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1、全日制普通本科生毕业设计揉搓式全自动洗衣机设计及仿真AUTOMATIC DESIGN OF RUBBING WASHING MACHINE AND SIMULATION由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706学生姓名：学 号：年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化指导老师及职称：学 部：理工学部提交日期：2012年5月目 录摘要1关键词11 前言22 设计的目的与内容22.1 设计的目的22.2 设计内容32.2.1 旋转机构的设计42.2.2 升降揉搓机构的设计43 洗衣机的工作原理43.1 洗涤原理43.2 漂洗原理43.3 脱水原理5
2、4 洗衣机电动机的选择55 传动部分的设计及计算65.1 带轮的结构设计65.2 带传动设计（一）65.3 带轮传动的设计（二）85.4 螺纹轴的设计计算105.4.1 初步确定轴径105.4.2 螺纹轴的结构设计106 整机的设计156.1 波轮的选用156.2 波轮的参数及性能156.3 洗衣机的底座及外壳166.3.1 洗衣机的底座166.3.2 洗衣机的外壳166.4 桶的结构及其安装167 仿真177.1 绘制及装配177.1.1 双速变极电机的绘制177.1.2 电机的装配187.1.3 内筒、带轮2的绘制187.1.4 对内筒、带轮2、进行装配。197.1.5 升降机构的绘制19
3、7.1.6 升降机构装配207.1.7 总装配207.2 运动仿真的制作218 结论22参考文献22致谢23揉搓式全自动洗衣机设计及仿真 摘 要：现有的洗衣机中最为常见的为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。波轮式洗衣机是依靠波轮的转动来带动衣物和洗涤液进行洗涤；而滚筒式洗衣机是依靠滚筒的连续转动或定时反向来洗涤衣物。由此可看出，这两种类型的洗衣机都是依靠单一的运动方式来洗涤衣物，而在此设计中将这两种洗涤方式揉和起来，将两种运动方式结合起来，增加了衣物在竖直方向上的运动。使衣物既能象在波轮式洗衣机中那样由波轮带动衣物进行洗涤又能象滚筒式洗衣机那样依靠水流的力量洗涤衣物，并且还可以象手洗那样对衣物进行揉
4、搓，集各种洗涤方式于一身，对衣物进行更为彻底的洗涤。由于洗衣机的基本功能是对衣物的洗涤，关键在于进行洗衣程序的控制。所以，本文就洗衣机的机械设计和电器控制进行了探讨，实现揉搓式全自动洗衣机的设计。 关键词：波轮；滚筒；揉搓；全自动 Automatic Design Washing Machine And SimulationAbstract：Existing washing machine, the most common for top loading washing machine and front loading washing machine. The top loading was
5、hing machine pulsator rotation driven by the clothing and the washing liquid for washing; drum type washing machine rely on roller continuous rotation or timed reverse to wash clothes. This can be seen, these two types of washing machines rely on a single mode of motion to wash the clothes in the de
6、sign of these two washing rub together, will combine the two kinds of movement, increased the clothing in the movement in the vertical direction. Clothing both like loading washing machine as driven by the Washing clothes washing can rely on water as the drum type washing machine as the power of was
