超声波洗衣机结构设计【6张CAD图纸】【优秀】

超声波洗衣机结构设计

32页 11000字数+说明书+6张CAD图纸【详情如下】

双速电机小带轮.dwg

大带轮.dwg

波轮轴.dwg

脱水桶.dwg

螺纹轴.dwg

装配图.dwg

超声波洗衣机结构设计论文.doc

超声波洗衣机结构设计

摘 要

   目前市场上的洗衣机以滚筒和波轮洗衣机为主，还有一种将两者结合而成的一种揉搓式的洗衣机，这种常规机械搅拌似的洗衣机其相关技术参数和标准都已非常完善，产品种类已非常丰富，自动化程度已很高，市场普及化也非常高。但是这类洗衣机都有一些共同的缺点：浪费水，使用的洗涤剂污染环境，易损伤衣物，洗涤不均匀等。随着人们节能环保意识的增强，以及对洗衣质量要求的提高，新型的不使用水或者少使用水，对衣物损伤小的超声波智能化洗衣机成为各大洗衣机厂商研发的重点和未来市场的主打产品.本设计主要在揉搓式洗衣机基础上加装超声波发生器和超声波换能器，并在局部结构上做了一些创新设计，目的是最大程度的节水。在洗衣机的智能化和人机工程学方面亦有所兼顾，机器可以自动识别衣物质地和受污状况而自动选择洗涤方式以及洗涤液和水的用量。  

关键词：超声波；揉搓；人机工程学；节水

DESIGN OF THE STRUCTURE OF HOUSEHOLD ULTRASONIC WAVE WASHING MACHINE

　ABSTRACT

The present washing mashine market gives priority to two kinds of goods :platen washing machine and boLun washing machine.A rub -type washing machine as well as a combination of the two .The conventional mechanical agitation washing machine like the related technical parameters and the standard is already very perfect,products are already very rich , the automation and market channels is also very high .But this kind of washing machine can have some of the same faults:Wasting water,using detergent which pollutes the environment ,damaging clothing easily,hard to wash even, and so on .With people' energy saving and environmental protection consciousness strengthening ,also ,with a higher and higher washing quality demand ,A new kind of washing machine ,which uses less water, even doesn't use water ,makes less damage of clothes,called ultrasonic wave washing machine,is likely to be the key research point of the manufacturers,as well as the flagship product an the market in the future .This design is mainly based on Rub washing machine,Inside it ,an ultrasonic generator is fixed .And, in the local structure, there are some innovative designs ,which aims at saving water as far as possible. There are also some improvements in intelligentization and human-computer engineering.The washing machine can automatically recognise the quality and the unclean condition of the clothes and choose proper dosage of water and cleaning mixture.　　

