健身洗衣机机架及传动方式设计.docx

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健身洗衣机机架及传动方式设计

摘要

本次设计的健身洗衣机机架及传动方式是对传统洗衣机的改进，并且结合健身设备的结构特点，通过链传动和带传动，将动力传给洗衣机滚筒，实现健身与洗衣同步进行，运用组合创新法实现健身车与洗衣机的组合设计，通过人力驱动使洗衣机达到规定的洗涤要求，达到洗衣和健身的目的。

在节能环保的主题下，该设计改变了以往洗衣机的使用方式，把人健身锻炼时产生的能量转化为洗衣机所需要的能量，通过对健身车机架改良以及对传动系统的设计实现了能量转化。

关键词：

健身车；洗衣机；传动系统；设计

Abstract

Thedesignoftheframesandtransmissionsofthefitnesswashingmachineisanimprovementoftraditionalone,whichcombinesthecharacteristicsoffitnessequipment.Inordertorealizetheoperationoffitnessandwashingbothtogether,thechainandbeltdrivearemadetotransmitpowertothewashingmachinedrum,whichusesthemethodofcombinationalinnovationtorealizethecombinationdesignofexercisebikeandwashingmachine,toachievethepurposeofwashingandfitnessbyhumandrivetomakewashingmachinemeettheregulationrequirement.

Underthethemeofenergyconservationandenvironmentalprotection,thedesignhaschangedpastusagemodelofthewashingmachine,andwhenpeopleexercisethegeneratedrationalkineticenergyistransformedintotheenergy,whichthewashingmachineneeded.what’smore,theenergyconversionhasachievedbythedesignoftherefinementofastationaryframeandthetransmissionsystem.

Keywords:

Exercisebike;Washingmachines;Transmission;Design

目录

中文摘要1

英文摘要2

目录3

引言1

1概述3

1.1课题背景及意义3

1.1.1普通洗衣机的发展3

1.1.2课题研究的意义3

1.2国内外研究进展4

1.3课题研究内容与方法4

2健身洗衣机结构设计5

2.1健身洗衣机运动方案的选定5

2.2健身洗衣机的工作原理5

2.3健身洗衣机的工作过程7

2.4健身洗衣机的改装要求7

3健身洗衣机传动系统的设计9

3.1一级链传动的设计9

3.1.1选择链轮齿数Z1和Z2以及链传动的传动比大小9

3.1.2确定计算功率10

3.1.3设计链的节距10

3.1.4设计链传动的中心距和链节数10

3.1.5选定润滑方式11

3.1.6计算链轮几何尺寸11

3.1.7链条标记11

3.2二级带传动的设计12

3.2.1V带的型号12

3.2.2V带的尺寸12

3.2.3确定计算功率P13

3.2.4计算带轮的基准直径dd13

3.2.5确定V带的中心距和基准长度14

3.2.6验算小带轮上的包角114

3.2.7计算带的根数Z14

3.3三级带传动的设计15

3.3.1确定计算功率P15

3.3.2计算带轮的基准直径dd，并验算带的速度15

3.3.3确定V带的中心距和基准长度15

3.3.4验算小带轮上的包角116

3.3.5计算带的根数16

4健身洗衣机机架的设计17

4.1支撑架的设计17

4.2健身自行车的整体设计17

4.3健身洗衣机脚踏车部分机架的设计18

5健身洗衣机本体设计及附件选择21

5.1健身洗衣机洗涤系统的设计21

5.1.1健身洗衣机洗涤桶的设计21

5.1.2健身洗衣机波轮的设计21

5.1.3健身洗衣机波轮轴和轴套的设计21

5.2健身洗衣机脱水系统的设计22

5.3健身洗衣机排水系统的设计22

5.3.1洗涤桶的外排水系统设计22

5.3.2洗涤桶的内排水系统设计23

5.4健身洗衣机底座及箱体的设计23

6健身洗衣机实体图形24

致谢25

参考文献26

引言

古往今来，洗衣服都是一项最为基本的家务劳动，人们几乎每天都要进行这项劳动，然而在洗衣机还没有出现的时候，对大家而言，这项劳动并没有像诗人描绘的那样充满乐趣和新意，传统的洗衣方式不仅耗费体力，而且单调乏味，让人感到费时费力，所以很多人非常讨厌这件事情，人们幻想着在未来的某一天可以摆脱这种劳动，可以有一种机器来代替这种体力劳动。

