滚筒式洗衣机设计操作和传动系统

毕业设计（论文）

题 目： 滚筒洗衣机设计操作与传动系统 作 者： 颜巧波 系 （部）： 机械工程学院 专业班级： 机械设计与制造08级（2）班 指导教师： 田敬 职 称： 讲师

二O一一年一月十八日

滚筒洗衣机设计操作与传动系统

摘 要

洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器，模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械 做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。此次的设计任务为XQG50-166滚筒洗衣机的传动系统设计和操作系统设计，主要内容如下：

简单的介绍了滚筒洗衣机的现状与发展趋势，确定XQG50-166滚筒洗衣机的总体设计方案，并经过计算确定了双速电机与V带传动的设计。经过设计，滚筒洗衣机将变的更加节能、省时，并且降低噪音，减少洗衣机的重量和体积。

关键词：洗衣机,XQG50-166滚筒洗衣机, 双速电机，V带传动

I

目 录

第一章 前 言 ............................................... - 1 -

1.1选题背景和意义 ................................................. - 1 -

1.2 滚筒洗衣机的现状和发展方向 ..................................... - 1 - 1.3 XQG50-166型滚筒洗衣机的性能指标 ............................... - 2 - 1.4 本设计的内容和难点 ............................................. - 2 - 1.5 小结 ........................................................... - 3 -

第二章 XQG50—166滚筒洗衣机的总体方案设计 .................. - 4 -

2.1滚筒洗衣机的基本结构 ........................................... - 4 - 2.2 滚筒洗衣机的工作原理 ........................................... - 5 - 2.3 滚筒洗衣机各部分的设计方案 ..................................... - 6 -

2.3.1 主体部分 ............................................... - 6 - 2.3.2 支撑部分 ............................................... - 7 - 2.3.3给排水系统 .............................................. - 8 - 2.3.4 传动系统 ............................................... - 8 - 2.3.5 控制系统 ............................................... - 9 - 2.3.6 操作系统 ............................................... - 9 - 2.4 洗衣机的减震系统 ............................................... - 9 - 2.5 小结 .......................................................... - 11 -

第三章 滚筒洗衣机的传动系统设计 ............................ - 12 -

3.1 传动系统设计方案 .............................................. - 12 -

3.1.1双速电机 ............................................... - 12 - 3.1.2电容器 ................................................. - 13 - 3.1.3皮带轮 ................................................. - 13 - 3.2电动机的主要参数、结构及主要尺寸 .............................. - 13 - 3.3 洗衣机V带传动 ................................................ - 14 -

3.3.1 V带结构 ............................................... - 14 - 3.3.2 V带的型号 ............................................. - 14 - 3.3.3 V带的尺寸 ............................................. - 14 - 3.3.4 洗衣机V带的性能 ...................................... - 15 - 3.3.5 V带传动的设计 ......................................... - 16 - 3.4 小结 .......................................................... - 18 -

第四章 滚筒洗衣机的操作系统设计 ............................ - 19 -

4.1 操作系统简述 .................................................. - 19 -

I

4.2操作面板的设计方案 ............................................ - 19 -

4.2.1四键开关 ............................................... - 19 - 4.2.2 温度控制器旋钮 ........................................ - 20 - 4.2.3 程序控制器旋钮 ........................................ - 21 - 4.2.4 洗涤剂盒 .............................................. - 24 - 4.3各按钮、旋钮所控制的结构 ...................................... - 24 -

4.3.1 单琴键开关 ............................................ - 24 - 4.3.2 调温器 ................................................ - 25 - 4.3.3 程序控制器 ............................................ - 25 - 4.3.4杠杆臂 ................................................. - 25 - 4.4小结 .......................................................... - 25 -

第五章 结论 ................................................ - 26 - 谢 辞 ...................................................... - 27 - 参考文献 ................................................... - 28 -

II

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第一章 前 言

1.1选题背景和意义

图1-1滚筒洗衣机的基本构造

1.2 滚筒洗衣机的现状和发展方向

滚筒洗衣机发展现状

上半年滚筒式洗衣机关注度稳中有升，价格的变化是直接刺激因素

2008年2-5月，滚筒洗衣机的关注度呈小幅上升趋势，这是因为春节前夕，在原材料价格看涨的情况下，海尔、西门子调高了部分洗衣机产品的售价。因此，2月份价

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格相对较低的波轮式洗衣机关注度大幅提升。但是进入3月份后，市面上滚筒洗衣机无论从降价产品的数量上还是降价力度上都强于波轮，于是滚筒式洗衣机的关注度开始稳步提升。

受“通货膨胀”、“金融危机”影响，下半年滚筒洗衣机关注度持续下跌 2008年6至9月，滚筒洗衣机的关注度持续下跌。这主要是因为受“通货膨胀”影响，消费者纷纷缩减了购买预算，价格相对较高的滚筒洗衣机优势被弱化，关注度也随之一路走低。

10月，“通胀”的伤痛未愈，“金融风暴”席卷全球，在这场危机中，中国的实体经济也受到较大的影响，大多数消费者心理存在恐慌，能省就省。而此时又正值洗衣机的需求旺季，于是占有低价优势的波轮式洗衣机关注度暴涨，滚筒式洗衣机的关注度则跌入谷底。

