【手摇式洗衣机的方案及性能和结构设计11000字（论文）】

手摇式洗衣机的方案及性能和结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u19338摘要 I236601绪论 4117411.1选题的背景及研究意义 4187041.2国内外研究现状 5161451.3本文主要的研究工作 7255231.3.1研究目标 724421.3.2研究内容 896632手摇式洗衣机的方案设计 933682.1总体设计要求 9131202.2整机方案设计 10150202.3系统方案设计 10192593手摇式洗衣机的结构设计 11105653.1结构设计思路 1149823.2确定新设计零件 12280733.3组件结构设计 12255143.3.1桶组件结构设计 12181833.3.2箱体组件结构设计 1449323.4整机结构设计 16144023.4.1整机结构装配 1697503.4.2整机结构原理 1662394手摇式洗衣机性能分析 17224414.1传动性能分析 17151154.2内桶组件有限元分析 17169144.3密封圈有限元分析 1868184.4箱体振动模态分析 1911434.5内桶咬接强度计算 20304954.6齿轮强度校核及仿真 22119375总结与展望 2314812参考文献 25摘要伴随着人们生活品质的逐步提升，洗衣机行业的相关技术问题渐渐开始显露出来。对于洗衣机技术本身来说，不管是噪音减小技术、电动机工作的效率，还是进排水技术、可靠性和安全性等都是现在洗衣机领域着急想要面对并解决的问题。人们现在越来越关注低碳环保的绿色生活。消费者在购买洗衣机时，越来越关注其杀菌、净化和耗电性能。基于人们的实际生活的需求，本课题做出了手摇式洗衣机设计的总体基本要求。根据手摇式洗衣机进行了方案和结构的设计以及计算、验证性能仿真的合理性，对新型环保健康洗衣做出了相关研究和结构设计。设计了桶身、摇柄、中间转臂和中心骨架,桶身为圆柱形,最前端螺线连接并有上端盖,所述的中间转臂通过桶身端盖和摇柄螺线相连,中间骨架穿到转臂上端或固定在转臂上端,中间骨架上还布置有装夹。节能环保。衣服不用电就可以洗。它结合了离心清洗和搓板清洗；有效解决在寒冷天气使用手洗冻伤的风险的体验,保护使用者的使用过程不受伤害。手摇式洗衣机不耗电并且省水、体积小不占空间、洗衣成本低，使用环境方便等特点。最后通过测试手摇式洗衣机的洗净比、洗衣服的时间、脱水能力、机体清洗程度及产生的噪音时，都显示出很强的洗衣性能。关键词：洗衣机；手摇式；方案设计；结构设计；健康环保；实验测试

1绪论1.1选题的背景及研究意义人们生活质量逐步上升，其生活消耗的不可再生能源每年逐步攀升，人们生活所用的能源巨大，最终会导致能源匮乏。现在市场上售卖的洗衣机基本上是半自动或全自动洗衣机，不管洗衣的量有多少，所耗能源也是固定不变的。如果出现停电或者洗衣机电气原件故障，洗衣机就成了摆设，无法使用。现在全国大学都有规定，学生宿舍不能使用大功率电器，这也是为了对学生安全考虑，宿舍洗衣服成为一件耗时耗力的事情，公共洗衣机又担心健康问题，使得学生的生活造成巨大不便REF_Ref28437\r\h[2]。目前，市场上绝大多数洗衣机均为电动洗衣机，其耗能大、清洗困难、噪音大等缺点仍无法得到很好的解决。本文提出了一种手摇式洗衣机，不能能够很好的解决清洗困难等以上问题，更能起到锻炼身体的作用。真正迎合使用者的健康环保等需求。本课题旨在研究一款手摇式洗衣机，以用来解决使用者对洗衣机的健康、环保的需求。手摇式洗衣机的结构进行设计，对于不能使用电动洗衣机的场所，以及出于对能源消耗的考虑，其仍具有很大的发展前景，满足人们日常洗衣需求。同时为洗衣机行业开拓新的思路和市场REF_Ref28437\r\h[3]。研究目的：从系统结构，操作性等各方面研究洗衣机自身洁净程度和衣物清洗程度设计，为使用者提供健康卫生的衣物清洁环境。