7、hing clothes, and also as hand wash the clothes rub, set all kinds of washing a more thorough washing of clothes. Since the basic functions of the washing machine washing of clothes, the key is the control of the laundry process. Therefore, the washing machine mechanical design and electrical contro
8、l discussed rub automatic washing machine designKey words：Wheel roller; Drum-type; The rubs; Automatic 1 前言从人类穿上衣服开始，洗衣这项工作变诞生，人类的发展伴随着机械逐渐替代手工，直到十九世纪洗衣机的初形在美国诞生。1874年，美国人比尔布莱克斯托（Bill Black-stone）发明了木制洗衣机，这种洗衣机其实是一只木桶，只是在它的底部装上六只叶片，用手柄和齿轮来传动，使衣物在桶内的肥皂液中翻滚转动，达到洗衣的目的，然而这种洗衣方式并不能使当时的人们满足，人们有进一步对洗衣机加强研究
9、终于在1914年第一台电动洗衣机诞生。随着人类社会的迅速发展，洗衣机的发展也获得重大突破。第二次世界大战之后洗衣机开始作为家用工具进入当时发达国家的家庭，洗衣机的种类也发生了翻天覆地的变化，由当时单一的搅拌式发展为滚筒式、喷流式和波轮式等样式。1953年，英国首先发明了喷流式洗衣机，随后日本三洋公司在喷流式的基础上研制出了波轮立桶式洗衣机。1956年，日本东芝公司制成了第一台全自动波轮式洗衣机。1960三洋公司推出了双缸波轮式洗衣机。现在，在大部分发达国家家用洗衣机的普及率已达到99%，然而我国的洗衣机的发展起步虽晚，但发展却相当快。1979年，我国洗衣机开始投入大批量生产，产量约为一万台。1
10、985年，产量已达到800万台，跃居世界首位。1988年，产量超过1000万台，占世界洗衣机总量的三分之一。现在，我国大中城市的家用洗衣机的普及率已达80%以上，农村已达10%以上。此次设计便是针对现有的洗衣机进行仔细的分类和研究，利用新的原理，并结合现代的控制理论和已有的洗衣机技术，设计出一种新型洗衣机。这种洗衣机类似于传统洗衣机，但它应用了新的设计原理和控制方法，在其性能上又大大高于传统洗衣机。2 设计的目的与内容2.1 设计的目的运用所学的专业知识设计出一台洗衣缸分上缸套和主缸套两部分，洗衣缸内有上、下两个搓揉盘，上搓揉盘与穿过机盖中央部位的压力调节器固定连接，下搓揉盘能随与电动机相连并
11、已经减速机减速的螺旋主轴做上下和旋转运动以搓揉衣物，本实用新型对衣物洗净度高，磨损率低，省时、省水、省电，制造成本低的揉搓式全自动洗衣机。2.2 设计内容现有的洗衣机中最为常见的为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。波轮式洗衣机是依靠波轮的转动来带动衣物和洗涤液进行洗涤；而滚筒式洗衣机是依靠滚筒的连续转动或定时反向来洗涤衣物。由此可看出，这两种类型的洗衣机都是依靠单一的运动方式来洗涤衣物，而在此设计中将这两种洗涤方式揉和起来，将两种运动方式结合起来，增加了衣物在竖直方向上的运动。使衣物既能象在波轮式洗衣机中那样由波轮带动衣物进行洗涤又能象滚筒式洗衣机那样依靠水流的力量洗涤衣物，并且还可以象手洗那样对衣
12、物进行揉搓，集各种洗涤方式于一身，对衣物进行更为彻底的洗涤。由于洗衣机的基本功能是对衣物的洗涤，关键在于进行洗衣程序的控制。所以，本文就洗衣机的机械设计和电器控制进行了探讨，实现揉搓式全自动洗衣机的设计揉搓式洗衣机其结构简图如图1。图1 结构简图Fig 1 Structural diagram主要部件为螺纹轴，波轮轴，下波盘，上波盘，内筒，外桶，传感器，带轮及电机等。2.2.1 旋转机构的设计本次设计的洗衣机的旋转机构如结构简图所示，由电动机1带动小带轮1做旋转运动，带轮又与内筒为紧固连接，内筒与上波轮同样为紧固连接，所以当电动机的转动时就带动内筒和上波轮的转动从而实现旋转。2.2.2 升降揉