11月，50多款滚筒洗衣机降低了产品售价，使得滚筒洗衣机的关注度开始有所回升。

滚筒洗衣机发展遭遇瓶颈，关注度的下滑预示市场占有率上升乏力

目前，大众消费者普遍认为滚筒式洗衣机比波轮式洗衣机高档，尤其是年轻一族更倾向于滚筒洗衣机，不过滚筒洗衣机在关注势头上始终无法超过波轮式洗衣机。据ZDC监测数据显示，2007年5月至2008年5月期间，滚筒式洗衣机的关注度几乎一直呈上升趋势，但是各月的升幅并不大，始终无法逾越50%的关口。

ZDC认为滚筒洗衣机的发展遭遇瓶颈，特别是下半年经济环境的恶化使得滚筒洗衣机的关注度出现下滑之势，预示滚筒洗衣机市场占有率上升乏力。

1.3 XQG50-166型滚筒洗衣机的性能指标

（1）洗涤容量：5kg； （2）洗涤转速：67r/min； （3）脱水转速：600 r/min； （4）额定电压：AC220V； （5）最大输出功率：1150W； （6）总重量：约80kg。

1.4 本设计的内容和难点

本次设计的内容是XQG50-166滚筒洗衣机的设计，设计小组共包括5人，5个人共

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同完成洗衣机的总体方案设计，另外，本人还负责传动系统和操作系统的设计。设计任务如下：

（1）了解XQG50-166滚筒洗衣机的基本结构，分析其工作原理，并完成总体方案设计；

（2）对XQG50-166滚筒洗衣机的传动系统进行详细设计； （3）对XQG50-166滚筒洗衣机的操作系统进行详细设计； （4）使用Solid Edge进行滚筒洗衣机操作系统的三维建模。

本设计的难点在于操作系统的设计，操作面板上的按钮和旋钮的和功能必须要齐全，要考虑到洗涤程序的完整性，对不同质地、不同材料的衣物，洗衣机要使用不同的程序。

1.5 小结

前言部分主要涉及了选题的背景和意义、现代滚筒洗衣机的现状和发展趋势，还介绍了滚筒洗衣机的工作原理、滚筒洗衣机的优缺点，并附有本设计洗衣机的性能指标。

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第二章 XQG50—166滚筒洗衣机的总体方案设计

2.1滚筒洗衣机的基本结构

滚筒洗衣机尽管型号很多，但基本结构大致相同，归纳起来可以分成四个组成部分：外观支持部分、给排水部分、传动阻尼部分、电器控制部分和操作部分。

外观支持部分主要指洗衣机的外观支撑部分，为洗衣机的框架；给排水部分主要指洗衣机的进水系统和排水系统；传动阻尼部分主要指洗衣机的滚筒传动部分和洗衣机的减震系统；电器控制部分指洗衣机的各电气控制元件，来控制洗衣机的各种运行状态。

各部分具体组成如下：（针对前置式滚筒机） (1)外观支持部分

包括箱体、台面板、观察窗总成、底饰板、后背盖板、过滤器门等外观部件。 (2)给排水部分

包括进水管、电磁阀至贮水槽软管、贮水槽、分配器盒、贮水槽至外筒软管、外筒总成、外筒至泵软管、洗涤剂回收管、排水管等。

(3)传动阻尼部分

包括减震器总成、外筒悬挂弹簧、弹簧支架、皮带轮、皮带、外筒三角架总成、内筒、配重块、配重块垫块等。

(4)电器控制部分

包括：电脑板、电子模块、电磁阀、程控器、温控器、电机、排水泵、水位压力开关、微延时、电容、恒温器、水加热管、干扰抑制器、线路总成、定时器等。

(5)操作部分

包括：操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键帽、调温器旋钮、程控器旋钮、指示灯和杠杆臂组成。

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1—操作面板 2—洗涤剂 3—内筒 4—远行前窗 5—玻璃视孔 6—洗涤液面 7—异型密封圈 8—洗涤物 9—外筒排水管 10—排水泵 11—过滤器 12—小皮带轮 13—双速电动机 14—传动三角带 15—洗衣机排水管 16—管状加热器 17—外筒 18—轴承与轴承座 19—大皮带轮 20—外筒的Y型支架 21—进水电磁阀 22—自来水龙头

图2-1 滚筒洗衣机结构

2.2 滚筒洗衣机的工作原理

滚筒式洗衣机的洗涤原理与波轮式和搅拌式洗衣机不同。它是将洗涤衣物放在滚筒内，注入少量有洗涤剂的水，然后照洗涤程序进行加热洗涤。滚筒通过低速正、反转对衣物进行洗涤、漂洗，采用离心甩干脱水。滚筒式洗衣机能将衣物洗净，主要依靠以下三个方面的作用：

(1)机械作用

滚筒式洗衣机其洗涤容器为一密封水筒不能漏水，称为外筒（外筒材质有塑料外筒和不锈钢外筒，部分厂家还采用过搪瓷外筒）。内装一个筒壁上有无数小孔的不锈钢滚筒，通过这些小孔，可以使洗涤液自由出入内筒，衣物在内筒之中。洗涤液盛放在外筒里，洗涤的水位液面高度大约在内筒半径的五分之二处，可使衣物在内筒里处在半浸泡状态。洗涤时洗衣机滚筒在电机的带动下作有规律的正、反方向旋转时，洗涤衣物便在筒内翻

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滚揉搓。一般情况下，洗涤时内筒中的水位越低越好（只要能将衣物浸湿），一般情况下洗衣机洗涤转速在35转-65转之间。

