机电一体化系统设计课程设计-自动洗衣机的设计(编辑修改稿)

机电一体化系统设计课程设计-自动洗衣机的设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ 3） 缺点： 哈尔滨理工大学课程设计说明书 9 9 1）皮带减速传递效率低故，障率高。 2）由于电机偏置，易震动，需加配。 3）皮带易打滑磨损。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 10 10 第 3章 电动机的选择 概论 目前在家用电器中使用的电机分为直流电机、单相串激式电机。 直流电机使用干电池供电，通常在电动剃须刀、录音机、电动儿童玩具等小型器具中。 单相串激式的电机结构上与直流电机相似。 由于其转子上带有换向器，电机运转时使得换向器极易磨损，因而寿命短，常用在转速要求较高而单次使用时间短的电动器具上，如吸尘器、食品加工机等。 单相感应电机应用最广，根据起动 方式的不同又分为罩极式、分相起动式、电容起动式及电容运转式，分别用于电冰箱、电风扇、微波炉、洗衣机等家用电动器具上。 由于电容运转式电机具有起动扭矩大、运行稳定、功率因数高、过载能力强等特点，并能较好的满足洗衣机正反两个方向运转的工作要求，所以被广泛的应用于洗衣机中。 洗衣机在正常工作状态洗涤桶内应装有水和衣物，因此，洗衣机的电动机总是在有负载的条件下运行，由于洗衣机工作时要求波轮正反转，这就要求电动机带载正反频繁起动，洗衣机电动机的负载不能看成恒转矩负载，因为洗衣机的波轮直接接触水和衣物，在起动的初始时刻， 阻转矩较小。 但是，这个负载又不能简单的看成是风机水泵类负载（与转速的平方成正比的负载特性），由于桶内衣物位置和水流的变化，在正常的工作条件下，负载的大小可能经常发生变化，由于洗衣机的负载特点和工作是频繁起动的需要，对电动机的起动转矩和最大转矩都要求比较高。 洗涤电动机 洗衣机电机的现状及发展趋势 现在波轮洗衣机上使用的电机以单相感应电机为主，少数用变频电机和无刷电机，滚筒洗衣机则以串激电机为主，此外还有变频电机、无刷电机、开关磁阻电机等。 总的来说，可以将其分为两大类：定速电机和变速电机，下面对以上电机做一 些简单介绍。 (1)定速电机 定速电机基本上都是电容运转单相异步电机，属于感应电机，可以分为单速电机和双速电机两类。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 11 11 1) 单速电机：定子上有空间上相互垂直的二相绕组，其中一相通过移相电容连接到电源上，转子由铁心和鼠笼组成，定子和转子之间没有电路上的直接联系，定子绕组通电后产生旋转磁场，旋转磁场又在转子鼠笼中感应出感应电流，二者相互作用产生电磁力。 它具有感应电机结构简单、成本低的优点，运行性能也不错，但起动性能稍差、无法调速。 单速电机主要用于波轮洗衣机上。 2) 双速电机：原理同单速电机一样，不同的是 此类电机的定子上有两套极数不同的绕组用来产生不同的转速，按照绕组结构的不同又可以分为分离绕组和共享绕组两类。 (2)分离绕组双速电机：定子上有两套完全独立的不同极数的绕组，如 2 极 /6 极、 2 极 /16 极、 4 极 /6 极等。 由感应电机的特点知道，转子鼠笼会自动形成与定子旋转磁场相同的极数，因此通过给不同极数的定子绕组供电便可得到不同的电机转速，用来适应不同的要求，如 2 极或 4 极用于甩干， 6 极、 16 极用于洗涤等等，由此给客户更多的选择。 此类电机的性能特点同单速电机相比，因为其定子上需要两套绕组，所以体积比单速电机大，成 本也高。 1）共享绕组双速电机：这是艾默生电机发明的，是对分离绕组双速电机的进一步改进，其特点是通过改变连接方式可以使同一定子绕组为两种不 同的极数所共用。 