摘 要本設(shè)計為一種新型實用多功能健身洗衣機，它包括機架、變速裝置（帶輪傳動、齒輪傳動和錐齒輪傳動）、洗衣、脫水桶、靠背和腳踏健身洗衣機組成。本健身洗衣機采用模塊化設(shè)計，分為洗滌模塊和脫水模塊：洗滌模塊通過機架做圓弧轉(zhuǎn)動帶動齒輪做往復(fù)轉(zhuǎn)動，變速后經(jīng)錐齒輪傳到洗衣桶；脫水模塊通過腳踏板由帶輪傳動到齒輪傳動，變速后經(jīng)錐齒輪傳給脫水桶。同時也分為動力模塊和執(zhí)行模塊，兩個模塊可拆開，方便攜帶。機架上安裝有座椅、扶手，座椅和扶手高度可調(diào)，適合于不同身高的人群；同時 把 洗 滌 、 漂 洗 和 脫 水 三 個 過 程 在 同 一 桶中 完 成 ， 使 健 身 洗 衣 機 實 現(xiàn) 了 多 功 能 和 一 體 化 ， 進 一 步 提 高 了 洗 衣 機 的 自 動 化程 度 。通過更改齒輪的嚙合來實現(xiàn)洗滌與脫水，所產(chǎn)生的噪音小，在鍛煉身體的同時也清洗了衣物，既能健身又能洗衣服，可全面提高身體素質(zhì)，訓(xùn)練上下肢和腹肌的協(xié)調(diào)能力，具有實用性強、結(jié)構(gòu)合理，充分利用能量、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點。同時因為不需要電源而不耗電，環(huán)保節(jié)能，減輕了消費者一定程度上的經(jīng)濟負擔(dān)。關(guān)鍵詞：健身 洗衣機 洗滌 脫水- 1 -AbstractThis design is a new kind of multifunctional exercise-whasher. It includes frames, gear change mechanism(gear-driven 、 gearrack-driven and wimble-driven etc)、 laundry barrel 、 dehydrate-barrel and pus-bike. This kind of washer adopts modularize design, it divides washing and dehydrate parts. The washing modularize is made to-and-fro movement accroding frame's circle movement to rack by link halum. It is passed to laundry-barrel afer changing rate. Meantime ,it consits of drive and administrate parts, they are easy to take and can't be divided. The chair and handrail are fixed on the frame, height can be modulated and fit for different person with different heights. It carrys laundy and dehydrate out by alterlating gear's mesh. So it makes little noise and take exercise, washing clothes at the same time. Taking exercise as well as washing. It can train the banlance of the upper and lower limes to develope our body entirely. It has many strongpionts as practicability 、 well done structure 、 take full advantage of energy ect. Meamtime, it doesn't use electric enenergy ,so it protects the evironment and saves energy, lighten the weight of customer's economy on a certain extent.Key words: setting-up exercise washing machine wash2目 錄1.緒論 .301.1 課題背景 .301.2 洗衣機發(fā)展概況 .301.3 健身器材發(fā)展概況 .311.4 健身洗衣機發(fā)展?fàn)顩r .322.方案設(shè)計 .322.1 引言 .322.2 設(shè)計方案選擇 .333.總體設(shè)計 .353.1 確定總傳動比和分配各傳動比 .353.2 各軸功率的確定 .364.零件設(shè)計 .374.1 帶輪和 V 帶設(shè)計 374.2 圓柱直齒輪的設(shè)計與校核 .394.3 直齒錐齒輪的設(shè)計與校核 .424.4 齒輪齒條的設(shè)計 .454.5 帶輪軸的設(shè)計與校核 .474.6 齒輪軸一的設(shè)計與校核 .514.7 齒輪軸二的設(shè)計 .554.8 齒條軸三的設(shè)計 .564.9 波輪軸四的設(shè)計 .584.10 變速箱設(shè)計 .594.11 波輪設(shè)計 .604.12 洗衣機箱體設(shè)計 .624.13 前支架和后轉(zhuǎn)動架設(shè)計 .635.控制系統(tǒng)設(shè)計 .655.1 離合器設(shè)計 .655.2 控制手柄設(shè)計 .666.總結(jié) .677.致謝 .688.參考文獻 .6931.緒論1.1 課題背景隨著社會的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ罟?jié)奏的加快，洗衣難、鍛煉少的問題也突顯出來，尤其是在校園里的學(xué)生，出租房住戶，旅館人員等人群，都在不同程度的存在不方便用洗衣機的問題。