波轮式全自动洗衣机机电系统设计_2

机电一体化课程设计

题 目：专 业：姓 名：班 级：学 号：指导教师： 波轮式全自动洗衣机机构 机械设计制造及其自动化 庞振伟 081411 32 张慧玲

沈阳理工大学应用技术学院

摘 要

2003年的北京洗衣机市场，以海尔双动力洗衣机为代表的第四种洗衣机正在悄悄改变北京洗衣机市场原有的滚筒、波轮两强对垒的格局。有关市场专家在盘点2003年家电市场时发现，高档洗衣机市场50％的市场份额都被双动力型洗衣机所占据。除了具有杀菌、消毒功能的保健双动力洗衣机之外，不用洗衣粉的环保双动力、能够洗涤羊绒等高档衣料的变速双动力等产品也受到了消费者的青睐。专家认为，未来洗衣机的发展方向将是超声波洗衣机，运用超声波原理振动洗衣，从概念上彻底更新洗衣机洗涤原理，不再使用洗衣粉，是真正的环保型洗衣机。到时，人们不仅从洗衣机里拿出衣服就能穿，而且完全不用考虑清洗剂会对衣料带来的损害，更不存在化学洗涤剂的环境污染问题了。

关键字：洗涤 脱水 转速

目 录

摘要

第1章 绪论····································································1

1.1 机电一体化课程设计目的·························································1

第2章 波轮式全自动洗衣机机电系统设计·····························2

2.1波轮式全自动洗衣机总体结构······················································2

2.2 进水，排水系统·····································································3

2.3传动系统结构及工作原理···························································7

2.4机械设计系统传动计算······························································19

致谢··············································································27

参考文献·········································································28

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波轮式全自动洗衣机机电系统设计

第1章 绪论

1.1 机电一体化课程设计目的

机电一体化系统课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生做那个和运用说学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练，主要目的是：

1) 学习机电一体化系统总体设计方案立定，分析与比较的方法。

2) 通过对机械系统的设计，掌握集中典型传动晚间与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。如齿轮/同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。

3) 通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移/速度传感器；如交流、逼近伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。

4) 通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与现实电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机的控制软件等、 5) 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。

6) 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

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第2章 波轮式全自动洗衣机机电系统设计

2.1 波轮式全自动洗衣机总体结构

图6—26 波轮式全自动洗衣机的结构

1—排水管 2—溢水管 3—吊杆 4—脱水桶 5—盛水桶

6—平衡环 7—盖板 8—安全开关 9—控制面板 10—水位控制器 11—进水电磁阀 12—进水接头 13—压力软管 14—贮气室 15—支架

16—电动机 17—离合器 18—波轮 19—脱水轴 20—排水电磁阀 21—法兰盘 22—脱水孔

目前在我国生产的洗衣机中，波轮式洗衣机占了80%以上。早期生产的波轮式洗衣机波轮较小，直径都在165~185mm之间，转速为320~500r/min。现在基本都是大波轮洗

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衣机，其中又以碟形波轮应用最广，波轮直径约为300mm，转速约为120~300r/min。

一般来说，波轮式全自动洗衣机具有洗涤、脱水、水位自动控制，以及根据不同衣物选择洗涤方式和洗涤时间等功能。其结构主要由洗涤和脱水系统、进排水系统、电动机和传动系统、电气控制技术、支承机构等5大部分组成，如图6—26所示。波轮式全自动洗衣机多采用套桶式结构，波轮装在内桶的底部，内桶为带有加强筋和均匀小孔的网状结构，并可绕轴旋转。外桶弹性悬挂于机箱外壳上，主要用于盛水，并配有一套进水和排水系统，用两个电磁阀控制洗衣机的进、排水动作。外桶的底部装有电动机减速离合器，以及传动机构、排水电磁阀等部件。动力和传动系统能提供两种传递，低速用于洗涤和漂洗，高速用于脱水，通过减速离合器来实现两种转速的切换。