比如说已经大批量生产的 4 极 /6 极双速电机，其定子绕组既可以用作 4 极，通过改变连接又可以用作 6 极，而且 4极与 6 极都可分别用于洗涤和甩干。 因为此类电机的定子绕组是两种极数共享的，所以它的体积要比普通的分离绕组双速电机小得多，也就是说在同样的体积下可以得到更大的输出功率，从而可以更好地满足客户的需求。 双速电机目前主要用于波轮洗衣机，也有部分用于滚筒洗衣机，但 用于滚筒洗衣机时不能获得很高的甩干转速。 电动机的选用 洗衣机中使用的电动机可分为单向异步电动机、永磁式直流电动机、单向串激式和直线型驱动电机。 单向异步电动机根据启动方式不同又可分为电容运转式电动机和罩极式电动机，而电容式电动机又派生出双速变极式电动机。 洗衣机根据各自的工作特点采用不同的电动机。 国家标准对洗衣机的主要性能指标作了相应的规定，表一就是波轮洗衣机用的 XD 型洗衣机电动机的性能指标。 根据我国条件，电动机的电源电压为 220V，频率为 50Hz，同步转速为 1500r/min，额定转速为 1350r/min 哈尔滨理工大学课程设计说明书 12 12 表 32 洗衣机机所配用的电 洗衣机电动机的功率应根据洗衣机的规格而定，洗衣机的规格大小是按每次最大洗涤的干配用的电容器。 衣物重量来确定的，表二列出了不同规格的洗衣机所配用的电动机的功率及电动机所配用的电容器。 设计以 ，所以选用电机功率为 120W，配置电容器为 8μ F。 其中，堵转转矩倍数为 ，堵转电流为 ，最大转矩倍数为 ，效率为 52%，功率因素为。 双速变极电机结构 速变极点动机是采用改变极数来获得两种速度的电容运转式电动机。 接通 12 级绕组，电动机低速运转，完成洗涤、漂洗功能。 接通两极 绕组，电动机高速运转，完成脱水功能。 洗涤电机的结构简图如下图一所示 ： 洗衣机的 洗衣量（㎏） 23 34 45 配用电动机 （ W） 90,120 120 180 250 配置电容器 （μ F） 6,8 8,10 10,12 16 输入功率 （ W） 堵转转矩 倍数 堵转电流 （ A） 最大转矩 倍数 效率 （ %） 功率因数 90 49 120 52 180 56 250 59 哈尔滨理工大学课程设计说明书 13 13 主要技术参数 表 33 洗衣机主要技术参数 洗衣机在洗涤运转时，受力极大。 因此对传动机构的波轮轴、轴承套等零件要求具有一定的强度、刚度、耐疲劳性能。 同时，传动机构上部分在洗涤时，长期受水的侵蚀，使得各零件要求有很高的耐腐蚀性和耐冷热冲击性能。 YXG162/2/12 型双速变极电动机为中国济南洗衣机厂生产，主要技术指标见上表。 启动和运转配用 14 微法 /450 伏电容器， 2 极额定输出功率 200 瓦； 12 极输出功率为 120 瓦 图 31 洗涤电动机的结构简图 哈尔滨理工大学课程设计说明书 14 14 第 4章 波轮的分类和选用 波轮式洗衣机发展趋势 波轮式洗衣机自 1953 年诞生以来，经过 50 余年的发展。 现在，以波轮洗衣机为主流的半自动和全自动洗衣机已逐渐覆盖中国城乡大部分地区。 九十年代以来，滚筒洗衣机逐渐进入中国市场。 如今，大、中城市已形成波轮为主，滚筒为辅的洗衣机市场格局。 洗衣机从原来单纯追求洁净、节水、节电等，逐步向健康、环保、高度智能化、洗干一体化方向发展。 尖端洗涤技术的革新，一直是洗衣机行业发展的主导力量。 首先表现在洗涤方式发生巨大变化。 原先大多侧重于水流的改变、动力的加大。 现在，超音波、电解水、臭氧和蒸汽洗涤的运用，使洗衣机的去污能力从单纯依靠洗衣粉、洗涤剂的化学作用和强弱变化 的水流机械作用，向更高层次的健康、环保洗涤方式转变，特别是电解水、超音波技术在洗衣机行业的运用几乎改变了洗衣机的历史 —— 洗衣不用或少用洗衣粉、洗涤剂，减少化学品对皮肤的损害和对环境的污染。 