鑒于此設(shè)計一部健身洗衣機，把健身搬到宿舍，把洗衣服當(dāng)成一種鍛煉，在健身的同時把衣服洗的干干凈凈，用少量的錢買回強壯健康的身體、干凈的衣服、寶貴的時間。本產(chǎn)品是針對以上人群專門研制的一種價格低廉，無需電源，又可用來健身的洗衣機產(chǎn)品—健身洗衣機。1.2 洗衣機發(fā)展概況1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀如今，我國洗衣機年產(chǎn)量約占世界年產(chǎn)量的四分之一，居世界首位。但是我國對洗衣機技術(shù)的研究很少，甚至很多企業(yè)目前仍然依靠國外技術(shù)。據(jù)文獻檢索，我國學(xué)者對大型工業(yè)洗衣機進行了研究。他們建立滾筒式洗衣機動特性設(shè)計的整機系統(tǒng)振動計算模型，給出了計算方法，同時將有限元法引入框架結(jié)構(gòu)研究[1]。未來洗衣機將朝著環(huán)保方向發(fā)展，無聲、無水洗衣機都成為其發(fā)展的趨勢，同時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化洗衣機提供了實現(xiàn)的可能。滾筒洗衣機目前正一步步崛起，無論是衣物的洗凈度、磨損度，還是自身的使用壽命、能耗方面來看，滾筒洗衣機都要優(yōu)于波輪洗衣機[2]。滾筒洗衣機工作時由舉升筋將被洗物舉升到一定高度后跌落到水面發(fā)生碰擊產(chǎn)生洗滌作用。被洗物所受水面反作用力取決于含水被洗物的重量及下落高度。這兩項又決定于滾筒內(nèi)部尺寸。因此滾筒至關(guān)重要，對滾筒的要求也很苛刻，滾筒洗衣機直接與衣物接觸的是內(nèi)筒，內(nèi)筒工藝的好壞直接關(guān)系到衣物的洗凈度。內(nèi)筒上沖孔的邊緣要光滑，內(nèi)筒凸起部分必須是無棱角的圓弧形，這樣才不會對衣物造成磨損、鉤絲；另外，內(nèi)筒沖孔數(shù)越多，過水月迅速，漂洗也就越干凈[3]。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀1858 年，美國人漢密爾頓·史密斯在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機 [4]。從洗衣機誕生到全自動洗衣機的面市，科研人員主要集中在洗衣機的結(jié)構(gòu)形式、洗衣方式、洗衣機控制等的研究之上，研究和解決實際問題較多。最近幾十年，洗衣機的研究方向多4方面發(fā)展，洗衣機的噪音控制、洗衣機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和動態(tài)分洗衣機水流技術(shù)、洗衣機功能、洗衣機的控制技術(shù)等的研究方興未艾。由于半導(dǎo)體技術(shù)和計算機軟件的開發(fā)和應(yīng)用，洗衣機的功能得到極大改進，通過設(shè)計新型波輪，改變洗滌水流，出現(xiàn)了不纏繞、不損傷洗滌物的“新水流”洗衣機。洗衣機的控制技術(shù)、水流技術(shù)以及兩者的結(jié)合也因此有了長足的發(fā)展。海外市場的刺激下，各國各大廠家都在研究著洗衣機的構(gòu)造原理，以提高洗衣機自身的洗凈度，節(jié)能性。三星電子株式會社發(fā)明了一種滾筒洗衣機，具有清潔劑供給裝置，清潔劑供給裝置沒有被安裝在主體上部分的前表面上，而是與門一體形成，這樣導(dǎo)致滾筒洗衣機很容易制造也提高了清潔劑的溶解度 [5]。三星電子會社還通過對波輪式洗衣機波輪的設(shè)計來提高洗衣機的性能，設(shè)計的波輪包括：安裝在洗衣機筒的底部的主體，具有葉輪室和多個葉輪軸沿徑向延伸的扇葉的噴水葉輪，該噴水論相對于主體旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生向上的洗滌水流；可在徑向以及軸向旋轉(zhuǎn)支承葉輪軸的支承部件；以及使噴水葉輪旋轉(zhuǎn)的部件，從而在洗衣機工作時產(chǎn)生有效的垂直上升的水流，避免衣物的扭曲和纏結(jié) [6]。大宇電子株式會社也對波輪式洗衣機的波輪進行了深入的研究，設(shè)計了一種在洗滌筒內(nèi)產(chǎn)生渦輪型水流來洗滌被洗物的洗衣機波輪。在洗衣機渡輪中，基板固定到洗衣機軸上并按照軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動。多個攪拌葉片從所述基板中心到其外周邊以扇面形式在基板底部表面上是向下傾斜的。多個攪拌葉片在鄰接的攪拌葉片之間干所述基板底部表面上確定至少一個凹集槽。洗衣機渡輪在洗滌筒內(nèi)產(chǎn)生渦輪型水流，并將水流產(chǎn)生的摩擦力均勻地傳送到被洗物，其狀態(tài)是洗滌水流在洗滌筒內(nèi)部是非均勻的，從而將被洗物的扭結(jié)降至最小，因之增強洗滌效率 [7]。1.3 健身器材發(fā)展概況從 20 世紀(jì) 80 年代至今的 20 多年來，隨著世界各國工業(yè)和科學(xué)的高度發(fā)達，人口的急劇增加、人類文明境界的飛躍，特別是世界各國群眾性健身運動的普遍興起，使得健身器材行業(yè)在研制、生產(chǎn)和使用等方面均迅速達到繁榮與興旺。在健身器材行業(yè)我國占據(jù)大部分市場，2005 年 1 至 10 月份連云港口岸累計出口健身器材及設(shè)備總計達 916 萬元，比上年同期增長 68%[8]。由此可見我過健身器材市場還存在很大的提升空間，為了能延續(xù)性的發(fā)展，我們就要創(chuàng)新，研發(fā)出適應(yīng)不同人群，緊隨世界發(fā)展大潮的綜合性健身產(chǎn)品。在家用型常見的健身器材中，以健身腳踏車，仰臥起坐健身器，跑步機最為常見，健身腳踏車一般都包含有：一架體；一設(shè)于該架體上的座椅；一設(shè)于該架體上的扶把；5一設(shè)于該架體上的踏板裝置；一離合裝置。但在人們不斷創(chuàng)新的過程中，在簡單的腳踏車上加以改裝，因此出現(xiàn)了不同款型的健身腳踏車。