波輪式全自動洗衣機機電系統(tǒng)設計.doc

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機電一體化課程設計 題 目： 波輪式全自動洗衣機機構 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 龐振偉 班 級： 081411 學 號： 32 指導教師： 張慧玲 摘 要 2003年的北京洗衣機市場，以海爾雙動力洗衣機為代表的第四種洗衣機正在悄悄改變北京洗衣機市場原有的滾筒、波輪兩強對壘的格局。有關市場專家在盤點2003年家電市場時發(fā)現(xiàn)，高檔洗衣機市場50％的市場份額都被雙動力型洗衣機所占據(jù)。除了具有殺菌、消毒功能的保健雙動力洗衣機之外，不用洗衣粉的環(huán)保雙動力、能夠洗滌羊絨等高檔衣料的變速雙動力等產(chǎn)品也受到了消費者的青睞。專家認為，未來洗衣機的發(fā)展方向將是超聲波洗衣機，運用超聲波原理振動洗衣，從概念上徹底更新洗衣機洗滌原理，不再使用洗衣粉，是真正的環(huán)保型洗衣機。到時，人們不僅從洗衣機里拿出衣服就能穿，而且完全不用考慮清洗劑會對衣料帶來的損害，更不存在化學洗滌劑的環(huán)境污染問題了。 關鍵字：洗滌 脫水 轉速 目 錄 摘要 第1章 緒論1 1.1 機電一體化課程設計目的1 第2章 波輪式全自動洗衣機機電系統(tǒng)設計2 2.1波輪式全自動洗衣機總體結構2 2.2 進水，排水系統(tǒng)3 2.3傳動系統(tǒng)結構及工作原理7 2.4機械設計系統(tǒng)傳動計算19 致謝27 參考文獻28 波輪式全自動洗衣機機電系統(tǒng)設計 第1章 緒論 1.1 機電一體化課程設計目的 機電一體化系統(tǒng)課程設計是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。要求學生做那個和運用說學過的機械、電子、計算機和自動控制等方面的知識，獨立進行一次機電結合的設計訓練，主要目的是： 1) 學習機電一體化系統(tǒng)總體設計方案立定，分析與比較的方法。 2) 通過對機械系統(tǒng)的設計，掌握集中典型傳動晚間與導向元件的工作原理、設計計算方法與選用原則。如齒輪/同步帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌副等。 3) 通過對進給伺服系統(tǒng)的設計，掌握常用伺服電動機的工作原理、計算選擇方法與控制驅動方式，學會選用典型的位移/速度傳感器；如交流、逼近伺服進給系統(tǒng)，增量式旋轉編碼器，直線光柵等。 4) 通過對控制系統(tǒng)的設計，掌握一些典型硬件電路的設計方法和控制軟件的設計思路；如控制系統(tǒng)選用原則、CPU選擇、存儲器擴展、I/O接口擴展、A/D與D/A配置、鍵盤與現(xiàn)實電路設計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電動機的控制軟件等、 5) 培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，學習并初步樹立“系統(tǒng)設計”的思想。 6) 鍛煉提高學生應用手冊和標準、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力。 第2章 波輪式全自動洗衣機機電系統(tǒng)設計 2.1 波輪式全自動洗衣機總體結構 圖6—26 波輪式全自動洗衣機的結構 1—排水管 2—溢水管 3—吊桿 4—脫水桶 5—盛水桶 6—平衡環(huán) 7—蓋板 8—安全開關 9—控制面板 10—水位控制器 11—進水電磁閥 12—進水接頭 13—壓力軟管 14—貯氣室 15—支架 16—電動機 17—離合器 18—波輪 19—脫水軸 20—排水電磁閥 21—法蘭盤 22—脫水孔 目前在我國生產(chǎn)的洗衣機中，波輪式洗衣機占了80%以上。早期生產(chǎn)的波輪式洗衣機波輪較小，直徑都在165~185mm之間，轉速為320~500r/min。現(xiàn)在基本都是大波輪洗衣機，其中又以碟形波輪應用最廣，波輪直徑約為300mm，轉速約為120~300r/min。 一般來說，波輪式全自動洗衣機具有洗滌、脫水、水位自動控制，以及根據(jù)不同衣物選擇洗滌方式和洗滌時間等功能。其結構主要由洗滌和脫水系統(tǒng)、進排水系統(tǒng)、電動機和傳動系統(tǒng)、電氣控制技術、支承機構等5大部分組成，如圖6—26所示。