滚筒内壁沿轴向设置了三条凸筋(也称举升筋、加强筋)。在内筒后部内筒后法兰也是拉伸成型，以增强洗衣机的洗涤效果，依靠滚筒内三条凸筋的作用，将洗涤衣物举升到高出洗涤液面，当将织物举升到高出洗涤液面的某一高度时（最好能在最高点），洗涤衣物在自身重力作用下，自由跌落在洗涤液中。这样，洗涤衣物在洗涤液中与滚筒内壁和加强筋或拨水叶、内筒后法兰之间产生相互摩擦 ，产生“揉搓”作用。随着滚筒不断地正、反方向运转，织物也不断地被反复托起和落下，并不断地与洗涤液发生撞击。与此同时，滚筒壁上的举升筋一次不可能把衣物全部带动，只能带动靠近筒壁的衣物，于是各层织物之间、织物与筒壁之间不断地发生相对运动产生摩擦，从而使衣物充分变形，这些作用类似于手揉、揉搓、刷洗、甩打、敲击等手工洗涤的作用，从而使衣物洗涤得更均匀，达到去污、洗净的目的。

(2)化学作用

现代洗涤剂(一般为洗衣粉)化学成分较为复杂，它一方面起保护衣物、减少洗涤时衣物磨损的作用，还起着溶解衣物的污垢、产生膨润的现象、使洗涤衣物中的污垢脱落并使其悬浮于碱性溶液中的作用。

(3)热作用

滚筒式全自动洗衣机可对洗涤液进行加温选择，热洗时，可让洗涤剂充分发挥其作用。当洗涤液温度接近沸点时，对被洗衣物还有消毒作用。

2.3 滚筒洗衣机各部分的设计方案

2.3.1 主体部分

洗涤部分主要由内筒〔不锈钢滚筒〕，外筒(盛洗涤液用，又称盛水桶)、内筒叉形架、转轴、外桶叉形架、滚动轴承等组成。

（1）内筒及内筒叉形架

内筒又称滚筒。滚筒是滚筒式洗衣机对衣物进行洗涤、涤效果有着直接的关系。内筒一般是用厚度为0.4-0.7毫米的抛光不锈钢板卷制而成。有直径为3.5 – 5毫米的圆孔，孔与孔之间的距离大约为15 -20毫米。圆孔自内向外冲刷，翻边向外，内壁光滑，以防洗涤时挂伤织物。在滚筒内壁沿轴向有三条凸筋。这三条凸筋在洗衣过程中起举升织物的作用，又称举升筋。举升筋的高度一般在85-95毫米，举升筋的横断

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面为等边三角形。改变内筒凸筋的结构参数，增加机械力的作用。

内筒叉形架是用铝合金压铸而成的。在压铸过程中主轴和轴衬套被压铸在叉形架上成为一体，然后与内筒固定在一起，文撑内筒内筒与外筒配合完成洗涤工作。 （2）外筒及外筒叉形架

外筒也称盛水筒，一方面用来盛放洗涤液，另一方面对双速电机、加热器、温度控制器、配重块、减振器等部件起支承架作用，如图2-2所示。

1－叉形架固定孔 2－叉形架 3－主轴

图2-2 内筒叉形架

外筒叉形架由铝合金压铸而成，用来支承外筒。外筒叉形架内装有两个轴承，用密封圈把外筒及内筒转轴联接起来，使内外筒成为一体。 2.3.2 支撑部分

支承部分是由四个拉伸弹簧、弹性支撑减报器、外箱体及四个底角等组成。外筒采用整体吊装形式，上端由四个拉伸弹簧将外筒吊装在外箱体的四个顶角上，使洗衣机在工作时有较好的随机性。外筒底部由两只弹性支撑减振器，文撑在外箱体底部，与四个拉伸弹簧一起将外筒和外箱体连接在一起。洗衣机工作时，尤其是脱水的时候，产生的震动将通过弹簧和阻尼片衰减，使洗衣机在工作时有足够的稳定性。

外箱体是采用优质钢板冲压成形后铆、焊而成。箱体表面进行磷化处理后，表面进行喷涂烘千，具有良好的防腐性能。外箱体底部的四个底脚可以调整，使整个洗衣机有良好的稳定性。

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2.3.3给排水系统

给排水系统由进水管、进水电磁阀、内进水管、洗涤剂盒、溢水管、回旋进水管、排水波纹管、过滤器、排水泵连接管、排水泵、排水管等组成。 （1） 进水管

是由两端带有紧固螺纹管接头的橡胶管制成，耐腐蚀、耐老化、耐高水压。一端与洗衣机上的进水电磁阀连接，另一端与自来水笼头连接。内进水管，是连接电磁阀与洗涤剂盒的进水通道，用普通橡胶制成。回旋进水管，是连接洗涤剂盒出水日与盛水桶(外简)进水口的橡胶管，用耐酸碱橡胶制成，自来水由该管进入盛水桶内。

（2） 进水电磁阀

在自动型洗衣机中，进水电磁阀起着控制水源开关的作用。因自来水本身有一定的的压力，所以，洗衣机所使用的进水阀一般为动作式无填料函型导阀。当电磁阀断电后，阀芯不动作，水便被控制住。

（3） 洗涤剂盒

它是由洗涤剂盒上盖、分水连动机构、洗涤剂盒骨架、洗涤剂盒抽屉组成。洗涤剂盒上盖内由分水槽和喷嘴组成。当自来水进入洗涤剂盒上盖内时，由喷嘴根据程序指令喷到所指定的水槽内，水由该水槽中的水孔流下，流到洗涤剂盒抽屉中，进入洗衣机盛水桶。