从操作性和可行性等方面设计，极大的减少设计机构运动所需的时间，使效率得到很大的提升。从环保、健康、绿色方面设计，为大众提供的多样化的选择。迎合可持续发展观念和行动。1.2国内外研究现状1.2.1国外洗衣机研究现状洗衣机是我们最常用的电器。它已成为生活中不可或缺的家电，并走进了每个家庭。从人们开始知道如何使用棉、麻和布的那一天起，洗衣机的重要性就变得越来越明显。通过洗衣机100多年的发展历程，它反映了人们需求不断演变的发展历史。图1-119世纪早期洗衣机在20世纪初期，美国的科学家首次制造了全球第一台用电能带动工作的洗衣机。电动洗衣机的设计和制造完成，意味着人们做家务劳动开始迈向自动化的进程。经过几次改进，电动洗衣机于1922年由玛依塔格公司制造出首台搅拌式的洗衣机。这使得洗衣机朝着搅拌式的新洗涤方法发展。在搅拌式洗衣机的垂直轴安装在桶的中心，混合翼安装在垂直轴的下端。电机驱动立轴有规律地前后摇动，使得衣服与水流滚动并相互之间摩擦，从而清洗污垢。搅拌式洗衣机因为其科学合理的结构设计，深受人们的喜爱。十年后，本·德克斯航空公司进一步研制出首台前置式的滚筒洗衣机，洗涤、漂洗和甩干都在同一个桶内完成。这标志着电力驱动的洗衣机已经上升到了一个新的水平，朝着洗衣自动化又迈进了关键性的一步！到目前为止，滚筒式洗衣机仍在欧美广泛使用REF_Ref29687\r\h[22-25]。伴随着工业化不断的加速发展，各个国家都加紧了研发新式洗衣机的进程。英国制造的新式的喷流功能的洗衣机，依靠桶体单侧运动的波轮造成的强涡流，使衣服和洗衣液在桶体中持续滚动，以洗涤衣物。通过引入英国喷气功能的洗衣机的基础上，日本制造了风格独特的波轮式洗衣机，至今广受欢迎。在接下来的几十年里，双桶洗衣机、波轮套桶和全自动洗衣机相继面世REF_Ref30282\r\h[26-31]。1.2.2国内洗衣机研究现状最近几年，国内的研究者们对洗衣机的洗涤能力、甩干效率与振动、洗衣的水温对衣物影响、洗衣机的运动学研究、水流动力仿真、机体运转特点与模态仿真模拟、噪音及机体抖动分析与研究、运动状态下的特性分析、洗衣机振动位移特性分析、洗衣机的模具的设计与制造、动力系统的控制、内桶与外桶和桶的支撑架的结构强度、机体连接件的连接力学研究、桶的悬挂系统动力学分析与参数优化、低碳与节能的绿色设计、自动控制系统与研究等领域付出了大量的精力，因此对洗衣机的应用技术的上升起到了促进作用。图1-2传统的双桶洗衣机市场上有很多洗衣机品牌，波轮式的洗衣机以及滚筒式的洗衣机在中国更常见。波轮式洗衣机主要因为凭借安装在洗衣机滚桶底下的波轮的正反转动来驱动衣服不断上下左右翻转，因此做到了清洁的作用。波轮式洗衣机有相对简易的结构设计和很高的清洁能力，但它对衣服的磨损率高，并使用大量的水。滚筒洗衣机通过机械和多个保护壳，利用洗衣机的滚筒运转产生的很大离心力以此不断的摩擦来清洗衣服。滚筒洗衣机具有清洁度低、耗时长、功耗高、脱水噪音大、振动大等特点REF_Ref28195\r\h[8-10]。时至了现代,人类洗衣机的功能需求已经不再是仅局限于洗衣,需求已经决定了市场,越来越多的新奇实用的新功能已经出现了在智能洗衣机产品上面,说到这个需求,就又不得不要提到洗衣机健康安全这个大问题了。洗衣机使用时间长了以后，外桶壁上全是污垢和细菌，其中不仅有多少亿的细菌，而且还有一股异常的霉味。滋生在洗衣机里的细菌主要有霉菌、霉菌毒素、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌和过敏原，这些致病菌和过敏原如不加灭杀和去除，就会随着桶内衣物的不断洗涤，吸附于大人、小孩和老人的衣物上，这些衣物就成了各种细菌大量孳生和扩散的窝藏点，不仅常常诱发人体的过敏症状，还会给全家人的身体健康带来危害。随着健康需求的不断增加，行业也将随之往健康化方向发展。