五、机械传动系统设计计算

摘要该设计描述了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程，并设计相应的系统软件，结合相应的硬件系统，提高控制系统的可靠性，全自动洗衣机应用了可编程控制器，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。它结合全自动洗衣机控制系统的要求，进行程序的设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。从而实现对可编程控制。此设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的plc造型和资源的配置，控制系统程序设计与调试。根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器实现控制关键词：PLC，控制，全自动洗衣机1.洗衣机的发展史从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战———有人发明了木制手摇洗衣机。发明者是美国人比尔·布莱克斯。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。到1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。3、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，但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。3.1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400mm，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。3.2基本参数的选择目前洗衣机的洗衣量、电机功率、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3-1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。根据设计任务要求最大洗衣量为3.8Kg，参照表3-1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3.2.1计算功率由于载荷变动微小，因此取工作情况系数3.2.2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。1213701.9720nincaA0.18kWPKP图6-40普通V带选型图图3-1普通V带选型图3.2.3V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3-1，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：1）计算功率由于载荷变动微小，因此取工作情况系数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。1213701.9720nincaA0.18kWPKP3）带轮的基准直径和初选小带轮的基准直径，查表6-16和表6-17，选取,大于V带轮的最小基准直径的要求50mm。从动轮的基准直径为按表3-2圆整为。dd1dd2dd155mmdd1ddmindd21.955104.5mmdidd2d1106mmdd2表3-2V带轮的最小基准直径注：1仅限于普通V带轮。4）验算带的速度m/s普通V带的最大带速=25～30m/s，故满足要求。5）中心距和带的基准长度112.7＜＜322根据洗衣机桶体的安装尺寸初取,基准长度m查表3-3选取和538mm相近的标准带的长度为560mm，则实际中心距为mmv15513703.95601000601000dnvd1maxvdLa00.7()2()ddaddd1d2d1d20amm1400a2'd00()2()24ddLaddad2d1d1d2538d056053814015122LLaa'd在安装时，在结构上要保持V型带有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。6）主动轮上的包角表3-4V带的基准长度系列及长度系数LK118057.5160.6ddad2d17）带的根数长度系数﹑包角系数﹑单根V带基本额定功率﹑单根V带额定功率增量查表6-18﹑表6-19﹑表6-20a和表6-20b取，，KW，KW。取Z=1。LKKz0P0PL0.94K0.95K16.00P02.00Pca00L0.181.11()(0.160.02)0.950.94PzPPKK（单位：KW）表3-6a单根普通V带的基本额定功率0p表3-7b单根普通V带的基本额定功率0p（单位：KW）8）带的预紧力V带单位长度的质量查表6-21得，单根V带所需的预紧力为（6-26）qkg/m06.0q2ca02.5500(1)PFqvzvK20.182.5500(1)0.063.9538.1N13.950.95表3-8V带单位长度的质量9）带传动作用在轴上的力3.3带轮的结构设计带轮的结构设计可参考有关《机械设计手册》或《机械设计》教材。3.4行星减速器设计3.4.1行星减速器结构减速器的结构如图3-2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和脱水桶相连接，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安装时的同心精度。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，与之连成一体。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。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。LF1L0160.62sin()238.11sin()75.1N22FFz图3-2减速器结构图1.输入轴2.脱水轴3.密封圈4.行星轮5.行星轮轴6.内齿圈7.行星架8.减速器外罩9.波轮轴10.减速器底盖11.中心轮12.法兰盘13.锁紧块已知洗衣转速为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，中心轮与行星架的传动比按以下公式计算：初选中心轮齿数=19，由式6-28计算得内齿圈齿数=57。BAX7204180iBAXiBBAXA1zizAzBz3.4.2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1，如选四个行星轮对称布置，则可计算出行星齿轮齿数为最终确定中心轮齿数为19，内齿圈齿数为57，行星齿轮齿数为19，实际传动比为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。XzBAX()57191922zzzAzBzXzBAXi