九十年代以来，洗衣机的问世，加上电机调速技术的不断提高，洗衣机的转速变化与调节范围变得更加宽广，人们的幻想变成了现实，新水流洗衣机诞生了，伴随着信息技术的发展，电动机驱动技术也在不断发展与提高，电动机直接驱动式洗衣机被发明出来了，从此以后洗衣机驱动方式的改革进入了一个全新的时代。

近年来，在广大人们智慧的结晶下，国内和国际上迎来了洗衣机驱动方式革命的浪潮—健身洗衣机。

健身洗衣机是一款集健身和洗衣为一体的新型洗衣机，顺应了时代的发展潮流，越来越受到大家的认可。

现实生活中，由于各种因素的影响，如工作时间，工作地点等，室内健身成为了最为热门的健康方式。

健身洗衣机让我们健身的同时还能免受汽车尾气之苦，一举两得，节能环保，让我们可以选择自己闲暇的时间锻炼。

节省时间和空间，深受大家喜爱。

然而现代社会的进步，人们的生活水平越来越好，电器产品日益增多，以及对煤矿、矿石、石油等能源消耗日益紧缺，人们提出节能的观念。

人们开动脑筋，开发各种节能技术。

人们生活中，几乎每天都会洗衣服，消耗了许多电能，如果能够不采用电能带动洗衣机，能够合理利用其它环保的资源，响应国家的号召，节能环保，比如可以合理的利用健身自行车，健身跑步机等产生的能量来带动洗衣机的运转，那就再好不过了。

在我们日常健身的同时，合理的利用这些资源完成了洗衣的任务，并且节能环保，健身洗衣机可以达到该任务并且节约电能。

在现在的生活中，伴随着科学技术的飞速发展，人们技术水平的不断提高，半自动化、自动化和智能化的各种装置和系统逐渐融入到人们的生活之中，成为我们生活中不可或缺的一部分。

网络已成为现代生活的人际沟通和获取知识的一个不可或缺的平台。

鉴于现在各种高新技术的飞速发展，相信在不久的未来，人们会发明更加先进的电脑控制洗衣机，这种新型洗衣机能感知衣物的重量，自动添加适量的水和洗涤剂，洗涤时间和洗涤的力度也可以自动完成，洗涤完成之后还能用音乐声提醒用户，这是非常令人期待的一款洗衣机，这样的发展也有望朝智能化、网络化、综合环境调控和高移植性方面发展。

鉴于以上情况，市场上急需提供一种能够将洗涤衣物和健身为一体的洗衣设备，并由此产生了将健身洗衣机架设计和传动方式设计为目标的研究。

1概述

1.1课题背景及意义

1.1.1普通洗衣机的发展

1858年，这是令全国人们兴奋的一年，因为世界上第一台洗衣机由汉密顿·史密斯在匹斯堡发明成功了，这意味着人们终于可以摆脱手洗衣服这种体力劳动，洗衣机的发展进入一个新的时代。

