波轮式全自动洗衣机机电系统设计

2.洗衣机简介 2.1 全自动洗衣机特点
全自动洗衣机有多种洗涤程序，工作时间可任意调节，工作状态及洗、脱时 间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低压自动保护功 能，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管确保安全。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通 过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使 排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、 反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程 学院（系、部） 2013 ~ 2014 学年第 一 学期
课程名称 机电一体化系统设计
指导教师 孙晓 职称 教授
学生姓名
李侃
专业班级 机械工程 1001 班
学号
10405700835
题目
波轮式全自动洗衣机机电系统设计
成绩
起止日期 2013 年 12 月 23 日～ 2013 年 12 月 29 日
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
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高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止 按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。
2.2 洗衣机工作原理概述
全自动洗衣机已经是普及的家用电器,目前的家用洗衣机都采用单片机进行 控制。该控制对象具有如下功能：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水 桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水 （甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。洗衣机的进水和排水 分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将 水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由 同一台电动机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶 （内桶）。电磁离合器失电时，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤； 电磁离合器得电时，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水 位高低分别由高低水位开关进行检测，启动按钮用来启动洗衣机工作。
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1.课程设计的任务
设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统，要求最大洗衣质量为 3.8kg，内 筒直径为φ440mm，洗衣机转速约为 140～200r/min，脱水转速约为 700～ 800r/min.要求具有自动调节水位、根据衣服种类设定洗涤模式、自动进水、排 水和自动脱水等功能。
硬件设计： 主要是传动系统结构（减速离合器）的各部分原理，零件尺寸的选择，以及 可实现的功能 软件设计： 全自动洗衣机的功能要求：强弱洗功能；4 种洗衣程序（标准、经济、单独、 排水）；进排水系统故障自动诊断功能；脱水期间安全保护和防震功能；间歇驱 动方式；暂停功能；声光显示功能 硬件电路设计（protel 上机绘图） 控制程序设计
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摘要
2003 年的北京洗衣机市场，以海尔双动力洗衣机为代表的第四种洗衣机 正在悄悄改变北京洗衣机市场原有的滚筒、波轮两强对垒的格局。有关市场专家 在盘点 2003 年家电市场时发现，高档洗衣机市场 50％的市场份额都被双动力型 洗衣机所占据。除了具有杀菌、消毒功能的保健双动力洗衣机之外，不用洗衣粉 的环保双动力、能够洗涤羊绒等高档衣料的变速双动力等产品也受到了消费者的 青睐。专家认为，未来洗衣机的发展方向将是超声波洗衣机，运用超声波原理振 动洗衣，从概念上彻底更新洗衣机洗涤原理，不再使用洗衣粉，是真正的环保型 洗衣机。到时，人们不仅从洗衣机里拿出衣服就能穿，而且完全不用考虑清洗剂 会对衣料带来的损害，更不存在化学洗涤剂的环境污染问题了。
2.1 全自动洗衣机特点 ..............................................3 2.2 洗衣机工作原理概述 ............................................4 3. 传动方案讨论 ................................................... 4 4.传动系统的设计计算 .............................................. 6 4.1 减速离合器的结构和工作原理简介 ................................6 4.2 减速离合器零部件的计算与选择 .................................12 4.3 减速离合器零件装配图 .........................................20 5.进/排水系统结构原理简介 ........................................ 20 5.1 进水电磁阀的结构及工作原理 ...................................21 5.2 排水电磁阀的结构及工作原理 ...................................22 5.3 水位开关控制原理 .............................................23 6.控制系统的设计 ................................................. 26 6.1 控制芯片的选择 ...............................................26 6.2 程序框图 .....................................................26 6.3 电气控制图 ...................................................28 心得体会 ......................................................... 29 参考文献 ......................................................... 30 附录 ............................................................. 31