中国的洗衣机相关的注重方向，目前重点注意下面的几个领域：（1）洗衣机规格具有适宜的标准。目前市场上滚桶洗衣机规格尺寸依据欧美国家设计标准，大多在0.8m~0.9m之内，对于我国的使用者并不普适；（2）洗衣机的排水系统设计。目前市面上洗衣机基本上使用的是从顶部排水的设计，然而中国绝大多数的家庭的家里采用的是地下排水系统，和我们的实际情况有所偏差；（3）洗衣时间的设定。当前市面上洗衣机洗干净衣服的的用时大多数超过60min，许多使用者都想较短的洗衣时间。1.3本文主要的研究工作1.3.1研究目标本次课题的重要目标是研究并设计出一款新式的手摇式洗衣机，基于用户对洗衣机健康、噪音、洁净率、性能等多方位的诉求，这次洗衣机的研究将完成以下几个目标：（1）洗衣能力较为强力：本款洗衣机主要性能指标：洗净比不低于1.03，单位内洗衣功效用水量不大于2L/kg，最大洗衣的质量大于2.0kg；（2）洗衣机的结构较为节省空间：本款洗衣机的设计原则就是尽量减少使用空间，长宽高约为650mm×400mm×700mm，整个洗衣机的重量不超过5kg；（3）使用便捷可靠：对于用户比较关心的使用体验，将采用洗涤脱水一体化设计，密封性能良好，结构省力；（4）洗衣机持久耐用：手摇式洗衣机在工作的时候中，难免会产生一定的机体晃动、工作噪音、机体位置的轻微改变、机体结构变形等不好的结果，通过结构布局设计以此保证洗衣机在很糟糕的工作环境下依然做到正常洗衣，使用者在运转洗衣机时确保噪音大约在30dB，甩水工作时大约在40dB；（5）使其与同类产品具有可比性：在与洗衣机行业内的相关产品比较时，期待能有与其对比的性能，或者有所领先。1.3.2研究内容本课题打算研究设计一款手摇式洗衣机，重要的研究内容如下：（1）简介一种手摇式洗衣机的基本指标和研究方向。因为手摇式洗衣机的结构和一般家庭使用的电动洗衣机有很大的差别，工作地点和环境不稳定，会发生漏水、清洁不彻底、经常挪动等很多的情况，所以其结构强度，尺寸大小、使用功能、洗衣的清洁能力都是我们要重点思考的关键方面；（2）简介了手摇式洗衣机的基本结构和设计方案。利用目前市面上已有的洗衣机上的部分零件和结构，对本产品的开发提供了思路和部分可应用的零件，为了实现手摇式洗衣机在现实状况下的使用条件，所以我们另外设计部分零件和结构和现有零件进行装配，利用现有的模块进行设计的想法，通过soildworks软件绘制零件结构的零件图和整体的装配图以及二维工程图，用来实现基本结构简单、整体装配便捷、使用功能达到预期、设计时间短、设计耗费小的设计要求；（3）对于设计的手摇式洗衣机中的重要零件和结构，通过soildworks仿真进行模型的导入、加入约束条件与仿真数据分析，以此进行优化。例如使用者注重的洗衣机的效率、滚桶的受力与振动、节水能力及噪音、内桶的咬接强度等重要的性能指标，不仅在达到洗衣机结构设计要求的时候，而且还规避了零件结构设计的多余和费时，最大力度上确保了结构的最合理和成本最小化；（4）按照设计约束条件和仿真显示的数据，做了例如外筒的振动测试、机体安全测试、洗衣机工作能力测试、性能对比测试等许多的重要试验以此来验证，验证了该方案设计的手摇式洗衣机可以达到预期的结构设计指标，同时洗衣性能和同类型的洗衣机作比较具有可比性，可以达到使用者的洗衣要求，并且能够把结构数据及仿真与相关的洗衣机厂家合作，进行实际生产的准备。2手摇式洗衣机的方案设计2.1总体设计要求本次对于手摇式洗衣机总体要求的设计分为以下两个步骤：首先，基于本产品的特性，面向广大潜在用户进行“用户需求专项调查”，进行市场调研和市场分析，寻求用户最关键的需求点；然后，根据市场调研结论，综合考虑产品的功能设计、结构设计、工艺设计、成本要求等各个环节的因素，提出壁挂式滚桶洗衣机的总体设计要求。手摇式洗衣机产品设计样图见图2-1，技术性能要求参数见表2-1。