洗衣机课程设计

洗衣机课程设计

机 电 一 体 化 技 术 课 程 设 计

说 明 书

河南科技学院

机电学院

指导老师：丛晓霞 王玉萍

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目录

一. 机电一体化课程设计任务书

二. 波轮式双桶洗衣机结构和工作原理 三. 洗衣机机械传动系统设计计算

3.1电机选择

3.2.机械传动系统设计计算

4.1洗衣机的电器部件

4.2洗衣机电路图

五. 课程设计总结及感谢

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四，洗衣机电气控制

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损衣率低；洗涤缸缸体有全塑、搪瓷、铝合金、不锈钢四大类。波轮式洗衣机工作原理：依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。

双桶洗衣机实质上是 单桶洗衣机与脱水机的组合。他们各自有自己的电机以及 定时器，彼此动作互不干涉。在脱水桶壁上设有许多小孔，脱出去的水由此孔排出。电机通过刹车鼓、联轴器和橡胶囊与脱水桶接成一体。通过转动产生的离心力使水分被甩出，并从下水管

出

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流

1、波轮

波轮式洗衣机主要靠波轮旋转搅动水和衣物达到洗净的目的，由于波轮在高速旋转时能产生洗涤液的涡旋，故也称涡卷式。

波轮上具有几个特殊形状的呈幅射状排列的凸缘，当波轮高速旋转时，凸缘迎水面上的任一点对洗涤液的作用力均可分介为水平和垂直的两个分力，且在波轮运动的任一瞬间，这两个力的作用点的空间位置及力的方向均在变化，凸缘上各点因旋转半径及曲面形状的不同两个分力的大小也不一样。该两分力形成了运动着的水平和垂直两个祸旅，使衣物强烈翻滚和搅动。

衣物不仅在洗涤液中相互撞击、摩擦，还与洗衣桶壁凸筋撞击、摩擦。这些机械作用的综合效果，相当于手工洗衣的擦、打、揉、搓，所以洗涤效果是十分显著的。 2、洗衣桶

衣物的洗涤过程是在洗衣桶内进行的；因此洗衣桶也是洗衣机的一个重要部件。洗衣桶与波轮配合可以增强涡旋，洗衣桶壁的凸筋条，相当于我们日常使用的擦板，衣物在旋转时同桶壁的摩擦，可大大提高洗涤效果。

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3、脱水桶

衣物的脱水是靠脱水桶的高速运动实现的，转速约700～1000转／分，产生的离心力使衣物连同水分压向桶壁，水分从桶壁小孔飞出，衣物便逐渐脱水甩干。

脱水桶必须有良好的动平衡，如失去平衡就要产生噪音和振动。事实上要衣物分布得完全均匀是不可能的，因此脱水桶都设有特殊的平衡环，使在运转时形成新的平衡． 4、传动机构

洗涤部分：一般用皮带传动，电动机固定在箱体底部的支架上，用三角皮带带动波轮旋转，传动机构中最关键的问题要防止波轮轴承座与桶体结合处漏水，为此需在其间加薄胶密封垫，并在轴承上部装油封。如下图：

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脱水部份：电动机主轴通过联接轴直接与脱水桶轴相联来实 现传动的。洗衣机盖装有机械联锁装置与电气系统相配合，使高速转动的脱水桶在脱水程序结束，或改变操作程序，突然打开洗衣机盖时，电动机迅速停转，以免发生事故。传动系统要平稳，以减少电力耗损、振动和噪音。

5、箱体和支承

全部部件均装在箱体里面，箱体用1毫米的薄钢板或镀塑钢板经过剪，冲凸筋，弯折，点焊，表面清洁处理，喷漆烘干后总装(近年也有用大型注塑机制成全塑壳的)。在面板后侧设一倾斜控制屏板，上面装上各类控制按钮、开关、旋钮等，操作十分方便。箱体后面有一个可开启的大窗口，供修理时用。

支承，使洗衣桶、脱水桶借助其机构与箱体结合为一个整体。支承可以减振和减少噪音。 6、给排水

给水：洗衣机的给水设有两种注入方式，顶部淋洒注水和底部喷涌注水。底部喷涌注水适用于漂洗，底部不断涌出清水，污水及洗涤剂泡沫可从上部溢水口溢出，漂洗效果好，可节约漂洗时间。顶部淋洒注水法浸洗效果好，可很快将衣物淋湿打入水中和将泡沫打碎