波輪式全自動洗衣機多采用套桶式結構，波輪裝在內(nèi)桶的底部，內(nèi)桶為帶有加強筋和均勻小孔的網(wǎng)狀結構，并可繞軸旋轉。外桶彈性懸掛于機箱外殼上，主要用于盛水，并配有一套進水和排水系統(tǒng)，用兩個電磁閥控制洗衣機的進、排水動作。外桶的底部裝有電動機減速離合器，以及傳動機構、排水電磁閥等部件。動力和傳動系統(tǒng)能提供兩種傳遞，低速用于洗滌和漂洗，高速用于脫水，通過減速離合器來實現(xiàn)兩種轉速的切換。 2.2進水、排水系統(tǒng) 全自動洗衣機的進、排水系統(tǒng)主要由進水電磁閥、排水電磁閥和水位開關等組成。 1、水位開關 水位開又稱為壓力開關。洗衣機洗滌桶進水時的水位和洗滌桶排水時的狀況是壓力開關檢測的。當洗衣機工作在洗滌或漂洗程序時，若桶內(nèi)無水或水量不夠，壓力開關則發(fā)出供水信號。當水位達到設定位置時，壓力開關將發(fā)出關閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機工作在排水程序時，若排水系統(tǒng)有故障，水位開關則發(fā)出排水系統(tǒng)受阻信號。 圖6—27 水位開關結構及其水壓軟管傳遞系統(tǒng) （1）結構 波輪式全自動洗衣機上使用最多的水位開關是空氣壓力式。如圖6—27所示。這類壓力開關按其功能可大致分為氣壓傳感裝置，控制裝置及觸點開關三部分。 氣壓傳感裝置由氣室11，橡膠膜10，塑料盤9，頂心6等組成；觸點開關由動彈簧8、開關小彈簧7、動靜觸點組成。其中公共觸點和常閉觸點組成動斷觸點。公共觸點COM和常開觸點NO組成動合觸點。動彈簧8是由鈹青銅板制成，其結構如圖6—28所示。 圖6—28 動彈簧結構 （2）工作原理 當水注入內(nèi)桶時間氣室封閉，隨著水位上升封閉在氣室內(nèi)的空氣壓力不斷提高，壓力經(jīng)過軟管傳到水位開關氣室，水位開關氣室內(nèi)的空氣壓力向上推動橡膠膜和塑料盤，推動動簧片中的內(nèi)動簧片向上移動，壓力彈簧被壓縮。當注水到選定水位時，此時內(nèi)動簧片移動到預定的平衡位置開關小彈簧將拉動外動簧片并產(chǎn)生一個向下的推力，使開關的常閉觸點NC與公共觸點COM迅速斷開，常開觸點與公共觸點閉合從而發(fā)出關閉水源的信號。 排水時當水位下降到規(guī)定的復位水位時，水位產(chǎn)生的壓力減小。壓力彈簧恢復伸長，推動頂心，使動簧片中的內(nèi)動簧片向下移動，當移動到預定的力平穩(wěn)位置時開關小彈簧對外動片產(chǎn)生一個向外的推力。使開關的常開觸點NO與公共觸點COM迅速斷開，常閉觸點NC與公共觸點COM閉合。從而改變控制電路的通斷。 水位開關的主要技術參數(shù) 配用的程序控制器 額定電壓 額定電壓 氣密性 接觸電阻 絕緣電阻 機氣強度 機械式程序控制器 AC220 3、1.5A 7.6KPA 歷時1min 《0.03 >100 2500V歷時1min 微電腦式程序控制器 DC6 10MA 2、進水電磁閥 （1） 結構 進水電磁閥也稱為進水閥或注水閥。其結構如圖6—29所示。 圖6—29 進水閥結構圖 (2) 工作原理 電磁閥線圈斷電時，鐵心在自重和小彈簧作用下下壓，使鐵心下端的小橡膠塞堵住泄壓逐漸增大，最終使橡膠閥緊張在出水管的上端口，將閥關閉。同時，因鐵心上面空間與控制腔相通，控制腔內(nèi)水壓的增大還會使鐵心上面空間氣體壓強增大，導致橡膠閥更緊地壓在泄壓孔上，增加了閥關閉的可靠性。 當進水電磁閥線圈通電后，產(chǎn)生的電磁吸力將鐵心向上吸起，泄壓孔被打開。控制腔內(nèi)的從迅速從泄壓孔中流入出水管，同時經(jīng)壓孔流入控制腔的水又進行補充。但由于加壓孔比泄壓孔小，使控制腔內(nèi)的壓力迅速下降。當控制腔中的水壓降到低于進水腔誰呀時，橡膠閥被進水腔中的水向上推開，水從進水腔直接進入出水管，進而流入盛水桶。水到位后，由水位開關切斷進水電磁閥線圈的電源，進水閥重新關閉。 3.進水電磁閥 排水電磁閥由電磁鐵與排水閥組成，如圖6—30所示。電磁鐵和排水閥是兩個獨立的部件，兩者之間以電磁鐵拉桿連接起來。 圖6—30 排水閥的結構與電磁鐵的裝配關系 （1） 結構 排水閥是由排水閥座，橡膠閥，內(nèi)外彈簧，導套和閥蓋等組成排水閥門采用橡膠材料制成，內(nèi)有一個由硬質塑料制作的導套。導套內(nèi)裝有內(nèi)彈簧，它一端卡在導套左邊槽口，另一端鉤掛在電磁鐵拉桿上，內(nèi)彈簧處于拉緊狀態(tài)。在倒要外裝有一個外彈簧，它的剛度比內(nèi)彈簧小，它的一端與閥蓋接觸，另一端與導套的基座接觸，外彈簧出租壓縮變形狀態(tài)。 