图2-1手摇式洗衣机产品三维模型表2-1技术性能要求参数表参数名称单位数值洗涤重量Kg≤5洗涤桶容积L48最大脱水转速rpm≤400耗水量L/kg3.0洗涤噪音dB30脱水噪音dB40含水率（脱水性能）%≤802.2整机方案设计洗衣机产品的整体结构外形尺寸的设计，整机外形尺寸必须是包含洗衣机的直角六面体度量，包含门圈尺寸，进水管、排水管，整机外形尺寸图见图2-2和图2-3；为了满足洗涤重量为2.0kg这一关键指标，设计了合理的外形尺寸方案，外形尺寸数据见表2-3。HW1HW1H21D11W2表2-2产品外形尺寸方案参数参数名称数值备注整机宽度D（mm）400整机高度H（mm）700整机长度W（mm）650把手高度H2（mm）500把手整机长度W2（mm）7002.3系统方案设计根据整体方案性能要求，提出以下产品的设计指标。（1）正常洗衣时间：10min以下；（2）振动偏量：在最大洗衣重量下，晃动幅度0.05mm；（3）洗衣以及脱水的噪音：最大重量洗衣30dB、脱水40dB；根据整体方案，手摇式洗衣机二级系统分为机壳箱体、内桶系统、内外桶盖组件、给排水系统等4个二级系统。在机壳箱体系统中其中包含机壳箱体及手摇把手2个部分；内外桶盖组件主要包括内桶、主轴密封圈、门密封圈、卡槽、塑料轴承、滚桶盖6个部分；门组件系统主要包括门组件、门圈与密封垫、卡扣3个部分；进排水系统主要包括给水管、排水管、给排水组件3个部分。根据整体方案，以及企业洗衣机制造要求，产品制造方案主要从效率与品质量方面进行要求，以组件和总装模式进行制造，根据前期模块化方案，组件分为内桶组件、把手组件、箱体组件、门组件。3手摇式洗衣机的结构设计3.1结构设计思路制定产品的总体需求，按照要求给予分析，定制相吻合的设计方案来满足用户对产品的使用要求。在设计过程中，根据基本设计准则，对手摇式洗衣机的结构进行设计，而且在结构设计中要对应设计的基本相关要求，和零件标准化的参数。第一，手摇洗衣机的结构应要符合基本设计要求，也就是应当与零件的标准化、制造加工工艺指标。按照整体设计的要求，洗衣机的结构设计需在强度的标准的情况下以减少生产的资金，就是不要有多余的设计。也按照相关标准化指标，全部的相关设计需第一应用企业匹配的结构，全部新设计的结构需按照标准化设计。按照加工要求，洗衣机结构设计必须依据人体工程学，设计便捷，安装的时候方便操作。按照上面的需求，能够在耗时较短的情况下对手摇式洗衣机的结构设计，本次课题结构设计为此拟定下面几条思路：（1）翻阅相关企业目前的相关零部件，用来拟定需新设计零件或者部件；（2）针对新设计部件进行分类，主要分为塑料件及五金件；（3）对塑料件及五金件进行设计；（4）最后将现有部件和新设计部件进行组装，完成整体结构设计。3.2确定新设计零件根据手摇式洗衣机的总体设计要求和设计方案，本课题再进行产品结构设计时，优先选用企业现有的标准件进行开发，可以很大程度的减少设计时间，并且量产零部件可靠和成本低，使其更加具有优势；对于没有可用的标准件时，就根据现有设计标准和相关文献，对标准件进行重新设计或者设计新的非标准件，经过选用比对，手摇式洗衣机需要重新设计零件12个，其零件设计分类见表3-1。表3-1新设计零件分类表序号零件类型零件名称序号零件类型零件名称1注塑件侧盖7滚桶盖注塑件2底部水箱8卡槽3水箱盖9齿轮4外桶10塑料轴5滚桶11盖子密封圈橡胶件6塑料轴承12手摇把3.3组件结构设计3.3.1桶组件结构设计洗衣机桶结构是由内桶以及外桶构成，外桶包括外桶箱和外桶盖，利用内桶及外桶分开设计的方法，最后完成整体装配，对结构的细节不断改进和完善设计要求和使用功能。（1）内桶结构设计内桶包括有内桶前端盖（05）、内桶桶身（06）、内桶侧盖（07）、塑料轴承（02）、密封圈（04）、塑料轴（01）、塑料螺母（03）等组成。手摇式洗衣机在运转的时候，放在内桶的衣服就会旋转，因此会造成离心力，而且衣物如果偏心会对机体造成附加力和草嘈杂的声音，对洗衣机的机体强度和安全造成影响。