排水：设有溢水口，位置在洗涤桶底某一角，一般溢水口装有网眼插板便于脏物和洗涤液顺利流出。

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三.洗衣机机械传动系统

传动系统主要由电动机、减速离台器组成。

3.1.电机的选择

半自动双桶波轮式洗衣机有两台电机，一台用来洗涤，另一台用来完成脱水工作。

洗涤电动机：洗涤电动机通常有4种功率规格：90W，120W，180W与280W，配用6～1OμF的运转电容器。由于洗涤电动机采用正、反向频繁换向的运转方式，因此它的两个定子绕组无正、副之分，多采用电相电容式异步电动机电动机的转速为1 400（1500）r /min，波轮转速是采用两级减速传动，第一级是带传动，第二级是行星齿轮减速机构，转速一般为180 r/min，输出功率为120W，启动转矩为额定转矩的1一1.3倍过载能力规定最大转矩为额定转矩的1.7一2.2倍。

脱水电动机：脱水桶脱水电动机带动同步高速旋转，使洗涤物中的水在离心力作用下通过桶壁的小孔中甩出。脱水电动机采用单相交流电容运行电动机，输人功率一般在75一120W，旋转方向都是逆时针方向。由于脱水电动机只有一个转动方向，因此其定子绕组有主、副之分。由于电动机以1 400r／min的高速度旋转，加上脱水桶内的衣物分布不可能完全均匀，因此，转动时脱水桶将产生较大的振动。为了减小振动和偏摆，在脱水电动机与洗衣机底座之间安

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装3组弹簧支座(减振装置)，减振装置是由减振弹簧、橡胶套和上、下支架组成，

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电动机是整个洗衣机工作的动力来源。目前常用的电容运转式电动机技术参数如表1所示

3.2 .机械传动系统设计计算

1. 方案设计

波轮式全自动洗衣机的传动系统的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。

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400 mm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，在此范围内选择合适的一级降速传动比和采用带轮传动。

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设计选用的。 根据常用的波轮式半自动洗衣机基本参数 ，选用电动机功率为250W，电动机满载时转速为1400r·min。

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。

行星轮减速器传动比为：4.22

初步选定电动机功率P为250W，洗衣转速为160r/min，脱水转速为600r/min，则传动比为：

iz1400/1608.44

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i1（1）计算功率

Pca

iz8.442 i24.22 由于载荷变动小，因此取工作情况系数KA1.1

3P

ca=KAP=0.25kWPca1.1250100.275kw （2） 选择带型 根据小带轮转速为1400r/min，以及小带轮安装尺寸的大概范围，选取普通V带Z型

d（3） 带轮的基准直径d1和d2 初选小带轮的基准直径d1，选取

ddd1=71mm，大于V带轮的最小基准直径dmin的要求71mm。

d大带轮的基准直径d2为：

n1dd2i1d1dd2142mm，

n2按表6-17圆整为 ：dd2140mm。 （4）验算带的速度v

vdd1n16010007.3m/s

普通V带的最大带速vmax25~30m/s，故满足要求。 （5）中心距和带的基准长度Ld

0.7dd1dd2a02dd1dd2

158.2a0452根据洗衣机桶体的安装尺寸，初取α0=150mm，基准长度： Ld02a02dd1dd2dd2dd124a0588.6mm

查表选取标准带的长度Ld为800mm，则实际中心距为：

LdLd0800763.6aa0200140mm

22在安装时，在结构上要保持V不定期有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。

变动范围： amina0.015Ld123.2mm amaxa0.030Ld162.2mm

（6）主动轮上的包角1

ddd11180d257.5155.590 合适 a（7）带的根数z 长度系数KL、包角系数K、单根V带基本额定功率PO、单根V带额定功率增量∆PO查表6-18、表6-19、表6-20a和表6-20b，取另

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KL=1、K=0.938、PO=0.024Kw、∆PO=0.03kW。