但是该洗衣机用起来比较费力，而且对衣服有一定的损伤，所以没有被广泛的使用。

第二年在德国出现了新的洗衣机用杵捣作为搅拌器，衣服上下运动时，弹簧挂钩将不断应用在衣服上。

1874年，木制手摇工业洗衣机被发明出来了。

这标志着洗衣机的发展进入了一个新的时代。

这种洗衣机构造很简单，利用手柄摇动做功带动齿轮传动，省了不少力量，衣服也洗的比较干净。

这种洗衣机提高了人们的生活频率，由此启发了人们的思路，引发了洗衣机改造的浪潮。

1880年，美国蒸汽机的出现，使得洗衣机的发展得到了无与伦比的提高，蒸汽代替人力是最为显著的特征，但是原理是相同的。

1910年，电动洗衣机被研制成功了，这位发明者叫费希尔。

这真是令人兴奋的事情，电动洗衣机的出现，标志着人类的家务劳动由手动向自动化进发。

在随后的几十年里，相继出现了不同洗衣机的革命浪潮，直到1955年，波轮式洗衣机诞生了，这种洗衣机一直流行至今，深受人们喜爱。

到目前为止，洗衣机大概可以分为三种类型，分别是波浪式，滚筒式，搅拌式。

经过半自动化，自动化方面，模糊控制方面的发展使得洗衣机的功能更加完善，程序更加符合人性化，外观设计更为时尚。

特别是在90年代，伴随着电动机调速技术的发展洗衣机的转速变化与调节范围变得更加宽广，新水流洗衣机诞生了，随着科技发展，电动驱动技术也在不断提高，电机直接驱动洗衣机已不再是神话，它变成了现实，洗衣机驱动方式进入了一个飞速发展的全新时代。

健身式洗衣机的发展正是在这种环境下发展起来的，相信，这种新型的洗衣机能给人们的生活方式带来新的变革。

1.1.2课题研究的意义

随着社会的发展，人们越来越忙碌的生活。

好的身体是人们工作的一个重要前提。

健身自行车（山地车）是在国际医学界流行运动，被推崇为有氧运动，是使人身心健康最有效、科学的健身方法，也越来越受大家欢迎。

从能源的角度来说，该健身洗衣机节能环保，响应国家号召，同时还能锻炼身体，该设计一定会受到越来越多的人们喜爱。

该设计完成了健身机和洗衣机于一体，人力驱动使洗衣机达到规定的洗涤要求，即实现脚踏洗衣的功能，尽可能的实现低碳的生活模式。

洗衣机主体结构不改变的情况下，只需通过健身自行车的链传动和带传动来传递能量。

这样不仅节能环保，响应了国家的号召，而且可以让人们在洗衣的同时锻炼身体，一举两得，让人身心愉快。

1.2国内外研究进展

近年来，在设计师ClemenceGermain和LeonardGringne的不断探索，不断钻研，不断创新的努力下，名叫Bulbe的手动洗衣装置问世了。

它形状很小，不需要用电，非常轻便，在任何地方都可以使用。

健身洗衣机在中国人们智慧的结晶下也出现了不同的雏形，2006年，在大连民族学院的王建平和王占猛的刻苦钻研下，他们共同努力，最终设计了健身洗衣机而且申请了专利。

这激发了广大人民群众研究健身洗衣机的热情，经过一段时间的努力与探索，广西南宁的大学生何炫也设计的了一款和单车类似的健身洗衣机，这令大家非常开心。

原理几乎是相同的，健身洗衣机也是结合了洗衣机的洗衣特性和健身车的健身功能，利用组合创新法将两者合二为一，从而发展成为了新型的健身洗衣机。

健身洗衣机的价格相对来说比较低，结构也比较简单，大多数人可以接受。

人们会越来越喜欢健身洗衣机所带来的乐趣，健身洗衣机会在将来的日子里迅猛发展起来的。

1.3课题研究内容与方法

本文的主要研究内容由三部分组成：

健身洗衣机的本体结构设计，主要零部件的设计，整体结构的装配与调试。

本体设计主要是对洗衣机的本体进行的改装，并没有脱离原洗衣机的结构特性；主要零部件的设计是对健身洗衣机的机架设计，传动系统的设计，传递运动的设计等关键环节的设计；整体结构的设计包含该设计的总体装配图与实体设计图等。

