洗衣机的分析与设计

洗衣机的分析与设计一、前言：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。二、洗衣机的历史发展：1858年，美国人汉密尔顿·史密斯在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1874年，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。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。1910年，美国的费希尔在芝加哥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。如今市场上的洗衣机可分为波轮式洗衣机、滚筒式洗衣机和搅拌式洗衣机三大类。接下来我将对以上的波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机分别进行从工作原理、结构、材料、外观造型、市场等方面以洗衣机设计者的角度进行分析介绍。三、波轮式洗衣机：依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，波轮式洗衣机中产生机械作用的主要部件是波轮。它设置在洗涤捅底，在电机的驱功下重复作“正转一——停反转——停——正转”运动。水甩向桶壁．使之沿捅壁上升，造成波轮中心区的负压。因压力差，四周的水迅速向下流动，以弥补波轮四周的水。使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。通过各种开关组成控制电路，来控制电动机、进水阀、排水电磁铁及蜂鸣器的电压输出，使洗衣机实现程序运转。以“波轮式双桶洗衣机”为例；波轮式双桶洗衣机主要由洗涤、脱水、进排水、底座和控制等几个部分组成。接通电流后，洗涤电动机在定时器的控制下做正转一停一反转的旋转运动，并通过皮带传动带动波轮作同样性质、低速的旋转运动，从而在洗涤桶中形成涡卷式新水流，正反水流与桶壁的相互翻滚碰撞，将浸泡在洗涤剂中洗涤物上的污垢溶于水，从而达到洗涤的效果。脱水的基本工作原理是，脱水桶壁上设有许多小孔，当脱水电动机高速旋转时．脱水桶内的洗涤物产生了强大的离心力。由于离心力的作用，洗涤物上的水珠沿旋转线速度的切线方向被甩出脱水桶，从脱水外桶顺着排水管排出。（1）洗涤部分：洗涤桶是盛放洗涤物和洗涤液并完成洗涤和漂洗任务的容器，要求它对酸碱有良好的抗腐蚀能力，并具有一定的强度和使用寿命。洗涤桶的几何形状直接影响洗涤物的洗净比和磨损率，洗涤桶的底部形状有斜底面和平底面两种。斜底面的洗涤桶是将桶底设计成与水平方向倾斜一定角度，波轮也以同样倾斜角度放置在底面上，波轮旋转时可形成多方位的水流，且多方位的水流上下翻滚幅度较大，衣物的洗净比较高，但衣物的缠绕和磨损率较大。平底面的洗涤桶桶底呈水平状，波轮也水平放置，波轮旋转时桶内的水流上下翻滚幅度较小，衣物的缠绕和磨损率也较小，衣物的洗净比稍低。洗涤桶形状目前大多采用四周带有圆角的长方形。圆角的大小通常设计为大于50mm，它的主要作用是在洗涤过程中产生小涡流。洗涤桶上有许多半圆形凸起的筋，它的主要作用是在洗涤过程中增加洗涤物与桶壁之间的摩擦，从而提高衣物的洗净比。洗涤桶的材料有铝合金、不锈钢、搪瓷和塑料等。目前，太多数洗衣机的洗涤桶都采用聚丙烯塑料注塑成型。这类洗涤桶一般是和脱水外桶注塑成一体，称为连体桶。这类连体桶的重量比较轻、强度高、绝缘性好、抗腐蚀性能强，且成本低，使用寿命长。因此在双桶洗衣机的生产中被广泛使用。渡轮及波轮组件，波轮是波轮式洗衣机实现洗涤和漂洗的主要部件。波轮直径的大小、筋的高低、形状及波轮的安装位置、转速等对洗涂物的洗净比和磨损率有着很大影响。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。目前，国产洗衣机所用的波轮有五种，它们分别为小波轮、大波轮、凸波轮、凹波轮和高波轮。后四种波轮在洗涤桶内与洗涤液接触面积大，洗涤过程中水流的变化也快，故称该水流为新水流，相应的洗衣机为新水流双桶洗衣机。波轮组件通常由波轮、波轮轴衬和轴衬嵌件三部分组成。其中轴衬嵌件通常是用来传递力矩的．它的材料一般是铜，强度较好。线屑过滤组件，洗涤桶内还装有线屑过滤组件。它的作用是收集洗涤桶内的毛屑、纤维等细小杂物．使之不再回到洗涤物上去．这样反复循环地收集．