分水连动机构，是洗涤剂盒与程序控制器之间的连接机构，它的一端与洗涤剂盒上盖喷嘴柄连接，另一端与程序控制器分水凸轮接触。当程序控制器工作时，凸轮控制分水连动机构，将自来水按照程序要求，自动分配进水。

洗涤剂盒抽屉，分A、B、C、D四格，不同的格内放入不同的洗涤剂，A格放预洗洗涤剂，B格放主洗洗涤剂，C格内放软化剂，D格内放}}3白粉或香料。各格内的洗涤剂被洗涤剂盒上盖内流下的水按需要先后冲入盛水桶内。 2.3.4 传动系统

滚筒洗衣机的传动系统主要由电动机、电容器、皮带轮及传动皮带等组成。 目前的洗衣机，广泛采用的是单相电容运转异步电动机，它是洗衣机的主驱动力源。它有两套组装在同一定子上，使之有不同的转速，就相当于两个不同转速的电动机合为一体。

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与双速电机配套使用的电容器串接在启动绕组回路中，由于电容器的容抗作用，可使流入启动绕组的电流在相位上超前于主绕组电流一个电角度，从而形成旋转磁场，致使电动机启动运转。

XQG50-166滚筒洗衣机的传动机构采用了目前洗衣机广泛采用的V带传动。大、小皮带轮均采用铝压铸件，材料为ZL108。这种材料强度大、重量轻、使用寿命长。电动机通过小皮带轮带动大皮带轮及内筒旋转。 2.3.5 控制系统

滚筒式全自动洗衣机的控制系统包括程序控制器、水位控制器、水温控制器和门开关等。

洗衣机的整个工作过程的控制，是由程序控制器来控制实现的。洗衣过程的控制可分为时间控制和条件控制两部分。时间控制是指内筒每次正、反向运转洗涤、排水、进水、加温、脱:水、结束等程序的编排和时间的控制，条件控制则是指根据洗衣机所处的工作状态，例如，注水时水位不到额定水位，条件不具备，水位开关不动作，加热时，洗涤液(温度)达不到所设定的额定值，温度条件不具备。温度控制器不动作。则洗衣机不能进入下一程序。 2.3.6 操作系统

XQG50-166滚筒洗衣机的操作系统由以下部分组成。

操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键帽、调温器旋钮、程控器旋钮、指示灯和杠杆臂。程控器旋钮是用来操作程控器的。通过对程控器和操作来实现进排水、洗涤、脱水、烘干、结束报警等程序。调温器旋钮是用来操纵调温器的。通过对调温器的操纵实现对洗涤液的加热，调节洗涤温度。杠杆臂与洗涤剂盒的上端相连，以此来使洗涤剂盒中的洗涤剂进入洗衣机的盛水桶。

2.4 洗衣机的减震系统

对于XQG50-166滚筒洗衣机的减震系统，本设计采用新型柱塞式减震器和吊簧减震，其减震系统如图1-3所示。

其中柱塞式减震器的阻尼片由聚酯型氨配泡沫塑料制成，有一定的摩擦系数。它夹在减震器的内外筒之间，能在外筒的内表面滑动，像一个活塞。减震器内筒和外筒之间相对运动时，它对运动起到一个阻尼作用。

吊簧是用弹簧钢丝制成，共四只，一端挂在箱体的上梁上，另一端挂在外同上方

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的吊簧支架上。这样外筒由上方的四只吊簧加下面的两只减震器与箱体连接在一起。因这种连接方式是弹性连接，外筒的震动通过弹簧和阻尼器的减震后，对箱体的影响已不大。

四个悬挂弹簧属于常用的等节距的圆柱椭圆拉伸弹簧，其负荷特性属于线性，材料是碳素钢。其弹性系数K的公式为：

Gd4 K （2.1） 38*n*D2式中G为弹簧的剪切弹性模量，在常温下对碳素钢，G=78400Mpa。

图2-3 XQG50-166滚筒洗衣机的减震系统简图

测得洗衣机中的弹簧参数如下：

弹簧丝材料直径 d=2.8mm 弹簧的有效圈数 n=24圈 弹簧中径 D2=D1－d 弹簧外径 D1=24.1mm

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故有： D2=D1-d=24.1-2.8=21.3mm

Gd4把以上数据代入公式K，得每个弹簧的弹性系数K: 38*n*D278400*106*(2.8*10)4Gd4310 K＝＝2.597×N/m 3338*24*(21.3*10)8*n*D23其中，弹簧的弹性系数K是用试验方法测得的。

在洗衣机空载时，内外筒筒心位置稍高于前门门碗的中心。当洗衣机存在负载时，内外筒筒心下沉，在洗衣机平衡状态下（可近似设为脱水程序结束时的状态），内外筒的轴线通过前门门碗的中心，如上所述，如此，在高速脱水时，前门密封圈对内部质量的作用力微乎其微，同时对箱体传递的力也最小，有利于减小箱体的震动，这是设计的一个基本出发点。