13、搓机构的设计升降揉搓机构的设计如结构简图所示，螺纹盘通过销钉与大带轮2连接，螺纹盘安装在螺纹轴上，而螺纹盘又可以通过导轴进行上下移动，电动机通过带轮带动螺纹轴的旋转，螺纹轴带动螺纹盘的上下移动，从而带动波轮轴的上下移动，波轮轴与下拨轮盘为紧固连接所以下波轮盘也上下运动，上下运动的范围又可以由径向传感器来控制，所以当波轮盘上升到一定的高度时下波轮下降。因此内筒与上波轮的转动联合下波轮的升降实现升降揉搓。3 洗衣机的工作原理3.1 洗涤原理其洗涤原理为：电机1带动带轮1，带轮与内筒为紧固连接，内筒做旋转运动，上波盘与内筒盖为紧固连接，所以上盘也做旋转运动。同时，电机带动带轮使螺纹轴转动，是螺纹盘向
14、上运动，并带动波轮轴向上运动，使下波盘推动衣物与旋转的上波盘进行对衣物进行揉搓，从而达到洗净衣物的目的。 上波盘与内筒盖紧固连接，内筒与套通过螺栓紧固连接，大带轮1通过键与套筒连接。主轴通过弹簧和连接件与下波盘连接，连接件上装有轴向和径向传感器。螺纹盘与主轴通过键和螺母紧固连接，螺纹轴通过销钉与大带轮2连接，螺纹盘装在螺纹轴上，螺纹盘可沿导轴进行上下移动。主轴和螺纹盘上下运动的范围可由行程开关决定，行程开关决定了大皮带轮2的转动量，当主轴和下波盘托着衣物顶向上波盘的力大于弹簧的力时，下波盘将向下移动，当该力达到设定的大小时，限位开关（径向传感器）工作，皮带轮2停止转动，螺纹盘停止向上运动，调整
15、限位开关的位置即可改变作用于衣物上挤压力的大小。上下波盘对衣物有一定的挤压力时，上波盘是正反转动，就是对衣物的揉搓。当揉搓力（周向力）过大而使弹簧周向移动一定量时，拨动开关（周向传感器）工作使内筒（上波盘）转动反向。调整拨动开关的长度可改变揉搓力的大小。3.2 漂洗原理本设计为全自动洗衣机，应此洗衣机必须具备漂洗功能。在漂洗方式的选用上，烤炉到经济性、实用性以及结合本设计的设计特点，选用溢水漂洗方式。就是在洗衣机将衣物洗涤完毕后，进水口不断向内桶注入清水，结合内桶旋转以及波轮的揉搓运动，使洗涤液以及污垢从衣物中脱离出来，随着水面不断升高，脱离出的洗涤液和污垢就可以随着水流从溢水口排出，使洗涤液
16、和污垢予衣物脱离，已达到漂洗衣物目的。之所以此种漂洗方式，是考虑到此种洗衣机的洗涤特点，和经济实用型。本洗衣机与其它洗衣机相比，最大的特点就是增加了揉搓功能，因此，在漂洗的时候可以考虑使用此功能。不仅可以大大缩短漂洗环节的时间，而且可以提高衣物的干净程度，同时，也大大的节省了漂洗用水，可谓一举三得。3.3 脱水原理在本洗衣机中与其它洗衣机类似 ，也采用内桶的高速转动，使衣物高速转动起来，使衣物中的水受惯性力的作用甩出衣物，顺着内桶壁上的孔进入外桶排出。4 洗衣机电动机的选择洗衣机在正常工作状态洗涤桶内应装有水和衣物，因此，洗衣机的电动机总是在有负载的条件下运行，由于洗衣机工作时要求波轮正反转，
17、这就要求电动机带载正反频繁起动，洗衣机电动机的负载不能看成恒转矩负载，因为洗衣机的波轮直接接触水和衣物，在起动的初始时刻，阻转矩较小。但是，这个负载又不能简单的看成是风机水泵类负载（与转速的平方成正比的负载特性），由于桶内衣物位置和水流的变化，在正常的工作条件下，负载的大小可能经常发生变化，由于洗衣机的负载特点和工作是频繁起动的需要，对电动机的起动转矩和最大转矩都要求比较高，所以选用双速变极电动机。洗衣机电动机的功率应根据洗衣机的规格而定，洗衣机的规格大小是按每次最大洗涤的衣物重量所配用的电容器来确定的，表1列出了不同规格的洗衣机所配用的电动机的功率。表1 洗衣机所配用的电机Table 1 M
18、otors of the washing machine洗衣机的洗衣量1.5-22-33-44-5（kg）配用电动机90，120120180250（W）配置电容器6，88，1010，1216（） 此次设计以3千克为洗衣量进行设计计算，所以可以选用180W，效率为56%功率因数为0.95。 双速变极电动机是采用改变极数来获得两种速度的电容运转式电动机。接通12级绕组，电动机低速运转，完成洗涤、漂洗功能。接通两极绕组，电动机高速运转，完成脱水功能。主要技术参数如表5所示：表2主要技术参数Table 2 The main technical parameters性能指标2极12极效率(%)3025功