基于以上原因，内桶的设计会采取下面的原则：内桶放置衣服的地方尽量小；塑料轴的强度可以承受内桶重量以及衣服和水一起的重量；衣服洗涤的时候，提升筋把衣服拉起来，增强衣服的清洗效果；塑料轴丝保证有一定的结构强度，并且密封圈可以牢牢的把内桶固定起来。内桶见图3-1，内桶装配的步骤：第一先把内桶端盖（05）、内桶桶身（06）、内桶侧盖（07）用机器卷圆和滚铆等装配，塑料轴丝（08）与塑料轴（01）与轴承配合，然后将螺母（03）与塑料轴（01）配合安装，保证孔对准用密封圈（04）把内桶和外桶稳固。通过量尺寸和称重，内桶的质量：1.5kg，内桶尺寸：Ф500mm×350mm，桶厚：δ=5.0mm。01020102030405060807表3-2零件明细表1编号零件名称编号零件名称01塑料轴05内筒前盖02塑料轴承06内桶桶身03塑料螺母07内筒侧盖04密封圈08塑料轴丝（2）外桶结构设计外桶主要由密封圈（10）、外桶（09）、卡槽（11）、外桶盖（12）、摇臂（13）、手摇把（14）、卡扣（15）、塑料螺丝（16）等组成。手摇式洗衣机在脱水的时候，由于衣物旋转产生离心力对桶造成冲击，因此造成机体抖动和工作噪声，长时间会对机体损伤。外桶的设计会采取下面的原则：对门密封圈进行固定以及定位。外桶是桶部件的重要基体，要保证有足够的硬度和结构强度。轴承座是塑料轴承和塑料轴丝支撑，对所在的结构有加强的作用。密封圈也要阻止水流出，有很好的密封性。外桶图3-2，外桶的组装顺序：外滚桶（09）、密封圈（10）、卡槽（11）相互配合，确认无问题后，接下来先将外桶盖(12)、卡扣（15）安装到外桶中，确保安装到位；接下来把摇臂（13）按压到外桶（09）上；接下来把手摇把（14）装配到摇臂（13），把塑料螺钉（16）拧紧在外桶（09）上；最后把摇臂（13）装配到手摇把（14）上，用螺钉拧紧，保证不会出现漏水问题。测量得到外桶质量：2.8kg，规格：650mm×400mm×350mm，桶厚：δ=8mm。17101114171011141213151609表3-3零件明细表2编号零件名称编号零件名称09外滚筒14手摇把10密封圈15卡扣11卡槽16塑料螺钉12外筒盖17齿轮13摇臂（3）桶组件结构设计内桶和外桶合理装配组成桶结构，用于放置水以及代洗衣服，塑料轴、齿轮以及摇把和摇臂配合，转动手摇把驱动齿轮和塑料轴工作，确保洗衣机内桶转动工作。桶结构总质量：4.3kg，主体规格：650mm×400mm×350mm。3.3.2箱体组件结构设计手摇式洗衣机的箱体是整个机构的支撑结构，箱体结构和尺寸会影响晃动和噪音，设计箱体和密封条的空隙尽量很小，同时避免因为箱体部分过薄造成刚度强度不满足要求等。故此，箱体组件的结构按照下面的设计准则：改善门边的设计，保证密封圈具有良好的密封性能；改变卡扣的分布，确保箱体的整体刚性；箱体四周设计增强筋，提高结构的稳定性；通过改进的箱体见图3-3，按下面步骤进行安装：把密封条（10）固定在箱体预留槽中，接下来上盖板（12）装配在箱体，保证上盖板卡扣（19）和外盖板（19）卡扣安装牢固；将箱体外轴承安装到箱体的指定位置，将塑料轴（08）定位在与对侧同轴的位置；把外盖板（12）的卡槽（20）对齐外盖板上的卡扣（15），保证安装紧密，外桶固定单元（18）和水箱组件（17）安装在外筒上；把孔盖（21）装到箱体的孔上，然后拧紧孔盖（21），保证孔盖固定单元（22）和箱体限位单元（19）紧密安装。箱体总重量：0.7kg，主体规格：650mm×400mm×700mm，壁厚δ=10mm。表3-4零件明细表3编号零件名称编号零件名称18外桶固定单元21孔盖19盖板卡扣22孔盖固定单元20卡槽117192221181520图3-3箱体组件结构图3.4整机结构设计3.4.1整机结构装配按照手摇式桶洗衣机的整体设计原则，把可使用的标准件与单独设计的零件安装，就结束了手摇洗衣机的总体设计，见图3-4，采用配重箱将洗衣机稳定住，洗衣机设计总体质量：5kg。