2.5 小结

本章是XQG50-166滚筒洗衣机的总体方案设计，包括洗衣机的总体结构，洗衣机各

部分的设计方案，还有采用新型柱塞式减震器和吊簧组成的减震系统。

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第三章 滚筒洗衣机的传动系统设计

3.1 传动系统设计方案

滚筒洗衣机的传动系统主要由电动机、电容器、皮带轮及传动皮带等组成。滚筒洗衣机的内筒不仅要以低速、高速转动，而且还要频繁的正反转，由于内筒的质量大，所以启动扭矩也要大，这些均要由电动机来承担，因此在滚筒洗衣机中，对电动机的要求也较高。

目前的洗衣机，广泛采用的是单相电容运转异步电动机，它是洗衣机的主驱动力源。它有两套组装在同一定子上，使之有不同的转速，就相当于两个不同转速的电动机合为一体。

在电机上安装的小皮带轮是用铸钢制成的，而经传动皮带所带动的大皮带轮一般为铝合金制成。大皮带轮与内筒骨架转轴固定在一起，从而实现内筒的转动。 3.1.1双速电机

双速电动机为单相感应电容运转式电动机，绕组装在同一个定子上，使之有不同的转速，是滚筒式洗衣机的动力源，它是由两套12极绕组多脱水时电机转速为2800转/分，即洗涤时电机转速为450转/分，使用的是使用的是2极绕组。转速不同，输入和输出功率也不相同。双速电动机2极运转时(脱水)，其输入功率为850W,输出功率为60W。12极运转时(洗涤)，输入功率为250W，输出功率为40W。该电动机具青较好的启动特性(启动转矩大)和运转特性，过载能力强，并设有过热保护装置，电动机一旦发生堵转，绕组温度升高到一定值时，便会自动断电，起到保护电动机的作用。

感应式电动机的转速是由定子极数的多少而决定的，因而只要改变电动机定子的极数就可以改变电动机的转速。滚简式洗衣机在洗涤或漂洗工作时，要求洗涤内筒按一定周期频繁地正、反方向交替运转，并要有相同的洗涤效果，即电动机的输出功率、额定转速及启动转矩等性能指标基本相同，因而，主、副绕组(运转绕组和启动绕组)应只响相同的线径、匝数、节距及绕组型式。当洗衣机脱水时，要求内筒只按一个方向转动，此时的主、副绕组(运转绕组和启动绕组)有着明显的区别：主绕组的线经粗，

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绕组匝数少，副绕组的线径细，绕组匝数多，直流电阻大。双速电动机通常做成开启式，便于散热和排潮气。 3.1.2电容器

与双速电动机配套使用的电容器一般为14F-20F。当电动机启动时，电容器串接在启动绕组回路中，由于电容器的容抗作用，可使流入启动绕组的电流在相位上超前于主绕组电流一个电角度，从而形成旋转磁场，致使电动机启动运转。 3.1.3皮带轮

滚筒洗衣机是通过皮带传动进行动力传递的。大、小皮带轮均采用铝压铸件，材料为ZL108。这种材料强度大、重量轻、使用寿命长。大皮带轮用一个M8x16的螺钉紧固在从外筒叉形架中伸出的内筒主轴上，小皮带轮装在电动机转轴上。大皮带轮与内筒连在一起。电动机通过小皮带轮带动大皮带轮及内筒旋转。两个皮带轮的直径之比，即是洗衣机电动机与内筒的转速比(由于皮带轮的直径是固定不变的，因此变速比的数值也是不变的。只是由于电动机本身转速改变。才使得内筒在洗涤和脱水时可获得不同的转速)。为了防止大皮带轮松动，在紧固大皮带轮的螺钉时安装了止退垫圈。见图3-1为滚筒式洗衣机的传动部分。

1－电动机 2－内筒 3－外筒 4－大皮带轮 5－小皮带轮 6－皮带

图3-1 滚筒洗衣机的传动部分

3.2电动机的主要参数、结构及主要尺寸

主要参数

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（1）、额定电压：220V； （2）、额定功率：1200W； （3）、额定频率：50HZ； （4）、同步转速：1500r/min； （5）、绝缘等级：E级； 电动机的技术要求

（1）、电动机应符合JB/T3758-1996标准要求。

（2）、实际电压在额定电压的110%-90%范围内波动时，要求电动机应能在1min内达到稳定转速。

（3）、在40%额定电压下，电动机应能空载起动。

（4）、电动机定子绕组对机壳的热态绝缘电阻不低于3M。

（5）、电动机定子绕组应能承受电压为130%额定电压、历时1min空载运转试验，而匝间绝缘不发生击穿。

3.3 洗衣机V带传动

3.3.1 V带结构

洗衣机V带由包布、顶胶、线绳、底胶组成，见图3-2。

图3-2 洗衣机V带的结构

3.3.2 V带的型号

按截面尺寸，洗V带分M、Z、SPZ、A四种。 3.3.3 V带的尺寸

洗衣机V带的截面尺寸见表3-1和图3-3。

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表3-1 洗衣机V带的尺寸

项 目 顶宽b/mm 高度h/mm 楔角 M 10.00.3 5.50.4 00401 Z 10.00.3 6.00.4 00401 SPZ 10.00.3 8.00.4 00401 A 13.00.4 8.00.5 00401

图3-3洗衣机V带截面尺寸

洗衣机V带基准长度极限偏差如表3-2所示：

表3-2 V带基准长度极限偏差

基准长度（L）/mm L600 600极限偏差/mm 3 4 5 滚筒洗衣机V带物理机械性能和电性能如表3-3所示：

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表3-3 滚筒洗衣机V带性能

项 目 拉伸强度/KN  参考力伸长率  防静电电阻值/M 耐水试验后收缩率/%  疲劳试验寿命/h  M 1.8 5 0-20 0.15 50 Z 1.8 5 0-20 0.15 50 SPZ 2.3 5 0-20 0.15 50 A 2.5 5 0-20 0.15 50 根据[15]表3-2选择带型为A型普通V带。 3.3.5 V带传动的设计

