机械毕业设计（论文）-洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造.doc

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） I 洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 摘摘 要要 洗衣机作为三大白色家电之一，为人们提供“价廉物美”的洗衣机产品成为不同企 业共同经营理念，不断创新自己产品的卖点，扩大产品的市场占有额，成为企业的追 求目标。为此，开展洗衣机的深入研究具有十分重要的理论价值和实践意义。本课题 主要针对洗衣机洗涤波轮及减速箱组件进行研究分析。 1、通过对洗衣机的拆解过程分析和完整的装配工艺卡片的分析，掌握了洗衣机的 洗涤执行单元功能及其工作原理，掌握了与其相关的装配工艺过程，明确了整个分析 研究的思路。 2、研究洗衣机洗涤波轮的不同结构方案，详细设计洗衣机洗涤波轮和减速箱组件 的结构和尺寸、连部分的结构和尺寸以及其他部分的结构和尺寸等，完成洗衣机减速 箱箱组件部分结构的整体设计，借助 AutoCAD 及 UG 等软件绘制了详尽的二维和三维 图纸。 3、为了进一步验证产品设计的工艺性，研究了洗衣机洗涤波轮材料选择，模具设 计的要点，通过 Moldflow 软件分析结构设计合理性，并进行改进，最终制定详细的洗 涤波轮的注塑工艺卡。 关键词：关键词： 洗衣机；洗涤波轮；减速箱；结构和尺寸；Moldflow 软件 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 II The design and manufacturing of the washer execution unit in the washing machine Abstract Washing machine as one of the three major white goods, provide people with cheap common washing machine products into different business philosophy, continue to innovate their products sell, expand the market share of products, become the pursuit of goals. To do this, carried out in-depth studies of the washing machine is of great theoretical and practical significance. This project will target washer washing wheel and gearbox components for research and analysis. Through analysis of the dismantling process of washing machines and complete assembly process analysis of the card, master the washing unit of execution in a washing machine functions and how they work, mastered the Assembly process associated with it, identified throughout the study. Study on washing machine washing wheels of different structural programmes, detailed design of washing machine wash wave structure and size of the wheel and gearbox components, even the parts of the structure and size, as well as other parts of the structure and size, complete gear box components are part of the structure of the overall design of washing machine, using software such as AutoCAD, UG drawing detailed two-dimensional and three- dimensional drawings. In order to further validate the product design process, studied the wave wheel washing machine washing materials selection, main points of die design, structural design rationality analysis by Mold flow software, improve and eventually develop detailed cleaning micro- injection process. Key words: washing machine; wash wave wheel; gears; structure and size; Mold flow software 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） III 目录目录 插图清单插图清单.IV 表格清单表格清单.VII 引引 言言.