機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題 目： 波輪式全自動洗衣機(jī)機(jī)構(gòu) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 姓 名： 龐振偉 班 級： 081411 學(xué) 號： 32 指導(dǎo)教師： 張慧玲 摘 要2003年的北京洗衣機(jī)市場，以海爾雙動力洗衣機(jī)為代表的第四種洗衣機(jī)正在悄悄改變北京洗衣機(jī)市場原有的滾筒、波輪兩強(qiáng)對壘的格局。有關(guān)市場專家在盤點(diǎn)2003年家電市場時發(fā)現(xiàn)，高檔洗衣機(jī)市場50的市場份額都被雙動力型洗衣機(jī)所占據(jù)。除了具有殺菌、消毒功能的保健雙動力洗衣機(jī)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(fèi)者的青睞。專家認(rèn)為，未來洗衣機(jī)的發(fā)展方向?qū)⑹浅暡ㄏ匆聶C(jī)，運(yùn)用超聲波原理振動洗衣，從概念上徹底更新洗衣機(jī)洗滌原理，不再使用洗衣粉，是真正的環(huán)保型洗衣機(jī)。到時，人們不僅從洗衣機(jī)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(xué)洗滌劑的環(huán)境污染問題了。關(guān)鍵字：洗滌 脫水 轉(zhuǎn)速目 錄摘要第1章 緒論11.1 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)目的1第2章 波輪式全自動洗衣機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1波輪式全自動洗衣機(jī)總體結(jié)構(gòu)22.2 進(jìn)水，排水系統(tǒng)32.3傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理72.4機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳動計(jì)算19致謝27參考文獻(xiàn)28波輪式全自動洗衣機(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)目的機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生做那個和運(yùn)用說學(xué)過的機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動控制等方面的知識，獨(dú)立進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，主要目的是：1) 學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案立定，分析與比較的方法。 2) 通過對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握集中典型傳動晚間與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)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(dǎo)軌副等。 3) 通過對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電動機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的位移/速度傳感器；如交流、逼近伺服進(jìn)給系統(tǒng)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，直線光柵等。 4) 通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計(jì)方法和控制軟件的設(shè)計(jì)思路；如控制系統(tǒng)選用原則、CPU選擇、存儲器擴(kuò)展、I/O接口擴(kuò)展、A/D與D/A配置、鍵盤與現(xiàn)實(shí)電路設(shè)計(jì)等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電動機(jī)的控制軟件等、 5) 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。 6) 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)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(jī)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 波輪式全自動洗衣機(jī)總體結(jié)構(gòu) 圖626 波輪式全自動洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu) 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(guān) 9控制面板 10水位控制器 11進(jìn)水電磁閥 12進(jìn)水接頭 13壓力軟管 14貯氣室 15支架 16電動機(jī) 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(jī)中，波輪式洗衣機(jī)占了80%以上。早期生產(chǎn)的波輪式洗衣機(jī)波輪較小，直徑都在165185mm之間，轉(zhuǎn)速為320500r/min?，F(xiàn)在基本都是大波輪洗衣機(jī)，其中又以碟形波輪應(yīng)用最廣，波輪直徑約為300mm，轉(zhuǎn)速約為120300r/min。一般來說，波輪式全自動洗衣機(jī)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(jié)構(gòu)主要由洗滌和脫水系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、電動機(jī)和傳動系統(tǒng)、電氣控制技術(shù)、支承機(jī)構(gòu)等5大部分組成，如圖626所示。波輪式全自動洗衣機(jī)多采用套桶式結(jié)構(gòu)，波輪裝在內(nèi)桶的底部，內(nèi)桶為帶有加強(qiáng)筋和均勻小孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并可繞軸旋轉(zhuǎn)。外桶彈性懸掛于機(jī)箱外殼上，主要用于盛水，并配有一套進(jìn)水和排水系統(tǒng)，用兩個電磁閥控制洗衣機(jī)的進(jìn)、排水動作。外桶的底部裝有電動機(jī)減速離合器，以及傳動機(jī)構(gòu)、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(shí)現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)速的切換。2.2進(jìn)水、排水系統(tǒng)全自動洗衣機(jī)的進(jìn)、排水系統(tǒng)主要由進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥和水位開關(guān)等組成。1、水位開關(guān)水位開又稱為壓力開關(guān)。洗衣機(jī)洗滌桶進(jìn)水時的水位和洗滌桶排水時的狀況是壓力開關(guān)檢測的。