2.2进水、排水系统

全自动洗衣机的进、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。 1、水位开关

水位开又称为压力开关。洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状况是压力开关检测的。当洗衣机工作在洗涤或漂洗程序时，若桶内无水或水量不够，压力开关则发出供水信号。当水位达到设定位置时，压力开关将发出关闭水源的信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关则发出排水系统受阻信号。

图6—27 水位开关结构及其水压软管传递系统

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（1）结构 波轮式全自动洗衣机上使用最多的水位开关是空气压力式。如图6—27所示。

这类压力开关按其功能可大致分为气压传感装置，控制装置及触点开关三部分。

气压传感装置由气室11，橡胶膜10，塑料盘9，顶心6等组成；触点开关由动弹簧

8、开关小弹簧7、动静触点组成。其中公共触点和常闭触点组成动断触点。公共触点COM和常开触点NO组成动合触点。动弹簧8是由铍青铜板制成，其结构如图6—28所示。

图6—28 动弹簧结构

（2）工作原理 当水注入内桶时间气室封闭，随着水位上升封闭在气室内的空气压力不断提高，压力经过软管传到水位开关气室，水位开关气室内的空气压力向上推动橡胶膜和塑料盘，推动动簧片中的内动簧片向上移动，压力弹簧被压缩。当注水到选定水位时，此时内动簧片移动到预定的平衡位置开关小弹簧将拉动外动簧片并产生一个向下的推力，使开关的常闭触点NC与公共触点COM迅速断开，常开触点与公共触点闭合从而发出关闭水源的信号。

排水时当水位下降到规定的复位水位时，水位产生的压力减小。压力弹簧恢复伸长，推动顶心，使动簧片中的内动簧片向下移动，当移动到预定的力平稳位置时开关小弹簧对外动片产生一个向外的推力。使开关的常开触点NO与公共触点COM迅速断开，常闭触点NC与公共触点COM闭合。从而改变控制电路的通断。

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水位开关的主要技术参数

配用的程序额定电压 额定电压 气密性 控制器 机械式程序AC220 控制器 微电脑式程DC6 序控制器

2、进水电磁阀

（1） 结构 进水电磁阀也称为进水阀或注水阀。其结构如图6—29所示。

10MA 3、1.5A 7.6KPA 《0.03 >100 2500V历时1min 接触电阻 绝缘电阻 机气强度 历时1min

图6—29 进水阀结构图

(2) 工作原理 电磁阀线圈断电时，铁心在自重和小弹簧作用下下压，使铁心下端的小橡胶塞堵住泄压逐渐增大，最终使橡胶阀紧张在出水管的上端口，将阀关闭。同时，因铁心上面空间与控制腔相通，控制腔内水压的增大还会使铁心上面空间气体压强增大，导致橡胶阀更紧地压在泄压孔上，增加了阀关闭的可靠性。

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当进水电磁阀线圈通电后，产生的电磁吸力将铁心向上吸起，泄压孔被打开。控制腔内的从迅速从泄压孔中流入出水管，同时经压孔流入控制腔的水又进行补充。但由于加压孔比泄压孔小，使控制腔内的压力迅速下降。当控制腔中的水压降到低于进水腔谁呀时，橡胶阀被进水腔中的水向上推开，水从进水腔直接进入出水管，进而流入盛水桶。水到位后，由水位开关切断进水电磁阀线圈的电源，进水阀重新关闭。

3.进水电磁阀

排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，如图6—30所示。电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以电磁铁拉杆连接起来。

图6—30 排水阀的结构与电磁铁的装配关系

（1） 结构 排水阀是由排水阀座，橡胶阀，内外弹簧，导套和阀盖等组成排水阀门采用橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作的导套。导套内装有内弹簧，它一端卡在导套左边槽口，另一端钩挂在电磁铁拉杆上，内弹簧处于拉紧状态。在倒要外装有一个外弹簧，它的刚度比内弹簧小，它的一端与阀盖接触，另一端与导套的基座接触，外弹簧出租压缩变形状态。