- 1 - 第第 1 章章 绪论绪论.- 2 - 1.1 波轮洗衣机的简介.- 2 - 1.2 洗衣机洗涤单元的研究意义.- 2 - 1.3 波轮洗衣机的研究现状及发展趋势.- 3 - 1.4 洗衣机洗涤单元的研究内容.- 4 - 第第 2 章章 洗衣机中洗涤执行单元的功能分析和波轮方案选择洗衣机中洗涤执行单元的功能分析和波轮方案选择.- 5 - 2.1 洗涤执行单元的工作原理.- 5 - 2.2 波轮方案选择.- 5 - 2.3 波轮的功能分析.- 6 - 2.4 减速箱功能分析.- 7 - 2.4.1 上下壳体的功能分析.- 7 - 2.4.2 密闭固定其他组件的作用.- 8 - 2.4.3 上下壳体的其他功能.- 8 - 2.5 洗涤执行单元有关零部件的装配工艺分析.- 8 - 2.5.1 波轮在洗衣机上的装配工艺分析.- 9 - 2.5.2 波轮在洗衣机上连体桶的装配分析.- 9 - 第第 3 章章 洗衣机中洗涤执行单元的结构设计洗衣机中洗涤执行单元的结构设计.- 10 - 3.1 设计使用软件的介绍.- 10 - 3.2 波轮的结构设计.- 10 - 3.2.1 波轮的整体结构设计.- 11 - 3.2.2 搓球的结构设计.- 15 - 3.3 减速箱组件的结构设计.- 17 - 3.3.1 洗衣机齿轮箱上壳体的总体结构设计.- 17 - 3.3.2 洗衣机齿轮箱下壳体结构设计.- 19 - 3.3.3 带轮轴结构设计.- 21 - 3.3.4 小齿轮的结构设计.- 22 - 第第 4 章章 波轮制造工艺过程的拟定波轮制造工艺过程的拟定.- 24 - 4.1 使用软件的介绍.- 24 - 4.2 波轮的模具设计分析.- 24 - 4.3 波轮结构注塑过程的 moldflow 软件仿真.- 26 - 4.3.1 划分网格.- 26 - 4.3.3 选择分析类型.- 29 - 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 IV 4.3.4 立即分析.- 29 - 4.3.5 屏幕输出结果.- 29 - 4.3.6 主要流动分析结果.- 31 - 4.4 波轮注塑工艺卡的编制.- 37 - 结论与展望结论与展望.- 39 - 致谢致谢.- 40 - 参考文献参考文献.- 41 - 附录附录 A 外文文献及其翻译外文文献及其翻译.- 42 - 附录附录 B 参考文献题录及摘要参考文献题录及摘要.- 49 - 附录附录 C 注塑工艺卡注塑工艺卡.另附另附 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） V 插图清单插图清单 图 1- 1 章节框架.- 4 - 图 2- 1 普通波轮.- 5 - 图 2- 2 搓球式波轮.- 6 - 图 2- 3 洗涤波轮安装系统图.- 9 - 图 3- 1 蝶形波轮.- 11 - 图 3- 2 搓球式波轮.- 12 - 图 3- 3 波轮上的卡槽.- 12 - 图 3- 4 波轮筋板的二维图.- 13 - 图 3- 5 波轮上的筋纹.- 14 - 图 3- 6 波轮上的通孔.- 15 - 图 3- 7 搓球剖视图.- 15 - 图 3- 8 搓球俯视图.- 16 - 图 3- 9 搓球三维图.- 16 - 图 3- 10 悬臂钩.- 16 - 图 3- 11 悬臂钩.- 17 - 图 3- 12 洗衣机齿轮箱上壳体剖视图.- 17 - 图 3- 13 洗衣机齿轮箱上壳体俯视图.- 18 - 图 3- 14 洗衣机齿轮箱下壳体三维模型视图.- 19 - 图 3- 15 齿轮箱下壳体剖视图.- 20 - 图 3- 16 下壳体俯视二维图.- 20 - 图 3- 17 下壳体三维模型视图.- 21 - 图 3- 18 带轮轴二维图.- 21 - 图 3- 19 带轮轴花键.- 22 - 图 3- 20 带轮轴三维图.- 22 - 图 3- 21 小齿轮剖视图.- 23 - 图 3- 22 小齿轮花键.- 23 - 图 4- 1 案例浏览区.- 26 - 图 4- 2 “生成网格”对话框.- 27 - 图 4- 3 划分网格后的模型.- 27 - 图 4- 4 “浇口位置”参数设置.- 28 - 图 4- 5 最佳浇口位置结果显示.- 28 - 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 VI 图 4- 6 注射位置.