當(dāng)洗衣機(jī)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(guān)則發(fā)出供水信號。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定位置時，壓力開關(guān)將發(fā)出關(guān)閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機(jī)工作在排水程序時，若排水系統(tǒng)有故障，水位開關(guān)則發(fā)出排水系統(tǒng)受阻信號。 圖627 水位開關(guān)結(jié)構(gòu)及其水壓軟管傳遞系統(tǒng) （1）結(jié)構(gòu) 波輪式全自動洗衣機(jī)上使用最多的水位開關(guān)是空氣壓力式。如圖627所示。這類壓力開關(guān)按其功能可大致分為氣壓傳感裝置，控制裝置及觸點(diǎn)開關(guān)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(diǎn)開關(guān)由動彈簧8、開關(guān)小彈簧7、動靜觸點(diǎn)組成。其中公共觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)組成動斷觸點(diǎn)。公共觸點(diǎn)COM和常開觸點(diǎn)NO組成動合觸點(diǎn)。動彈簧8是由鈹青銅板制成，其結(jié)構(gòu)如圖628所示。 圖628 動彈簧結(jié)構(gòu) （2）工作原理 當(dāng)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(guān)氣室，水位開關(guān)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(dāng)注水到選定水位時，此時內(nèi)動簧片移動到預(yù)定的平衡位置開關(guān)小彈簧將拉動外動簧片并產(chǎn)生一個向下的推力，使開關(guān)的常閉觸點(diǎn)NC與公共觸點(diǎn)COM迅速斷開，常開觸點(diǎn)與公共觸點(diǎn)閉合從而發(fā)出關(guān)閉水源的信號。排水時當(dāng)水位下降到規(guī)定的復(fù)位水位時，水位產(chǎn)生的壓力減小。壓力彈簧恢復(fù)伸長，推動頂心，使動簧片中的內(nèi)動簧片向下移動，當(dāng)移動到預(yù)定的力平穩(wěn)位置時開關(guān)小彈簧對外動片產(chǎn)生一個向外的推力。使開關(guān)的常開觸點(diǎn)NO與公共觸點(diǎn)COM迅速斷開，常閉觸點(diǎn)NC與公共觸點(diǎn)COM閉合。從而改變控制電路的通斷。 水位開關(guān)的主要技術(shù)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(jī)氣強(qiáng)度機(jī)械式程序控制器AC2203、1.5A7.6KPA歷時1min0.03>1002500V歷時1min微電腦式程序控制器DC610MA 2、進(jìn)水電磁閥 （1） 結(jié)構(gòu) 進(jìn)水電磁閥也稱為進(jìn)水閥或注水閥。其結(jié)構(gòu)如圖629所示。 圖629 進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)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?jiān)诔鏊艿纳隙丝?，將閥關(guān)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(qiáng)增大，導(dǎo)致橡膠閥更緊地壓在泄壓孔上，增加了閥關(guān)閉的可靠性。 當(dāng)進(jìn)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?？刂魄粌?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(jìn)行補(bǔ)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(dāng)控制腔中的水壓降到低于進(jìn)水腔誰呀時，橡膠閥被進(jìn)水腔中的水向上推開，水從進(jìn)水腔直接進(jìn)入出水管，進(jìn)而流入盛水桶。水到位后，由水位開關(guān)切斷進(jìn)水電磁閥線圈的電源，進(jìn)水閥重新關(guān)閉。 3.進(jìn)水電磁閥 排水電磁閥由電磁鐵與排水閥組成，如圖630所示。電磁鐵和排水閥是兩個獨(dú)立的部件，兩者之間以電磁鐵拉桿連接起來。 圖630 排水閥的結(jié)構(gòu)與電磁鐵的裝配關(guān)系 （1） 結(jié)構(gòu) 排水閥是由排水閥座，橡膠閥，內(nèi)外彈簧，導(dǎo)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(zhì)塑料制作的導(dǎo)套。導(dǎo)套內(nèi)裝有內(nèi)彈簧，它一端卡在導(dǎo)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(dǎo)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(jī)械式全自動洗衣機(jī)一般采用交流電磁鐵，而電腦式全自動洗衣機(jī)一般采用直流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)表。交流電磁鐵的主要技術(shù)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(jī)電強(qiáng)度20140.2187-242>1001500V歷時1min40150.35016.50.48直流電磁鐵的主要技術(shù)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(qiáng)度啟動保持40161.70.06200170-220>1001500V歷時1min60161.90.07 (2) 工作原理 洗衣機(jī)處在進(jìn)水和洗滌時，排水閥處于關(guān)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(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu)及其工作原理傳動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、減速離合器組成。套桶式全自動洗衣機(jī)使用一臺電動機(jī)完成洗滌和脫水。洗滌時，波輪轉(zhuǎn)速較低（140200 r/min）；而脫水時，脫水桶轉(zhuǎn)速較高（約800r/min）。因此，要對電動機(jī)1370r/mim的輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)常減速處理，以適應(yīng)兩項(xiàng)工作的不同要求，這主要由洗衣機(jī)的傳動系統(tǒng)來完成，傳動系統(tǒng)的工作示意如圖631所示。 圖631 套桶式全自動洗衣機(jī)傳動系統(tǒng)示意圖 1.電動機(jī)的技術(shù)參數(shù) 電動機(jī)是整個洗衣機(jī)工作的動力來源。我國現(xiàn)階段生產(chǎn)的套筒式洗衣機(jī)大多采用的是電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)，產(chǎn)品遵循中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T37581996家用洗衣機(jī)用電動機(jī) 通用技術(shù)條件。