如針對被動型的健身者，或是老年人及中風(fēng)患者等自主運動能力較低的人群，在設(shè)計中加入驅(qū)動裝置和振動座，可以使使用者無須主動出力即可獲得腳部運動的效果，且全身各部位還可同時接受振動按摩 [9]。還有雙手推拉式健身洗衣機，在基本結(jié)構(gòu)上經(jīng)過改裝，通過雙手的推拉把同時配以身體俯仰運動代替腳踏運動給車提供動力，使車移動相當(dāng)于劃船運動，都能使人的雙臂、腰、背、腹、腿等部位和關(guān)節(jié)、血液循環(huán)、呼吸等系統(tǒng)得到有效的鍛煉，提高了健身趣味性和競技性。仰臥起坐健身器一般包含靠背架，阻尼元件，用于后靠運動者腿部的橫檔，雖然結(jié)構(gòu)簡單但是卻很科學(xué)，阻尼元件和靠背結(jié)合使用，減緩運動者后仰速度，運動過程運動者北部和后腦部不再與后斜架接觸，并且減緩后仰速度以及起坐時阻尼元件預(yù)緊力的輔助作用，為年老、體弱、肥胖等運動者提供了極大的便利仰臥起坐健身器 [10]。目前隨著樓價的不斷上漲，室內(nèi)空間的不足，各廠家開始推出各種折疊型仰臥起坐健身器，價格適中，但功能設(shè)計的越來越人性化，多能化，適用的人群更加廣泛，并且可以在健身的過程中達到按摩的效果，充分體現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計的人機工程學(xué)理念。1.4 健身洗衣機發(fā)展?fàn)顩r健身洗衣機目前還停留在研究及市場調(diào)研階段，沒有投入市場，但已經(jīng)有很多單位和個人申請專利，設(shè)計出不同種類的健身洗衣機，將健身器械于洗衣機相結(jié)合。王建平在 2006 年 8 月研發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單，無需耗能的健身洗衣機，在人們休閑、鍛煉的同時即完成洗衣服的工作，將人們鍛煉身體所消耗的機械能通過鏈條、軸、齒輪傳遞到洗衣機的波輪，帶動洗衣機完成洗衣動作 [11]。應(yīng)放天等人設(shè)計一種劃船式健身洗衣機 [12]。解決了現(xiàn)有健身器械在健身的過程中消耗的人體能量沒有被利用。包括機架、外殼、腳踏、滑柄和洗衣裝置。機架為片狀條形的硬質(zhì)材料圍成的曲面結(jié)構(gòu)，機架的兩側(cè)開放，機架以及兩側(cè)的外殼圍合成工作腔。機架的頂面設(shè)置有移動軌道，坐墊與移動軌道活動配合連接。兩個 L 形的滑柄設(shè)置在機架的兩側(cè)，洗衣裝置包括洗衣外筒和洗衣內(nèi)筒。洗衣外筒為圓筒形，側(cè)壁開有工作口，工作口與機架的密封蓋位置對應(yīng)。洗衣內(nèi)筒為圓筒形，筒壁上沿洗衣內(nèi)筒的軸向平行開有多個濾水口。本實用新型利用了人在健身中消耗的能量，節(jié)省洗衣機一洗衣消耗的電能，環(huán)保洗衣。62.方案設(shè)計2.1 引言中國洗衣機業(yè)經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，已成為一個較成熟的產(chǎn)業(yè)。與其他家電產(chǎn)品相比較，這一產(chǎn)業(yè)處于一個相對平穩(wěn)并具有優(yōu)勢的環(huán)境，以海爾、小天鵝、榮事達等企業(yè)為代表的洗衣機企業(yè)占據(jù)了國內(nèi)洗衣機市場的主要份額。2006 年 1-12 月全國家用洗衣機累計產(chǎn)量為 29,384,944.62 臺，與 2005 年同期相比增長了 15.93%。2007 年 1-12 月中國洗衣機企業(yè)繼續(xù)保持穩(wěn)定的增長勢頭，全國家用洗衣機累計產(chǎn)量為 34,814,413 臺，與 2006 年同期相比增長了 13.93%；2008 年國內(nèi)家用洗衣機市場總銷量有望超過 1800 萬臺，同比增長 9%左右。而在中國健身洗衣機技術(shù)還不是很成熟，在市場上還很少見，這就給商家?guī)砗艽蟮陌l(fā)展空間。洗衣機一般分為：波輪式、滾筒式與攪拌式。最常用的是波輪式洗衣機，它是由電動機帶動波輪轉(zhuǎn)動，衣物隨水不斷上下翻滾。洗滌衣物有單桶、套桶、雙桶幾種。它的結(jié)構(gòu)比較簡單，維修方便，洗凈率高，但對衣物磨損率大，用水多。洗滌缸缸體有全塑、搪瓷、鋁合金、不銹鋼四大類。波輪式洗衣機流行于日本、中國、東南亞等地。滾筒式洗衣機洗衣是微電腦控制所有功能 衣物無纏繞，最不會損耗衣物的方式。滾筒式洗衣機流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區(qū)，幾乎 100％的家庭使用的都是滾筒洗衣機。攪拌式洗衣機洗衣具有衣物潔凈力最強，省洗衣粉等特點，攪拌式洗衣機在北美普遍使用。綜合考慮性價比，健身洗衣機采用波輪式設(shè)計性價比更高，更適合于大部分的消費者。家務(wù)勞動全部變?yōu)樽詣拥?，雖然從很大程度上解放了人類的雙手，但是人們在家務(wù)勞動中消耗的卡路里也變得更少了。人們寧愿在健身房里揮汗如雨，也不愿意自己動手洗一件衣服。有一種洗衣機，不僅讓大家在洗衣服的時候鍛煉起來，更解決了學(xué)生、出租房主戶、農(nóng)民、外出打工者、低收入家庭等人群買不起洗衣機、洗衣難的問題，名為“健身洗衣機” 。這種洗衣機的全部動力都來自你的動力，如蹬踏，它的外形就像一部滾軸加大的自行車。當(dāng)你想洗衣服的時候，先得“騎”上它，然后手扶扶手、把雙腳放在腳踏板上，像平時使用健身器一樣。當(dāng)你開始健身時，洗衣機就開始工作了。不用出門，也不用昂貴的電動洗衣機，就能夠在家中健身和洗衣服，對健身人最容易增肥部分肌肉進行鍛煉，達到很好的塑身效果。這種健身洗衣機還可以拆開，便于攜帶；座椅和扶手可調(diào)，適合于不同身高的人群；把洗滌、漂洗和脫水三個過程在同一桶中完成，使健身洗衣機實現(xiàn)了多功能和一體化，進一步提高了洗衣機的自動化程度；健身過程中可以對身體各部分肌肉進行鍛煉，多功能的健身洗衣機，有潛在的市場需求。