首先进行皮带作用于轴上的力F0，Fb的计算

(1)确定设计功率： PdkA*P （3.1） （与负荷性质有关），根据滚筒洗衣机脱水时负荷变动小的情况，kA为工作情况系数查得kA1.1。

P为传递功率，选取滚筒洗衣机额定脱水功率P=0.65kW

Pd1.1*0.650.715kW

(2)电机带轮的基准直径：dd1180mm

(3)内筒主轴带轮的基准直径：dd2299mm (4)皮带的速度：

dp2n260*1000 （3.2）

式中，dp2为内筒主轴带轮的节圆直径：dp2dd2299mm

n2为滚筒洗衣机脱水转速：n2=1000rpm 代入式（3-12）得:

3.14*299*100015.66mm

60*1000 - 16 -

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(5)实际轴间距：

滚筒洗衣机内筒主轴于电机主轴的距离 ：a=352.5mm (6)电机带轮的包角：

11800带入数值得

dd2dd1*57.30 （3.3） a11800=1800dd2dd1*57.30 a29918*57.30

352.5=134.50

(7)皮带的预紧力[15](表3.2-4)： F0500Pdz2.52 （3.4） 1mK式中，K为电机带轮包角修正系数（与包角1有关），由1查[15]表3.2－20得出：

K0.88

z为多楔带楔数：z=1 m为皮带的单位质量：m将以上数值带入得：

F0500*0.7152.510.04*15.662=51.84N 15.66*10.880.05kg0.04kg/m 1.25m(8)皮带作用于轴的力

Fb2zF0sin代入F0、z、1的数值得：

134.502*1*51.84*sin95.61 N Fb2zF0sin2212 （3.5）

1下面将计算轴承作用于轴上的力Fr1，Fr2：

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在静平衡状态下和外力为零（取力的方向向上为正），则：

Fr1MjgFr2Fb （3.6）

又有外力的和力矩为零，得到：

MjgL3Fr2L2FbL4 （3.7）

由式（3.16），（3.17）并带入数值，解得：

Fr2MjgL3FbL4L2153.54

Fr1Fr2FbMjg381.45

带轮的基准直径：

D2(10.015)1500*75330mm 300初定中心距：

0.7（D1D2）a02(D1D2)

取a0=（D1D2）=125+330=455mm

(D2D1)2所需基准长度：Ldo2ao(D1D2)1910.3

24ao实际中心距a45520001810.3352.5mm

2至此，V带传动的设计已经完毕，大带轮的具体尺寸见图纸。

3.4 小结

传动部分的设计主要涉及了电动机的选择和V带传动的设计。电动机采用了目前洗衣机所广泛采用的单项异步双速电动机，传动机构采用普通V带传动。

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第四章 滚筒洗衣机的操作系统设计

4.1 操作系统简述

XQG50-166滚筒洗衣机的操作系统由以下部分组成。

操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键帽、调温器旋钮、程控器旋钮、指示灯和杠杆臂。程控器旋钮是用来操作程控器的。通过对程控器和操作来实现进排水、洗涤、脱水、烘干、结束报警等程序。调温器旋钮是用来操纵调温器的。通过对调温器的操纵实现对洗涤液的加热，调节洗涤温度。杠杆臂与洗涤剂盒的上端相连，以此来使洗涤剂盒中的洗涤剂进入洗衣机的盛水桶。操作面板结构如图4-1所示。

图4-1 滚筒洗衣机的操作面板

4.2操作面板的设计方案

4.2.1四键开关

本设计洗衣机采用四键开关，在上图中显示为并排的四个按钮，从左到右，其功能依次为：

（1）防皱键。当使用弱洗涤程序洗涤不吸水织物（如丝绸制品）时，程序完成后，不能及时取出衣物，按下该键，最后一次漂洗完成后，将不排水，不脱水，使衣物浸泡在水中可防止衣物皱褶，取衣物时先抬起此键，使洗衣机排水脱水。在使用标准洗涤程序时，不要按下该键。

（2）免脱水键。按下该键，洗衣机在洗涤过程中或在洗涤结束时不脱水。它主要

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用于不能脱水的衣物。

（3）强进水键。按下此键，洗衣机可自动增加进水量。

（4）电源开关键。按下该键，下面的电源指示灯亮，表示洗衣机已通电，开始工作。程序完成后（即程序控制器旋钮顺时针转至0位置），机器自动停止。 4.2.2 温度控制器旋钮

四键开关再往右是温度控制器旋钮。根据衣物的类型和脏净程度，转动该旋钮，调节300C到600C只间的洗涤温度。当旋钮指向*标记时，洗衣机只进行冷水洗涤。图4.2是温度控制器旋钮结构简图，图4-3是温度控制器旋钮的旋转角度与所调节温度之间的关系。