目前常用的電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)技術(shù)參數(shù)如表所示。 表 XD型洗衣機(jī)電動機(jī)技術(shù)參數(shù)XDL90XDS90XDL120XDS120XDL180XDS180XDL250XDS250額定功率/W90120180250額定電壓/V220額定頻率/Hz50滿載時電流/A0.881.11.542.0轉(zhuǎn)速/（rmin-1）1370效率（%）49525659功率因數(shù)0.95堵轉(zhuǎn)電流/A2.02.54.05.5堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/Nm：額定轉(zhuǎn)矩/Nm0.950.90.80.7最大轉(zhuǎn)矩/Nm：額定轉(zhuǎn)矩Nm1.71.71.71.72. 減速離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理早期設(shè)計(jì)的小波輪全自動動洗衣機(jī)的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉(zhuǎn)速相同。新型大波輪全自動洗衣機(jī)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(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。目前應(yīng)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(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)如書插頁的設(shè)計(jì)裝配圖6-32.圖6-33和圖6-34所示。 離合器主要結(jié)構(gòu) 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(zhuǎn)；而洗滌結(jié)束后，脫水軸應(yīng)將帶輪3的高轉(zhuǎn)速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉(zhuǎn)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(dāng)帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉(zhuǎn)時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)彈簧旋松的機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。單向滾針軸承是滾針軸承產(chǎn)品領(lǐng)域中一種科技含量較高的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向截面小。因?yàn)槠渫馊ぷ髅媸切ㄐ?，所以只允許一個方向的轉(zhuǎn)動，可以起到單向離合器的作用。洗衣機(jī)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(dāng)脫水軸5順時針轉(zhuǎn)動時，滾針落入楔形槽的大端中，此時脫水軸課順時針轉(zhuǎn)動；而當(dāng)脫水軸逆時針轉(zhuǎn)動時，滾針則卡緊在楔形槽的小端處，這時脫水軸將無法轉(zhuǎn)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(dāng)脫水軸18順時針旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。剎車裝置外罩9在順時針旋轉(zhuǎn)過程中，剎車扭簧10將被迅速旋緊，強(qiáng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，完成脫水功能。 行星減速器結(jié)構(gòu) 減速器的結(jié)構(gòu)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?yàn)榉ㄌm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(dāng)行星輪繞中心輪公轉(zhuǎn)時，將帶動行星架一起旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)洗滌衣物。 2）工作原理脫水狀態(tài) 減速離合器脫水時的狀態(tài)及裝配關(guān)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(zhuǎn)動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)。由于此時脫水軸5做順時針運(yùn)動，和單向滾針軸承7的運(yùn)動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運(yùn)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(zhuǎn)速，與輸入軸帶動減速器中心輪的轉(zhuǎn)速相同，這樣致使行星輪無法自轉(zhuǎn)而只能公轉(zhuǎn)，從而行星架的轉(zhuǎn)速與脫水軸是一樣的，即使波輪與脫水桶以等速旋轉(zhuǎn)，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(jī)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(jī)輸出轉(zhuǎn)速只經(jīng)帶輪一級減速，所以內(nèi)桶轉(zhuǎn)速較高，約680800r/min。 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(guān)閉，拉桿復(fù)位。這時剎車扭簧16被恢復(fù)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(zhuǎn)復(fù)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(zhuǎn)。大帶輪1帶動輸入軸6轉(zhuǎn)動，經(jīng)行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉(zhuǎn)動，實(shí)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(qū)動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉(zhuǎn)又沿內(nèi)齒圈繞輸入軸公轉(zhuǎn)。因?yàn)樾行禽喒潭ㄔ谛行羌苌?，所以行星輪的公轉(zhuǎn)也將帶動行星架轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。行星減速器的減速比i計(jì)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(jī)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(jī)輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速約為140200r/min。 