Key words: ultrasonic wave; Rub; ergonomics; water saving

目录

1. 绪论1

1.1 洗衣机技术发展的历史现状及趋势1

1.2 超声波清洗原理1

1.3超声波技术在洗衣机上应用的可行性及前景3

1.4选题目的及意义3

1.5设计方案的提出及论证4

2. 超声波洗衣机结构设计5

2.1总体结构设计5

2.2 超声波相关部件设计7

2.2.1 超声波发生器的设计7

2.2.2超声波换能器的设计7

3. 电动机的选择9

3.1 概论9

3.2 洗涤电动机9

4. 传动部分的设计计算12

4.1 带传动的设计（一）12

4.2 带传动的设计（二）14

4.3 螺纹轴的设计16

4.4 波轮轴的设计21

5. 相关部件的设计和安装说明24

5.1 洗衣机的底座及外壳24

5.2 位开关和拨动开关24

5.3 桶（盛水桶）及其安装24

5.4 桶的结构设计25

结  论26

参考文献27

致 谢28

1.1 洗衣机技术发展的历史现状及趋势

　　　自从1901年美国的费希尔发明了第一台洗衣机，这预示着搓板、棒槌等这些洗衣工具将被淘汰，人的双手将从繁重的洗衣工作中得到解放，特别是1928年第一台自动滚筒洗衣机在德国诞生后，手工洗衣渐渐成为了历史。此后各国的技术人员不断开拓进取、研制出许多不同洗涤方式的洗衣机。这些洗衣机各有所长，各有所短，相互之间竞争与融合，逐渐形成当今世界的三大种类—滚筒式洗衣机、波轮式洗衣机和揉搓式洗衣机. 各大洗衣机厂家在这三种洗衣机基础上围绕节水,节能,环保,智能化等不断改进结构,采用新材料,推出新产品.但是无论怎么改进,这类洗衣机的基本工作原理都是:衣物*污垢+洗涤剂 +外界作用力 = 衣物+污垢*洗涤剂. 这种机械式的洗涤方式不但需要大量的水,造成水资源的浪费,而且使用的洗涤剂会污染坏境.同时,这种洗涤方式会造成衣物的磨损.随着人们节能环保意识的增强以及对洗衣质量要求的提高,单纯机械式的洗涤方式已不能满足人们的使用要求,高度节水节能,高度智能化的超声波洗衣机成为各洗衣机厂家研发的重点和未来家用洗衣机市场的主打产品.

1.2 超声波清洗原理

   超声波清洗的机理归结为超声空化及伴随产生的冲击波、微声流、微射流以及清洗液超声振动本身的机械效应。具体作用分述如下：

   空化气泡在声场的作用下振动，与固体表面发生摩擦，起到冲击和擦洗作用，可使附着不太牢的污垢脱落。在污垢膜的边缘，污垢一旦有缝隙，气泡就可以“钻入”缝隙中进行振动，使污垢膜被撕裂和剥落。气泡闭合时产生的冲击波作用在污垢上，使不溶性污垢被击碎，从清洗件表面散落下来，分散到清洗液中．油脂性污垢，它与被清洗表面附着不太牢，并且与水溶液的化学作用很弱，在空化气泡的作用下被乳化而脱落。对于油污包裹着的固体粒子，在超声空化作用下，两种液体在界面被迅速分散而乳化，固体粒子即行脱落。空化气泡在固体表面和液体界面上所产生的高速微射流能够除去污垢或削弱污垢附着力，使清洗液渗入污垢内部及清洗件内部，增加搅拌作用，加快可溶性污垢溶解，强化化学清洗剂的清洗作用空化气泡本身振动所产生的微声流所具有的粘滞应力，足可使清洗件表面污物被破坏而剥离。声学毛细管效应可使清洗液渗入到清洗表面 的凹凸不平的微孔，加强清洗液的作用。清洗液的超声振动使清洗表面随激烈的冲击作用，可使水溶性污垢及附着不太牢的污垢很快脱落。总结起来,超声波清洗的原理如图1-1和图1-2所示:

图1-2 超声波清洗流程

1.3超声波技术在洗衣机上应用的可行性及前景

    将超声波清洗用于洗衣机的研究在20多年前就已开始，但由于种种原因一直未进入适用化和商品化阶段.主要是减少空化噪声和局部结构设计还存在问题,随着技术的进步,这些问题将逐步得到解决.经济实用的超声波洗衣机投放市场将为期不远.以下是超声波洗衣机和常规机械搅拌式洗衣机洗衣效果的一个比较:

图1-3 超声波洗衣机和常规洗衣机清洗效果比较

通过比较,超声波洗衣机有以下优点:

(1)超声清洗速度快、质量高、节水节电

(2)易于实现自动化

(3)超声清洗衣服是浸没在水中的，因而不会存在有清洗死角，效率相对提高

(4)无需专用洗涤剂,既经济又环保

   总之，超声波洗衣机具有洗净度高、节水、灭菌消毒、少用或不用洗涤剂等优点，研制开发超声波洗衣机不失为一条有助于相关企业尽早打开洗衣机市场大门的新思路.