电磁铁有交流和直流两种，机械式全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而电脑式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁的主要技术参数表。

交流电磁铁的主要技术参数

额定拉力N 额定行程mm 额定电流A 使用电压V 绝缘电阻 20 14 0.2

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机电强度 1500V

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40 50 15 16.5 0.3 0.48 187-242 >100 历时1min

直流电磁铁的主要技术参数

额定拉力额定行程N 40 60

(2) 工作原理 洗衣机处在进水和洗涤时，排水阀处于关闭状态。此时主要由外弹簧吧橡胶阀紧压在排水阀座的底部。

排水时，排水电磁铁通电工作，衔铁被吸入，牵动电磁铁拉杆，由于拉杆位移，在它上面的挡套拨动制动装置的刹车扭簧伸出端，使制动装置处于非制动状态。另一方面随着电磁铁拉杆的左端离开导套，外弹簧被压缩，使排水阀门打开。正常排水时，橡胶阀离开排水阀座密封面的距离应不小于8mm，排水电磁铁的牵引力约为40N。

MM 16 16 电流A 启动 1.7 1.9 额定电压电压范围绝缘电阻 电气强度 V 200 170-220 >100 1500V历时1min 保持 V 0.06 0.07 2.3、传动系统的结构及其工作原理

传动系统主要由电动机、减速离合器组成。套桶式全自动洗衣机使用一台电动机完成洗涤和脱水。洗涤时，波轮转速较低（140~200 r/min）；而脱水时，脱水桶转速较高（约800r/min）。因此，要对电动机1370r/mim的输出转速经常减速处理，以适应两项工作的不同要求，这主要由洗衣机的传动系统来完成，传动系统的工作示意如图6—31所示。

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图6—31 套桶式全自动洗衣机传动系统示意图 1.电动机的技术参数

电动机是整个洗衣机工作的动力来源。我国现阶段生产的套筒式洗衣机大多采用的是电容运转式电动机，产品遵循中华人民共和国机械行业标准JB/T3758—1996《家用洗衣机用电动机 通用技术条件》。目前常用的电容运转式电动机技术参数如表所示。 表 XD型洗衣机电动机技术参数

额定功率/W 额定电压/V 额定频率/Hz 电流/A 满 载 时 转速/（r•min） 效率（%） 功率因数

8

-1XDL—90 XDS—90 90 XDL—120 XDS—120 120 XDL—180 XDS—180 180 XDL—250 XDS—250 250 220 50 0.88 1.1 1370 49 52 0.95 56 59 1.54 2.0

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堵转电流/A 堵转转矩/N•m ： 额定转矩/N•m 最大转矩/N•m ： 额定转矩N•m

2. 减速离合器的结构和工作原理

2.0 2.5 4.0 5.5 0.95 0.9 0.8 0.7 1.7 1.7 1.7 1.7 早期设计的小波轮全自动动洗衣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。

（1） 单向轴承式减速离合器

1） 基本结构 单向轴承式减速离合器主要由离合器和行星减速器两部分组成，其具

体结构如书插页的设计装配图6-32.图6-33和图6-34所示。

错误！未找到引用源。 离合器主要结构 如图6-35所示，离合器中部有两根轴：输入轴1和脱水轴18。

输入轴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固定在输入轴1上，由于方轴与方孔的紧密配合，从而带轮3、输入轴1和离合套30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1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和离合套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，可以就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

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构是棘轮棘爪装置，图6-36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6-35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

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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18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6-37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，此时脱水轴课顺时针转动；而当脱水轴逆时针转动时，滚针 则卡紧在楔形槽的小端处，这时脱水轴将无法转动。

在图6-35中，刹车装置外罩9、刹车扭簧10、刹车带15、刹车盘16和十字轴套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，

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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。

错误！未找到引用源。 行星减速器结构 减速器的结构如图6-38所示。减速器外罩8和减速器底盖10用螺钉紧固在一起，再安装在法兰盘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，其花键端插入中心轮11的内孔中。行星轮4共有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