图3-4产品装配结构图3.4.2整机结构原理手摇式洗衣机最重要的是设备节水、使用过程简单便捷、桶内清洗简单。在使用前通过底部水箱入水口接入水，将待洗衣物放置内桶中，并使得箱盖密封确保拉不出，然后将手摇把接入到对应摇杆上。再盖上外桶端盖松动，确保箱体无液体泄露。安装手摇洗衣机的水管、箱体组件、零件等，摇动摇杆手柄，驱动手摇洗衣机转动。当洗衣服的时候，打开内桶投放衣物到内桶组件中，然后关上门，用户在手摇把处进行摇动洗涤，当洗涤开始时，自来水依次流经进进水管、进水阀、进水导管组件、到外箱缓冲后入内桶。手摇杆经过摇动，进而带动内桶组件旋转，洗涤衣物；洗衣完毕后，打开阀门排出，然后进入脱水过程，再多次经过漂洗和脱水，结束洗衣过程。依据手摇式洗衣机总体特点、工作原理。选取内桶组件的受力情况、外桶组件的振动、桶组件整体的动态性能、密封圈变形、内桶咬接强度以及齿轮组件的强度校核。

4手摇式洗衣机性能分析4.1传动性能分析使用者在摇动时使得洗衣机工作,利用齿轮传动变速获得动力和转速,传递至洗衣机内桶部分，使手摇式洗衣机正常工作。手摇式洗衣机使用二级齿轮的原理设计,按照二级传动的数据计算洗衣机的转速,在使用者手摇把处的转速最少要达到60r/min,一般情况下摇动大约是60~100;因此,按照正常洗衣机工作的功率150W和转速400的参数,由计算传动比()得小齿轮上的功率理论,,按照每级齿轮传动的效率大概为0.96,以及摇杆部分的杠杆原理，最后算得大约为23.44N的力能够驱动机器正常工作。4.2内桶组件有限元分析手摇式洗衣机在工作时，内桶的放置的衣物重量不平均，容易发生变形，产生了晃动和杂音。让洗衣机工作的比较有效率，减少水的用量，随着内桶的使用次数不断升高，因此不均衡的力会严重让洗衣机产生晃动。整机振动将会减少零部件的工作时长，桶组件的桶身变形成为测试对象之一。在结构尺寸的基础上，利用solidworks创建有限元分析模型，在传动轴与内桶相接处稳固，于内桶壁施加力，根据前期桶组件受力情况确定，本算例中使得内圈受静应力200N下，洗衣机内圈应力图见图4-1，以及h自适应收敛结果见图4-2。图4-1密封圈应力图图4-2h自适应收敛图4.3密封圈有限元分析密封圈包括固定槽、密封条、回流槽、挡水圈。密封圈连接在箱体与传动轴接合处，保证不漏水。使用的过程中，密封结构、桶组件会发生位移等，都会对使用体验产生影响。要是密封结构不能满足要求，在工作时会发生自磨和漏水，长时间会造成结构破损。根据密封的要求，利用solidworks创建有限元分析模型，密封圈与箱体连接的地方固定，于传动连接处施加力，根据前期桶组件受力情况确定，本算例中使得密封条受静应力200N下，密封圈应力图见图4-3，密封圈位移图4-4，密封圈应变图4-5，以及h自适应收敛结果见图4-6。图4-3密封圈应力图图4-4密封圈位移图图4-5密封圈应变图图4-6h自适应收敛图4.4箱体振动模态分析手摇式洗衣机中的零件大部分是装配在外箱上，机器工作时，桶组件等传动机构对箱体造成多重相加的动载荷，造成箱体的性能产生改变，最后使得洗衣机的振动、噪音相当的大。故此，通过有限元的方式，对洗衣机的箱体进行仿真，然后计算和试验模态相比较,得到箱体的固有频率的模态数值,对于改进箱体结构、减震降噪有极大的用处。为了让箱体组件运转时尽量不在产生共振的地方。运用3D软件建立箱体组件结构的实体模型，使用solidworks软件，离散化箱体模型得到有限元模型，开始做有限元的模态分析。设计箱体的组件模态见图4-7。图4-7设计箱体组件模态从图中我们得到：振动区域产生于箱体的侧板中间，其非刚体模态频率71.574Hz。4.5内桶咬接强度计算手摇式洗衣机内桶是最为关键的零部件之一，在内桶运转的过程时候会高速旋转，对桶的强度有很高的要求。如果在运转过程中内桶发生开裂破损，会导致整个洗衣机报废从而带来极差的使用体验。