机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计Word文档下载推荐.docx

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6.1控制芯片的选择22

6.2程序框图22

6.3控制程序设计24

6.4电气控制图39

心得体会40

参考文献41

附录41

前言

本次机电一体化课程设计的重点在于硬件部分的减速离合器设计。

经过小组提出方案对比与讨论，最终决定使用单向轴承式减速离合器，具体讨论过程将在后面的说明书中详细介绍。

减速离合器的各部件的选择、设计是洗衣机硬件部分的设计重点，其具有体积小，功能多，零部件构成复杂等特点。

主要构成部分有离合装置，制动装置以及行星轮系二级减速装置，这些装置的设计尺寸选择，功能原理将在后面的洗衣机说明书中详细介绍。

考虑到设计的是家用洗衣机，并根据对洗衣机体积，功能的要求确定洗衣机采用以单片机为核心的通用自动控制装置，它具有功能强、可靠性强、编程简单、使用方便、体积小等特点。

该控制系统可实现用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

该设计为单片机控制的全自动家用洗衣机，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理（主要是重点设计部件减速离合器），控制系统的单片机的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统单片机程序。

最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。

由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。

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φ400mm，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

2.洗衣机简介

全自动洗衣机是指洗涤、漂洗、脱水各功能的转换都不需要手工操作，完全是自动进行的洗衣机。

在选定的工作程序内，整个洗衣过程是通过程控器发出各种指令，控制各个执行机构的动作而自行完成。

波轮式洗衣机又称波盘式洗衣机，依靠波轮定时正、反向转动或连续转动的方式进行洗涤。

按控制方式不同可分为机电式和微电脑式两类。

机电式全自动洗衣机是由机电程控器控制触点的开关来完成洗涤、漂洗和脱水全过程。

微电脑式全自动洗衣机是由微电脑式程控器输出控制信号。

两值得主要区别在于电气控制部分，其总体结构基本相同。

2.1全自动洗衣机特点

全自动洗衣机有多种洗涤程序，可供您自由选择，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。

它还具有浸泡、手洗水流功能。

全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。

外桶固定，作盛水用。

内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。

内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。

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。

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。

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，根据家用洗衣机的特点,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。

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，其结构如图3-1所示，这里介绍的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：

（1）洗衣程序时，洗衣电机通电，转子转动，通过减速器使内轴减速旋转，此时电磁制动装置处于制动状态。

（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。

图3-1方案三传动简图和结构图

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，因为没有皮带对轴拉紧的张力，可以将洗衣机专用电机直接安装在外桶上，不需要安装底板。

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

（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；

电机的固有结构及特性决定了这种电机的单位体积功率偏小、起动力矩偏弱、过载能力不足等。

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。

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

早期设计的小波轮全自动洗农机的离合器没有减速功能，故洗涤和脱水转速相同。

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，其种类很多，但主要结构和工作原理基本相同。

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和脱水轴l8。

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。

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。

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，支撑架用螺栓和离合器外罩14固定在一起。

在单向滚针轴承8的作用下，脱水轴l8只能向一个方向自由旋转。

单向滚针轴承是滚针轴承产品领域中一种科技含量较高的产品，其结构紧凑，径向截面小。

因为其外圈工作面是楔形．所以只允许一个方向的转动．可以起到单向离合器的作用。

洗衣机单向滚针离合器的工作原理如图９所示，它由带楔形面的外圈7以及利用保持架3隔开的一系列滚针6组成，轴承直接套在脱水轴5上。

当脱水轴5顺时针转动时，滚针落入楔形槽的大端中，此时脱水轴可顺时针转动；

而当脱水轴逆时针转动时，滚针则卡紧在楔彤槽的小端处，这时脱水轴将无法转动

在图7中，刹车装置外罩9、刹车扭簧l0、刹车带15、刹车盘16和十宁轴套17等组成了脱水轴18的刹车装置。

十字轴套17用两颗紧定螺钉和脱水轴18固定在一起，刹车盘16又和十字轴套17用螺栓固定在一起，所以刹车盘16和脱水轴18联成了一体。

刹车装置外罩9安装在脱水轴18上，为间隙配合，它对脱水轴的作用由刹车扭簧10控制。

刹车扭簧10套装在刹车装置外罩9的外圆上，其下端固定在离合器外罩上，它的上端则嵌在拉杆21的一个方孔中，由排水电磁铁带动拉杆控制其状态。

洗涤时，排水电磁铁断电，刹车扭簧处于自由旋紧的状态。

当脱水轴18顺时针旋转时，由于刚性刹车带15紧紧抱住刹车盘16，而其一端又卡在刹车装置外罩9的方槽中，所以刹车盘、刹车带以及刹车装置外罩9都将一起顺时针旋转。

刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，刹车扭簧10将被迅速旋紧，强大的摩擦力使刹车装置外罩9无法动作，此时刹车带15和刹车盘16将发生剧烈摩擦，对脱水轴18产生制动作用，防止脱水桶产生跟转现象。

在脱水时，排水阀通电，排水电磁铁带动拉杆使刹车扭簧处于放松状态。

由于刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，与旋松的刹车扭簧之间可以自由滑动，刹车不起作用，因此刹车装置外罩9、刹车盘16、刹车带15都将与脱水轴18一起高速