機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
機(jī)電一體化
課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
題 目： 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)
機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院 系： 裝備制造工程分院
專(zhuān) 業(yè)：
班級(jí)學(xué)號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
30
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………1
第一章 緒論………………………………………………………………………2
1.1 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)目的 ………………………………………………………………2
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) …………………………………………………………………………………2
第二章 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………3
2.1 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)總體結(jié)構(gòu) …………………………………………………………3
2.2 進(jìn)水排水系統(tǒng) ……………………………………………………………………………3
2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 ………………………………………………………………7
2.4 機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算…………………………………………………………………14
第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………20
3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能要求………………………………………………………………20
3.2 硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………21
3.3 控制程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………22
總 結(jié)…………………………………………………………………………24
致 謝…………………………………………………………………………26
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………27
摘 要
從目前的洗衣機(jī)市場(chǎng)來(lái)看，洗衣機(jī)分為三種類(lèi)型：波輪機(jī)、滾筒機(jī)以及攪拌機(jī)，但目前國(guó)內(nèi)賣(mài)場(chǎng)上以波輪機(jī)和滾筒機(jī)為主，攪拌機(jī)很少在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)。
波輪洗衣機(jī)，20世紀(jì)五六十年代出現(xiàn)于日本的波輪洗衣機(jī)。目前是我國(guó)人民最了解，市場(chǎng)占有率最高的洗衣機(jī)種類(lèi)。特點(diǎn)：耗水量大價(jià)格低
滾筒洗衣機(jī)，發(fā)源于歐洲，是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計(jì)，利用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械 做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運(yùn)動(dòng)，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。特點(diǎn)：耗電量大磨損小
攪拌洗衣機(jī)，攪拌式洗衣機(jī)先于波輪式洗衣機(jī)出現(xiàn)。全自動(dòng)攪拌式洗衣機(jī)發(fā)源于美國(guó)，在美國(guó)流行，但在中國(guó)很難見(jiàn)到。它與波輪洗衣機(jī)最大的區(qū)別就是波輪旋轉(zhuǎn)只有270度，不像波輪洗衣機(jī)的波輪是旋轉(zhuǎn)360度。特點(diǎn)：洗凈度好耗水多
未來(lái)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(dòng)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(shí)，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(huì)對(duì)衣料帶來(lái)的損害，更不存在化學(xué)洗滌劑的環(huán)境污染問(wèn)題了。
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(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生做那個(gè)和運(yùn)用說(shuō)學(xué)過(guò)的機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等方面的知識(shí)，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(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握集中典型傳動(dòng)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(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副等。
3) 通過(guò)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動(dòng)方式，學(xué)會(huì)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(xiàn)光柵等。
4) 通過(guò)對(duì)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(chǔ)器擴(kuò)展、I/O接口擴(kuò)展、A/D與D/A配置、鍵盤(pán)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(dòng)機(jī)的控制軟件等、
5) 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。