1.4选题目的及意义

   选择“超声波洗衣机结构设计”作为此次毕业设计的题目主要有以下几个目的：

（1）了解机械技术发展的前沿，将所学的理论知识与这些新技术联系起来并加以实际应用。

（2）进一步加深对常用机械部件及设计方法的掌握。提高专业知识的应用能力。

（3）掌握机电一体化系统设计的方法。

（4）提高在机械设计中应用人机工程学相关知识的能力。

（5）锻炼分析机械结构，识图作图的能力，为实际工作积累经验。

1.5设计方案的提出及论证

   经过对揉搓式洗衣机实际工作原理的分析以及对超声波清洗技术的详细了解,确定如下设计方案:

   整体结构为套筒式揉搓式洗衣机,设计有两种洗涤方式:超声波洗和常规波轮洗.家庭可根据衣物质地及数量选择洗涤方式.超声波洗涤时的脱水方式与揉搓洗涤时的相同.取消底部铁支架下的平衡块,换成超声波发生器,同时充当平衡块. 通过对揉搓式洗衣机各系统及部件的分析,此方案是可行的.其工作原理如图2-1，主要部件为螺纹轴，波轮轴，下波盘，上波盘，内筒，外筒，套筒，传感器，导轴，超声波发生器，超声波换能器，带轮及电机等。

（1）洗涤原理    

　　　其洗涤原理为：电机1带动带轮1，带轮与内筒为紧固连接，内筒做旋转运动，上波盘与内筒盖为紧固连接，所以上盘也做旋转运动。同时，电机带动带轮使螺纹轴转动，使螺纹盘向上运动，并带动波轮轴向上运动，使下波盘推动衣物与旋转的上波盘进行对衣物进行揉搓，从而达到洗净衣物的目的。

   上波盘与内筒盖紧固连接，内筒与套通过螺栓紧固连接，大带轮1通过键与套筒连接。主轴通过弹簧和连接件与下波盘连接，连接件上装有周向和径向传感器。螺纹盘与主轴通过键和螺母紧固连接，螺纹轴通过销钉与大带轮2连接，螺纹盘装在螺纹轴上，螺纹盘可沿导轴进行上下移动。

　　　主轴和螺纹盘上下运动的范围可由行程开关决定，行程开关决定了大皮带轮2的转动量，当主轴和下波盘托着衣物顶向上波盘的力大于弹簧的力时，下波盘将向下移动，当该力达到设定的大小时，限位开关（径向传感器）工作，皮带轮2停止转动，螺纹盘停止向上运动，调整限位开关的位置即可改变作用于衣物上挤压力的大小。上下波盘对衣物有一定的挤压力时，上波盘是正反转动，就是对衣物的揉搓。当揉搓力（周向力）过大而使弹簧周向移动一定量时，拨动开关（周向传感器）工作使内筒（上波盘）转动反向。调整拨动开关的长度可改变揉搓力的大小。

   为满足城市家庭对洗涤时间及洗净度的要求,采用碟形波轮.波轮直径约为300mm，转速约为120~200r/min。由于超声波的作用区域主要是在洗涤桶内,所以超声波涤桶的几何形状会影响到超声波声场在其中的分布。如果桶的形状合适，能使超声声场在其中分布得比较均匀，能有效的形成驻波场，使洗涤桶的各个角落都能产生较好的洗涤效果。所以洗涤桶应为对称的几何形状，如圆形、正方形、长方形等。另外，洗涤桶的形状还对洗衣机外观形状有影响，也有外观设计上的问题：因此，超声波全自动洗衣机的洗涤桶宜为圆形.因此本设计中采用圆形洗涤桶. 超声发生器和超声换能器配套使用，两者用电缆连接换能器直接安装于洗涤桶底部.换能器直接安装于洗涤桶底部或底部的振动板上, 在清洗机上主要是用粘接法, 大多数用环氧树脂作粘接剂在洗衣机上, 如何固定超声换能器, 保证在洗衣机寿命期内不脱落, 看来也是开发中的一个难题。根据衣物质地和洗涤要求选择洗涤方式后,洗衣机自动完成洗涤和脱水的全过程.这种洗衣机与常规揉搓式洗衣机的不同之处是多了一种超声波洗涤方式.对于脏污严重的衣物，可先选择常规洗涤，然后选择超声波洗涤，这样会比仅用超声比洗涤的效果更好

