波轮式全自动洗衣机的传动机构设计.docx
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波轮式全自动洗衣机的传动机构设计
1绪论
1.1课题研究目的及意义
（1）对大学所学的知识进行综合性的运用，加深对机械设计课程和其它有关选修课程的认识及在生产实践中的应用。
（2）掌握波轮式洗衣机传动机构设计的一般方法，了解和熟悉波轮式洗衣机的工作原理，对传动零件进行设计计算，锻炼正确独立的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。
（3）通过了解设计波轮式洗衣机的传动结构，了解国内波轮式洗衣机发展现状，锻炼了计算、查阅工具书、电脑绘图、机械设计等能力，培养波轮式洗衣机的基本技能。
（4）通过对波轮式洗衣机的研究并查阅了解多种制图软件，熟练掌握及操作制图软件CAD，利用已掌握的机械制图技能完成波轮式洗衣机传动结构的设计。
（5）通过查阅波轮式洗衣机的相关资料，可以对洗衣机行业的发展有新的认识。
1.2波轮式全自动洗衣机的研究现状和发展趋势
随着社会科学技术水平的不断提高，家用电器也得到了迅速发展，洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的一部分。
市场上的洗衣机有波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机，搅拌式洗衣机。
其中波轮式洗衣机是在洗衣机的桶底装有一个圆盘波轮。
在波轮的带动下，桶内水流形成了时而右旋时而左旋的涡流，带动衣物跟着旋转翻转，这样就能将衣物上的脏东西清除掉。
进入二十世纪八十年代后，出现了新型波轮设计和新型水流方式：
波轮在桶的底部，水流方式一般为正向旋转一至三秒，停零点一至一秒，再反向旋转一至三秒，再停零点一至一秒，这和旧式水流大不一样，这种方式也是多年的研究成果，有利于各因素之间的平衡，兼顾了洗涤率、磨损率、缠绕状况、洗涤均匀度等因素。
波轮式洗衣机的最大优点是，洗衣速度要比滚筒式洗衣机的速度快得多。
波轮式洗衣机凭借着它结构比较简单，维修方便，洗净率高等优点，已经进入了千家万户。
目前我国生产的洗衣机中波轮式洗衣机占其中的大多数，加强对波轮式洗衣机的研究显得尤为重要。
本文主要针对波轮式洗衣机的传动机构进行设计与研究。
洗衣机的用途是洗干净衣服，能否洗干净衣服则与洗衣机的洗涤运动、水的状态、洗涤剂的成分及用量以及洗衣服的时间密切相关，如何使上述因素有个最佳的组合，达到洗净衣物，减少用水量和时间，降低能耗和噪音，保护环境的目的是我们不得不解决的问题，由此而产生了一系列的技术，也即洗衣机的发展趋势。
水流技术：
目前大部分洗衣机都采用了瀑布水流，瀑布水流的好处在于加大对衣物的冲洗，加快了衣物的翻滚，因此可以提高洁净度。
变频技术：
变频技术应用于洗衣机后，改变了洗衣机过去单一洗涤、脱水的转速缺陷，使得洗涤、脱水的转速可以随衣物布料的不同、水位的不同、洗涤时间的不同而改变。
采用变频技术的洗衣机在技术档次和产品性能方面比单相感应的洗衣机大大提高了一步。
新材料、新工艺：
新材料、新工艺的应用主要是为了美化洗衣机的外观和使得操作界面更加友好。
典型的新材料、新工艺有不锈钢板、彩板制作箱体等这些新材料、新工艺的应用大大改善了产品的外观和方便了用户操作。
1.3本课题所解决的主要问题
本文主要针对全自动波轮式洗衣机的传动机构进行设计，设计的主要内容包括：
波轮式全自动洗衣机的传动系统的结构、传动系统的组成、电动机参数的选择、减速离合器的设计及工作原理、机械传动系统设计计算、V带传动设计计算、带轮的结构设计、行星减速器的设计以及棘轮棘爪机构的设计。
2波轮式全自动洗衣机总体设计方案
波轮式全自动洗衣机主要由洗涤部分、传动部分、操作部分、支撑部分、给排水系统和电器部分组成。
其中传动部分是起主要部分。
2.1全自动波轮式洗衣机的组成
图2-1全自动波轮式洗衣机的组成
2.2波轮式衣机的工作原理