在在该课题中，主要应用了理论研究法、实验研究法、比较研究法、文献研究法、调查研究法等课题研究方法。

2健身洗衣机结构设计

2.1健身洗衣机运动方案的选定

健身洗衣机运动方案的设定是综合了洗衣机在洗衣与甩干时候，动力系统，运动循环达到最优等因素下完成的。

方案一采用了齿轮，齿条和皮带轮，这种方案的优点：

有两个原动件，洗衣和甩干分开实现。

缺点：

齿条直接和转筒啮合，同时也会比较费力，转筒不可以竖直放置。

不便于洗衣和甩干。

方案二我们采用一个动力轮，不完全齿条，和齿轮。

这种方案的优点：

齿轮比较少，价格低廉。

缺点：

洗衣和甩干一起进行，浪费了一部分的能量，甩干时转速达不到要求，甩干功能不能实现。

方案三采用一个原动件，并用了槽轮机构，但比较昂贵，而且槽轮推杆冲力较大，所以不使用这个方案。

方案四采用两级带轮传动，优点：

结构简单，方便，经济实惠

综合各种因素我们考虑的第四种选择方案。

结构比较简单，经济实惠，实用性也比较强。

总而言之，人们还是比较喜欢简单轻便又实惠的健身洗衣机，因此，我们设计了此套方案。

2.2健身洗衣机的工作原理

健身洗衣机的前面驱动是靠人力提供动力，健身自行车的二级和三级带传动是通过一级传动链完成的，在带传动部分设计能够实现电力和人力驱动的装置，在操作人不想运动时，只要把洗衣机滚筒的输入轴端与其本身电动机输出轴相连接就行了，整个洗涤过程就完成了。

如图2-1所示

图2-1健身洗衣机的工作原理

健身洗衣机的传动方式拟定为一级链传动，二级、三级带传动，整体机身的固定借助地脚螺栓的作用，根据多级传动设计方案的转速计算，在人骑自行车时，脚蹬处大链轮的转速要求不低于110r/min，骑自行车不疲劳状态下的平均速度大概为15~25km/h，约60~250r/min,因此我们可取此处的大轮转速为110r/min。

另外，根据洗衣机洗涤功率0.18KW与转速450r/min的要求，通过三级传动（i=4.095）计算，得到脚力操作的功率应为P=0.18KW×4.095=0.7362KW。

初步确定的工作方案如下图所示：

图2-2健身洗衣机的机械传动简图

本设计的动力源为人力运动做功，把人骑脚踏车产生的能量传送到洗衣机滚筒，带动滚筒转动，健身和洗衣的目的便可以完成了。

图2-3所示为健身洗衣机动力传动系统的简图。

各级传动参数如表2-1所示。

1-一级链传动2-二级带传动3-机械控制箱4-3级带传动

图2-3动力运动简图

表2-1动力运动参数表

传动级别

I级链传动

II级带传动

Ⅲ级带传动

传动比

i1=2.73

i2=1.5

i3=1

转速

n1=110r/min;n2=300r/min

n2=300r/min;n3=450r/min

n3=450r/min;n4=450r/min

2.3健身洗衣机的工作过程

健身洗衣机工作过程和普通自行车工作过程有一定的联系，通常自行车的大链轮通过大链轮带动小链轮转动，小链轮带动轮胎转动，而健身洗衣机不同之处在于小链轮与洗衣机设备链接在一起或者与三相永磁同步发电机同轴运转，实现健身与洗衣服的目的。

健身洗衣机在工作过程中，具体的工作流程包括进水，洗衣，排水和脱水四个过程，四个过程缺一不可，机械控制箱在这个工作过程扮演了重要的角色。

首先从动力源角度考虑，人在健身时驱动蹬踏来做功，通过一级链传动变速与二级三级带传动配合要求，将动能转化为洗衣机工作所需要的能量，达到洗衣机工作所需求的动力及转速，进一步传递至机械控制箱部分进行能量转化，达到设计的功率及其所需工作的要求转速。

2.4健身洗衣机的改装要求

本次采用的健身洗衣机的机构为卧室滚筒，为了保证工作过程中对使用人的安全和运转安全可靠，洗衣机需要在内筒门盖上都装有锁紧机构，并在外筒门盖上安装行程开关。

设计过程中，只要在洗衣的滚筒主轴上面安装一个附带轮和动力调节装置，附带轮和动力调节装置的轴径要和滚筒主轴轴径相等，主体结构不用改变。

洗衣机的工作只需要将动力由附带轮传到曲柄，实现转轮工作。

为了适应皮带能在滚筒主轴上安全安装正常运行，洗衣的外壳要根据皮带安装要求进行加工除去一部分材料。

健身洗衣机正常工作的情况下，通过机械控制箱传来的动力传递给附带轮到达曲柄1，经过曲柄连杆机构以实现转轮3的正反转。