6) 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫(xiě)科技論文的能力。
1.2設(shè)計(jì)任務(wù)
任務(wù)：設(shè)計(jì)一種波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)，要求最大洗衣質(zhì)量為3.8kg，內(nèi)桶直徑為φ400mm，洗衣轉(zhuǎn)速約為140～200r／min，脫水轉(zhuǎn)速約為700～800r／min。要求具有自動(dòng)調(diào)節(jié)水位、根據(jù)衣服種類(lèi)設(shè)定洗滌模式、自動(dòng)進(jìn)水、排水和自動(dòng)脫水等功能。
第二章 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)總體結(jié)構(gòu)
目前在我國(guó)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165～185mm之間，轉(zhuǎn)速為320～500r／min。現(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120～300r／min。
一般來(lái)說(shuō)，波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)具有洗滌、脫水、水位自動(dòng)控制，以及根據(jù)不同衣物選擇洗滌方式和洗滌時(shí)間等基本功能，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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、支承機(jī)構(gòu)等5大部分組成，如下圖所示。
1排水管 12進(jìn)水接頭
2溢水管 13壓力軟管
3吊桿 14貯氣室
4脫水桶（內(nèi)桶）15支架
5盛水桶（外桶）16電動(dòng)機(jī)
6水衡環(huán) 17離合器
7蓋板 18波輪
8安全開(kāi)關(guān) 19脫水軸
9控制面板 20排水電磁閥
10水位控制器 21法蘭盤(pán)
11進(jìn)水電磁閥 22脫水孔
2.2進(jìn)水、排水系統(tǒng)
全自動(dòng)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(kāi)關(guān)等組成。
1.水位開(kāi)關(guān)
水位開(kāi)關(guān)又稱(chēng)壓力開(kāi)關(guān)。洗衣機(jī)洗滌桶進(jìn)水時(shí)的水位和洗滌桶排水時(shí)的狀況是由壓力開(kāi)關(guān)檢測(cè)的。當(dāng)洗衣機(jī)工作在洗絳或漂洗程序時(shí)，若桶內(nèi)無(wú)水或水量不夠，壓力開(kāi)關(guān)則發(fā)出供水信號(hào)。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)將發(fā)出關(guān)閉水源的信號(hào)。微電腦全自動(dòng)洗衣機(jī)工作在排水程序時(shí)，若排水系統(tǒng)有故障，水位開(kāi)關(guān)則發(fā)出排水系統(tǒng)受阻信號(hào)。
(1)結(jié)構(gòu) 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)上使用最多的水位開(kāi)關(guān)是空氣壓力式，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。這類(lèi)壓力開(kāi)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(kāi)關(guān)三部分。
氣壓傳感裝置由氣室11、橡膠膜10、塑料盤(pán)9、頂心6等組成；控制裝置由壓力彈簧4、導(dǎo)套2、調(diào)壓螺釘3、杠桿l和凸輪5等組成；觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)由動(dòng)簧片8、開(kāi)關(guān)小彈簧7、動(dòng)靜觸點(diǎn)組成，其中公共觸點(diǎn)COM和常閉觸點(diǎn)NC組成動(dòng)斷觸點(diǎn)，公共觸點(diǎn)COM和常開(kāi)觸點(diǎn)NO組成動(dòng)合觸點(diǎn)。動(dòng)簧片8是由鈹青銅板制成，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。
圖2-1水位開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)及其水壓傳遞系統(tǒng)
1杠桿
2導(dǎo)套
3調(diào)壓螺釘
4壓力彈簧
5凸輪
6頂心
7開(kāi)關(guān)小彈簧
8動(dòng)簧片
9塑料盤(pán)
10橡膠模
11氣室
12壓力軟管
在內(nèi)動(dòng)簧片和外動(dòng)簧片的a、b點(diǎn)安裝一個(gè)小彈簧，即圖2中的開(kāi)關(guān)小彈簧7。
c點(diǎn)為內(nèi)動(dòng)簧片的力驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，位于頂心和塑料盤(pán)的軸心線(xiàn)上。
圖2-2觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)
(2)工作原理 當(dāng)水注入內(nèi)桶時(shí)，氣章很快被封閉。隨著水位上升，封閉在氣室內(nèi)的空氣壓力也不斷提高，壓力經(jīng)軟管12傳到水位開(kāi)關(guān)氣室11，水位開(kāi)關(guān)氣室ll內(nèi)的空氣壓力向上推動(dòng)橡膠膜10和塑料盤(pán)9，推動(dòng)動(dòng)簧片8中的內(nèi)動(dòng)簧片向上移動(dòng)，壓力彈簧4被壓縮。當(dāng)注水到了選定水位時(shí)，此時(shí)內(nèi)動(dòng)簧片移動(dòng)到預(yù)定的力平衡位置，開(kāi)關(guān)小彈簧7將拉動(dòng)外動(dòng)簧片，并產(chǎn)生一個(gè)向下的推力，使開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)NC與公共觸點(diǎn)COM迅速斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)NO與公共觸點(diǎn)COM閉合，從而發(fā)出關(guān)閉水源信號(hào)。
