初算齿轮模数m，m=式中算数系数，对于直齿轮传动=12.1，

39、啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩, 工作情况系数，查表取=1综合系数，查表取=2计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数，取=1.85小齿轮齿形系数，查表取=2.87齿轮副中小齿轮齿数，试验齿轮弯曲疲劳极限，查图取m =12.1*=0.77取m=0.92分度圆直径确实定3齿顶圆直径确实定外啮合 内啮合,所以 4齿根圆直径确实定齿根高，计算齿根圆直径得：4基圆直径确实定取压力角a=20,根据式得：6齿宽确实定查表取齿宽系数=1，计算齿宽得： 不变位或高变位的啮合传动, 节圆与分度圆重合,由此计算啮合齿轮副的中为：外啮合齿轮副中心距内啮合齿轮副中心距以上计算整理如下表： 表2-3行星齿轮传动根本参数中

40、心轮a行星轮g内齿圈b模数m0.90.90.9齿数z181854分度圆直径d16.216.248.6基圆直径15.2215.2245.67齿顶圆直径18.018.047.04齿根圆直径13.9513.9550.85齿宽b16.221.211.2中心距a,6.装配条件的验算1邻接条件按公式验算邻接条件，18.0mm2*16.2*sin180/3=28.06mm即满足邻接条件。同心条件按公式验算该行星齿轮传动的同心条件，代入数据得18+18/cos20=(54-18)/cos20=38.34，即满足同心条件。安装条件所以满足安装条件.7.行星齿轮传动弯曲强度校核由于型行星齿轮传动时工作条件是短期间

41、断，且具有结构紧凑，外廓尺寸小传动比小的特点，只需校核其齿根弯曲强度即可。选择齿轮材料及精度等级齿轮材料的选用原那么是：既要满足性能要求，保证齿轮传动的工作可靠平安，要使其生产本钱较低，根据这些要求和洗衣机行星齿轮传动功率及载荷特点，心轮选用45号钢，调质处理，硬度为229-286HBW，取270HBW，精度取7级行轮g选45钢调质处理，精度为7级，中心轮选择高强度耐冲击的聚甲醛塑料。确定许用应力查?机械设计?图4.21-3得，查?机械设计?表4-10取，查?机械设计?图4.22取尺寸系数使用系数按中等冲击查?机械设计?表4-4得，动载系数查?行 星齿轮传动设计?取，齿向载荷分布不均匀系数查?

42、机械设计?图4.12取，啮合齿对间载荷分配系数查?机械设计?表4-5取行星轮间载荷分配系数，齿形系数由?行星齿轮传动设计?图6-22查得，应力修正系数由?行星齿轮传动设计?图6-24查得，重合度系数，螺旋角系数由?行星齿轮传动设计?图6-25查得根据公式 计算得，外啮合的两齿轮弯曲疲劳强度满足要求8行星齿轮减速器输入输出轴的设计洗衣机中的行星齿轮减速器的输入轴是洗涤主动轴，输出轴是波轮轴。主动轴的设计(输入轴)选择主动轴的材料由工作条件及载荷特点选择45钢调质处理，查?机械设计?表6-1知硬度为217-255HBW，强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限初估轴径查?机械设计?表6-3知C=126-1

43、03取C=120，由公式代入数据知，取确定各轴段的直径轴段1与大带轮轮毂配合，轴段2为轴环，起轴向定位大带轮的作用，取，轴段3为方轴，与方孔离合套配合，取，轴段4为光轴段，安装在空心外套轴里，取，轴段5为轴肩，起轴向定位作用，取，轴段6为齿轴段，取各轴段长度确实定轴段1与大带轮轮毂配合的局部根据大带轮型号长度为14mm,与圆柱螺母配合的局部长度为3mm，因此取轴2为轴环，轴环宽度一般为轴肩高度的1.4倍轴段3为方轴段，取轴段4为光轴段，考虑到轴在行星齿轮上安装的技术要求，取轴段5为轴肩，取轴段6为齿轴段，根据齿宽取根据以上各段长度，L=轴的校核对齿轴段进行受力分析有：齿轮上的圆周力：齿轮上的径