內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象的解決 洗滌時防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)是設(shè)計(jì)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(zhuǎn)動的水和洗滌物又將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，這就是跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。洗滌時，內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象將減弱洗滌效果并對洗衣機(jī)不利，所以要防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)。因?yàn)閮?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(zhuǎn)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)制動脫水軸隨脫水軸一起旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一個角度，棘爪指向軸心棘爪脫離棘輪，彈簧回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動時更加旋緊在離合套上，起到傳動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)波輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)桶有逆時針方向跟轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，所以內(nèi)桶也就不能轉(zhuǎn)動。但在波輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，單向滾針軸承允許轉(zhuǎn)動的方向與之一致，所以對脫水桶沒有制動作用。當(dāng)波輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，內(nèi)桶有順時針方向跟轉(zhuǎn)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(zhuǎn)摩擦力將剎車帶拉緊，剎車帶對剎車盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生摩擦阻力，這樣就阻止了內(nèi)桶的跟轉(zhuǎn)。剎車裝置工作原理如圖6-41所示。綜合所述，當(dāng)波輪逆時針轉(zhuǎn)動時，依靠單向滾針軸承來防止內(nèi)桶的跟轉(zhuǎn)；當(dāng)波輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，依靠剎車裝置來防止內(nèi)桶的跟轉(zhuǎn)。脫水過程中突然打開洗衣機(jī)上蓋，排水電磁鐵失電，方絲離合彈簧恢復(fù)到洗滌狀態(tài)，由于脫水是順時針旋轉(zhuǎn)，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(jié)構(gòu)和原理大體相同，其結(jié)構(gòu)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(guān)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(zhuǎn)動而跟轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)動。同時，棘爪撥叉25隨制動桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)一個角度，棘爪指向軸心棘爪脫離棘輪，彈簧回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動時更加旋緊在離合套上，起到傳動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方絲離合彈簧被旋緊，隨離合套轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動，起到防止跟轉(zhuǎn)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(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 波輪式全自動洗衣機(jī)的傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容較多，當(dāng)大多數(shù)零部件可以選用而無需進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：方案設(shè)計(jì)、電動機(jī)選用、帶傳動設(shè)計(jì)、行星減速器設(shè)計(jì)等。1. 方案設(shè)計(jì)波輪式洗衣機(jī)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(jī)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(jī)對稱布置,必要時可加平衡塊。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)中給出的內(nèi)桶直徑為400 mm則外桶直徑約為470mm,電動機(jī)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(jī)的洗衣量、電動機(jī)功率、內(nèi)桶直徑等基本參數(shù)，大多數(shù)企業(yè)是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)選用的。表6-15是目前常用的波輪式全自動洗衣機(jī)基本參數(shù)情況，可供設(shè)計(jì)時參考。 表6-15波輪式全自動洗衣機(jī)基本參數(shù)洗衣量/kg電動機(jī)功率/W內(nèi)桶直徑/mm脫水轉(zhuǎn)速/(rmin-1)洗衣轉(zhuǎn)速/(rmin-1)3.81804005207008001203004.52504005207008001203005.02504005207008001203005.53704005207008001203006.0370400520700800120300根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求最大洗衣量為3.8kg，參照表6-15選用電動機(jī)功率為180W，電動機(jī)滿載時轉(zhuǎn)速為1370rmin。