错误！未找到引用源。脱水状态 减速离合器脱水时的状态及装配关系如图6-39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，一方面拨打旋松刹车弹簧，使其松开刹车装置外罩，这是刹

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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，这是也就抱紧了离合套2.。大带轮1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，即使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1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

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内桶转速较高，约680~800r/min。

错误！未找到引用源。 洗涤状态 如图6-40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，起下端与离合套2脱离，这时离合套只是随输入轴空转。大带轮1带动输入轴6转动，经行星减速器减速后，带动波轮轴11转动，实现洗涤功能。输入轴至波轮轴的传动称为二级减速，其工作过程为，输入轴通过中心轮驱动行星轮，行星轮既绕自己的轴自转又沿内齿圈绕输入轴公转。因为行星轮固定在行星架上，所以行星轮的公转也将带动行星架转动；行星架以花键孔与波轮轴下端的花键相联接，带动波轮轴和波轮转动。行星减速器的减速比i计算公式为：i=1+内齿圈齿数/中心轮齿数。

洗涤状态传动路线是：电动机小带轮大带轮1输入轴6中心轮行星轮行星架波轮轴11波轮。其间，电动机输出转速经带轮一级减速后，又经减速比约为4的行星减速器减速，所以转速约为140~200r/min。

错误！未找到引用源。 内桶跟转现象的解决 洗涤时防止内桶出现跟转是设计中一个非常重要的问题。洗涤时，波轮将传动力矩传递给水和洗涤物，而转动的水和洗涤物又将转矩传递给内桶。因此，内桶如果不固定或固定不可靠，就要随之转动，这就是跟转现象。洗涤时，内桶跟转现象将减弱洗涤效果并对洗衣机不利，所以要防止内桶出现跟转。因为内桶和脱水轴是连成一体的，所以只要将脱水轴可靠固定，就可使内桶不跟转。为此，除了刹车装置外，在脱水轴上还安装有单向滚针轴承，其工作原理如图6-37所示。

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三种工况下的零部件工作状态

工作情况 零部件状态 波轮转向 排水电磁铁 顺时针 断电 逆时针 断电 顺时针 通电，牵引拉杆移动约13mm 洗涤 脱水 单向滚针轴承 谁脱水轴一起旋制动脱水随脱水轴一起旋转 转 轴 棘爪伸入棘轮齿高三分之二，棘爪与棘轮 将棘轮及方丝离合弹簧向旋松方向拨转一个角度，棘爪指向轴心 被棘轮旋松并固定，和离合套分离 在自由旋紧状态，转动时更加旋紧在离合套上，起到传动转矩的作用 棘爪脱离棘轮，弹簧回转到自由旋紧状态 方丝离合弹簧 离合套 因方丝离合弹簧内径被旋大，方丝离合弹簧被旋紧，随

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故离合套分离 抱紧刹车装置外罩 旋松方向，不起作用 离合套转动 被拉杆牵引放松，对刹车装置外罩不起作用 带轮—离合套—方丝离合弹簧—脱水轴—脱水桶 刹车扭簧 传动情况 带轮—输入轴—行星减速器—波轮轴—波轮

当波轮逆时针方向旋转时，内桶有逆时针方向跟转的倾向，这时与内桶成一体的脱水轴被单向滚针轴承卡住，不能转动，所以内桶也就不能转动。但在波轮顺时针方向转动时，单向滚针轴承允许转动的方向与之一致，所以对脱水桶没有制动作用。

当波轮顺时针方向转动时，内桶有顺时针方向跟转的倾向，这时自然状态的刹车扭簧将被旋紧，紧紧抱住刹车装置外罩的轴端，相互之间产生足够的摩擦力使两者成为一整体。刹车装置外罩的顺时针旋转摩擦力将刹车带拉紧，刹车带对刹车盘转动产生摩擦阻力，这样就阻止了内桶的跟转。刹车装置工作原理如图6-41所示。