72.2 設(shè)計方案選擇大量查詢了相關(guān)文獻，總結(jié)出了三種設(shè)計方案，并對三種設(shè)計方案進行了綜合對比，找出各自的優(yōu)缺點，現(xiàn)總結(jié)如下：2.2.1 方案一：工作原理：如圖 1.，當(dāng)要洗衣物的時候，人坐在座椅上，蹬踩上面的腳踏機構(gòu)，小皮帶輪與槽凸輪同軸，帶動槽凸輪，槽凸輪帶動內(nèi)部槽輪，槽輪與鏈條相連，帶動鏈條往復(fù)運動，進而帶動洗衣箱波輪轉(zhuǎn)動，達到洗衣物的目的。當(dāng)要甩干時，只需波動下連接在洗衣箱上的公共齒輪與甩干機構(gòu)結(jié)合即可，隨著人的不斷踩踏，甩干不斷進行，達到甩干的目的。缺點： 槽凸輪，鏈條設(shè)計比較復(fù)雜；健身不明顯，運動單一。圖 182.2.2 方案二：工作原理：如圖 2 當(dāng)洗衣物時候，人坐在右邊的椅子上通過雙腳不斷的踩單車，帶動小皮帶輪，小皮帶輪帶動同軸齒輪，同軸齒輪通過變速后由帶輪傳動到洗衣桶，并且人應(yīng)該往復(fù)的蹬腳踏板做往復(fù)運動，進而帶動中央的錐齒輪往復(fù)運動。為了避免中央錐齒輪帶動右邊的機構(gòu)，洗衣物時候要把右邊機構(gòu)的皮帶松開。當(dāng)甩干時候要坐在左邊的座椅上，并要松開中央錐齒輪左邊的皮帶，通過人的不斷蹬踏，中央錐齒輪不斷轉(zhuǎn)動，從而達到甩干的目的。缺點：操作復(fù)雜；洗滌與甩干要換座位，占地面積大；洗滌與甩干要卸皮帶，容易使皮帶松動；健身運動比較單一。2.2.3 方案三：工作原理：如圖 3 洗滌和漂洗時，人坐在椅子上，把手動離合器撥到洗滌檔，手扶著扶手，使靠背架轉(zhuǎn)動，帶動齒條做往復(fù)運動，通過變速后經(jīng)錐齒輪傳到波輪軸（鍛煉腹肌、胸肌、屈肌等） 。脫水時，把手動離合器撥到脫水檔，只需蹬腳踏板，帶動帶輪轉(zhuǎn)動，傳動到同軸齒輪，變速后經(jīng)錐齒輪傳動到脫水桶（鍛煉骨肌、股四頭肌等） 。手動離合器由圖 2圖 39滑塊機構(gòu)原理設(shè)計，可以實現(xiàn)錐齒輪離合與脫水桶和洗滌桶的聯(lián)動切換。優(yōu)點：健身多樣化，身體可得到全方位鍛煉；高度可調(diào)，適用于不同身高的人群；洗滌和脫水集合于一體，自動化高；可拆裝，易于攜帶；綠色環(huán)保，無需電源，經(jīng)濟實惠。缺點：洗滌之前需換檔，搬運時需把機架（動力源）拆開。綜合以上三種方案，方案三更具有價值，更能實現(xiàn)在把衣服洗干凈的同時鍛煉了身體，起到良好的健身效果，所以一下將按方案三設(shè)計。3.總體設(shè)計3.1 確定總傳動比和分配各傳動比3.1.1 洗滌模塊的傳動比確定和分配洗 滌 模 塊 采 用 齒 輪 齒 條 機 構(gòu) ， 經(jīng) 變 速 后 由 錐 齒 輪 傳 動 到 洗 衣 桶 ， 由 人 機 工 程 學(xué) 人 體 參數(shù) 可 知 ， 手 和 腳 的 最 大 動 作 頻 率 在 300-431 次 /min 之 間 ， 如 圖 4 所 示 ： 動 作 部 位 動 作 的 最 大 頻 率 /次 ·min-1手 指 204—406手 360—431前 臂 190—392臂 99—344腳 300—378腿 330—406圖 4 考 慮 到 95 百 分 位 的 人 得 動 作 頻 率 ， 以 及 長 時 間 的 運 動 負 荷 ， 選 擇 動 作 頻 率 為60 次 /min， 即 每 分 鐘 人 動 作 40 次 ， 齒 條 來 回 運 動 60 次 。 波 輪 式 洗 衣 機 洗 滌 時 波 輪轉(zhuǎn) 速 一 般 在 180r/min 左 右 ， 在 這 里 選 波 輪 轉(zhuǎn) 速 為 180r/min， 而 波 輪 轉(zhuǎn) 速 由 錐 齒 輪 傳動 得 到 的 ， 考 慮 錐 齒 輪 傳 動 因 素 ， 選 擇 錐 齒 輪 傳 動 比 為 ，由此可知齒條輪轉(zhuǎn)速3.5?n=120r/min，因此當(dāng)齒條運動一個行程時，齒條輪轉(zhuǎn)動 2 周。于是齒條輪轉(zhuǎn)速 ；5120/innr?錐齒輪的轉(zhuǎn)速 。63.5180/minr???3.1.2 脫水模塊的傳動比確定和分配脫水模塊選擇帶傳動和齒輪傳動，經(jīng)過變速后由錐齒輪傳動到脫水桶。當(dāng)脫水桶轉(zhuǎn)10速達到 800r/min 時，完全可以達到脫水效果，在這里選擇脫水速度為 810r/min，由圖 4和人機工程學(xué) 95 百分位理論，選擇人蹬腳踏板的轉(zhuǎn)速為 =90r/min，所以總傳動比為1n810/90=9，根據(jù)各級傳動分配，取帶傳動的傳動比為 ，齒輪傳動的傳動比為 ，2i?23i?錐齒輪傳動的傳動比為 。31.5i?于是小帶輪的轉(zhuǎn)速 ；29028/minnr?齒輪軸的轉(zhuǎn)速 ；414i?脫水桶的轉(zhuǎn)速 ；735.1/ir??3.2 各軸功率的確定由人機工程學(xué)可知 95 百分位人群坐姿時的最大足登力為 1960N，考慮到運動的持久性，在此選擇 400N。由公式 和 可知：950dpn?TFL?:95%人的輸出功率 14.10.57dnFLPkw???于 是 帶 輪 軸 的 功 率 ；.268cAdKW?齒 輪 軸 一 的 功 率 ；1096.k???η齒輪軸二的功率 ；217509.3Pη齒條軸三的功率 ；38.c k??η波輪軸四的功率 。420.96W??η4.零件設(shè)計4.1 帶輪和 V 帶設(shè)計4.1.1 確定 V 帶型號由人機工程學(xué)可知 95 百分位人群坐姿時的最大足登力為 1960N，考慮到運動的持久性，在此選擇 400N。由公式 和 可知：950dpn?TFL?:1195%人的輸出功率 1904.150.75dnFLPkw????查課本 表 13-6 得： 則2052.AK2.68cAdPKkW???根據(jù) =0.68kw , =90r/min,由機械設(shè)計課本 表 8-4a，選擇 A 型 V 帶。