PcaZ0.89

POPOKLK取z=1。

（8） 带的预紧力F0 V带单位长度的资料q 查表得q=0.06kg/m，单根V带所需的预紧力为：

P2.5F0500ca(1)qv2zvK

2.50.9380.1320.065.2243.76N

=5000.93815.2'新安装带 取：F01.5F01.522.7665.34N （9）带传动作用在轴上的力FL：

157.91：FL2ZF0sin2165.34sin2108.25N 24、带轮的结构设计

带轮的结构设计可参考有关的《机械设计手册》或《机械设计》教材。 5、行星齿轮的设计 （1）行星减速器设计

已知洗衣转速为160r/min，脱水转速为600r/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，因此由洗涤状态来进行行星减速器的设计计算。 洗涤状态传动比 洗涤输入轴与波轮的传动比为：

680BiAX4.22：

160（2）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

BiAX行星架的传动比按以下公式计算：

zBzA：

初选中心轮齿数zA20，由式计算得内齿圈齿数zB64。

BiAX1（3） 计算行星轮齿数 由于洗衣机工作扭矩不大，选择齿轮模数为1mm，如选4个行星轮对此布置，则可计算出行星齿轮齿数zX为：

(zzA)6420zXB22

22 最终确定中心轮齿数zA为20，内齿圈齿数zB为64，行星齿轮齿数zX为22，实际传动比iAX为4.22，洗衣转速为160r/min。 6、行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算

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B

初算：

⑴ 按齿面接触强度初算小齿轮分度圆直径d1: 小齿轮分度圆直径d1的初算公式为:

d1minKd3T1KAKHKHp2dHlim

u1u 式中T1—啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，根据公式算出(行星轮数np=4)：

T1TaP0.180.979549195490.5583Nmnpnpn24760

Kd —算式系数，对于直齿轮传动Kd=768； KA —使用系数，查表得KA=1.0； KHΣ —综合系数，查表得KHΣ=2.5；

KHp —接触强度载荷分布不均匀系数，算得KHp=1.1； Φd —小齿轮齿宽系数，查表得φd=0.75； u —齿数比，算得u=zg/za=1；

σHlim —齿轮的接触疲劳极限，查图选取σHlim=530N/mm² 代入得：

d1min7683则模数为 m =d1/za =17.49/18=0.97 ⑵ 按齿根弯曲强度初算齿轮模数m ：

齿轮模数m的初算公式为：

0.5581.02.51.11117.49mm0.7553021

mminKm3T1KAKFKFpYFa12dzAFlim 式中T1—啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，根据公式算出：

T1TaP0.180.979549195490.5583Nmnpnpn24760

Km—算数系数，对于直齿轮传动Km=12.1；KA—使用系数，查表得KA=1.0； KF—综合系数，查表得KF=2.0；

KFP—计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数，KFP=1.15；

YFa1—小齿轮齿形系数，查图选取YFa1=3.15；

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Φd —

小齿轮齿宽系数，查表得φd=0.75；

z1—齿轮副中小齿轮齿数，z1=za=20；

2Flim—试验齿轮弯曲疲劳极限，选取Flim=190Nmm

代入得:

m2.01.153.15min12.130.5581.00.751821900.5262mm

结合1、2，再根据GB/T 1357-87圆整后，取模数m =1mm

① 分度圆直径d：

damza11818mm dgmzg11818mm dbmzb15454mm

② 齿顶圆直径da： 齿顶高ha： 外啮合:

ha1ham111mm 内啮合:

(hah)m(17.55z)10.86mm

ha22

则:

daada2ha182120mm

dagdg2ha182120mm

dabdb2ha5420.8652.28mm

③ 齿根圆直径df： 齿根高hf:

hf(hac)m(10.25)11.25mm

则:

dfada2hf1821.2515.5mm

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dfgdg2hf1821.2515.5mm

dfbdb2hf5421.2556.5mm④ 齿宽b： 选取d=0.75

⑤ 中心距a 中心距为：

1)a—g为外啮合齿轮副

badda0.751813.5mm

bgddg0.751813.5mmbbbg5/213.55/216mm对于不变位或高变位的啮合传动，因其节圆与分度圆相重合，则啮合齿轮副的

aag=(za+zg)m/2=(20+22)×1/2=21mm

2)b—g为内啮合齿轮副

abg=(za+zb)m/2=(64-22)×1/2=21mm 所以，行星齿轮参数列为：（单位：mm） 数据名称 模数m 齿数z 分度圆直径d 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心轮 1 20 20 22 17.4 行星轮 1 22 22 24 19.5 内齿圈 1 64 64 62.3 66.7 7、行星轮架与输出轴间齿轮传动的设计 已知：电动机功率P=160W,齿轮轴转速n=160r/min，传动比i=4.22，载荷平稳。使用寿命10年，单班制工作。