综合所述，当波轮逆时针转动时，依靠单向滚针轴承来防止内桶的跟转；当波轮顺时针方向转动时，依靠刹车装置来防止内桶的跟转。

脱水过程中突然打开洗衣机上盖，排水电磁铁失电，方丝离合弹簧恢复到洗涤状态，由于脱水是顺时针旋转，刹车扭簧将抱紧，刹车装置起作用，刹车带将使内桶迅速制动。

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（2）带制动式减速离合器 带制动式减速离合器和单向轴承式离合器结构和原理大体相同，其结构如图6-42所示，减速器和制动器合二为一，即借用减速器外壳作为刹车盘。带制动式减速离合器是由排水阀电磁铁来切换高低速状态。洗涤时，排水阀电磁铁断电，排水阀关闭，由制动杆21通过棘爪拨叉25，使棘爪27卡住棘轮3，棘轮内的方丝离合弹簧4松开，带轮的动力无法传给上半轴15。同时制动带6刹住制动轮16，避免上半轴15因波轮轴转动而跟转。

方丝离合弹簧4外部同轴安装棘轮3，上端处于自由状态，下端插入棘轮3内壁孔中。方丝离合弹簧4内部套住方孔离合套29和上半轴28，为柔性接触，旋紧时使两者联为一体。 脱水时，排水阀电磁铁得电，排水阀处于排水状态，电磁铁带动制动杆21移动一个距离，刹车带6放松，制动轮16可自由转动。同时，棘爪拨叉25随制动杆转过一个角度，棘爪和棘轮3分开，方丝离合弹簧4旋紧，方孔离合套29和下半轴28两者联动。大带轮2

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的扭矩由方孔离合套29、方丝离合弹簧4、下半轴28、制动轮16传给上半轴15，为高速脱水提供动力。

带制动式减速离合器主要有三种工作模式，如表6-14所示。

带制动式减速离合器的三种工作情况

工作情况 零部件状态 波轮转向 排水电磁铁 顺时针 断电 逆时针 断电 顺时针 通电，牵引拉杆移动约13mm 洗涤 脱水 棘爪伸入棘轮齿高三分之棘爪与棘轮 二，将棘轮及方丝离合弹簧棘爪脱离棘轮，弹簧回转向旋松方向拨转一个角度，棘爪指向轴心 被棘轮逆时针方向旋松并固定，和离合套分离 因方丝离合弹簧内径被旋大，故离合套空转 被旋紧在圆抱簧 旋松方向，不起脱水轴上，作用 防止内桶跟转 贴压在刹车盘刹车带 虽贴压在脱离脱水轴，不起作用 被旋松，不起作用 在自由旋紧状态，转动时更加旋紧在离合套上，起到传动转矩的作用 方丝离合弹簧被旋紧，随离合套转动 到自由旋紧状态 方丝离合弹簧 离合套 上，并被拉紧，刹车盘上，使脱水轴不能但摩擦力转动，起到防止使其松弛，

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跟转的作用 所以不起作用 传动情况 带轮—输入轴—行星减速器—波轮轴—波轮 带轮—离合套—方丝离合弹簧—下半轴—制动轮—上半轴—脱水桶

2.4、 机械传动系统设计计算

波轮式全自动洗衣机的传动系统的设计计算内容较多，当大多数零部件可以选用而无需进行设计，一般设计内容主要有：方案设计、电动机选用、带传动设计、行星减速器设计等。

1. 方案设计

波轮式洗衣机常用布局为输入轴布置在内桶的中心处,整个传动系统基本上同轴布置,电动机只能偏置一边,为了保持平衡,可将排水电磁阀和排水管与电动机对称布置,必要时可加平衡块。根据设计任务中给出的内桶直径为400 mm则外桶直径约为470mm,电动机轴与洗涤输入轴之间中心距只能为150mm左右，在此范围内选择合适的一级降速传动比和采用带轮传动。