- 29 - 图 4- 7 充填时间.- 32 - 图 4- 8 速度/压力切换时的压力 .- 32 - 图 4- 9 流动前沿处的温度.- 33 - 图 4- 10 剪切速率、体积.- 33 - 图 4- 11 壁上剪切应力.- 34 - 图 4- 12 体积温度.- 34 - 图 4- 13 注射位置处压力：XY 图.- 35 - 图 4- 14 冷凝层因子.- 35 - 图 4- 15 气穴.- 36 - 图 4- 16 体积收缩率.- 36 - 图 4- 17 缩痕系数.- 37 - 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） VII 表格清单表格清单 表 2- 1 两种波轮的比较.- 6 - 表 3- 1 小齿轮及花键参数表.- 23 - 表 4- 1 填充分析过程信息.- 30 - 表 4- 2 保压分析过程信息.- 31 - 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） - 1 - 引引 言言 洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。按其额定洗涤容量分为 家用和集体用两类。中国规定洗涤容量在 6kg 以下的属于家用洗衣机：家用洗衣机主 要由箱体、洗涤脱水桶（有的洗涤和脱水桶分开）、传动和控制系统等组成，有的还 装有加热装置。洗衣机一般专指使用水作为主要的清洗液体，有别于使用特制清洁溶 液，及通常由专人负责的干洗。洗衣机行业经过多年竞争后，行业集中度已相对较高。 内资龙头海尔、美的系等市占率合计在 40%左右。但以松下、西门子为代表的外资品 牌，仍占据我国洗衣机市场一席之地。根据监测数据，外资品占据洗衣机市场 26%左 右份额2。 家用洗衣机的种类很多，一般按自动化程度和结构原理两种方法进行分类 一、按洗衣机自动化程度分类 1、普通型洗衣机; 洗涤、漂洗、脱水各功能的操作都需用手工转换。这种洗衣机 结构简单，价格便宜，占地少，容易搬动。 2、半自动型洗衣机; 在洗涤、漂洗、脱水功能中，其中任意两个功能的转换不用 手工操作而能自动进行。 3、全自动型洗衣机; 洗涤、漂洗、脱水各功能间的转换全部不用手工操作，包括 进水、排水在内的各工序都可以用程序控制器自动控制。 二、按洗衣机结构原理分类 1、波轮式洗衣机; 在洗衣桶的底部中心处装有一个带凸筋的波轮，波轮旋转时， 洗涤液在桶内形成螺旋状涡卷水流，从而带动衣物旋转翻动而达到洗涤目的。 2、滚筒式洗衣机; 滚筒式洗衣机为套桶装置，内桶为圆柱形卧置的滚筒，筒内有 34 条凸棱，当滚筒绕轴心旋转时，带动衣物翻滚，并循环反复地摔落在洗涤液中， 从而达到洗涤的目的。 3、搅拌式洗衣机; 搅拌式洗衣机在立式洗衣桶的中央置有一根垂直立轴，轴上装 有搅拌桨。靠轴的旋转使衣物在洗涤液中不断地被搅动，达到洗涤的目的。 4、喷流式洗衣机; 喷流式洗衣机的洗涤容器为立桶，只是波轮装在桶的侧壁上。 电动机起动后，侧壁波轮产生强烈的水流将衣物在洗涤液中甩打、抛掷、揉搓、冲刷， 使衣物洗净。 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 - 2 - 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 波轮洗衣机的简介 （一）波轮洗衣机的产生：波轮洗衣机是英国胡佛公司研制的喷流式洗衣机，他 利用旋转水流洗涤衣物，波轮装在立式洗涤桶的侧壁，波轮约以500 转/分的速度旋转， 产生急速转动的水流向对面喷射流动，通过水流的冲击和洗涤剂的作用，达到洗涤目 的。日本三洋公司从英国引进喷流式洗衣机，将其改进，增加了反转水流以减少衣物 的缠绕，同时将波轮移到了桶底，避免了向外溅水，研制成功波轮立筒式洗衣机。 1956 年发明了全自动波轮洗衣机，四年后出现了双筒波轮式洗衣机。我国第一台洗衣 机于1957 年在沈阳试制成功，六十年代上海曾小批量生产，但我国洗衣机制造业的兴 起是在1978 年后，早期以生产单筒小波轮洗衣机为主。它用的是喷漆冷轧钢板外壳， 洗涤桶用铝板拉伸或用搪瓷桶，电动机吊挂在洗涤桶上，这种洗衣机容量小，波轮小， 直径约为150mm，波轮放在偏离中心的位置，并稍有倾斜，它的转速一般为400 转每 分钟。由于波轮的转速快，水流急剧，冲击力强，洗涤桶的衣物在水流的作用下，翻 滚动作很快，不断的被水冲刷，并与洗涤桶的四壁发生猛烈冲撞与摩擦，因此它的洗 净率很高，但衣物与洗涤桶四壁的急速摩擦，衣物的磨损加剧，磨损率也高2。 （二）波轮洗衣机的原理：当波轮在电动机带动下做正反方向旋转时，洗涤液在 洗衣桶内受到水平方向和垂直方向的两个作用力。由于洗涤液与衣物之间的摩擦力和 桶壁与衣物的摩擦，两个力的作用方向与大小均不断变化，从而产生水平和垂直运动 着的两个涡流。靠近波轮处的涡流较急，而四周桶壁涡流较平缓，它们的合成作用就 形成了衣物在洗衣桶内的强烈翻滚，同时在衣物之间、衣物与桶壁之间产生了摩擦力 与撞击力。