電磁鐵有交流和直流兩種，機械式全自動洗衣機一般采用交流電磁鐵，而電腦式全自動洗衣機一般采用直流電磁鐵的主要技術參數(shù)表。 交流電磁鐵的主要技術參數(shù) 額定拉力N 額定行程mm 額定電流A 使用電壓V 絕緣電阻 機電強度 20 14 0.2 187-242 >100 1500V 歷時1min 40 15 0.3 50 16.5 0.48 直流電磁鐵的主要技術參數(shù) 額定拉力N 額定行程MM 電流A 額定電壓V 電壓范圍V 絕緣電阻 電氣強度 啟動 保持 40 16 1.7 0.06 200 170-220 >100 1500V歷時1min 60 16 1.9 0.07 (2) 工作原理 洗衣機處在進水和洗滌時，排水閥處于關閉狀態(tài)。此時主要由外彈簧吧橡膠閥緊壓在排水閥座的底部。 排水時，排水電磁鐵通電工作，銜鐵被吸入，牽動電磁鐵拉桿，由于拉桿位移，在它上面的擋套撥動制動裝置的剎車扭簧伸出端，使制動裝置處于非制動狀態(tài)。另一方面隨著電磁鐵拉桿的左端離開導套，外彈簧被壓縮，使排水閥門打開。正常排水時，橡膠閥離開排水閥座密封面的距離應不小于8mm，排水電磁鐵的牽引力約為40N。 2.3、傳動系統(tǒng)的結構及其工作原理 傳動系統(tǒng)主要由電動機、減速離合器組成。套桶式全自動洗衣機使用一臺電動機完成洗滌和脫水。洗滌時，波輪轉速較低（140~200 r/min）；而脫水時，脫水桶轉速較高（約800r/min）。因此，要對電動機1370r/mim的輸出轉速經(jīng)常減速處理，以適應兩項工作的不同要求，這主要由洗衣機的傳動系統(tǒng)來完成，傳動系統(tǒng)的工作示意如圖6—31所示。 圖6—31 套桶式全自動洗衣機傳動系統(tǒng)示意圖 1.電動機的技術參數(shù) 電動機是整個洗衣機工作的動力來源。我國現(xiàn)階段生產(chǎn)的套筒式洗衣機大多采用的是電容運轉式電動機，產(chǎn)品遵循中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T3758—1996《家用洗衣機用電動機 通用技術條件》。目前常用的電容運轉式電動機技術參數(shù)如表所示。 表 XD型洗衣機電動機技術參數(shù) XDL—90 XDS—90 XDL—120 XDS—120 XDL—180 XDS—180 XDL—250 XDS—250 額定功率/W 90 120 180 250 額定電壓/V 220 額定頻率/Hz 50 滿 載 時 電流/A 0.88 1.1 1.54 2.0 轉速/（r?min-1） 1370 效率（%） 49 52 56 59 功率因數(shù) 0.95 堵轉電流/A 2.0 2.5 4.0 5.5 堵轉轉矩/N?m ： 額定轉矩/N?m 0.95 0.9 0.8 0.7 最大轉矩/N?m ： 額定轉矩N?m 1.7 1.7 1.7 1.7 2. 減速離合器的結構和工作原理 早期設計的小波輪全自動動洗衣機的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉速相同。新型大波輪全自動洗衣機的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器，其種類很多，但主要結構和工作原理基本相同。目前應用最廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。 （1） 單向軸承式減速離合器 1） 基本結構 單向軸承式減速離合器主要由離合器和行星減速器兩部分組成，其具體結構如書插頁的設計裝配圖6-32.圖6-33和圖6-34所示。 ① 離合器主要結構 如圖6-35所示，離合器中部有兩根軸：輸入軸1和脫水軸18。 輸入軸1的下端加工成四方形，與之相配的帶輪3和離合套20的內(nèi)孔也是方形。離合套20和帶輪3被螺母2固定在輸入軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸1和離合套30聯(lián)成了一體。輸入軸1的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內(nèi)孔配合聯(lián)接輸入軸1的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉；而洗滌結束后，脫水軸應將帶輪3的高轉速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉換功能是由方絲離合彈簧4完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。