一、设计的主要技术参数
具体要求见课程设计指导书
内 二、设计任务
容
完成波轮式全自动洗衣机传动机构图、控制系统原理图及设计说明书一份
及 三、设计工作量
任
机械图 1 张，控制系统原理图 1 张，说明书不少于 6000 字
务
起止日期
工作内容
讲解设计目的、要求、方法，任务分工
进
12.23
制定设计方案、绘制草图
(1) 洗 衣 程 序 转子转动，通过减速 转，此时电磁制动装
时，洗衣电机通电， 器使内轴减速旋 置处于制动状态。
(2) 脱 水 程 序
时,洗衣电机不通
电，脱水电机通电，转子转动，使外轴与转子等速旋转，此时电磁制动装置处
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于不制动状态。 (3) 当洗衣机处于脱水状态时，如人为打开机盖，则通过连动开关使电机
4.传动系统的设计计算 4.1 减速离合器的结构和工作原理简介
图 7（1）
图 7（2）
新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能，称为减速离合 器。目前应用最为广泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合 器。
基本结构
(分为离合器与行星减速器)
①离合器主要结构如图 7(1) (2)所示。离合器中部有两根轴：输入轴 l
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和脱水轴 l8。离合套 20 和带轮 3 被螺母 2 固定在输人轴 1 上，由于方轴与方 孔的紧密配合，从而带轮 3、输入轴 I 和离合套 20 联成了一体。输人轴 1 的 下端加工成四方形，与之相配的带轮 3 和离合套 20 的内孔也是方形。输入轴 1 的上端加工成齿形花键，和行星减速器的中心轮内孔配合联接。
3.传动方案讨论 3.1 传动方案一
方案一采用电机直接驱动，这是一种洗衣机专用电机，洗衣机专用电机除
了起到电机的作用，还起到离合器的作用。其结构组成为：主要由内轴、外轴、
单向轴承、电磁制动装置（制动装置有多种形式，这里只是设定其中一种）、
减速器、脱水电机、
洗衣电机等部分组
成。
洗衣机专用电
机的工作原理是：
输入轴 l 的外部是脱水轴 18。在衣服洗涤时，脱水轴静止不转；而洗涤
图8 结束后，脱水轴应将带轮 3 的高转速直接传递给脱水桶，完成脱水功能。 这种转换功能是由方丝离合弹簧 4 完成的。方丝离合弹簧的形状呈锥形，上端 几圈的直径比下端略小一些。由于脱水轴 18 和离台套 20 的外径比方丝离合弹 簧的内径略大，在自由状态时，方丝离合弹簧就抱紧在离合套 20 和脱水轴 18 的外壁上。当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时，通过方丝离合弹簧就将 带轮 3 的转动由离合套 20 传递到脱水轴 18，这就是“合”时的脱水状态。在 洗涤时，可以将方丝离合弹簧向反方向旋松，使其内径变大，从而与离合套 20 脱离接触，这就是“离”时的洗涤状态。实现弹簧旋松的机构是棘轮棘爪 装置，图 8 是其工作原理简图。方丝离合弹簧下端的弹簧卡 2 卡在棘轮 3 的内 槽中，通过棘爪 5 的摆动使棘轮 3 转动，从而带动方丝离合弹簧向旋松方向转 动。 图 7 中的 8 是单向滚针轴承部件，它的内圈与图 7 脱水轴 18 相接触，它 的外圈与齿轮轴承座过盈配合成一体，齿轮轴承座嵌在支撑架 19 中，支撑架
学
号
10405700835
成
绩
指 导 教 师 (签 字 )
机械工程学院（部） 2013 年 12 月 29 日
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目录
摘要 .............................................................. 2 洗衣机说明书 1. 课程设计的任务 ................................................. 3 2. 洗衣机简介 ..................................................... 3
断电，同时使电磁制动装置处于制动状态，使脱水桶停止转动，从而达到有关 安全标准要求。
其优缺点为： （1）优点 重量集中在中心因而不需要装置平衡块，内外轴旋转转换直 接由电机实现，不需要拉动离合器手柄的牵引器。减少摩擦，降低噪声及延长 使用期，使洗衣机装配程序大大简化，使洗衣机容易维修。 （2）缺点 对制造要求相对较高，制造成本也相对较高，国内对这种机 型的制造较少，普及面不高。
3.2 传动方案二
传动方案二属于间接驱动方式，通过普通电机，一般为单相异步交流电机 通过一级皮带传动带动离合器工作，以实现洗衣和脱水。
其基本工作原理为: (1) 洗衣程序时，电机通过皮带带动离合器皮带轮转动，使离合器内轴 （输入轴）作减速旋转，此时外轴（脱水轴）处于制动状态，离合器离合弹簧 处于“分”的状态。 (2) 脱水程序时，控制方丝离合弹簧的棘爪开始工作，使离合弹簧处于 “合”的状态。然后电机带动离合器皮带轮旋转，使离合器外轴与与离合器皮 带轮作等速旋转 其优缺点为： (1) 优点 制造成本和制造精度相对较低，价格便宜，国内这种类型的洗 衣机普及面广，制造工艺成熟，零部件易更换维修。 (2) 缺点 洗衣机的驱动系统结构复杂、工作效率低、转速不稳定、启动 电流大、故障率比较高、控制精度低；在结构设置上，洗衣机的电机轴与滚筒
度 安
12.24~35
设计方案审核、修改 绘制传动机构装配图
排
12.26~27
绘制控制系统原理图
12.28
编写设计说明书
12.29
答辩
主 1、尹志强，机电一体化系统设计课程设计指导书，机械工业出版社，2008.3 要 2、姜培刚 盖玉先编，机电一体化系统设计，机械工业出版社，2003.9 参 考 资 料
指 导 教 师 （签字）： 系 （ 教 研 室 ） 主 任 （ 签字）：
2013 年 12 月 18 日 2013 年 12 月 18 日
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Байду номын сангаас
机电一体化设计
设计说明书
波轮式全自动洗衣机机电系统设计
起止日期： 2013 年 12 月 23 日 至 2013 年 12 月 29 日
学生姓名
李侃
班
级
机工 1001
目录清单
序号 1 2 3
材料名称 课程设计任务书 课程设计说明书
课程设计图纸
资料数量
备注 张
1
湖南工业大学
课程设计任务书
2013—2014 学年第一学期
机械工程 学院（系、部） 机械工程及其自动化 专业 1001 班级 课程名称： 机电一体化系统设计 设计题目： 波轮式全自动洗衣机机电系统设计
完成期限：自 2013 年 12 月 23 日至 2013 年 12 月 29 日共 1 周
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的几何中心轴不可能同轴（需要皮带减速），处于偏置状态，而正是这种“偏 置”，造成了洗衣机在工作时会出现振动，难以平衡的问题。所以，迫使我们 不得不增加平衡块，以抑制整个机体工作时的振动和噪音。
3.3 传动方案的选择
经过小组成员深入讨论对比了各方案，考虑到传动系统的设计和制造难度、 制造成本、通用性、互换性、工艺性、维修便捷性，选用方案二的传动系统。 下面将对方案二的传动系统具体组成结构和原理作详细分析。