行星轮架内齿圈选用45钢调质，硬度为220～250HBS，齿轮轴选用45钢正火，硬度为170～210HBS，选用8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2～6.3m。 3.4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢质齿轮，可应用《参考文献四》式10—22求出d1值。确定

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有关参数与系数。 ⑴ 转矩T1

T1⑵ 载荷系数KA

TaP0.180.979549195490.5583Nmnpnpn24760

查《参考文献四》表10—11，选取KA=1.0 ⑶ 齿数z1和齿宽系数d

行星轮架内齿圈齿数z1取11，则齿轮轴外齿面齿数z2=11。因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由《参考文献四》表10—20选取d=1 ⑷ 许用接触应力H 由《参考文献四》图10—24查得

Hlim1=560MPa，Hlim2=530MPa

由《参考文献四》表10—10查得 SH=1

N160njLh=60×760×1×(10×52×40)= 0.9485×109

N2N1/i=0.2371×109

由《参考文献四》图10—27可得ZNT1=ZNT2=1.05 由《参考文献四》式10—13可得

H1=Z3.4.2.3 按齿根弯曲疲劳强度计算

NT1Hlim1/SH=1.05×560/1=588MPa

H2=ZNT2Hlim2/SH=1.05×530/1=556.5MPa

由《参考文献四》式10—24得出F，如F≤[F]则校核合格。 确定有关系数与参数： ⑴ 齿形系数YF

由《参考文献四》表10—13查得 YF1=YF2=3.63 ⑵ 应力修正系数YS

由《参考文献四》表10—14查得 YS1=YS2=1.41 ⑶ 许用弯曲应力F

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由《参考文献四》图10—25查得 Flim1=210MPa, Flim2=190MPa 由《参考文献四》表10—10查得 SF=1.3 由《参考文献四》图10—26查得 YNT1=YNT2=1 由《参考文献四》式10—14可得

F1=YNT1Flim1/SF=210/1.3=162MPa F2=YNT2Flim2/SF=190/1.3=146MPa 故

3 m1.26

32KATY1FYS/dz1F=1.26×

1.055833.631.41/1112146=0.6864 F12YFYSKAT1/bm2z1=2×3.63×1.41×

1.0558.3=21.52MPa﹤213.51 18F1=162MPa

F2=F1·YF2YS2/YF1YS1=21.52MPa﹤F2=146MPa

所以，齿根弯曲强度校核合格。

由《参考文献四》表10—3，选取标准模数m=1 3.4.2.4 主要尺寸计算

d1=d2=m·z=20×1=20mm b1=b2=dd1=17.4×1=17.4mm

a=1/2·m(z1+z2)=1/2×1×(20+22)mm=21mm

3.4.2.5 验算齿轮的圆周速度v

vd1n1601000187606010000.72m/s

由《参考文献四》表10—22,可知选用8级精度是合适的。

8、行星轮系减速器齿轮输入输出轴的设计 ⑴ 选择轴的材料，确定许用应力

由已知条件 选用45号钢,并经调质处理,由《参考文献四》表14—4查得强度极限b=650MPa,再由表14—2得许用弯曲应力1b=60MPa ⑵ 按扭转强度估算轴径

根据《参考文献四》表14—1 得C=118～107。

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又由式14—2得

d≥d1≥C3P/n=(118～107)×30.180.97/760=7.23～6.55

取直径d1=12mm ⑶ 确定各轴段的直径

轴段1(外端)直径最少d1=12mm，

考虑到轴在整个减速离合器中的安装所必须满足的条件，初定：d2=8mm，

d3=d5=12mm，d4=d6=d1=10mm。 ⑷ 确定各轴段的长度

齿轮轮廓宽度为18mm，为保证达到轴于行星齿轮安装的技术要求及轴在整个减速离合器中所必须满足的安装条件，初定：L=250mm，L1=12mm，L2=1mm，

L3=16mm, L4=5mm，L5=180mm，L6=35mm。

按设计结果画出轴的结构草图：

图13 输入轴简图

9、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直线上。根据选定的排水电磁阀的行程和初定的棘轮顶圆直径来设计棘爪机构。要求在洗涤时，棘爪要伸入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。