由于脫水軸18和離合套20的外徑比方絲離合彈簧的內(nèi)徑略大，在自由狀態(tài)時，方絲離合彈簧就抱緊在離合套20和脫水軸18的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉動由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是“合”時的脫水狀態(tài)。在洗滌時，可以就將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內(nèi)徑變大，從而與離合套20脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態(tài)。實現(xiàn)彈簧旋松的機構是棘輪棘爪裝置，圖6-36是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內(nèi)槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉動。 圖6-35中的8是單向滾針軸承部件，它的內(nèi)圈與脫水軸18相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架19中，支撐架用螺栓和離合器外罩14固定在一起。在單向滾針軸承8的作用下，脫水軸18只能向一個方向自由旋轉。單向滾針軸承是滾針軸承產(chǎn)品領域中一種科技含量較高的產(chǎn)品，其結構緊湊，徑向截面小。因為其外圈工作面是楔形，所以只允許一個方向的轉動，可以起到單向離合器的作用。洗衣機單向滾針離合器的工作原理如圖6-37所示。它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開的一系列滾針6組成，軸承直接套在脫水軸5上。當脫水軸5順時針轉動時，滾針 落入楔形槽的大端中，此時脫水軸課順時針轉動；而當脫水軸逆時針轉動時，滾針 則卡緊在楔形槽的小端處，這時脫水軸將無法轉動。 在圖6-35中，剎車裝置外罩9、剎車扭簧10、剎車帶15、剎車盤16和十字軸套17等組成了脫水軸18的剎車裝置。十字軸套17用兩顆緊定螺釘和脫水軸18固定在一起剎車盤16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車盤16和脫水軸18聯(lián)成一體。剎車裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧10控制。剎車扭簧10套裝在剎車裝置外罩9的外圓上，其下端固定在離合器外罩上，它的上端則嵌在拉桿21的一個方孔中，由排水電磁鐵帶動拉桿控制其狀態(tài)。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態(tài)。當脫水軸18順時針旋轉時，由于剛性剎車帶15緊緊抱住剎車盤16，而其一端又卡在剎車裝置外罩9的方槽中，所以剎車盤、剎車帶以及剎車裝置外罩9都將一起順時針旋轉。剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，剎車扭簧10將被 迅速旋緊，強大的摩擦力使剎車裝置外罩9無法動作此時剎車帶15和剎車盤16將發(fā)生劇烈摩擦，對脫水軸18產(chǎn)生制動作用，防止脫水桶產(chǎn)生跟轉現(xiàn)象。在脫水時，排水閥通電，排水電磁鐵帶動拉桿使剎車扭簧處于放松狀態(tài)。由于剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程 中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩9、剎車盤16、剎車帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉，完成脫水功能。 ② 行星減速器結構 減速器的結構如圖6-38所示。減速器外罩8和減速器底蓋10用螺釘緊固在一起，再安裝在法蘭盤12上，法蘭盤12和脫水軸2通過鎖緊塊13固定在一起，因為法蘭盤12和脫水桶相聯(lián)接，所以減速器外罩8、減速器底蓋10、法蘭盤12和脫水桶成一整體。減速器底蓋10有上、下兩個止口，從而保證了減速器和脫水軸2安裝時的同心度。