3. V帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)閂帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)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(jī)功率P為180W，洗衣轉(zhuǎn)速為180r/min，脫水轉(zhuǎn)速為720r/min，則傳動比為： （1） 計(jì)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(zhuǎn)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(zhǔn)直徑 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑，查表6-16和表6-17，選取=55mm，大于V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑的要求50mm。 V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑槽型Z SPZA SPAB SPBC SPC50 6375 90125 140200 224大帶輪的基準(zhǔn)直徑為：=，按表6-17圓整為=106mm。計(jì)算功率/kW普通V帶選型圖（4）驗(yàn)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(zhǔn)直徑系列基準(zhǔn)直徑帶 型YZSPZASPABSPBCSPCDE外徑5053.2546366.2677174.275757980.58083.28485.58590.59093.29495.595100.5100106112118125132140150103.2115.2128.2104116129136144154105.5111.5117.5123.5130.5137.6145.5155.5132139147157（5）中心距和帶的基準(zhǔn)長度Ld 根據(jù)洗衣機(jī)桶體的安裝尺寸，初取0=140mm，基準(zhǔn)長度： 查表6-18選取和538mm 相近的標(biāo)準(zhǔn)帶的長度Ld為560mm，則實(shí)際中心距為：在安裝時，在結(jié)構(gòu)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(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL基準(zhǔn)長度L d/mmK L普通V帶窄V帶YZABCDESPZSPASPBSPC4501.000.895001.020.915600.946300.960.810.827100.990.820.848001.000.850.860.819001.030.870.810.880.83（6）主動輪上的包角1 （7）帶的根數(shù)z 長度系數(shù)KL、包角系數(shù)K、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、K=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()18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951250.841550.931200.821500.92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(zhuǎn)速400730800980120014602800Z型506371800.060.080.090.140.090.130.170.200.100.150.200.220.120.180.230.260.140.220.270.300.160.250.310.360.260.410.500.56單根普通V帶額定功率的增量 （單位：kW）帶型小帶輪轉(zhuǎn)速傳動比1.001.011.021.041.051.081.091.121.131.181.191.241.251.341.351.511.521.99Z型4007308009801200146028000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.000.000.000.000.010.010.020.000.000.000.010.010.010.020.000.000.010.010.010.010.030.000.000.010.010.010.020.030.000.010.010.010.020.020.030.000.010.010.020.020.020.040.010.010.020.020.020.020.040.010.020.020.020.030.030.04取z=1。（8） 帶的預(yù)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(yù)緊力為：=V帶單位長度的質(zhì)量帶型ZSPZASPABSPBCSPC0.060.070.100.120.170.200.300.37（9）帶傳動作用在軸上的力：4. 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可參考有關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊或機(jī)械設(shè)計(jì)教材。5. 行星減速器設(shè)計(jì)已知洗衣轉(zhuǎn)速為180r/min，脫水轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，因此由洗滌狀態(tài)來進(jìn)行行星減速器的設(shè)計(jì)計(jì)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(zhuǎn)，內(nèi)齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比按以下公式計(jì)算：初選中心輪齒數(shù)，由式計(jì)算得內(nèi)齒圈齒數(shù)。（3） 計(jì)算行星輪齒數(shù) 由于洗衣機(jī)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(jì)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(shí)際傳動比為4，洗衣轉(zhuǎn)速為180r/min。6. 棘爪與棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由于外桶尺寸已定（因內(nèi)桶直徑已知），在方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)棘爪機(jī)構(gòu)。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(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)可參考相關(guān)書籍。參考文獻(xiàn)尹志強(qiáng)，機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 .機(jī)械工業(yè)出版社，2007王冠熙，全自動洗衣機(jī)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(jī)中的運(yùn)用J.設(shè)計(jì)與開發(fā)，2000金洲.洗衣機(jī)的PC智能控制D.南通：南通職業(yè)大學(xué)電子，2004朱喜林，張代治。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M .北京科學(xué)出版社，2004趙松年，李恩光，裴仁清。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M .北京理工大學(xué)出版社，2006