2. 基本参数的选择

目前洗衣机的洗衣量、电动机功率、内桶直径等基本参数，大多数企业是通过实验进行

设计选用的。表6-15是目前常用的波轮式全自动洗衣机基本参数情况，可供设计时参考。

表6-15波轮式全自动洗衣机基本参数 洗衣量/kg 3.8 4.5 5.0 5.5

电动机功率/W 180 250 250 370 内桶直径/mm Ø400~520 Ø400~520 Ø400~520 Ø400~520

脱水转速/(r·min) 700~800 700~800 700~800 700~800 19

-1洗衣转速/(r·min-1) 120~300 120~300 120~300 120~300

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6.0

370 Ø400~520 700~800 120~300 根据设计任务要求最大洗衣量为3.8kg，参照表6-15选用电动机功率为180W，电动机满载时转速为1370r·min。

3. V带传动设计计算

因为V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，在同样的张力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，所以这里选用了最常用的V带作为第一级降速。

参照表6-15，初步选定电动机功率P为180W，洗衣转速为180r/min，脱水转速为720r/min，则传动比为： in113701.9 n2720（1） 计算功率Pca 由于载荷变动小，因此取工作情况系数KA1.0 Pca=KAP=0.18kW

（2） 选择带型 根据小带轮转速为1370r/min，以及小带轮安装尺寸的大概范围，选取普通V带Z型（见图6-43）

（3） 带轮的基准直径d1和d2 初选小带轮的基准直径dd1，查表6-16和表6-17，选取

dd1=55mm，大于V带轮的最小基准直径ddmin的要求50mm。 V带轮的最小基准直径

Z 槽型 SPZ A SPA 75 90 B SPB 125 140 C SPC 200 224 ddmin/mm 50 63 大带轮的基准直径dd2为：

dd2=idd11.955mm104.5mm，按表6-17圆整为dd2=106mm。

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计算功率Pca/kW 普通V带选型图

（4）验算带的速度v

vdd1n1601000551370601000m/s3.95m/s

普通V带的最大带速vmax25~30m/s，故满足要求。

V带轮的基准直径系列

基准直径 Y Z SPZ 带 型 A SPA B SPB 外径da 53.2 66.2 74.2 — 83.2 — 54 67 75 79 84 — 80.5 85.5 90.5

C SPC D E dd 50 63 71 75 80 85 21

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90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 93.2 — 103.2 — 115.2 — 128.2 94 — 104 — 116 — 129 136 144 154 95.5 100.5 105.5 111.5 117.5 123.5 130.5 137.6 145.5 155.5 132 139 147 157 （5）中心距和带的基准长度Ld

0.7dd1dd2a02dd1dd2112.7a0322

根据洗衣机桶体的安装尺寸，初取α0=140mm，基准长度：

L'd2a02dd1dd22dd1dd224a04140 2140538mm21065555106mm

查表6-18选取和538mm 相近的标准带的长度Ld为560mm，则实际中心距为：

LdL'd560538aa0140mm mm15122在安装时，在结构上要保持V不定期有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。

表6-18 V不定期的基准长度系列及长度系数KL

基准长度 L d/mm 450 Y Z A K L 普通V带 B C

窄V带 D 22

E SPZ SPA SPB SPC 1.00 0.89

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500 560 630 710 800 900 1.02 0.91 0.94 0.82 0.84 0.96 0.81 0.99 0.82 1.00 0.85 0.86 0.81 0.88 0.83 1.03 0.87 0.81 （6）主动轮上的包角α1

1180dd2dd157.5160.6120 a（7）带的根数z 长度系数KL、包角系数Kα、单根V带基本额定功率P0、单根V带额定功率增量∆P0查表6-18、表6-19、表6-20a和表6-20b，取另KL=0.94、Kα=0.95、P0=0.16Kw、∆P0=0.02kW。