图4-2温度控制器旋钮

图4-3温度控制器旋钮角度与温度的关系

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4.2.3 程序控制器旋钮

程控器旋钮的右面是操作面板上最大的旋钮，即程序控制器旋钮。洗衣机的整个工作过程都是由程序控制器来控制的。

程控器旋钮的结构如图4-4所示。

图4-4 程序控制器旋钮结构

洗衣机的洗衣过程可以分为时间控制和条件控制两部分。

（1）、时间控制是指洗衣机内桶每次正、反相运转洗涤、进水、排水、脱水、结束报警等程序的编排和与时间有关的控制。

（2）、条件控制是指根据洗衣机所处的工作状态满足设定条件后的控制。 程序控制器旋钮上共有18个洗涤程序可供选择，程序的选择参照表4.1。

表4-1程序控制器说明表

程序过程 1-0 2-0 3-0 4-0 5-0 6-0 程序内容 预洗，长时间洗涤，四次漂洗，脱水 长时间洗涤，四次漂洗，脱水 标准洗涤，四次漂洗，脱水 标准洗涤，四次漂洗，脱水 标准洗涤，四次漂洗，脱水 四次漂洗，脱水 使用范围 牛仔类粗厚织物 较脏的棉麻类织物 一般棉麻类织物 - 21 -

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7-0 8-0 9-0 10-0 11-0 12-0 13-0 14-0 15-0 16-0 17-0 18-0 三次漂洗，脱水 两次漂洗，脱水 一次漂洗，脱水 仅用于脱水 长时间弱洗，三次漂洗，脱水 标准弱洗，三次漂洗，脱水 一般弱洗，三次漂洗，脱水 短时间弱洗，三次漂洗，脱水 三次漂洗，脱水 两次漂洗，脱水 一次漂洗，脱水 仅用于脱水 羊绒类轻细织物 羊绒类轻细织物 羊绒类轻细织物 羊绒类轻细织物 洗衣机的洗涤程序分为标准洗涤和弱洗两种程序，下面将进行详细介绍。 （一）标准洗涤程序

此洗衣机共有五个标准洗涤程序，该程序的安排是非常科学合理的，在程序设计上完全模仿人工洗衣的方式进行工作。

（1）预洗程序

将待洗的脏织物先用水冲洗一遍，织物上水溶性污垢将被冲洗掉。洗衣机程序编排有预注水、注水、加热、洗涤和排水功能。将脏衣物放入滚桶内，关好视门，打开电源按钮开关，洗衣机便自动进行预注水，一分钟后，程序控制器自动进入注水程序浸湿衣物。与此同时，内筒旋转半周，使底部被浸湿的衣物翻到上面，以保证衣物均匀浸湿。

预注水程序的编排是，进水初期水不通过洗涤剂盒进入盛水桶内，而是通过内进水管进入过滤器、排水泵和排水泵连接管，目的是浸湿衣物。然后在程序控制器的控制下，开始由内部进水管进水转换到洗涤剂盒的A格向盛水桶注水。此时，预制的洗涤剂则被水冲入洗涤液。程序这样安排是为做到洗衣机内桶底部的织物未被浸湿前，洗涤剂不直接与干衣物接触，待浸湿后，再与洗涤剂接触可以减少对衣物的损伤，即达到洗涤效果，又保护了衣物。

当水位达到额定值时，洗衣机内桶开始正、反运转进行洗涤。四分钟后，洗衣机

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内桶停止转动，开始对洗涤液加温，此时，洗衣机进入加热程序。当水温达到40C时，洗衣机内桶又开始正、反方向旋转，进行洗涤。四分钟后洗衣机进行排水。此时，洗衣机进入排水程序。二分钟后，程控器旋钮指针指到“2”上，洗衣机预洗程序结束，自动进入主洗程序。

如果将洗衣机程序控制器旋钮指针旋至“1”开始，那么，洗衣机会从“1”自动完成“1-10”的所有程序，直到结束。若将程序控制器旋钮若将程序控制器旋钮指针旋至程序“2” ，使洗衣机从程序2开始工作，那么，预洗程序将被省掉，洗衣机将完成“2-10”的程序。

（2）长时间洗涤程序（细致洗）

长时间洗涤程序编排有预注水、注水、洗涤、加热、加热洗涤五个程序。经过预洗、排水后，洗衣机进入长时间洗涤程序，此时衣物均处于无水状态，因此，洗衣机进入程序“2”时首先要进行注水。注水过程与预注水一样，所不同的是，注水时，水从洗涤剂盒抽屉的A格向盛水桶内流入，一分钟后，程序控制器跳动一格，同时，内筒旋转半周，水开始从洗涤剂盒抽屉B格内向盛水桶注水，进水的同时预置的洗涤剂被冲入盛水桶内。当水位达到额定位置时，水位控制器接通，程序控制器控制洗涤内桶开始正、反方向旋转，进行洗涤。四分钟后，洗涤内桶停止转动，程序控制器控制洗衣机的加热系统开始对洗涤液加热。加热的时间与洗涤液的温度、环境温度及水量的多少有关。待洗涤液的温度达到40C时，温度控制器的40C常开触点接通，程序控制器控制电动机开始正、反方向旋转，此时，洗衣机进入加热洗涤程序。待洗涤液的温度达到60C时，温度控制器60C常闭触点断开，停止对洗涤液加热，经过34分钟的热水洗涤后，洗衣机进入四分钟轻柔洗涤过程。此时，洗衣机主洗“2”程序结束，进入程序“3”。当选择程序直接从“3”开始工作时，则程序“1” 、“2”即被省去。