手摇式洗衣机内桶破损有以下原因：内桶与桶盖、桶组件与塑料轴、桶组件和摇杆相连处强度差。对结合处结构进行设计、理论分析计算，使内桶相连接处强度满达到目标，以此克服在工作时候内桶会产生破损的隐患。手摇式洗衣机的工作情况有以下情况：满载时工作、达到设计理论最高转速、短时间转速变化等，手摇式洗衣机在甩干衣物的工作状态下，内桶转速是最高的，这时内桶咬接强度假如达不到机器在此时工作情况条件，将会出现内桶破裂的风险。内桶结合强度设计采用内桶身质量2.1kg和最大转速400rpm的工作条件，结合结构计算的咬合力约200N，容量、转速确定的条件下，手摇式洗衣机内桶能够接受的切向拉力需要不大过理论结合力，才能保证内桶在工作时不破裂。内桶切向拉力由负载离心力和负载加速造成的力构成，受力如图4-8，计算如图4-9，内桶在不同负载含水率及转速下的切向拉力，见表4-1HLHLS/BpFc/LFc/L（4-9）式中：－内桶切向拉力（N）－负载离心力（N）－负载加速度产生力（N）－负载质量(kg)－内桶的外表半径(m)－负载离心力半径（m）－角速度（rad/s）－含水率（%）表4-1内筒切向拉力计算数据桶身质量（kg）负载质量(kg)含水率（%）角速度（rad/s）半径（m）转速（rpm）切向拉力（N）1.54.2801.00.17520086.561.54.3901.50.175300126.321.54.41002.00.175350149.621.54.51102.50.175400168.581.54.61203.00.175500203.96通过表4-1得到，手摇式洗衣机内桶切向拉力由于负载质量与含水率增加而增加，而且大于理论结合力（200N）。所以，手摇式洗衣机在实际的工作状态下，尽可能有大负载质量和含水率，同时也可以减小内桶转速，避免洗衣机内桶遭到破坏。4.6齿轮强度校核及仿真齿轮在受载后的变形主要有轮齿弯曲、接触变形和轮体弯扭变形。对齿轮的强度分析在齿面接触强度和齿根弯曲强度两个方面，计算如图4-10至4-11所示。(1)轮齿的受力分析和计算载荷圆周力：（4-10）法向力：（4-11）小齿轮的转矩：（4-12）：传递的功率（）：小齿轮上的角速度（）：小齿轮的转速取100（）：小齿轮上的分度圆直径取46.98（）(2)齿面接触疲劳强度计算齿轮接触应力：（4-13）节圆处曲率半径：（4-14）（4-15）泊松比：0.3897传动比：中心距：125弹性模量：550得该齿轮符合强度要求。(3)齿根弯曲疲劳强度计算按照悬臂梁来计算，齿顶啮合时弯矩达到最大值。（4-16）载荷系数：齿形系数：同时利用soildworks进行有限元分析，以此验证其可靠性。对其设置边界条件，材料选用聚甲醛（POM）,固定齿轮内圈，对外圈节线处施加的力，进行模拟仿真。得到其结果如图4-17所示。图4-17齿轮动态仿真结果5总结与展望由于科学技术的持续的进步和发展，人们针对洗衣服的诉求是简单的清洗干净污渍和细菌，同时也对健康方面有了很大的要求，手摇式衣机的研发并生产问世，使得人们对手摇式洗衣机的观念发生了极大的改变化，同时使得使用者不一样的洗衣感受，手摇式洗衣机体积小、用起来很方便、也能够分类洗衣服、单件的需求、随时能够使用等优点，能够适用于卫生间、户外等复杂的使用环境，以后将会引领未来健康洗衣用具的新潮流。因为以上的背景和应发展前途而选题，建模并计算仿真设计了一款手摇式洗衣机，其研究内容和研究结果如下：（1）根据手摇式洗衣机对结构设计，尺寸大小、功能设计、洗衣性能指标是否达到的设计目标，本课题手摇式洗衣机的结构设计选择一部分电动洗衣机的现有零件，而且重新设计了另一部分零件，敲定了零件之间的的装配原理、规格、质量，最后建模手摇式洗衣机的三维模型；（2）根据手摇式洗衣机重要的零件设计要求，创建分析和计算理论数据，进行了仿真分析，基本上达到总体设计标准，验证了结构合理的理论可能性。得到了许多相关的模拟结果与数据，同国内外相似的产品的性能对标来看，都展示了相当的良好性能以及比较优势。在以后的发展进程中，本次课题建模并仿真验证的手摇式滚桶洗衣机，需要更深层次探究的内容有：（1）进一步探索怎样更加节省水量和低消耗体力，缩短洗衣服的时间；（2）研究功能更加齐全的洗衣设备，提升使用者使用体验感和交互式感受；（3）根据使用者家里不一样的洗衣重量和洗衣次数，研发设计更多规格产品，供使用者合理购置。