c1n1454.1.2 設(shè)計 V 帶基準(zhǔn)直徑并驗算帶速4.1.2.1 由機械設(shè)計表 8-6 和表 8-8，取大帶輪基準(zhǔn)直徑 mm。140d?43.1.2.2 驗算帶速 v 機械設(shè)計按式（8-13）驗算帶速帶速在人體參數(shù)范圍內(nèi)，合適。1409.65/60dnms????4.1.2.3 計算小帶輪基準(zhǔn)直徑，根據(jù)機械設(shè)計教材（式 8-15a）基準(zhǔn)直徑 2d127i4.1.3 確定 V 帶基準(zhǔn)長度 和中心距 adL4.1.3.1 初步選取中心距 a： 。????012.5.5407315dm????4.1.3.2 由課本式（8-22）得基準(zhǔn)長度： 0 0212()4dLaa????2(47)23150963.15m????????查課本表 8-2 取 。dLm?4.1.3.3 由課本式 8-23 實際中心距： 00 1963.535422da m??????4.1.4 驗算小帶輪包角 ： ?2187.???合格140785.30????????????4.1.5 求 V 帶根數(shù) Z：4.1.5.1 計算單根 V 帶額定功率 rp由 ，查課本表 8-4 a 得11409/mindr?和 0.78pkw?根據(jù) 和 A 型帶，查課本表 8-4b 得 。2,in 5?12查課本表 8-5 得 ，表 8-2 得 =0.96，于是0.965ak?lK0()r lp????(78.)0.965.0.769kw???4.1.5.2 計算 V 帶根數(shù)：Z 取 1 根.84.cpr4.1.6 求作用在帶輪軸上的初拉力最小值 和壓軸力 ：0min()FpF查課本表 8-3 得單位長度質(zhì)量 q=0.10kg/m，所以：2 20min5.5.682.5()(1)(1).065980.709cPFqv NzvK??????????應(yīng)使帶的實際出拉力 0min(F?軸壓力的最小值：。min0min 179.()2()s218.si641.2pFZ N?????4.1.7 帶輪效果圖,如圖 5 所示：圖 5 134.2 圓柱直齒輪的設(shè)計與校核4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù)4.2.1.1 齒輪類型：根據(jù)傳動方案三，選擇直齒圓柱齒輪傳動，傳動比 。23i?4.2.1.2 等級精度：健身洗衣機一般為低速機械，故選用 8 級精度（GB 10095-88） 。4.2.1.3 材料選擇：由課本表 10-1 選擇大齒輪選用 鋼（正火） ，齒面硬度為 220HBS；45?小齒輪選用 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 250HBS。45?4.2.1.4 齒數(shù)選擇：選大齒輪齒數(shù) ,小齒輪齒數(shù) =20。160z?21/60/3zi?4.2.2 按齒面接觸強度設(shè)計并校核由設(shè)計計算公式（10-9a）進行計算，即 ??21312.EtdHKTZu???????????4.2.2.1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值4.2.2.1.1 試選載荷系數(shù) 1.3。tk?4.2.2.1.2 計算大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 55119.09.10.6897dpTNmn???:= 43.:4.2.2.1.3 由課本表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。0.7d??4.2.2.1.4 由課本表 10-6 查的材料的彈性影響系數(shù) 。1289.EZMP4.2.2.1.5 由課本圖 10-21c、d 按齒面硬度查得大齒輪的接觸疲勞強度極限；小齒輪的接觸疲勞強度極限lim140HMpa?? lim250Hpa??4.2.2.1.6 由式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。716018(361).94hNnjL???7723.942.40i144.2.2.1.7 由課本圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 。120.98;1HNHNK?4.2.2.1.8 計算解除疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù)為 S=1，由課本式（10-12）得??lim110.984392HHNKMpaS????li22504.2.2.2 計算齒輪各參數(shù)4.2.2.2.1 試算大齒輪分度圓直徑 ，帶入 中較小的值。1td??H???2 241 331 .603189.2. 3.7EtdHKTZu m??????????????????????4.2.2.2.2 計算圓周速度 v18.90./606nVms???4.2.2.2.3 計算齒寬 b1.735.73dtb???4.2.2.2.4 計算齒寬與齒高之比 h模數(shù) 18.0.976ttmmz齒高 2.5.2.th???58.730b4.2.2.2.5 計算載荷系數(shù)根據(jù) V=0.79m/s，8 級精度，由課本圖 10-8 查得動載系數(shù) ；1.05vK?直齒輪， ；1HFK???由課本表 10-2 查得使用系數(shù) ；AK?由課本表 10-4 用插值法查得 8 級精度，非對稱布置時， 1.463HK??由 查課本圖 10-13 得 ；故載荷系數(shù)26.7,1.43Hbkh?? 1.294F?051.463.5AVK????4.2.2.2.6 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由課本式（10-10 a）得153311.568.98.7tkdm???4.2.2.2.7 計算模數(shù) m1.460dz?