對行星減速器來說，輸入軸1是動力的傳入軸，其花鍵端插入中心輪11的內(nèi)孔中。行星輪4共有4個，與中心輪11以及內(nèi)齒圈6相嚙合。內(nèi)齒圈6通過其圓周槽卡在減速器底蓋10上，與之聯(lián)成一體。行星輪通過銷軸5安裝在行星架7上，當行星輪繞中心輪公轉時，將帶動行星架一起旋轉。波輪軸9兩端都加工成齒形花鍵，其下端與行星架7聯(lián)接，上端與波輪相聯(lián)，從而使波輪以低速旋轉洗滌衣物。 2）工作原理 ①脫水狀態(tài) 減速離合器脫水時的狀態(tài)及裝配關系如圖6-39所示，脫水狀態(tài)下，排水電磁鐵通電吸合，牽引拉桿移動約13mm，使排水閥開啟。拉桿在帶動閥門開啟的同時，一方面撥打旋松剎車彈簧，使其松開剎車裝置外罩，這是剎車盤隨脫水軸5一起轉動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉，致使棘爪18脫開棘輪4，棘輪被放松，方絲離合彈簧3在自身的作用力下回到自由旋緊狀態(tài)，這是也就抱緊了離合套2.。大帶輪1在脫水時是順時針旋轉的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會越抱越緊。這樣脫水軸5就和離合套2聯(lián)在一起，跟隨大帶輪1一起做高速運轉。由于此時脫水軸5做順時針運動，和單向滾針軸承7的運動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運動無限制。由于脫水軸5通過鎖緊塊與法蘭盤9聯(lián)接，而內(nèi)桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤9上，所以脫水軸5帶動內(nèi)桶12以及減速器內(nèi)齒圈的轉速，與輸入軸帶動減速器中心輪的轉速相同，這樣致使行星輪無法自轉而只能公轉，從而行星架的轉速與脫水軸是一樣的，即使波輪與脫水桶以等速旋轉，保證了脫水桶內(nèi)的衣物不會發(fā)生拉傷。 脫水狀態(tài)傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪1輸入軸6離合套2方絲離合彈簧3脫水軸5法蘭盤9內(nèi)桶12。由于電動機輸出轉速只經(jīng)帶輪一級減速，所以內(nèi)桶轉速較高，約680~800r/min。 ② 洗滌狀態(tài) 如圖6-40所示，洗滌狀態(tài)下排水電磁鐵斷電，排水閥關閉，拉桿復 位。這時剎車扭簧16被恢復到自然旋緊狀態(tài)，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車裝置8起作用；同時撥叉回轉復位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過一個角度，方絲離合彈簧3被旋松，起下端與離合套2脫離，這時離合套只是隨輸入軸空轉。大帶輪1帶動輸入軸6轉動，經(jīng)行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉動，實現(xiàn)洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動稱為二級減速，其工作過程為，輸入軸通過中心輪驅動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉又沿內(nèi)齒圈繞輸入軸公轉。因為行星輪固定在行星架上，所以行星輪的公轉也將帶動行星架轉動；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯(lián)接，帶動波輪軸和波輪轉動。行星減速器的減速比i計算公式為：i=1+內(nèi)齒圈齒數(shù)/中心輪齒數(shù)。 洗滌狀態(tài)傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪1輸入軸6中心輪行星輪行星架波輪軸11波輪。其間，電動機輸出轉速經(jīng)帶輪一級減速后，又經(jīng)減速比約為4的行星減速器減速，所以轉速約為140~200r/min。 ③ 內(nèi)桶跟轉現(xiàn)象的解決 洗滌時防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉是設計中一個非常重要的問題。洗滌時，波輪將傳動力矩傳遞給水和洗滌物，而轉動的水和洗滌物又將轉矩傳遞給內(nèi)桶。因此，內(nèi)桶如果不固定或固定不可靠，就要隨之轉動，這就是跟轉現(xiàn)象。