表6-19 包角系数K

小带轮包角／(°) 180 175 170 165 160 155 150

单根普通V带的基本额定频率P0 （单位：kW）

小带轮节圆直带型 Z型

K 1 0.99 0.98 0.96 0.95 0.93 0.92 小带轮包角／(°) 145 140 135 130 125 120 K 0.91 0.89 0.88 0.86 0.84 0.82 小带轮转速n1/(rmin1) 400 0.06 730 0.09

径dp1/mm 50 800 0.10 23

980 0.12 1200 0.14 1460 0.16 2800 0.26

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63 71 80 0.08 0.09 0.14 0.13 0.17 0.20 0.15 0.20 0.22 0.18 0.23 0.26

0.22 0.27 0.30 0.25 0.31 0.36 0.41 0.50 0.56 单根普通V带额定功率的增量P0 （单位：kW）

传动比i 带型 小带轮转速1.00~ 1.01 0.00 0.0400 730 Z型 800 980 1200 1460 2800 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.02~ 1.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 1.05~ 1.08 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 1.09~ 1.12 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 1.13~ 1.18 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 1.19~ 1.24 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 1.25~ 1.34 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 1.35~ 1.51 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.04 1.52~ 1.99 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 n1/(rmin1) 2.0 zPca0.181.11

(P0P0)KKL(0.160.02)0.950.94取z=1。

（8） 带的预紧力F0 V带单位长度的资料q 查表6-21得q=0.06kg/m，单根V带所

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需的预紧力为：

F0500Pca2.5(1)qv2 zvK0.182.5(1)0.063.952]N38.1N

13.950.95=[500

V带单位长度的质量

Z 带型 Z SPA 0.10 0.07 12 0.20 A SPB 0.17 0.37 B SPC 0.30 0.C SPq/(kgm1) 0.06 （9）带传动作用在轴上的力FL：

FL2F0zsan(1160.6)238.11sin()N75.1N： 224. 带轮的结构设计

带轮的结构设计可参考有关的《机械设计手册》或《机械设计》教材。

5. 行星减速器设计

已知洗衣转速为180r/min，脱水转速为720r/min。由于脱水时行星减速器中心轮与内齿圈顺时针等速旋转，故中心轮与行星架的传动比为1，波轮与内桶顺时针等速旋转，因此由洗涤状态来进行行星减速器的设计计算。

（1） 洗涤状态传动比 洗涤输入轴与波轮的传动比为：

BiAX7204： 180（2）初选中心轮和内齿圈齿数 洗涤时中心轮旋转，内齿圈静止，中心轮与行星架

B的传动比iAX按以下公式计算：

BiAX1zB： zA初选中心轮齿数zA19，由式计算得内齿圈齿数zB57。

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（3） 计算行星轮齿数 由于洗衣机工作扭矩不大，选择齿轮模数为1mm，如选4个行星轮对此布置，则可计算出行星齿轮齿数zX为：

zX(zBzA)571919 22 最终确定中心轮齿数zA为19，内齿圈齿数zB为57，行星齿轮齿数zX为19，实际

B传动比iAX为4，洗衣转速为180r/min。

6. 棘爪与棘轮机构设计

由于外桶尺寸已定（因内桶直径已知），在方案设计时初定位于外桶底部的出水口位置，则排水电磁阀衔铁中心与出水口中心位于同一直线上。根据选定的排水电磁阀的行程和初定的棘轮顶圆直径来设计棘爪机构。要求在洗涤时，棘爪要伸入棘轮棘齿高度的三分之二，脱水时棘爪脱离棘轮1.5mm以上。棘爪与棘轮机构的详细设计可参考相关书籍。

参考文献

尹志强，机电一体化课程设计指导书 .机械工业出版社，2007 王冠熙，全自动洗衣机原理与维修[M].电子工业出版社，2003 伍寸宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中的运用[J].设计与开发，2000 金洲.洗衣机的PC智能控制[D].南通：南通职业大学电子，2004

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朱喜林，张代治。机电一体化设计基础[M] .北京科学出版社，2004

赵松年，李恩光，裴仁清。机电一体化系统设计[M] .北京理工大学出版社，2006

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