依靠装在洗衣机底部的波轮正、反旋转，带动衣物上下左右不停翻转，使衣物之间，衣物与桶壁之间，在水中进行摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污洗净。
波轮式洗衣机中产生机械作用的主要是波轮。
它设置在洗涤桶底，在电动机的作用下，重复正反旋转，波轮旋转式对洗涤剂的作用产生了径向和轴向方向的作用力，轴向分力可以减少衣物与波轮的摩擦，切向分力使洗涤剂产生水平方向的涡流，径向分力将洗涤剂甩向桶壁，使之沿桶壁上升，造成波轮中心区的负压，因压力差，四周的液体迅速向下流动，以弥补波轮四周的液体，这样就形成了洗涤桶上下翻滚的流场，从而达到洗净衣物的目的。
第三章波轮式全自动洗衣机传动系统的结构
3.1传动系统的组成
波轮式全自动洗衣机的传动系统包括电动机和减速离合器。
套筒式全自动洗衣机由一台电动机来实现洗涤状态和脱水状态。
洗涤状态波轮的转速约为140~200r/min；脱水状态脱水桶转速约为800r/min。
需要对电动机输出的1370r/min的转速进行减速，以便可以达到洗涤和脱水不同工作状态的需求。
完成洗涤和脱水两种状态的工作主要依靠传动系统来实现，传动系统的工作示意图如图3-1所示。
图3-1传动系统的工作示意图
3.2电机参数的选择
洗衣机工作时所需要的动力主要是由电动机来提供的。
目前我国多数的套筒式洗衣机是用一个电容机进行操作，电动机遵循中华人民共和国机械行业标准。
现在常用的电容式运转电动机技术参数如表3-1所示。
XDL-90
XDS-90
XDL-120
XDS-120
XDL-180
XDS-180
XDL-250
XDS-250
额定功率/W
90
120
180
250
额定电压/V
220
额定频率/Hz
50
满载电流/A
0.88
1.1
1.54
2.0
满载转速（r/min）
1370
满载时效率
49
52
56
59
功率因数
0.95
堵转电流/A
2.0
2.5
4.0
5.5
堵转转矩/N.m
额定转矩/N.m
0.95
0.9
0.8
0.7
最大转矩/N.m
额定转矩/N.m
1.7
1.7
1.7
1.7
表3-1电容式运转电动机技术参数
3.3减速离合器的结构和工作原理
先前设计的小波轮全自动洗衣机的离合器不具备减速功能，因而洗衣机在两种不同的工作状态下转速一致。
新型全自动洗衣机的离合器都具有减速功能，称为减速离合器。
目前主要有两种减速离合器，一种是单相轴承式减速离合器，一种是带制动式减速离合器。
本设计主要采取单相轴承式减速离合器。
单相轴承式减速离合器主要包括离合器和行星减速器两部分。
行星减速器与离合器通过齿形花键连接在一起。
其结构如波轮式全自动洗衣机传动机构的设计装配图。
3.3.1离合器主要结构
如图3-2所示。
（1）
图3-2全自动洗衣机离合器结构图
1-输入轴2-螺母3-带轮4-方丝离合器5-棘轮6-棘爪7-拨叉8-单相滚针轴承9-刹车装置外套10-刹车扭簧11、12-密封圈13-支架14-离合外罩15-刹车带16-刹车盘17-十字轴套18-脱水轴19-支撑架20-离合套21-拉杆
如图3-2所示，离合器的中部的两根轴分别是输入轴1和脱水轴18。
离合套和带轮的内孔为方孔，输入轴的下端为四方形，使输入轴与离合套即方孔与方轴形成紧密配合，螺母2将带轮，和离合套固定在输入轴上，所以带轮，离合套和输入轴即连为一体。
洗涤状态时，脱水轴不转；脱水状态时，带轮的高速直接由脱水轴传递给脱水桶，来实现脱水功能。
方丝离合器4是实现洗衣机洗涤和脱水两种不同工作状态的转换的主要部件。
方丝离合器的工作原理为：
方丝弹簧的形状呈锥形，下端几圈的直径比上端略小，自由状态时，方丝离合器紧贴离合套和脱水轴的外壁。
方丝离合器“合”时的状态：
带轮带动离合套向弹簧旋紧时，方丝离合器紧贴离合套和脱水轴上，从而脱水轴一同跟随旋转。
即带轮的转速直接传递给脱水轴。
方丝离合器“离”时的状态：
在洗涤时，方丝离合弹簧向反方向旋松，使内径变大，从而与离合套与脱水轴脱离接触。
当带轮带动输入轴转动时，脱水轴静止不动，实现洗涤状态时离合套与带轮和输入轴为一体。