这样反复的机械运动，便产生了类似手工洗衣时的手搓、棒打的洗涤效果， 从而达到洗净的目的。 1.2 洗衣机洗涤单元的研究意义 洗衣机的洗涤功能是洗衣机的主要功能，它关系着洗衣的质量，受各个方面因素 的制约，而不同的洗衣的显著差别也在于洗衣这个环节上面，认真研究这个环节存在 的问题并且如何去改善洗涤质量都是我们迫不及待要做的事情，关系着我们的生活质 量。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷 你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家 还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样？是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会 朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） - 3 - 1.3 波轮洗衣机的研究现状及发展趋势 （1）关于水流：现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上，如 LG 的拳 击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但各个厂家是用不同的方法实现同一个 目标目标，实际效果也差不多，所以不必太在意。 （2）关于程序控制器：新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器， 原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。 （3）关于不锈钢内桶：采用不锈钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力， 从而减轻衣物的磨损。 （4）关于同心洗：同心洗是直接把电动机轴与洗衣机桶主轴同心安装，直接驱动。 这样在洗涤，特别是脱水的时候洗衣桶震动小，使噪声得以降低。 现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷 你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家 还开发出了可以远程控制的洗衣机。将来的洗衣机会朝着使用更方便，更加节能，更 加个性化的方向发展2。 洗衣机的发展趋势： 高度自动化：现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两 个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自 动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自 动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用 动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。 健康化：现代人对健康格外的重视，对洗衣机也提出了更高的要求，有的洗衣机 厂家采用纳米内桶，减少污垢附着，有的洗衣机设置有改进型漂洗程序，彻底漂净衣 物上残留的洗涤剂，防止对人体的侵害。还有一些洗衣机采用臭氧进行杀菌，达到彻 底灭菌的目的。 节能：节能也是用户选择洗衣机时考虑的问题，有些洗衣机具有洗涤剂循环利用 系统，可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回外桶内，循环 使用可以节约20%的洗涤剂。有的洗衣机采用专利的无孔内桶省水，普通的波轮洗衣 机在注水的时候，内桶与外桶之间也有大量的水，洗涤的时候内桶外的水就浪费了， 而无孔内桶只有内桶有水，这样可以充分的利用洗衣机内的水。 大容量和微型化：现代人居家总希望有宽敞的空间，因此各厂家都推出了超小型 或超薄型的洗衣机，比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机，海尔的小小神童波轮 洗衣机，惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机，西门子的40厘米超薄滚筒洗衣 机满足了人们对占地空间的要求2。 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 - 4 - 1.4 洗衣机洗涤单元的研究内容 研究和探讨洗衣机的结构分解图和整体设计要求，确定该洗衣机中洗涤执行单元 中的洗涤波轮、减速箱组件的结构方案，对洗涤波轮、减速箱组件等关键件进行设计 （含二维和三维），并拟定其制造工艺过程。 