就近圓整后為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1.5mm。4.2.3 幾何尺寸計算4.2.3.1 計算分度圓直徑12601.593dzm???4.2.3.2 計算中心距129036da??4.2.3.3 計算齒輪寬度10.7963dbm?????取 1260,5Bm?4.2.3.4 小齒輪轉(zhuǎn)速 128540/innir?164.2.4 齒輪效果圖，如圖 6 所示：圖 64.3 直齒錐齒輪的設(shè)計與校核4.3.1 選定錐齒輪類型、精度等級、材料和齒數(shù)4.3.1.1 齒輪類型：根據(jù)傳動方案三，高速級需要換向，采用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動，對軸交角 ，傳動比 ， ；90???31.5i?23arctnrta1.56.3i???。1269???4.3.1.2 等級精度：健身洗衣機一般為低速機械，故選用 8 級精度（GB 10095-88） 。4.3.1.3 材料選擇：由課本表 10-1 選擇大錐齒輪選用 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為45?220HBS；小錐齒輪選用 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 250HBS。45?4.3.1.4 錐齒輪齒數(shù)選擇：選大齒輪齒數(shù) =36，小齒輪齒數(shù) 。1z213/6/.524zi??174.3.2 直齒錐齒輪設(shè)計參數(shù)4.3.2.1 分度圓直徑 ，錐距 R12d、根據(jù)機械設(shè)計手冊表（10-29）選擇分度圓直徑 ， 。190dm?21/90.56dim?齒距 。2222190654.8R????????????????4.3.2.2 平均分度圓直徑取 ，于是平均分度圓直徑0.6R?1(5)90(1.56)3mRd m??????2. 424.3.2.3 錐齒輪齒寬與模數(shù)由機械原理課本表 10-7 知： 取 B=20mm54.081.33RBm?取錐齒輪寬度 H=40mm當(dāng)量齒輪分度圓直徑 16375.2cos.9vdm????2475.8cos6.3mvdm???平均模數(shù) 1cos.72cos3.691.75vdmz?????:于是大端模數(shù) 10.5.06.417Rdmm????4.3.3 直齒錐齒輪的校核（按齒根彎曲疲勞強度校核）4.3.3.1 錐齒輪動載系數(shù) K查課本表 10-2 得 1A?圓周速度 90813.2/60dnVms???由課本圖 10-8 查得動載系數(shù) ；.vK18直齒錐齒輪取 ；1HFK??于是 1AVHK????4.3.3.2 分度圓錐向分力 t錐齒輪轉(zhuǎn)矩 55119.09.0.689716.41dpT Nmn??:圓周力 12764.2.73tmFN??4.3.3.3 齒形系數(shù) 與應(yīng)力校正系數(shù)Y?SY?查課本表 10-5 得 ，2.65F?.8S于是由課本式 10-4 得彎曲疲勞強度合格10.75(10.)04(6)SFdRKYMpbm????????4.3.3.4 錐齒輪主要參數(shù)1236,4,9zB??錐齒輪模數(shù) 1902.536dmmz4.3.3.5 大錐齒輪內(nèi)孔采用內(nèi)花鍵連接，選花鍵規(guī)格為 62837NdDB???194.3.4 直齒錐齒輪設(shè)計效果圖， 如 圖 7 所 示4.4 齒輪齒條的設(shè)計4.4.1 選定傳動類型、精度等級、材料4.4.1.1 傳動類型：根據(jù)傳動方案三，選擇齒輪齒條傳動。4.4.1.2 等級精度：健身洗衣機一般為低速機械，故選用 7 級精度（GB 10095-88） 。4.4.1.3 材料選擇：由課本表 10-1 選擇齒輪選用 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 220HBS；齒45?條選用 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面硬度為 250HBS。45?4.4.2 確定齒輪齒條參數(shù)4.4.2.1 確定齒條往復(fù)運動的距離 S由齒輪轉(zhuǎn)速 n=120r/min，則每秒齒圖 7圖 8 齒輪齒條機構(gòu)運動簡圖20輪轉(zhuǎn) 2 轉(zhuǎn)。根據(jù)波輪式洗衣機洗滌原理：正 3 轉(zhuǎn)，停 1 秒，反 3 轉(zhuǎn)，而錐齒輪的傳動比為 1.5，由此可知齒條輪正 2 轉(zhuǎn)，反 2 轉(zhuǎn)，單個行程轉(zhuǎn) 2 轉(zhuǎn)。如右圖 8 所示： 行程 4Srd?????自由度 13()hFnp??合格25?4.4.2.2 確定各機構(gòu)之間的運動關(guān)系由 得12sinl???11()iSll?于是運動關(guān)系為 21()sin4lr?????4.4.2.3 確定齒輪分度圓直徑 d選齒輪齒數(shù) ，按齒根彎曲強度設(shè)計4z?由課本式 10-5 得彎曲強度的設(shè)計公式為：??32()FaSdYKTmz???4.4.2.3.1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由課本圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 520FEMPa??由課本圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) .8FNK取彎曲疲勞安全系數(shù) 由課本式 10-12 得1.4s???0.8523.7FNEKMPaS???由課本圖 10-8 查得動載系數(shù) ,直齒輪 ，使用系數(shù) .V1F??1AK?