排水時(shí)，當(dāng)水位下降到規(guī)定的復(fù)位水位時(shí)，水位產(chǎn)生的壓力減小，壓力彈簧4回復(fù)伸長(zhǎng)，推動(dòng)頂心6，使動(dòng)簧片8中的內(nèi)動(dòng)簧片向下移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到預(yù)定的力平穩(wěn)位置時(shí)，開(kāi)關(guān)小彈簧7對(duì)外動(dòng)簧片產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，使開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)N0與公共觸點(diǎn)COM迅速斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)NC與公共觸電C0M閉合，從而改變控制電路的通斷。
2.進(jìn)水電磁閥
(1)結(jié)構(gòu) 進(jìn)水電磁閥也稱(chēng)為進(jìn)水閥或注水閥，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
圖2-3進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)圖
1金屬過(guò)濾網(wǎng)
2閥座
3導(dǎo)磁鐵框
4線(xiàn)圈
5小彈簧
6鐵心
7小橡膠塞
8塑料盤(pán)
9橡膠閥
(2)工作原理 電磁閥線(xiàn)圈4斷電時(shí)，鐵心6在自重和小彈簧5作用下下壓，使鐵心6下端的小橡膠塞7堵住泄壓孔B，此時(shí)如果有水進(jìn)入進(jìn)水腔I，水便由加壓孔A進(jìn)入控制腔Ⅱ，使控制腔Ⅱ內(nèi)水壓逐漸增大，最終使橡膠閥9緊壓在出水管的上端口上，將閥關(guān)閉。同時(shí)．因鐵心6上面空間與控制腔Ⅱ相通，控制腔Ⅱ內(nèi)水壓的增大還會(huì)使鐵心6上面空間氣體壓強(qiáng)增大．導(dǎo)致橡膠閥9更緊地壓在泄壓孔B上，增加了閥關(guān)閉的可靠性。
當(dāng)進(jìn)水電磁閥線(xiàn)罔4通電后，產(chǎn)生的電磁吸力將鐵心6向上吸起，泄壓孔B被打開(kāi)?？刂魄虎騼?nèi)的水迅速?gòu)男箟嚎譈中流入出水管，同時(shí)經(jīng)加壓孔A流人控制腔Ⅱ的水又進(jìn)行補(bǔ)充。但由于加壓孔A比泄壓孔B小，使控制腔Ⅱ內(nèi)的壓力迅速下降。當(dāng)控制腔Ⅱ中的水壓降到低于進(jìn)水腔I水壓時(shí)，橡膠閥9被進(jìn)水腔I中的水向上推開(kāi)，水從進(jìn)水腔Ⅰ直接進(jìn)入出水管，進(jìn)而流人盛水桶。水到位后，由水位開(kāi)關(guān)切斷進(jìn)水電磁閥線(xiàn)圈4的電源，進(jìn)水閥重新關(guān)閉。
3.排水電磁閥
1排水閥座 13銜鐵
2橡膠閥 14開(kāi)口銷(xiāo)
3內(nèi)彈簧 15外桶
4外彈簧 16擋套
5導(dǎo)套 17剎車(chē)扭簧伸出端
6閥蓋
7電磁鐵拉桿
8銷(xiāo)釘
9基板（鐵墊圈）
10微動(dòng)開(kāi)關(guān)壓鈕
11引線(xiàn)端子
12排水電磁鐵
排水電磁閥由電磁鐵與排水閥組成，如圖2-4所示。電磁鐵和排水閥是兩個(gè)獨(dú)立的部件，兩者之間以電磁鐵拉桿聯(lián)接起來(lái)。
圖2-4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1、橡膠閥2、內(nèi)外彈簧3與4、導(dǎo)套5和閥蓋6等組成。排水閥門(mén)采用橡膠材料制成，內(nèi)有一個(gè)由硬質(zhì)塑料制作的導(dǎo)套5。導(dǎo)套5內(nèi)裝有內(nèi)彈簧3，它一端卡在導(dǎo)套左邊槽口，另一端鉤掛在電磁鐵拉桿7上，內(nèi)彈簧3處于拉緊狀態(tài)。在導(dǎo)套5外裝有一個(gè)外彈簧4，它的剛度比內(nèi)彈簧3小,它的一端與閥蓋6接觸．另一端與導(dǎo)套5的基座接觸．外彈簧4處在壓縮變形狀態(tài)。
電磁鐵有交流和直流兩種，機(jī)械式全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用交流電磁鐵，而電腦式全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用直流電磁鐵。交流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示，直流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。
表2-2直流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)
表2-1交流電磁鐵的主要技術(shù)參數(shù)
(2)工作原理 洗衣機(jī)處在進(jìn)水和洗滌時(shí)，排水閥處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)主要由外彈簧4把橡膠閥2緊壓在排水閥座1的底部。
排水時(shí)，排水電磁鐵通電工作，銜鐵13被吸入，牽動(dòng)電磁鐵拉桿7。由于拉桿7位移，在它上面的擋套16撥動(dòng)制動(dòng)裝置的剎車(chē)扭簧伸出端17，使制動(dòng)裝置處于非制動(dòng)狀態(tài)(脫水狀態(tài))。另一方面隨著電磁鐵拉桿7的左端離開(kāi)導(dǎo)套5，外彈簧4被壓縮，使排水閥門(mén)打開(kāi)正常排水時(shí)，橡膠閥2離開(kāi)排水閥座l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(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理
傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、減速離臺(tái)器組成。套桶式全自動(dòng)洗衣機(jī)使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)完成洗滌和脫水工作。洗滌時(shí)，波輪轉(zhuǎn)速較低(140～200r/min)；而脫水時(shí)，脫水桶轉(zhuǎn)速較高(約800r／min)。因此，要對(duì)電動(dòng)機(jī)1370r／min的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速處理，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(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成，傳動(dòng)系統(tǒng)的工作示意如圖2-5所示。
圖2-5 套桶式全自動(dòng)洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
圖2-5 套桶式全自動(dòng)洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
1.電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)
電動(dòng)機(jī)是整個(gè)洗衣機(jī)工作的動(dòng)力來(lái)源。我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)的套桶