44、向力：齿轮上的法向力： a为啮合角，对标准齿轮，取对输入轴进行受力分析，如下列图：图2-10输入轴受力分析图2输出轴的设计a.选择轴的材料，确定许用应力根据输出轴的工作要求，选择45钢，正火处理，强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限b.根据扭转强度初步估算轴径由式得，取d=12mmc.确定各轴段的直径轴段1通过花键与行星齿轮传动架固定连接，考虑到花键的结构及尺寸，取轴段2为轴环，起轴向定位作用，取轴段3为光轴段，插进脱水上半轴里，取轴段4为轴环段，取轴段5为方轴段，用于固定波轮，取d.各轴段长度确实定轴段1：考虑到行星齿轮传动架的结构，取L1=15mm轴段2：轴环宽度一般为轴肩高度的1.4倍，即L

45、2=1.4mm轴段3：取L3=75mm轴段4：取L4=1.4*16-14.5/2=1.05mm轴段5：安装波轮的轴段取L5=20mmL=L1+L2+L3+L4+L5=112.45mme.输出轴的校核对输出轴进行受力分析，如下列图：图2-12，图2-13.4 .V带传动设计V带传动允许的传动比拟大，且结构紧凑简单，在同样的张力下，V带比普通平带能产生更大的摩擦力，所以选用V带作为第一级降速。1传动比确实定理论传动比为实际传动比为传动比相对误差：，故满足要求。2功率确实定洗衣机工作时，载荷变动较小，工况系数选择，因此有： 3选择带型根据V带传递的功率，查?机械设计?图2.17确定选择普通V带Z型。

46、4带轮的基准直径确实定初选小带轮基准直径，查?机械设计?表2-4知小带轮基准直径取，满足最小基准直径要求。根据公式，大带轮基准直径为，取(5) 验算带速普通V带的最大带速，在范围内，故满足要求。(6)中心距和带的基准长度确实定根据公式，代入数据知，根据洗衣机桶体的安装尺寸，初选 查?机械设计?表2-2选用基准长度由公式得实际中心距,小于700mm,中心距满足要求。中心距调整范围 在安装时，在结构上要保持V带不定期有一定的张紧力，中心距会略有所变化。7验算小带轮包角由公式得小带轮包角，包角适宜。8确定V带根数由?机械设计?表2-5查得，由表2-7查得由表2-9查得，由表2-2查得Z=1.12，取

47、Z=1根9确定初拉力由?机械设计?表2-1查得q=0.06kg/m，由公式得：10确定压轴力(11)带轮的设计a.带轮设计的要求对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、无过大的铸造内应力、转速高时要经过动平衡，与带接触的工作外表加工精度要高外表粗糙度一般为3.2um以减少带的磨损,各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等.b.材料的选择，结构形式的设计V带轮由轮缘，轮毂和链接这两局部的轮辐和腹板组成，其中轮缘用于安装V带，轮毂与轴相配合，由于V带是标准件，所以V带轮轮缘的尺寸与带的型号和带的根数有关。由于v=3.73m/s30m/s,应选择带轮材料为HT200.由小带轮

48、轮毂直径，小带轮基准直径，即，所以小带轮采用腹板式带轮结构，同理，大带轮采用孔板式结构。c.结构尺寸的设计由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38按带的型号及带轮直径确定，查?机械设计?2-3，确定小带轮轮槽角，大带轮轮槽角 查?机械设计?表2-3得两带轮槽型尺寸如下：根据V带参数之间的关系，计算得小带轮各局部尺寸如下：大带轮各局部尺寸如下：12棘轮的设计a.棘轮材料的选择安装在洗衣机减速离合器下部方孔离合套和脱水下半轴上的棘轮主要起配合其他部件使脱水轴和洗涤主动轴连为一体的作用，工作强度不大，强度要求不高

49、，同时为减轻洗衣机整体重量，选择聚甲醛作为棘轮的材料。b.棘轮结构尺寸确实定查?机械设计手册?知，对于一般的棘轮机构，棘爪每次至少要拨动棘轮转过一个齿，即棘爪的转角应大于棘轮的齿距角，洗涤时，必须保证棘爪拨动棘轮转过的角度大于19度，棘爪伸入棘轮的深度为4mm-5mm，脱水时棘爪脱离棘轮1.5mm以上。据此，计算得，取Z=18，对于洗衣机这样的轻载机构，取模数m=2.5顶圆直径齿间距，根据减速离合器的安装要求，可适当合理设计棘爪长度。2.5.洗涤，脱水系统设计洗涤脱水系统包括内桶，外桶以及波轮。外桶的设计外桶的作用是盛放洗涤液和漂洗水，同时也是离合器、电机、牵引器等部件的安装体。其主要部件作用