（3）继续洗涤

选择的程序不同，洗衣机的工作内容也就不同。若洗衣机是从上面的程序连续进行到“3”时，（即从程序“1”或程序“2”开始的），那么，在程序“3”中只有继续洗涤和加热洗涤过程。若洗衣机直接选在从“3”程序上开始工作，那么该段的程序编排有预注水、注水、洗涤、加热、加热洗涤五个过程。程序的工作顺序和工作方式与程序“2”相同。当程序“3”的工作结束，洗衣机自动进入程序“4-5”。

（4）漂洗程序

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在该程序在“6-9”中编排了四次漂洗，四次排水。当洗衣机完成了第一次漂洗之后，便自动进入程序“7”漂洗过程，当洗衣机宠成第二次漂洗之后，为了达到满意的漂洗效果，程序中编排了模仿人工漂洗的方式，在第一次漂洗之前先将漂洗后的衣物甩干，排除脏洗涤液，然后再进行漂洗的过程。因此，安排了2分钟短时间的脱水过程，将残存在织物上的脏洗涤液甩出。(脱水时洗衣机滚筒转速为400转/分)，而后，继续进行两次漂洗，漂洗程序“9”结束，洗衣机白动进入脱水程序“10”。

（5）脱水程序

脱水程序的编排是非常科学的，为了使洗衣机在高速脱水时更平稳，不致因偏心而造成大的振动，程序编排了洗衣机一边排水，内筒一边继续正、反向低速转动2分钟，在低速转动过程中使织物在内筒中摆放均匀，为高速脱水做好准备。最后，内筒以400转/分的速度高速脱水，8分钟后脱水程序结束，至此，标准洗涤程序结束，洗衣机停止工作。

（二）弱洗（轻柔洗程序）

洗衣机“11-18”程序是轻柔洗涤程序。将程序控制器旋钮指针旋至“11”上，洗衣机便进入弱洗程序。整个弱洗程序的编排有注水、洗涤、加热、加热洗涤、排水、三次漂洗和一次2分钟脱水。弱洗涤程序与标准洗涤程序的编排大致相同，只是轻柔洗程序役有设置预洗功能，对洗涤液加热的温度也较低(一般在40C-50C)。另外，洗涤内筒正、反方向旋转的转、停时间也不同。标准洗涤程序适合洗涤粗及较脏的织物，而弱洗程序则适合洗涤轻薄及不太脏的织物。 4.2.4 洗涤剂盒

在操作面板的最左边是洗涤剂盒，内有A、B、C、D四个方格，用以投放洗衣粉和添加剂。若在洗涤剂盒中加入漂白剂、软化剂等，则洗涤过程中自动释放添加剂；若不漂白及软化衣物，则不必加入漂白剂、软化剂等添加剂。

004.3各按钮、旋钮所控制的结构

4.3.1 单琴键开关

四键开关中电源开关键为单琴键开关A，防皱键、脱水键和强进水键都为单琴键开关B。四个琴键开关外面都装配有琴键帽。本设计琴键帽的外形采用与人的手指模样相似的形状，用户在使用时可以更舒适，更方便。琴键帽和单琴键开关的结构及尺寸见图纸。

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4.3.2 调温器

调温器与调温器旋钮装配在一起，通过调节调温器旋钮来控制桶内水的温度，本设计调温器的尺寸部分参考生产厂家，具体尺寸见图纸。 4.3.3 程序控制器

本设计采用9171程序控制器，为外购件，本设计并未涉及程控器的尺寸。 4.3.4杠杆臂

杠杆臂是连接洗涤剂盒与外筒的装置，通过杠杆臂可以控制洗涤剂盒里洗涤剂进入外筒。杠杆臂的尺寸见图纸。

4.4小结

XQG50-166滚筒洗衣机操作部分的设计已经完毕，操作部分设计包括操作面板及其上面的按钮、旋钮的尺寸的设计，还有按钮、旋钮的功能的设计。特别是程序控制器旋钮，充分考虑到了洗涤程序的完整性，自动化程度高，还考虑到了不同的衣物对洗涤程序的不同要求。

图4-5 操作面板三维建模图

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第五章 结论

此次的设计任务是XQG50-166滚筒洗衣机的设计操作与传动系统，在这次设计中，简单的介绍了滚筒洗衣机的现状与发展趋势，确定XQG50-166滚筒洗衣机的总体设计方案，并经过计算确定了双速电机与V带传动的设计。

根据机械设计专业知识，网上了解洗衣机的特点和研究方法，还有指导老师的热心帮助完成了图纸的绘制和说明书的撰写，并且对滚筒洗衣机部分传动系统进行了计算。经过设计，滚筒洗衣机将变的更加节能、省时，并且降低噪音。

经过了漫长的日子，繁忙的生活终于结束了，经过本次对滚筒洗衣机的设计，使我了解了很多关于这方面的知识，洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，洗衣机的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。

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谢 辞

本课题在选题及研究过程中得到田敬老师的悉心指导。田老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路。

感谢田敬老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。

回首本人的求学生涯，父母付出了更多，给我更多的期盼。父母不仅担负我从小 到大的学费、生活费，在心里上更要忍受儿子没在身边的思儿之情。忆往昔，每次回到家时父母的欣喜之情，每次离家时父母的依依不舍之眼神，电话和信件中的殷殷期待和思念之语，皆使本人刻苦铭心，目前除了学习成绩尚可外无以为报，希望以后的学习、工作和生活能使父母宽慰

自己想想求学期间的点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，三年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活，得以划下了完美的句点。

颜巧波 二O一一年一月十八日

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