由課本圖 10-13 得 , .1.F??d?載荷系數(shù) 213.56AVK??由課本表 10-5 查得 .65;.8FaSaY齒輪轉(zhuǎn)矩 5 49.0.975.21012TNmNm???::于是 =1.56mm??4332 2.6.658()()37FaSdYKmz???21齒輪模數(shù) m 的大小主要由齒根彎曲疲勞強度所決定的承載能力，所以就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值2?4．4.2.3.2 分度圓直徑和齒寬 481dzb????4．4.2.3.3 齒條長度 s、寬度 B 和齒距 P。長度 ，考慮到密封因素，取齒條長 S=350mm2301.4sm??寬度 B=50mm齒距 P= 3.146.28??4.4.2.4 確定 1l的 長 度根據(jù)人機工程學(xué)原理可選 250,6l???由 得：121()sinSl????sin5sin031.420.9m?????4.4.3 齒條設(shè)計效果圖， 如 圖 9 所 示 ：4.5 帶輪軸的設(shè)計與校核4.5.1 帶輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5.1.1 材料、確定各段直徑和寬度材料：選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為 250HBS，查課本表 15-3 取 、??35Mpa??。015A?各軸段直徑的確定：根據(jù)課本式 15-3 得：1330.6820.9Pdmn??圖 922圖 10-a如上圖 10-a 所示： 為四棱柱面，連接腳踏桿，取寬 ， ；17d和 170dm?=175l連接軸瓦和前支架，分別取 ， ；26d和 260dm?=263l連接軸瓦和后轉(zhuǎn)動架，取 ， ；35和 35435連接大帶輪，由帶輪尺寸取 ， ；4 4l齒輪軸一總長 L=10+30+25+50+25+30+15=180mm4.5.1.2 軸上零件的周向定位軸上大帶輪的周向定位采用平鍵連接，查課本表 6-1 查得 平鍵 1 截面 ，3l87bhm??鍵槽用鍵槽銑刀加工，平鍵 1 長為 36mm，為了保證齒輪和軸配合由良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；軸瓦和軸的周向定位是采用過渡配合來保證的，此處選軸76Hn的直徑尺寸公差為 m6。4.5.1.3 確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15-2，取軸端倒角為 ，各軸肩圓角半徑均為145??0.5R4.5.2 帶輪軸的校核4.5.2.1 求輸出軸上的功率 P、轉(zhuǎn)矩 T0.68pk?6410.89.59.57.210pT Nmn????:4.5.2.2 作用在齒輪上的力作用在帶輪上的圓周力為： 41.103.tTFd?徑向力為 0min 79.2()s28.sin641.2rZ N?????作用在帶輪軸上的外力：由人機工程學(xué)原理，95 百分位的人體重男性 75KG，女性 66KG，mm23取 F709.86mgN???因為帶輪軸左右對稱，所以只需校核一邊即可。各段長度 L1=30 L2=27.5 L3=37.5求垂直面的支反力：217.5164.78530rVFN????2164.7856.VrVFN???4.5.3 求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖：32856.7102.5avMFl Nm????:' 31785012.5avMFl Nm????:求水平面的支承力：由 得()HtFll?21.103.49.375Htl?2103.49.538.1Ht??求并繪制水平面彎矩圖：31498aHMFl Nm????:' 3258.27.aHMFl Nm????:求 F 在支點產(chǎn)生的反力：3127.56847.0l?214.61.4F?求并繪制 F 力產(chǎn)生的彎矩圖：323.15.Ml Nm????:' 317.0.2aFMl Nm????:F 在 a 處產(chǎn)生的彎矩： ' 3147.042aFl Nm??:求合成彎矩圖：考慮最不利的情況，把 與 直接相加。'aF2avH?'2 235.81.3aFaVH?????' ''745MNm求危險截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m 處截面最危險，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6??2222()53.(0.6)8.aeT???????:計算危險截面處軸的直徑：因為材料選擇 調(diào)質(zhì)，查課本表 15-1 得 ，查課本表 15-1 得許用彎曲應(yīng)力#4640BMPa?24，則：??190bMPa???333168.015.6.229ebdm????因為 ，所以該軸是安全的。46dd???4.5.4 彎矩及軸的受力分析圖 10-b 如下：圖 10-b4.5.5 鍵的設(shè)計與校核: 根據(jù) ，參考手冊表 4-1,由于 在 范圍內(nèi)，故 軸段上采用鍵430,T72.d?30d?23:4d： , 采用 A 型普通鍵。bh?8鍵 2 校核：為 L1=1.75d3-3=32 綜合考慮取 =36 得l合格 ??.012.7[]6p Mpadl?????4.5.6 帶輪軸的設(shè)計效果圖， 如 圖 10-c 所 示 ：圖 10-c254.6 齒輪軸一的設(shè)計與校核4.6.1 齒輪軸一的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.6.1.1 材料、確定各段直徑材料：選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為 220HBS，查課本表 15-3 取 、??30Mpa??。01A?