洗滌時，內(nèi)桶跟轉現(xiàn)象將減弱洗滌效果并對洗衣機不利，所以要防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉。因為內(nèi)桶和脫水軸是連成一體的，所以只要將脫水軸可靠固定，就可使內(nèi)桶不跟轉。為此，除了剎車裝置外，在脫水軸上還安裝有單向滾針軸承，其工作原理如圖6-37所示。 三種工況下的零部件工作狀態(tài) 工作情況 零部件狀態(tài) 洗滌 脫水 波輪轉向 順時針 逆時針 順時針 排水電磁鐵 斷電 斷電 通電，牽引拉桿移動約13mm 單向滾針軸承 誰脫水軸一起旋轉 制動脫水軸 隨脫水軸一起旋轉 棘爪與棘輪 棘爪伸入棘輪齒高三分之二，將棘輪及方絲離合彈簧向旋松方向撥轉一個角度，棘爪指向軸心 棘爪脫離棘輪，彈簧回轉到自由旋緊狀態(tài) 方絲離合彈簧 被棘輪旋松并固定，和離合套分離 在自由旋緊狀態(tài)，轉動時更加旋緊在離合套上，起到傳動轉矩的作用 離合套 因方絲離合彈簧內(nèi)徑被旋大，故離合套分離 方絲離合彈簧被旋緊，隨離合套轉動 剎車扭簧 抱緊剎車裝置外罩 旋松方向，不起作用 被拉桿牽引放松，對剎車裝置外罩不起作用 傳動情況 帶輪—輸入軸—行星減速器—波輪軸—波輪 帶輪—離合套—方絲離合彈簧—脫水軸—脫水桶 當波輪逆時針方向旋轉時，內(nèi)桶有逆時針方向跟轉的傾向，這時與內(nèi)桶成一體的脫水軸被單向滾針軸承卡住，不能轉動，所以內(nèi)桶也就不能轉動。但在波輪順時針方向轉動時，單向滾針軸承允許轉動的方向與之一致，所以對脫水桶沒有制動作用。 當波輪順時針方向轉動時，內(nèi)桶有順時針方向跟轉的傾向，這時自然狀態(tài)的剎車扭簧將被旋緊，緊緊抱住剎車裝置外罩的軸端，相互之間產(chǎn)生足夠的摩擦力使兩者成為一整體。剎車裝置外罩的順時針旋轉摩擦力將剎車帶拉緊，剎車帶對剎車盤轉動產(chǎn)生摩擦阻力，這樣就阻止了內(nèi)桶的跟轉。剎車裝置工作原理如圖6-41所示。 綜合所述，當波輪逆時針轉動時，依靠單向滾針軸承來防止內(nèi)桶的跟轉；當波輪順時針方向轉動時，依靠剎車裝置來防止內(nèi)桶的跟轉。 脫水過程中突然打開洗衣機上蓋，排水電磁鐵失電，方絲離合彈簧恢復到洗滌狀態(tài)，由于脫水是順時針旋轉，剎車扭簧將抱緊，剎車裝置起作用，剎車帶將使內(nèi)桶迅速制動。 （2）帶制動式減速離合器 帶制動式減速離合器和單向軸承式離合器結構和原理大體相同，其結構如圖6-42所示，減速器和制動器合二為一，即借用減速器外殼作為剎車盤。帶制動式減速離合器是由排水閥電磁鐵來切換高低速狀態(tài)。洗滌時，排水閥電磁鐵斷電，排水閥關閉，由制動桿21通過棘爪撥叉25，使棘爪27卡住棘輪3，棘輪內(nèi)的方絲離合彈簧4松開，帶輪的動力無法傳給上半軸15。同時制動帶6剎住制動輪16，避免上半軸15因波輪軸轉動而跟轉。 方絲離合彈簧4外部同軸安裝棘輪3，上端處于自由狀態(tài)，下端插入棘輪3內(nèi)壁孔中。方絲離合彈簧4內(nèi)部套住方孔離合套29和上半軸28，為柔性接觸，旋緊時使兩者聯(lián)為一體。 脫水時，排水閥電磁鐵得電，排水閥處于排水狀態(tài)，電磁鐵帶動制動桿21移動一個距離，剎車帶6放松，制動輪16可自由轉動。同時，棘爪撥叉25隨制動桿轉過一個角度，棘爪和棘輪3分開，方絲離合彈簧4旋緊，方孔離合套29和下半軸28兩者聯(lián)動。大帶輪2的扭矩由方孔離合套29、方絲離合彈簧4、下半軸28、制動輪16傳給上半軸15，為高速脫水提供動力。 帶制動式減速離合器主要有三種工作模式，如表6-14所示。 帶制動式減速離合器的三種工作情況 工作情況 零部件狀態(tài) 洗滌 脫水 波輪轉向 順時針 逆時針 順時針 排水電磁鐵 斷電 斷電 通電，牽引拉桿移動約13mm 棘爪與棘輪 棘爪伸入棘輪齒高三分之二，將棘輪及方絲離合彈簧向旋松方向撥轉一個角度，棘爪指向軸心 棘爪脫離棘輪，彈簧回轉到自由旋緊狀態(tài) 方絲離合彈簧 被棘輪逆時針方向旋松并固定，和離合套分離 在自由旋緊狀態(tài)，轉動時更加旋緊在離合套上，起到傳動轉矩的作用 離合套 因方絲離合彈簧內(nèi)徑被旋大，故離合套空轉 方絲離合彈簧被旋緊，隨離合套轉動 圓抱簧 旋松方向，不起作用 被旋緊在脫水軸上，防止內(nèi)桶跟轉 被旋松，不起作用 剎車帶 貼壓在剎車盤上，并被拉緊，使脫水軸不能轉動，起到防止跟轉的作用 雖貼壓在剎車盤上，但摩擦力使其松弛，所以不起作用 脫離脫水軸，不起作用 傳動情況 帶輪—輸入軸—行星減速器—波輪軸—波輪 帶輪—離合套—方絲離合彈簧—下半軸—制動輪—上半軸—脫水桶 2.4、 機械傳動系統(tǒng)設計計算 波輪式全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)的設計計算內(nèi)容較多，當大多數(shù)零部件可以選用而無需進行設計，一般設計內(nèi)容主要有：方案設計、電動機選用、帶傳動設計、行星減速器設計等。 