（2）漂洗原理

   本设计为全自动洗衣机，应此洗衣机必须具备漂洗功能。

   在漂洗方式的选用上，考虑到经济性、实用性以及结合本设计的设计特点，选用溢水漂洗方式。就是在洗衣机将衣物洗涤完毕后，从进水口不断向内桶注入清水，结合内桶的旋转以及波轮的揉搓运动，使洗涤液以及污垢从衣物中脱离出来，随着水面的不断升高，脱离出的洗涤液和污垢就可以随着水流从以水口排出，使洗涤液和污垢予衣物脱离，已达到漂洗衣物的目的。

　　　之所以此种漂洗方式，是考虑到此种洗衣机的洗涤特点，和经济实用型。本洗衣机与其它洗衣机相比，最大的特点就是增加了揉搓功能，因此，在漂洗的时候可以考虑使用此功能。不仅可以大大缩短漂洗环节的时间，而且可以提高衣物的干净程度，同时，也大大的节省了漂洗用水，可谓一举三得。

（3）脱水原理

   在本洗衣机中与其它洗衣机类似 ，也采用内桶的高速转动，使衣物高速转动起来，使衣物中的水受惯性力的作用甩出衣物，顺着内桶壁上的孔进入外桶排出 超声波发生器是一个大功率的信号发生器(即驱动电路),它的作用是给超声换能器一定频率的电磁振荡能量,如果这个频率刚好是超声换能器本身的谐振频率,就能够使超声换能器产生最有效的超声振动,也就是发生率共振.超声波发生器按激励方式分为两种:自激式和它激式,根据洗衣机工作环境要求,选用自激式,全晶体管化电路.超声波洗衣机宜采用高频超声,频率范围在30-44KHz,在这种频率下,空化阀低,空化气泡比较多,声波的渗透作用较强,可以深入渗透到衣物的细孔,狭缝内,使衣物洗得干净均匀,并且可以降低空化噪声.本设计选用40KHz的频率,输出幅度可根据负载情况自行调节. 超声声强的大小影响到衣物表面处的功率密度大小，直接影响空化效果。声强太大，引起振幅值过大，使空化气泡在脉动中退化，空化泡太多形成声波屏障，使声波不容易传播到整个液体空间。声强太小时超声振动形成的空化和二阶效应太差，清洗效果就差 因此，超声波洗衣机的声强应在2W／cm以上,初步估计超声波清洗时，洗衣机输出功率

为200W，其综合效率为60%。洗涤时间最长不超过5 分钟, 最短时只有二、三十秒钟就能洗好。采用振荡一放大型超声波发生器结构框图如图2-2所示 超声换能器的作用是把超声发生器所产生的电磁振荡信号转化为超声振动, 在超声洗涤中是把电能转化成声能。其工作原理是: 从超声发生器输送来的电磁振荡信号引起换能器中的换能材料的电场或磁场的变化, 这种变化借助于某种物理效应对换能器的机械振动部分产生一个推动力, 使其进人振动状态, 进而推动与机械振动部分相连接的介质振动, 向介质中幅射声波换能器根据换能材料的机电转换物理效应可分为多种, 目前主要应用的是磁致伸缩换能器和压电换能器。磁致伸缩换能器的换能材料由磁致伸缩材料制成, 将换能器置于磁场中, 其高度可随磁场变化而改变。这种换能器的输人功率大, 较适宜在洗衣机的较低频率下使用。

   采用单个功率为60-150W的压电换能器。换能器上面用轻金属制的喇叭口辐射体，能使换能器与水介质有更好的阻抗匹配，并增大了辐射面积。后盖用重金属制成，使底部的声幅射变得很小，形成较好的自然单面辐射振子。这种换能器的最大特点是灵敏度高，机电转换率及振幅比其它形式的提高50％，且承受功率相对较大。这种换能器还可以通过调整辐射体的厚度、辐射面直径及后盖尺寸得到各种频率、功率及阻抗要求的换能器。

参考文献

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