各軸段直徑的確定：根據(jù)課本式 15-3 得：1330.680915.36Pdmn???圖 11如上圖 11 所示： 面連接軸承，查手冊選軸承 6003，于是取14d和 147dm?=裝大齒輪和小帶輪，分別取23d和 325dm?=0 為軸肩定位，取 ，為了保證各齒輪的配合，取5530m?520.l4.6.1.2 確定各軸段的寬度包括軸承寬度和套筒寬度，取套筒寬度為 11mm，故查手冊取 ；1l 123lm??連接高速大齒輪，查手冊取 =55-2=53mm； 連接小帶輪，查手冊取 =20-2=18mm；2 2l3l 3l連接軸承 6003 和套筒，取套筒長度為 73mm，總長為 85mm.4l齒輪軸一總長 L=23+53+18+85+202.5=381.5mm4.6.1.3 軸上零件的周向定位軸、齒輪和小帶輪的周向定位采用平鍵連接，查課本表 6-1 查得 平鍵 2 截面3l， 平鍵 3 截面 ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，平鍵 2 長為6bhm??2l87bhm??12mm，平鍵 3 長為 45mm，同時為了保證齒輪和軸配合由良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；滾動軸承和軸的周向定位是采用過渡配合來保證的，此處選軸的直徑7Hn26尺寸公差為 m6。4.6.1.4 確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15-2，取軸端倒角為 ，各軸肩圓角半徑均為145??0.5R4.6.2 齒輪軸一的校核4.6.2.1 求輸出軸上的功率 P、轉(zhuǎn)矩 T0.689.53cpkw????64109.561018pT Nmn??:4.6.2.2 作用在齒輪上的力作用在齒輪上的圓周力為： 4123.768.990tTFd??徑向力為 768.97.rtFgtgN????作用在軸一帶輪上的外力： 054?各段長度 L1=48.5 L2=240 L3=93求垂直面的支反力：214079.2.88.5rVFN???21279.3.847VrVFN???4.6.2.3 求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖：3271.avMl m??:' 313.84501.29avMl m??:求水平面的支承力：由 得2()HtFll?2140768.93.8.5HtlFN???21768.93.129.HtFN???求并繪制水平面彎矩圖：31639.1aHMl m??:' 32.240aHMl m??:求 F 在支點產(chǎn)生的反力：3125748.0l N???218579F N??求并繪制 F 力產(chǎn)生的彎矩圖：32391.Ml m??:' 314.5108.7aFMl m???:27F 在 a 處產(chǎn)生的彎矩： 31854.108.97aFMl Nm????:求合成彎矩圖：考慮最不利的情況，把 與 直接相加。'aF2avHM?'2 2.97.3.5aFaVHM???' ''814196Nm??求危險截面當(dāng)量彎矩：從圖可見，m-m 處截面最危險，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6??2222()4.95(0.63).8aeT?????:計算危險截面處軸的直徑：因為材料選擇 調(diào)質(zhì)，查課本表 15-1 得 ，查課本表 15-1 得許用彎曲應(yīng)力# 640BMPa??，則：??160bMPa???33314.8015.7.226ebdm????因為 ，所以該軸是安全的。547add???4.6.3 軸承壽命校核：軸承壽命可由式 進行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以，610()thPCfLhn??查 課本表取 取rPF?,.2,tpf3?按最不利考慮，則有： 2211.8639.1856.rvHFF N???2222479.59rvH N??則 ，因此所該軸承符合要求。6631000()()820.418.6.thPCfLhhn????284.6.4 彎矩及軸的受力分析圖如下：4.6.5 鍵的設(shè)計與校核: 根據(jù) ，參考手冊表 4-1,由于 在 范圍內(nèi)，故 軸段上采用鍵320,T4.6d?320d?17:3d： , 采用 A 型普通鍵。bh?鍵 2 校核：為 L1=1.75d3-3=32 綜合考慮取 =12 得l合格 ??.0.2[]6p Mpadl?????根據(jù) ，參考手冊表 4-1,由于 在 范圍內(nèi)，故 軸段上采用鍵25,34.T?25d?30:2d： , 采用 A 型普通鍵。bh?87鍵 3 校核：為 L1=1.75d2-3=40.75 綜合考慮取= 45 得l合格 ??3.60.51[]548p Mpadl?????4.6.6 齒輪軸一的設(shè)計效果圖， 如 圖 13 所 示 ：圖 13294.7 齒輪軸二的設(shè)計4.7.1 材料、確定各段直徑材料：選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為 220HBS，查課本表 15-3 取 。01A?各軸段直徑的確定：根據(jù)課本式 15-3 得：23300.689.7110.554PdAmn????圖 14如上圖 14 所示： 面連接軸承和套筒，為了平衡軸向力，查手冊選角接觸球軸承14d和7002c，于是取 5m?=分別裝小齒輪和錐齒輪，取 ， 為外花鍵23d和 2d=0 3選花鍵規(guī)格為 ； 為軸肩定位，6837NdDB??5取 ，540m?5l裝配小齒輪：判斷是不是作成齒輪軸： 2d如圖 15 所示：齒根圓直徑 *2()(201.25).6.25fadzhcmm??????由 查手冊 51 頁表 4-1 得：21fetm???1.8t于是： 。216.520.8325236fdt??????所以應(yīng)做成齒輪軸。