1. 方案設計 波輪式洗衣機常用布局為輸入軸布置在內(nèi)桶的中心處,整個傳動系統(tǒng)基本上同軸布置,電動機只能偏置一邊,為了保持平衡,可將排水電磁閥和排水管與電動機對稱布置,必要時可加平衡塊。根據(jù)設計任務中給出的內(nèi)桶直徑為400 mm則外桶直徑約為470mm,電動機軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為150mm左右，在此范圍內(nèi)選擇合適的一級降速傳動比和采用帶輪傳動。 2. 基本參數(shù)的選擇 目前洗衣機的洗衣量、電動機功率、內(nèi)桶直徑等基本參數(shù)，大多數(shù)企業(yè)是通過實驗進行 設計選用的。表6-15是目前常用的波輪式全自動洗衣機基本參數(shù)情況，可供設計時參考。 表6-15波輪式全自動洗衣機基本參數(shù) 洗衣量/kg 電動機功率/W 內(nèi)桶直徑/mm 脫水轉速/(rmin-1) 洗衣轉速/(rmin-1) 3.8 180 400?~520 700~800 120~300 4.5 250 400?~520 700~800 120~300 5.0 250 400?~520 700~800 120~300 5.5 370 400?~520 700~800 120~300 6.0 370 400?~520 700~800 120~300 根據(jù)設計任務要求最大洗衣量為3.8kg，參照表6-15選用電動機功率為180W，電動機滿載時轉速為1370rmin。 3. V帶傳動設計計算 因為V帶傳動允許的傳動比較大，結構較緊湊，在同樣的張力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，所以這里選用了最常用的V帶作為第一級降速。 參照表6-15，初步選定電動機功率P為180W，洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為720r/min，則傳動比為： （1） 計算功率 由于載荷變動小，因此取工作情況系數(shù) ==0.18kW （2） 選擇帶型 根據(jù)小帶輪轉速為1370r/min，以及小帶輪安裝尺寸的大概范圍，選取普通V帶Z型（見圖6-43） （3） 帶輪的基準直徑 初選小帶輪的基準直徑，查表6-16和表6-17，選取=55mm，大于V帶輪的最小基準直徑的要求50mm。 V帶輪的最小基準直徑 槽型 Z SPZ A SPA B SPB C SPC 50 63 75 90 125 140 200 224 大帶輪的基準直徑為： =，按表6-17圓整為=106mm。 計算功率/kW 普通V帶選型圖 （4）驗算帶的速度 普通V帶的最大帶速，故滿足要求。 V帶輪的基準直徑系列 基準直徑 帶 型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E 外徑 50 53.2 54 63 66.2 67 71 74.2 75 75 — 79 80.5 80 83.2 84 85.5 85 — — 90.5 90 93.2 94 95.5 95 — — 100.5 100 106 112 118 125 132 140 150 103.2 — 115.2 — 128.2 104 — 116 — 129 136 144 154 105.5 111.5 117.5 123.5 130.5 137.6 145.5 155.5 132 139 147 157 （5）中心距和帶的基準長度Ld 根據(jù)洗衣機桶體的安裝尺寸，初取α0=140mm，基準長度： 查表6-18選取和538mm 相近的標準帶的長度Ld為560mm，則實際中心距為： 在安裝時，在結構上要保持V不定期有一定的張緊力，安裝中心距會略有所變化。 