式洗衣機(jī)大多采用的是電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品遵循中華人民共和
國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T3758-1996《家用洗衣機(jī)用電動(dòng)機(jī)通用技術(shù)條
表2-3XD型洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)
件》。目前常用的電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2-3所示。
2.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(dòng)洗農(nóng)機(jī)的離合器沒(méi)有減速功能，故洗滌和脫水轉(zhuǎn)速相同。新型大波輪全自動(dòng)洗衣機(jī)的離合器都具有洗滌減速功能，稱(chēng)為減速離合器，其種類(lèi)很多，但主要結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。目前應(yīng)用最為廣泛的有兩種：?jiǎn)蜗蜉S承式減速離合器與帶制動(dòng)式減速離合器。
(1)單向軸承式減速離合器
1)基本結(jié)構(gòu)
?、匐x合器主要結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。離合器中部有兩根軸：輸入軸l和脫水軸l8。輸人軸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固定在輸人軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸I和離合套20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。
圖2-6全自動(dòng)洗衣機(jī)離合器的結(jié)構(gòu)
1.輸入軸
2.螺母
3.帶輪
4.方絲離合彈簧
5.棘輪
6.棘爪
7.撥叉
8.單項(xiàng)滾輪軸承
9.叉車(chē)裝置外罩
10.叉車(chē)扭簧
11,12密封圈
13.支架
14.離合器外罩
15.剎車(chē)帶
16.剎車(chē)盤(pán)
17.十字軸套
18.脫水軸
19..支撐架
20離合套
21.拉桿
輸入軸l的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時(shí)，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和離臺(tái)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(shí)，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(dòng)離合套向彈簧旋緊方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)方絲離合彈簧就將帶輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是“合”時(shí)的脫水狀態(tài)。在洗滌時(shí)，可以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(shí)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2-7是其工作原理簡(jiǎn)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(guò)棘爪5的擺動(dòng)使棘輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)方絲離合彈簧向旋松方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2-7棘輪棘爪裝置
圖2-7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(guò)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l8只能向一個(gè)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危灾辉试S一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)．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2-8所示，它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開(kāi)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾針落入楔形槽的大端中，此時(shí)脫水軸可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；而當(dāng)脫水軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾針則卡緊在楔彤槽的小端處，這時(shí)脫水軸將無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2-8單向滾針離合器的工作原理
1支撐架
2齒輪軸承座
3滾針保持架
4輸入軸
5脫水軸
6滾針
7軸承外圈
8螺栓
在圖2-6中，剎車(chē)裝置外罩9、剎車(chē)扭簧lO、剎車(chē)帶15、剎車(chē)盤(pán)16和十寧軸套17等組圖2-9 脫水工作狀態(tài)示意圖
成了脫水軸18的剎車(chē)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(chē)盤(pán)16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車(chē)盤(pán)16和脫水軸18聯(lián)成了一體。剎車(chē)裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙配合，它對(duì)脫水軸的作用由剎車(chē)扭簧10控制。剎車(chē)扭簧10套裝在剎車(chē)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(gè)方孔中，由排水電磁鐵帶動(dòng)拉桿控制其狀態(tài)。洗滌時(shí)，排水電磁鐵斷電，剎車(chē)扭簧處于自由旋緊的狀態(tài)。當(dāng)脫水軸18順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于剛性剎車(chē)帶15緊緊抱住剎車(chē)盤(pán)16，而其一端又卡在剎車(chē)裝置外罩9的方槽中，所以剎車(chē)盤(pán)、剎車(chē)帶以及剎車(chē)裝置外罩9都將一起順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。剎車(chē)裝置外罩9在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，剎車(chē)扭簧10將被迅速旋緊，強(qiáng)大的摩擦力使剎車(chē)裝置外罩9無(wú)法動(dòng)作，此時(shí)剎車(chē)帶15和剎車(chē)盤(pán)16將發(fā)生劇烈摩擦，對(duì)脫水軸18產(chǎn)生制動(dòng)作用，防止脫水桶產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