电解水、臭氧、蒸汽的杀菌除味及消毒功能倍受青睐，引发了洗衣机消费健康潮。 另一变化就是高度自动化、智能化、人性化。 从半自动、全自动到现在流行的人工智能、模糊控制，只需按一下按钮一切搞定。 同时，用户可以按照自己的洗衣习惯，自主选择时间和方式，自编和记忆程序让用户真正做到随心所欲。 人性化还表现在使用的方便和舒适，如子母分洗洗衣 机可以做到不同衣物分开洗；斜桶和顶开滚筒可以做到取放衣物方便不需深弯腰；蒸汽烘干功能使得晾晒更加方便， DD 直驱电机在节能降噪方面效果更加突出，等等。 另外，大容量成为不变的消费趋势。 前几年，洗衣机容量多为 45公斤， 6 公斤的大容量尚很少见。 现在， 7公斤的容量已经很普遍， 8公斤也正常。 现代人居空间不断扩大，对宽敞、舒适、方便要求更多，大能容小，大容量洗衣机一台可顶一套。 业内人士表示，尖端洗涤技术的革新，所表现出的洗衣方式更加注重健康和个性化，已在市场发展中倍受欢迎。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 15 15 波轮的分类 ： (1)掌形波轮 (2)碟形波轮 (3)塔形波轮 (4)搅拌棒形波轮 (5)转桶式大波轮（盒式波轮） : (1)三洋 公司的手搓式波轮 (2)松下公司的碟形波轮 (3)夏普公司的 “ 帽式 ” 波轮 (4)日电公司的撬杆式波轮 (5)三菱公司的搅拌式波轮 (6)东芝公司的偏心波轮 波轮的参数及性能 波轮形状和尺寸与洗涤性能的关系如下图所示 : 1． 波轮直径：波轮直径与洗净比、织物磨损、织物缠绕和洗涤不均匀度的关系见图一。 如图所示，增大波轮直径对洗涤物的洗净比、织物缠绕和洗涤不均匀度都有利，仅对织物磨损略有增大。 2．波轮叶片 筋：它的作用是在波轮正反旋转时，产生水平和上下回转的复合水流，使洗涤物受到三维冲击力的作用。 图 35 是波筋断面的筋宽尺寸与洗涤性能的关系，如图所示，波筋宽度在 20— 25mm时，洗涤性能较好。 除波筋宽度外，波筋的高度和条数也对洗涤性能有所影响，但波筋高度对洗涤电动机的输入功率影响更大。 波筋条数一般设计成 3— 8 条，实验表明，波筋 6 条时洗涤性能较好。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 16 16 波轮形状及参数的选用 本设计中，波轮要推着衣物向上运动，因此，碟形波轮比较适合，故选用碟形波轮，波盘直径选为 360mm，波径选为 6 条 . 图 41 波盘直 径与洗涤性能的关系 波盘直径（ mm） 哈尔滨理工大学课程设计说明书 17 17 第 5章 传动部分的 设计计算 计及在此部分主要对洗衣机中主要传动机构包括两个带传动和一个螺纹传动以及波轮轴的设计算。 带传动的设计 此部分将完成连接洗衣机内筒的带传动计算。 120W，转速 min/13700 rn  ，波轮轴转速 min/300rn ，传动比 i （ 51） 确定计算功率 caP 由表查 得工作情况系数： AK ，故 KwPKP Aca  （ 52） V带带型 根据 caP ， 0n 由图确定选用 Z型。 由表取主动轮基准直径： .631 mmD  （ 53) 根据（ 51），从动轮基准直径： .2 8 mmiDD  根据表，取： .2802 mmD  按（ 53）验算带的速度： smnDv / 0 0 060 1 3 7 0631 0 0 060 11    V带的基准长度和传动中心距 根据式    21021 DDaDD  ，初步确定 : .2500 mma 。