表6-18 V不定期的基準長度系列及長度系數(shù)KL 基準長度 L d/mm K L 普通V帶 窄V帶 Y Z A B C D E SPZ SPA SPB SPC 450 1.00 0.89 500 1.02 0.91 560 0.94 630 0.96 0.81 0.82 710 0.99 0.82 0.84 800 1.00 0.85 0.86 0.81 900 1.03 0.87 0.81 0.88 0.83 （6）主動輪上的包角α1 （7）帶的根數(shù)z 長度系數(shù)KL、包角系數(shù)Kα、單根V帶基本額定功率P0、單根V帶額定功率增量?P0查表6-18、表6-19、表6-20a和表6-20b，取另KL=0.94、Kα=0.95、P0=0.16Kw、?P0=0.02kW。 表6-19 包角系數(shù) 小帶輪包角／() 小帶輪包角／() 180 1 145 0.91 175 0.99 140 0.89 170 0.98 135 0.88 165 0.96 130 0.86 160 0.95 125 0.84 155 0.93 120 0.82 150 0.92 單根普通V帶的基本額定頻率 （單位：kW） 帶型 小帶輪節(jié)圓直徑 小帶輪轉速 400 730 800 980 1200 1460 2800 Z型 50 63 71 80 0.06 0.08 0.09 0.14 0.09 0.13 0.17 0.20 0.10 0.15 0.20 0.22 0.12 0.18 0.23 0.26 0.14 0.22 0.27 0.30 0.16 0.25 0.31 0.36 0.26 0.41 0.50 0.56 單根普通V帶額定功率的增量 （單位：kW） 帶型 小帶輪轉速 傳動比 1.00~ 1.01 1.02~ 1.04 1.05~ 1.08 1.09~ 1.12 1.13~ 1.18 1.19~ 1.24 1.25~ 1.34 1.35~ 1.51 1.52~ 1.99 Z型 400 730 800 980 1200 1460 2800 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.04 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 取z=1。 （8） 帶的預緊力 V帶單位長度的資料q 查表6-21得q=0.06kg/m，單根V帶所需的預緊力為： = V帶單位長度的質量 帶型 Z SPZ A SPA B SPB C SPC 0.06 0.07 0.10 0.12 0.17 0.20 0.30 0.37 （9）帶傳動作用在軸上的力： ： 4. 帶輪的結構設計 帶輪的結構設計可參考有關的《機械設計手冊》或《機械設計》教材。 5. 行星減速器設計 已知洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為720r/min。由于脫水時行星減速器中心輪與內(nèi)齒圈順時針等速旋轉，故中心輪與行星架的傳動比為1，波輪與內(nèi)桶順時針等速旋轉，因此由洗滌狀態(tài)來進行行星減速器的設計計算。 （1） 洗滌狀態(tài)傳動比 洗滌輸入軸與波輪的傳動比為： ： （2）初選中心輪和內(nèi)齒圈齒數(shù) 洗滌時中心輪旋轉，內(nèi)齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比按以下公式計算： ： 初選中心輪齒數(shù)，由式計算得內(nèi)齒圈齒數(shù)。 （3） 計算行星輪齒數(shù) 由于洗衣機工作扭矩不大，選擇齒輪模數(shù)為1mm，如選4個行星輪對此布置，則可計算出行星齒輪齒數(shù)為： 最終確定中心輪齒數(shù)為19，內(nèi)齒圈齒數(shù)為57，行星齒輪齒數(shù)為19，實際傳動比為4，洗衣轉速為180r/min。 6. 棘爪與棘輪機構設計 由于外桶尺寸已定（因內(nèi)桶直徑已知），在方案設計時初定位于外桶底部的出水口位置，則排水電磁閥銜鐵中心與出水口中心位于同一直線上。根據(jù)選定的排水電磁閥的行程和初定的棘輪頂圓直徑來設計棘爪機構。要求在洗滌時，棘爪要伸入棘輪棘齒高度的三分之二，脫水時棘爪脫離棘輪1.5mm以上。棘爪與棘輪機構的詳細設計可參考相關書籍。 參考文獻 尹志強，機電一體化課程設計指導書 .機械工業(yè)出版社，2007 王冠熙，全自動洗衣機原理與維修[M].電子工業(yè)出版社，2003 伍寸宏.淺談PLC在全自動洗衣機中的運用[J].設計與開發(fā)，2000 金洲.洗衣機的PC智能控制[D].南通：南通職業(yè)大學電子，2004 朱喜林，張代治。機電一體化設計基礎[M] .北京科學出版社，2004 趙松年，李恩光，裴仁清。機電一體化系統(tǒng)設計[M] .北京理工大學出版社，2006