参考文献周民智;郑品华;张泽民，便携式手摇洗衣机[P]，中国：CN200320122043.4,2003-11-20.尚谱张波姜大志,一种手摇式洗衣机[P]，中国：CN201210583900.4,2012-12-31.胡雅,一种手摇式洗脱两用洗衣机[P]，中国:CN201820927452.8,2019-01-01廖祥学，一种手摇式洗衣机[P]，中国:CN201310743181.2,2013-12-28任维可,李军,汪洁霞,刘杰.一种手摇式可变速型洗衣机[P]，中国:CN201320128869.5，2013-07-31赵旭程维虎姬庆庆杨祎陈楠刘鑫王潇智李兰君，一种手摇式洗衣机[P]，中国:CN201610592943.7，2016-10-12李姗姗，一种手摇式滚桶洗衣机[P]，中国:CN201510975745.4，2015-12-23李德堡,张元润,闫东鹏,等.大型滚桶式洗涤脱水机械的动特性设[J].清华大学学报(自然科学版),1997,37(8):5-8.林颖,黄镇昌,邵汝椿,等.XQG50-18A滚简洗衣机减振优化设计[J].华南理工大学学报,1997,25(8):68-71.林远东.偏心质量引起旋转系统振动的动力学研究[J].机械设计与制造,2008(5):29-30.范攀攀.滚桶式洗衣机动力学特性分析研究与参数优化[D]:[硕士学位论文].合肥:合肥工业大学机械电子工程,2012.魂玉东,岳立喜,高建,等.滚桶洗衣机动力学建模及其平衡器设计[J].天津大学学报,2008,41(10):1225-1232.陈敏，石卫卫等.基于形貌优化的滚桶洗衣机箱体的结构设计[J].机械,2016(10)：40-42.许梁，吕佩师等.基于多柔体动力学分析的滚桶洗衣机临界转速研究[J].技术前沿,2018(2)：76-78.胡效东,闵迎亚等.滚桶洗衣机箱体振动特性及模态分析[J].制造业自动化,2014(14)：64-67.王豪,刘雷.滚桶洗衣机悬挂系统动力学建模与实验[J].中国机械工程,2016(11)：1305-1311.刘铸,陈海卫等.新型倒立摆悬挂结构滚桶洗衣机振动特性研究[J].轻工机械,2018(3)：30-35.许梁,吕佩师等.基于壳体及骨架刚/强度设计的滚桶洗衣机减振性能研究[J].技术前沿,2018(5)：42-43.崔旭利,刘艳洁.滚桶洗衣机箱体两种侧板振动噪声特性[J].电器,2012(11)：56-57.向林,壁挂式滚筒洗衣机的设计与实现,【D】,哈尔滨工业学,2019,undefinedJin-SeokJang,Jae-HoonJin,Hye-YoungJung,Jin-HongPark,Jae-WookLeeandWan-SukYoo,Multibodydynamicanalysisofawashingmachinewitharapidchangeofmassduringdehydration[J].InternationalJournalofPrecisionEngineeringandManufacturing,2016,17(8):91–97.Cho,J.-S.,Jeong,H.-Y.,andKong,K.-C..AnalysisofDynamicModelofaTop-LoadingLaundryMachinewithaHydraulicBalancer[J].Int.J.Precis.Eng.Manuf.,2014,1