19、率因数0.840.90堵转电流（A）7.01.80最大转矩（N.m）1.01.7最大转矩（N.m）1.82.4温升（K）8080噪音（dB）7460此处已删除7.1.4对内筒、带轮2、进行装配。内筒与带轮为一体做旋转运动，按一般装配要求，端面平齐，轴心线对齐即可。内筒与轴承，轴承固定在支撑板上所以采用connection（销钉）装配如图11。图11 装配图Fig 11 Assembly drawing7.1.5 升降机构的绘制 （1） 用拉伸、螺旋扫描画出螺纹轴如图12。图12 螺纹轴Fig 12 Threaded shaft（2） 用拉伸、旋转、阵列画出波盘如图13。图13 波轮盘Fig 1
20、3 Wave roulette（3） 用拉伸即可画出波轮轴如图14。图14 波轮轴Fig 13 Wave axle7.1.6 升降机构装配首先将螺纹轴采用connection（销钉）装配在支撑板上，再将导轴固定在支撑板上，最后采用connection（滑动杆）将螺纹盘装配在螺纹轴上，即螺纹盘在螺纹盘及导轴作用下可上下移动；将波轮轴、波盘采用一般装配到螺纹盘上如图15。图15 装配图Fig 15 Assembly drawing7.1.7总装配将电机底座、轴承固定在支撑板上且保证带轮在同一水平线上，且将升降机构安装得到总装配asm总图如图16。图16 总装配Fig 16 General asse
21、mbly7.2运动仿真的制作 （1）完成图16示装配后，点击应用程序的机构，即出现图17旋转符号.图17 旋转符号Fig 17 Rotation of the symbols（2）编辑私服电机定义，选定带轮1旋转轴，给定速度。（3）编辑私服电机定义，选定带轮2旋转轴，给定速度。（4）编辑私服电机定义，选定螺纹轴1和2，给定速度，控制螺纹盘作上下运动且限位。确认，完成私服电机编辑。（5）编辑分析定义，选取电动机，试运行，确认。（6）点击回放以前运动的分析，出现动画对话框如图18图18 动画Fig 18 Animation（7）点击开始按钮，将速度调至最大，观察运动情况。（8）、关闭动画对话框，点
22、击保存，完成运动仿真。8 结论 为期两个月的毕业设计已经结束，通过这次毕业设计让我受益匪浅，不管是知识还是求知精神都得到很大提升，动手能力也得到锻炼。在设计的初期遇到过很多的困难，甚至不知从何下手，无奈之下恶补很多机械设计方面的知识，也对已学的知识进行了系统的的复习，并在期间寻求了老师的悉心帮助，在这些前提下初期的困难都得到了很好的解决，从中明白了万事开头难，只要静心下来有毅力的坐下去总会得到你要的结果。设计的中后期，面对复杂的设计计算，大量图纸一度感到迷惘，计算总是出错，有些连公式都太了解，于是只能拿着设计手册逐步地仔细计算，对有些数据进行了查表查阅，在不断的实践和探索中磕磕绊绊的完成了设计
23、，这些都让我颇有收获，让我体验到面对任何事情都不能不耐烦，须有毅力和恒心方能完成。最后，这次设计不仅是对我大学四年的学习陈果的一次检验也是对我的工作、学习态度的一次检查，通过此次设计让我对专业知识有了更深了解为以后的实际工作做了铺垫。参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计M.高等教育出版社，200.2 孙恒，陈作模.机械原理M.高等教育出版社，2001.3 高钟毓.机电一体化设计M.北京:机械工业出版社，2000.9.4 杨可桢，陈光蕴.机械设计基础M.北京:高等教育出版社，2001.4.5 赫桐生.理论力学M.北京:高等教育出版社，1982.6 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社，1
24、997.7 王先逵.机械制造工艺学M.机械工业出版社，2006.5.8 刘鸿文.材料力学.第四版M.高等教育出版社，2004.9 朱张校.工程材料.第三版M.清华大学出版社，2001.1.10 张建民,唐水源,冯淑华.机电一体化系统设计.第二版M.北京:高等教育出版社.11 马贤智.机械安全基本概念与设计通则应用指南J.北京:中国计量出版社，1996.12 陈秀宁.机械设计基础.第二版M.杭州:浙江大学出版社，1999.13 冯炳尧.模具设计与制造简明手册M.上海科学技术出版社，1985.14 梁炳文.钣金冲压工艺手册M.国防C业出版社，1989.15 Orlov P .Fundamental
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