50、如下：外桶圈：加强强度，防止溅水；溢水口：防止出现溢水；空气室：连接水位传感器，控制水位；排水口：排水。考虑到减小洗衣机整体重量，选择结晶型高聚物PP作为外桶的材料。根据所设计洗衣机洗涤额定脱水容量及内外桶安装要求，初定外桶直径为D=462mm.外桶的具体壁厚视所设计的洗衣机综合质量及有关标准确定，这里取外桶壁厚。 内桶的设计内桶主要起盛装衣物，脱水的作用。内桶侧面凸凹不平的筋和槽与搓衣板的结构类似，当波轮带动水及衣物转动时，起到搓洗作用，增加衣物洗净比。内桶侧面有许多小孔，当洗衣机在脱水时，由于高速运转，产生一个离心力，在其作用下，使衣物紧贴桶壁，衣物内的水在离心力作用下通过许多小孔进入盛水

51、桶排出机外，即到达脱水的目的。内桶主要部件作用如下：平衡环：减少脱水时不平衡产生的振动；循环水道：喷水；滤网：回收线屑。根据表2-2波轮洗衣机的根本参数，确定内桶直径为400mm。处于水中的洗涤桶同样要受到超声空化的作用，空化气泡在桶壁闭合产生的微射流能对固体外表产生巨大的冲击作用，并能产生局部外表破坏，射流是产生空化腐蚀、外表致凹的主要机理。因此，洗涤桶的材料必须是耐空化的。由于存在超声空化腐蚀问题，对洗涤桶的桶壁或多或少要有破坏。这种破坏在短时间内不明显，但在十余年的洗衣机使用寿命期间就会显示出来，所以对洗涤桶的壁厚要适当加厚。这里取内桶壁厚 。内桶容积确实定：主要是确定容量系数K，K值过

52、大和过小都不好，参考国内外的有关资料取K=20较为理想，因此内桶有效容积V=K*m其中m为额定洗涤脱水容量，本文m=3.8Kg，V=20*3.8=76L。波轮的设计波轮在洗衣机洗涤、漂洗过程中起着相当重要的作用。当它在动力系统作用下，能产生螺旋式水流，由此产生一个洗涤所需的机械作用力。其形状、尺寸大小、转速，波轮筋的高度，波轮在洗衣机桶内的安装位置等对洗涤的洗净率、磨损率、缠绕程度都有重要影响。实验说明，波轮偏置桶中心一个距离L安装, 比置桶中心安装的衣物翻滚次数每分钟提高16 次, 是桶中心安装的2.6倍。翻滚次数多,因而洗净率提高，考虑到可以选用超声波洗涤方式，本设计选偏距L=0，同时为尽

53、量减小衣物磨损率，适当减小波轮倾角，这里取由于本设计是在波轮洗衣机根底上对超声波洗衣机的探究，为在内桶底部加装超声波换能器，并且要满足换能器一定的尺寸要求，确定波轮直径为在波轮上均匀的设计有四个凸起筋由于可以选择超声波洗涤方式，四个凸起筋已能够满足城市家庭所要求的洗净度，在内桶底部距离波轮的余下空间均匀设计四个超声波换能器。波轮材料同样选择工程塑料。2.6进、排水系统的设计全自动波轮洗衣机的进、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。水位开关的设计1.水位开关的结构水位开又称压力开关。洗衣机内桶进水时的水位和排水时的压力状况是压力开关检测的。当洗衣机工作在洗涤程序时，假设桶内无水

54、或水量不够，压力开关那么发出供水信号。当水位到达设定位置时，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，假设排水系统有故障，水位开关那么发出排水系统受阻信号。水位开关的剖面图如下：1.杠杆2.导套3.调节螺钉4.压力弹簧5.凸轮6.顶芯7.开关小压簧8.动簧片塑9.料盘10.橡胶膜11.气室12.压力软管 图2-14水位开关剖面图2.水位开关工作原理当水注入内桶时，气室封闭，随着水位上升封闭在气室内的空气压力不断提高，压力经过压力软管传到水位开关气室，水位开关气室内的空气压力向上推动橡胶膜和塑料盘，推动动簧片中的内动簧片向上移动，压力弹簧被压缩。当水注到选定水位时，此时内

