机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计.docx

机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计.docx

《机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机电一体化波轮式全自动洗衣机课程设计

机电一体化（波轮式全自动洗衣机）课程设计

洗衣机说明书

2.洗衣机简介2

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13

4.3减速离合器零件装配图16

5.进/排水系统结构原理简介16

5.1进水电磁阀的结构及工作原理17

5.2排水电磁阀的结构及工作原理18

5.3水位开关控制原理20

6.控制系统的设计22

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

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。

1.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

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。

2.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18一起高速旋转，完成脱水功能。

②行星减速器结构如图10所示。

减速器外罩8和减速器底盖10用螺钉紧固在一起，再安装在法盘12上，法兰盘12和脱水轴2通过锁紧块13固定在一起，因为法兰盘12和脱水桶相联接，所以减速器外罩8、减速器底盖10、法兰盘12和脱水桶成一整体。

减速器底盖10有上、下两个止口，从而保证了减速器和脱水轴2安装时的同心度。

对行星减速器来说，输入轴1是动力的传入轴，其花键端插人中心轮l1的内孔中。

行星轮4其有4个，与中心轮11以及内齿圈6相啮合。

内齿圈6通过其圆周槽卡在减速器底盖10上，与之联成一体。

行星轮通过销轴5安装在行星架7上，当行星轮绕中心轮公转时，将带动行星架一起旋转。

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。

2）工作原理

①脱水状态

减速离合器脱水时的状态及装配示意如图11所示，脱水状态下，排水电磁铁通电吸合，牵引拉杆移动约13mm，使排水阀开启。

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→方丝离合弹簧3→脱水轴5→法兰盘9→内桶12。

由于电动机输出转速只经带轮一级减速．所以内桶转速较高，约680～800r／min。

②洗涤状态

如图12所示，洗涤状态下，排水电磁铁断电，排水阀关闭，拉杆复位。

这时刹车扭簧16被恢复到自然旋紧状态，扭簧抱紧刹车装置外罩，刹车装置8起作用；同时拨叉回转复位，棘爪18伸入棘轮4，将棘轮拨过一个角度，方丝离合弹簧3被旋松，其下端与离台套2脱离，这时离合套只