图 1- 1 章节框架 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 波轮洗衣机的简介 1.2 洗衣机洗涤单元的研究意义 1.3 波轮洗衣机的相关研究现状 及发展趋势 1.4 洗衣机洗涤单元的研究内容 第第 2 章章 洗衣机洗衣机 中洗涤执行单元的功中洗涤执行单元的功 能分析和波轮方案选能分析和波轮方案选 择择 2.1 洗涤执行单元的工作原理 2.2 波轮方案选择 2.3 波轮的功能分析 2.4 减速箱功能分析 2.5 洗涤执行单元有关零部件的 装配工艺分析 第第 3 章章 洗衣机中洗衣机中 洗涤执行单元的结构设洗涤执行单元的结构设 计计 3.1 设计使用软件的介绍 3.2 波轮的结构 3.3 减速箱组件的结构设计 第第 4 章章 波轮制造波轮制造 工艺过程的拟定工艺过程的拟定 4.1 使用软件的介绍 4.2 波轮的模具设计分析 4.3 波轮结构注塑过程的 Moldflow 软件仿真 4.4 波轮注塑工艺卡的编制 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） - 5 - 第第 2 章章 洗衣机中洗涤执行单元的功能分析和波轮方案选择洗衣机中洗涤执行单元的功能分析和波轮方案选择 2.1 洗涤执行单元的工作原理 洗衣机的洗涤原理是由模拟人工搓、揉衣物的原理而发展起来的，它以电动机为 动力，通过对衣物和水的摩擦、翻滚、冲刷等机械作用和洗涤液的表面活化作用，将 附着在衣物上的污垢去掉，达到洗净衣物的目的。洗涤衣物的过程，在于破坏污垢在 衣物纤维上的附着力，并脱离衣物。 波轮洗衣机的洗涤原理是：当波轮在电动机带动下做正反方向旋转时，洗涤液在 洗衣桶内受到水平方向和垂直方向的两个作用力。由于洗涤液与衣物之间的摩擦力和 桶壁与衣物的摩擦，两个力的作用方向与大小均不断变化，从而产生水平和垂直运动 着的两个涡流。靠近波轮处的涡流较急，而四周桶壁涡流较平缓，它们的合成作用就 形成了衣物在洗衣桶内的强烈翻滚，同时在衣物之间、衣物与桶壁之间产生了摩擦力 与撞击力。这样反复的机械运动，便产生了类似手工洗衣时的手搓、棒打的洗涤效果， 从而达到洗净的目的。 2.2 波轮方案选择 波轮洗衣机所用的波轮主要有两种，分别是普通波轮与搓球式波轮，两种波轮有 显著差别，如图： 图 2- 1 普通波轮 伍文飞：洗衣机中洗涤执行单元的结构方案确定和关键零件的设计与制造 - 6 - 图 2- 2 搓球式波轮 由图 2-1 和图 2-2 可知，两个波轮最显著差别在于是否具有搓球，而且在波轮的直 径大小和筋板的形状和尺寸也有不同。从图可以看出搓球式波轮相比于普通波轮的优 势，它能更好的提高对被洗衣物的清洁率，而且更好的降低对衣物的磨损率保证衣物 的完好无损，总的来说，搓球式波轮要明显普通波轮好出很多。但是在形体结构上搓 球式波轮要比一般的普通波轮要复杂，在进行设计上也是比普通波轮困难很多，这也 直接导致在实际生产制造中搓球式波轮要比普通波轮更加困难，所花的经费也比普通 波轮要高不少。通过下表 2-1 ，我们可以更直观的看出搓球式波轮与普通波轮的区别, 本次毕业设计选择对象为搓球式波轮 表 2- 1 两种波轮的比较 2.3 波轮的功能分析 波轮是波轮洗衣机实现洗涤和漂洗的主要部件，如图2-2 所示为搓球式波轮。最 早的波轮的功能主要转动后带动衣物一起旋转，是衣物与桶壁之间、衣物与衣物之间 产生摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗的作用，因此那时候的波轮结构比较单一 波轮主要结构清洁度磨损度成本 普通波轮无搓球，结构简单低高低 搓球波轮有搓球，结构复杂高低高 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） - 7 - 和简单。随着技术的发展，现在的波轮的功能已经不止这么简单了。波轮在转动的过 程中不仅带动衣物的旋转，更多的是使洗衣桶内的水流发生变化，形成涡流，从而使 衣物更多的是在水流之间被洗涤，而不是主要跟桶壁之间摩擦。 波轮转动的方向也是一直变化的，这就是波轮的另一个功能，通过波轮不断的正 反旋转来改变水流和衣物的旋转方向，这样可以使衣物最大程度减少缠绕现象，同时 不断的正反转也可以增大洗衣机的洗净比。波轮直径的大小、筋的高低、形状以及波 轮的安装位置、转速等对洗涤物的洗净比和磨损率有着很大的影响。一般来说，波轮 的直径小，凸筋矮，转速慢，在桶内形成的水流偏小，衣物翻滚幅度小，因此洗净比 低，磨损率小。反之则洗净比高，磨损率大。洗衣时，在波轮的带动下，桶内水流形 成了时而右旋、时而左旋的涡流，带动织物跟着旋转、翻滚，这样就能将衣服上的脏 东西清除掉。随着科技发展，出现了电脑控制的新水流洗衣机，采用大波轮、凹型波 轮等，优点是对衣物缠绕小，洗涤均匀损衣率低。依靠装在洗衣桶底部的大波轮正、 反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水 中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下更好的实现去污清。 2.4 减速箱功能分析 洗衣机减速箱箱组件的功能分析，主要介绍了其中洗衣机减速箱箱上下壳体的功 能分析。 2.4.1 上下壳体的功能分析 齿轮箱上下壳体的功能决定了其