1大帶輪
2離合器
3方絲離合彈簧
4棘輪
5脫水軸
6輸入軸
7單項(xiàng)滾針軸承
8剎車(chē)裝置
9法蘭盤(pán)
10減速器
11波輪
12內(nèi)桶
13緊固螺釘
14外桶
15密封圈
16剎車(chē)扭簧
17離合器外罩
18棘爪
脫水工作狀態(tài)如圖2-9所示，排水閥通電，排水電磁鐵帶動(dòng)拉桿使剎車(chē)扭簧處于放松狀態(tài)。由于剎車(chē)裝置外罩9在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，與旋松的剎車(chē)扭簧之間可以自由滑動(dòng)，剎車(chē)不起作用，因此剎車(chē)裝置外罩9、剎車(chē)盤(pán)16、剎車(chē)帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉(zhuǎn)，完成脫水功能。 狀態(tài)，這時(shí)也就抱緊了離合套2。大帶輪l在脫水時(shí)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會(huì)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(shí)脫水軸5做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，和單向滾針軸承7的運(yùn)動(dòng)方向一致，因此單向滾針軸承7對(duì)它的運(yùn)動(dòng)無(wú)限制。由于脫水軸5通過(guò)鎖緊塊與法蘭盤(pán)9聯(lián)接，而內(nèi)桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤(pán)9上，所以脫水軸5帶動(dòng)內(nèi)桶12以及減速器內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速，與輸入軸帶動(dòng)減速器中心輪的轉(zhuǎn)速相同，這樣致使行星輪無(wú)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(huì)發(fā)生拉傷。
脫水狀態(tài)傳動(dòng)路線(xiàn)是：電動(dòng)機(jī)→小帶輪→大帶輪l→輸入軸6→離合套2→方絲離合彈簧3→脫水軸5→法蘭盤(pán)9→內(nèi)桶12。由于電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速只經(jīng)帶輪一級(jí)減速．所以?xún)?nèi)桶轉(zhuǎn)速較高，約680～800r／min。
?、谙礈鞝顟B(tài)如圖2-10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(shí)剎車(chē)扭簧16被恢復(fù)到自然旋緊狀態(tài)，扭簧抱緊剎車(chē)裝置外罩，剎車(chē)裝置8起作用；同時(shí)撥叉回轉(zhuǎn)復(fù)位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過(guò)一個(gè)角度，方絲離合彈簧3被旋松，其下端與離臺(tái)套2脫離，這時(shí)離合套只是隨輸入軸空轉(zhuǎn)。大帶輪1帶動(dòng)輸入軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)行星減速器減速后，帶動(dòng)波輪軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動(dòng)稱(chēng)為二級(jí)減速，其工作過(guò)程為：輸人軸通過(guò)中心輪驅(qū)動(dòng)行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉(zhuǎn)又沿著內(nèi)齒圈繞輸人軸公轉(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(dòng)行星架轉(zhuǎn)動(dòng)；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯(lián)接，帶動(dòng)波輪軸和波輪轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)路線(xiàn)是：電動(dòng)機(jī)→小帶輪→大帶輪l→輸入軸6→中心輪→行星輪→行星架→波輪軸11→波輪。其間，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)帶輪一級(jí)減速后，再經(jīng)減速比約為4的行星減速器減速，所以轉(zhuǎn)速約為140～200r／min。
圖2-10 脫水工作狀態(tài)示意圖
1大帶輪
2離合器
3方絲離合彈簧
4棘輪
5脫水軸
6輸入軸
7單項(xiàng)滾針軸承
8剎車(chē)裝置
9法蘭盤(pán)
10減速器
11波輪
12內(nèi)桶
13緊固螺釘
14外桶
15密封圈
16剎車(chē)扭簧
17離合器外罩
18棘爪
對(duì)于洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)三種工作情況，各零部件工作狀態(tài)如表2-4所示。
表2-4三種零部件工作狀態(tài)
③內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象的解決 洗滌時(shí)防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)是設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的問(wèn)題。洗滌時(shí)，波輪將傳動(dòng)力矩傳遞給水和洗滌物，而轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，這就是跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。洗滌時(shí)，內(nèi)桶跟
轉(zhuǎn)現(xiàn)象將減弱洗滌效果并對(duì)洗衣機(jī)不利，所以要防止山桶出現(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(chē)裝置外，在脫水軸上還安裝有單向滾針軸承。
圖2-11剎車(chē)裝置工作原理
1 剎車(chē)裝置外罩 2剎車(chē)帶
3剎車(chē)盤(pán)
4鎖緊十字軸套 5脫水軸