四.洗衣机电气控制系统

4.1洗衣机的电器部件

双桶洗衣机的控制部分主要由洗涤脱水定时器，洗涤方式选择开关，蜂鸣器，脱水桶盖开关（安全开关），电源指示灯构成。这些控制器件安装在洗衣机

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的控制盘上。

定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。它主要起两个作用：一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机按预定的程序自动地实现正反转、停转的时间。普通型波轮式洗衣机，大多采用发条式定时器。而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。

1.定时器

2.安全开关

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安全开关又叫盖开关或微动开关，在有脱水功能的洗衣机上都安装有安全开光，其作用是在脱水桶盖开启之后，将脱水电机的电路断开，在刹车系统配合下是脱水桶迅速停转，以保证操作者的安全。 3..洗涤选择开关

洗涤选择开关的作用是按选择要求接通电路。用于普通双桶洗衣机上的洗涤选择开关是将定时器的电源电路与定时器的某组控制触点连接起来，使电机按所选择的控制触点通断周期做洗涤运转。非为按键式和旋钮式两种。

4. 蜂鸣器

蜂鸣器是一种信号装置，当洗衣机的某一运转程序结束前约20秒，由定时器控制使蜂鸣器电路接通，蜂鸣器得电发声，以提醒操作者注意。蜂鸣器种类很多，主要有电磁式和电子式两类。

4.2洗衣机电路图

普通双桶波轮式洗衣机控制电路由两部分组成：一部分是洗涤控制电路；另一部分是脱水控制电路。这两部分电路是相互独立的，可以独立操作。

1洗涤控制电路

洗涤控制电路主要包括洗涤定时器、洗涤选择开关、电动机及电容器等，其中洗涤定时器用来控制电动机按规定时间运转，同时，定时器按规定时间把电容器与电动机的两个绕组轮流串接以改变电动机的旋转方向。洗涤定时器的主触点开关和洗涤选择开关串联在电路中，顺时针转动洗涤定时器旋钮，主触点就接通，此时若不按下洗涤开关中的某一个按键，电动机仍不运转。使用洗衣机时，首先按下所需的洗涤选择开关，这时电动机在定时器控制时间组件的控制下，按预定时间分别完成正转——停——反转的周期性动作，从而实现标准或轻柔洗涤。一般标准洗涤时，电动机正或反转25～30s，间歇3～5s；轻柔洗涤时，正或反转3～5s,间歇5～7s。

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• 2.脱水控制电路

脱水控制电路由脱水电动机、脱水定时器、脱水桶盖开关等组成。由于脱水内桶只单方向转动，所以脱水定时器只有一个触点开关。在电路中脱水定时器与盖开关相串联。只有完全合上脱水桶外盖，盖开关才闭合，因此需要脱水时，首先将衣物放入桶中，合上盖板，顺时针旋转脱水定时器至所需的时间位置，此时电源经盖开关、脱水定时器开关向脱水电动机供电，脱水电动机运转，洗衣机进入脱水工作状态，直到脱水定时器预定的时间到，脱水操作结束

•

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六. 课程设计总结及感谢

三周课程设计转瞬即逝，已经接近尾声，三周时间了泡图书馆、网上查资料、埋头计算、认真画图。感觉过的很充实，也收获很多知识，在硬件方面有了很大提高。这期间学了很多书本上及课堂上学不来的东西。在此我要感谢我的指导老师丛老师和王老师，课程设计期间她们帮助每一位同学解答疑问，让我们的效率提高很多；还要感谢我的小组的队友们，这次课程设计，不是一个人完成的，我需要他们的配合，团体协作，最终交上一份满意的答卷。

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参考资料及文献

1 中国家用电器研究所. 家用电器时尚消费，2002—2003。

2 王春刚. 洗衣机的特点及原理. 北京：农村读物出版社，2002。

3 机械原理第七版 高等教育出版社 ，2006. 4 丛晓霞. 机械设计课程设计. 高等教育出版社. 2010。

5 机械设计第八版. 高等教育出版社，2006

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