方丝离合弹簧的旋松是由棘轮与棘爪机构控制实现的。
其原理如图3-3所示。
图3-3离合棘轮工作原理图
1-方丝离合弹簧2-弹簧卡3-棘轮4-棘轮卡槽5-棘爪
图3-2中的8是单相滚针轴承部件，单相滚针轴承的工作原理及在洗衣机中的作用：
（1）安装结构：
单向滚针的内圈与脱水轴18相接触，外圈与齿轮轴承过盈配合，齿轮轴承钳在支架19中。
支撑架由螺栓和离合器外罩14固定在一起。
（2）单向滚针轴承的特点：
结构紧凑，径向面积小，外圈工作面为楔形，所以只准许一个方向的转动。
在单向滚针轴承的作用用下，脱水轴只能向一个方向转动。
（3）当脱水轴顺时针转动时，滚针落入楔形槽的大端中，此时脱水轴可顺时针转动。
而脱水轴逆时针转动时，则滚针则卡在楔形槽的小端中，这时脱水轴无法转动。
（4）单向滚针的作用就是控制脱水轴只能朝一个方向转动。
刹车装置：
（1）脱水轴与十字轴套用两颗紧定螺钉连接在一起，十字轴套又与刹车盘16连接在一起，也即脱水轴与刹车盘固连在一起。
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套在刹车装置外罩9的外圆上。
由排水电磁阀带动拉杆控制刹车扭簧的状态。
刹车扭簧的工作原理。
洗涤时：
排水电磁阀断电，刹车扭簧处于自由旋紧的状态。
当脱水轴18顺时针转动时，刚性刹车带紧紧抱住刹车盘16，即刹车盘、刹车带、以及刹车装置外罩9都将一起顺时针转动。
刹车装置外罩9在顺时针旋转的过程中，刹车扭簧10将被迅速卡紧，强大的摩擦力使刹车装置无法运动，此时，刹车带15与刹车盘将发生剧烈摩擦，对脱水轴18产生制动作用，防止脱水桶产生跟转现象。
脱水时：
排水阀通电，排水电磁阀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，与旋松的刹车扭簧间可以自由滑动，刹车不起作用，完成脱水功能。
3.3.2行星减速器结构
减速器结构如图3-4所示
图3-4减速器结构
用螺钉将减速器的外8与减速器的底盖10紧固在一起，然后安装在法兰盘12上，锁紧块13将法兰盘12和脱水轴2固定在一起，法兰盘12与脱水桶联接在一起，所以减速器外罩8、减速器底盖10、法兰盘12与脱水桶成一整体。
减速器和脱水轴2安装时的同心度由速器底盖10的上、下两个止口来保证。
输入轴1是行星减速器的动力传入轴。
行星轮4共有4个，与中心轮11和内齿圈6相啮合。
圆周卡槽将内齿圈6卡在减速器底盖10上，使两者成为一体。
行星轮4通过行星轮销轴5安装在行星架7上，行星轮4绕中心轮公转时，行星架7将一起旋转。
波轮轴9两端都加工成齿形花键，其下端与行星架7联接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。
3.3.3离合减速器的工作原理
减速离合器脱水时的状态及装配关系如图3-5所示，脱水时，排水电磁铁通电吸合，牵引拉杆移动约13mm，排水阀将开启。
拉杆在带动阀门开启的同时，一方面拨动旋松刹车弹簧，使其松开刹车装置外罩，这时刹车盘随脱水轴5一起转动，刹车不起作用；另一方面又推动拨叉旋转，致使棘爪18脱开棘轮4，棘轮被放松，方丝离合弹簧3在自身的作用力下回到自由旋紧状态，这时也就抱紧了离合套2。
大带轮l在脱水时是顺时针旋转的，由于摩擦力的作用，方丝离合弹簧3将会越抱越紧。
这样脱水轴5就和离合套2联在一起，跟随大带轮1一起做高速运转。
由于此时脱水轴5做顺时针运动，和单向滚针轴承7的运动方向一致，因此单向滚针轴承7对它的运动无限制。
由于脱水轴5通过锁紧块与法兰盘9联接，而内桶12与行星减速器10均固定在法兰盘9上，所以脱水轴5带动内桶12以及减速器内齿圈的转速，与输入轴带动减速器中心轮的转速相同，这样致使行星轮无法自转而只能公转，从而行星架的转速与脱水轴是一样的，即波轮与脱水桶以等速旋转，保证了脱水桶内的衣物不会发生拉伤。
脱水状态传动路线是：
电动机→小带轮→大带轮l→输入轴6→离合套2→方丝离合弹
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