6輸入軸
7鎖緊螺栓
8輸入軸
當(dāng)波輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)桶有逆時(shí)針?lè)较蚋D(zhuǎn)的傾向，這時(shí)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(dòng)，所以?xún)?nèi)桶也就不能轉(zhuǎn)動(dòng)。但在波輪順時(shí)針力向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單向滾針軸承允許轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與之致，所以對(duì)脫水桶沒(méi)有制動(dòng)作用。
當(dāng)波輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)桶有順時(shí)針?lè)较蚋D(zhuǎn)的傾向，這時(shí)自然狀態(tài)的剎車(chē)扭簧將被旋緊，緊緊抱住剎車(chē)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(chē)裝置外罩的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)摩擦力將剎車(chē)帶拉緊，剎車(chē)帶對(duì)剎車(chē)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦阻力，這樣就阻止了內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)。剎車(chē)裝置工作原理如圖2-11所示。
綜合所述，當(dāng)波輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠單向滾針軸承來(lái)防止內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)；當(dāng)波輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠剎車(chē)裝置來(lái)防止內(nèi)桶跟轉(zhuǎn)。
脫水過(guò)程中突然打開(kāi)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(shí)針旋轉(zhuǎn)，剎車(chē)扭簧將抱緊，剎車(chē)裝置起作用，剎車(chē)帶將使內(nèi)桶迅速制動(dòng)。
2.4機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容較多，但大多數(shù)零部件可以選用無(wú)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(dòng)機(jī)選用、帶傳動(dòng)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(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)基本上同軸布置，電動(dòng)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(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)布置，必要時(shí)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400mm，則外桶直徑約為470mm，電動(dòng)機(jī)軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為150mm左右．在此范罔內(nèi)選擇合適的一級(jí)降速傳動(dòng)比和采用帶輪傳動(dòng)。
2.基本參數(shù)的選擇
表2-5波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)基本參數(shù)
目前洗衣機(jī)的洗衣量、電動(dòng)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(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)選用的。表2-5是目前常用的波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)基本參數(shù)情況，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考．
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求最大洗衣量為3.8kg，參照表2-5選用電動(dòng)機(jī)功率為180w，電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載時(shí)轉(zhuǎn)速為1370r／min。
3. V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)閂帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，在同樣的張力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)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(jí)降速。
參照表2-5，初步選定電動(dòng)機(jī)功率P為l80W，洗衣轉(zhuǎn)速為180r/min，脫水轉(zhuǎn)速為720r/min，則傳動(dòng)比為：
(1)計(jì)算功率Pca 由于載荷變動(dòng)小，因此取工作情況系數(shù)
KA=1.0，Pca=KAP=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。
(3) 帶輪的基準(zhǔn)直徑d1和d2 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1查表2-6和表2-7，選取 表2-6 普通V帶選型表
dd1=55mm，大于V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑ddmin的要求50mm。大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2為：dd2=idd1=l.9×55=104.5mm，按表2-6圓整為dd2=106mm。
表2-7 V帶基準(zhǔn)直徑系列
(4)驗(yàn)算帶的速度v
普通V帶的最大帶速vmax=25～30m／s，故滿(mǎn)足要求。
(5)中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld
0.7(dd1+dd2)
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