55、动簧片移动到预定的平衡位置开关小弹簧将拉动外动簧片并产生一个向下的推力，使开关的常闭触点NC与公共触点COM迅速断开，常开触点与公共触点闭合从而发出关闭水源的信号。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。压力弹簧恢复伸长，推动顶心，使动簧片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对外动片产生一个向外的推力。使开关的常开触点NO与公共触点COM迅速断开，常闭触点NC与公共触点COM闭合，从而改变控制电路的通断。其中动簧片的结构如下如：图2-15动簧片结构3.水位开关的主要技术参数本文设计的全自动洗衣机采用微电脑式程序控制器，与其对应的水位开关的主要技术参数如下表

56、：表2-4水位开关的主要技术参数配用的程序控制器额定电压额定电流气密性接触电阻绝缘电阻电气强度微电脑式程序控制器DC610mA7.6Kpa历时一分钟小于0.03大于1002500V历时一分钟排水电磁阀的设计排水电磁阀由电磁铁和排水阀组成，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连接起来。1.排水电磁阀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

57、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。结构如下列图：1.排水阀座2.排水阀门3.弹簧B 4.弹簧A 5.导套6.阀盖7.电磁铁拉杆8.销钉9.铁垫圈10.微动开关11.引线端子12.电磁铁13.衔铁14.开口销15.外桶16.挡套17.刹车扭簧伸出端图2-16排水系统结构图电磁铁有交流和直流两种，电脑式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁，本设计采用交流电磁铁。2.排水电磁阀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1

58、6拨动制动装置的刹车扭簧伸出端，使制动装置处于非制动状态脱水状态。另一方面随着拉杆7的左端离开导套5，外弹簧4被内弹簧3的拉力压缩，使排水阀门翻开。正常排水时，橡胶阀门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40N。进水电磁阀的设计1.进水电磁阀的结构进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构如下列图所示：(a)断电关闭 (b)通电开启1.金属过滤网2.阀座3.导磁铁座4.线圈5.小弹簧6.铁芯7.小橡胶塞8.塑料盘9橡胶阀图2-17进水阀结构图2.进水电磁阀工作原理电磁阀线圈4断电时，铁芯6在自重和小弹簧5作用下下压，使铁芯6下端的小橡胶塞7堵住泄压孔B，此时如果有水进

59、入进水腔，水便由加压孔A进入控制腔，使控制腔内水压逐渐增大，最终使橡胶阀9紧压在出水管的上端口上，将阀关闭。同时，因铁芯6上面空间与控制腔相通，控制腔内水压的增大还会使铁芯6上面空间气体压强增大，导致橡胶阀9更紧的压在泄压孔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芯6向上吸起，泄压孔B被翻开。控制腔内的水迅速从泄压孔B中流入出水管，同时经加压孔A流入控制腔的水又进行补充。但由于加压孔A比泄压孔B小，使控制腔内的压力迅速下降。当控制腔中的水压降到低于进水腔水压时，橡胶阀9被进水腔中的水向上推开，水从进水腔直接进入出水管，进而流入盛水桶。水到位后，由水位开关切断进水

60、电磁阀线圈4的电源，进水阀重新关闭。2.7控制系统设计略2.8其他零件的设计轴承的选择1.波轮轴含油轴承的选择1含油轴承工作原理利用材质的多孔特性以及与润滑油的亲和特性，在轴瓦安装使用前，是润滑油浸润轴瓦材料，轴承工作期间可以不加或较长时间不加润滑油，这样的轴承称为含油轴承。含油轴承在不运转状态时润滑油充满其孔隙，在轴回转时因摩擦而发热吸回孔隙。2材料的选择常用的轴瓦材料有木材，成长铸铁，铸铜合金和粉末冶金，应用最广泛的是粉末冶金含油轴承，这里选用粉末冶金作为含油轴承轴瓦材料。轴瓦材料牌号含油率/%外表硬度/HBS许 用 荷 p/Mpa线 速 度0.10铁基铁FZ11601830-7015.3