有利于提高洗涤物的洗净比，洗涤桶底部还装有排水滤盖和小滤盖，排水滤盖上面有许多排水小孔。它的作用是过滤洗涤桶内的脏水，防止异物堵住排水阀和排水管一小滤盖同样起过滤作用．并且可拆下来清洗。溢水滤盖安装在桶壁上，上面有几排长形的腰孔。当洗涤桶内的水位高出你所设定的水位时。水可通过这些小孔迅速从溢水管排出，以防溢水面过高，影响电气安全；另外，长形孔还起着过滤作用，防止大于长形腰孔的悬浮物进入溢水管影响下次溢水和排水。（2）脱水部分：脱水部分主要包括脱水外桶、脱水内桶、脱水电动机、刹车机构、减振装置和喷淋装置等部分，结构如图。脱水外桶，在双桶洗衣机中，脱水外桶一般都和洗涤桶连在一起，称为连体桶。这样，连体部分的脱水外桶比单独一个脱水外桶昕能承受的来自脱水内桶的打边时产生的力要大，强度要好，而且装配时比较方便?脱水外桶有两个作用：一是用来安放脱水内桶和安装防振橡胶组件和传动轴；二是用来盛喷淋漂洗和脱水桶工作时甩出的水，并通过排水口排出机外。脱水内桶，脱水内桶是专用来盛放洗涤物实现脱水功能的容器．同样要求它对酸碱有良好的抗腐蚀能力，并具有相当好的强度它的形状通常是个深的圆筒，其壁上布满许多均匀分布的排水孔一洗涤物上的水是通过小孔排进脱水外桶的一小孔数目的多少和大小要根据脱水桶的容量和材料设定。显然，小孔数目越多，脱水性能越好。但小孔数目越多，其强度就越差，考虑到脱水桶是个高速旋转的物体，且打边现象又常存在撤小孔的数目不能太多。脱水内桶的类型目前有两种，一是搪瓷桶，二是塑料桶。搪瓷桶是采用低碳钢外涂搪瓷材料烧结而成的，它刚度好，强度高，脱水率高，美观大方：但它有个致命的弱点——怕碰：脱水内桶在不平衡的状态下非常容易打边使搪瓷桶的搪瓷破裂而生锈，塑料桶一般采用聚丙烯塑料注塑成型，脱水桶外壁和底部设有许多环形的筋，其目的是为了增加脱水桶的强度。与搪瓷桶相比，塑料桶具有重量轻、成本低、使用寿命长等优点。塑料脱水内桶上部一般和脱水桶环组成一个组件，它们是通过旋转摩擦焊的形式焊接在一起的，有的脱水桶环内注入了部分盐水，用来平衡脱水内桶在起动过程中出现的摆动。脱水内桶底部通常与脱水法兰连接在一起。其目的是增加连接强度。脱水法兰是用铸铝材料铸压成型的．它具有很好的强度和刚度，能够承受来自脱水电动机强大的转矩。从而带动脱水内桶旋转。脱水内桶内装有底盖，其目的是防止高速旋转的脱水桶底部和脱水法兰上的毛刺损伤衣物，装满衣物的脱水内桶必须压上脱水内盖，其目的是防止小衣物如手帕、袜子等飞出脱水内桶，落入脱水外桶，并缠绕在脱水轴上引起脱水电动机堵转，导致脱水电动机烧毁，或堵塞脱水外桶的排水口。（3）刹车机构：刹车盘双桶洗衣机脱水部分都设置刹车机构，其主要作用是．当脱水盖板被打开时，强行制动高速旋转的脱水电动机．使得脱水内桶在7s内转速降到60r／min以内，防止误伤用户。（未找到图）（4）减振机构：脱水电动机是直接驱动脱水桶旋转的，由于电动机以1400r／min左右的高速旋转，加上脱水内桶比较高，桶内衣物的分布不叮能很均匀。这样脱水桶的重心就很不稳定，因此在旋转时脱水内桶会产生很大的振动，为了减少脱水桶的振动和偏摆。在脱水电动机与底座之间安装了减振装置，具体结构如图减振装置的主要元件是弹簧：上、下簧垫和钢丝、簧套是用来固定弹簧的：当脱水桶的重心与脱水电动机的轴心线重合时，脱水电动机弹簧组件只受铅垂方向的力；当脱水桶盛放衣物偏向一边时．它的重心与脱水电动机的轴心线就不重合了，这时脱水电动机弹簧组件不仅受铅垂方向的力，还受到一个水平方向的力。根据作用力与反作用力的原理，这个力无论来自哪里，弹簧组件则给脱水电动机一个反方向的作用力；在这个反方向力的作用下，脱水桶的重心被修正，脱水桶摆动的幅度就变小这就是减振装置的工作原理。（5）进排水部分：进水系统,进水是洗衣机工作的前奏。目前普通的双桶洗衣机进水系统一般都是手动进水。手动进水系统根据双桶洗衣机的功能不同，有两种不同的结构，一种是只在洗涤桶内进行洗涤、漂洗，这种形式的进水机构很简单。只要用一根进水软管直接接到洗衣机洗涤桶上方的进水口。水就会自动流进洗涤桶，而不需要任何转换机构；另一种是可以在脱水桶内进行喷淋漂洗的双桶洗衣机这种形式的进水结构比较复杂，它需要在控制部分设置注水转换机构。当需要向洗涤桶内注水时，即可向洗涤桶内注水；当需要向脱水桶内注水时，只须拨动一个操作柄或旋钮冰马上就会注入脱水桶内。（注水转换机构主要由进水管、换向水嘴、注水操作轴和分流器等组成具体结构如图）排水系统：双桶洗衣机的排水系统根据它的安装位置，可分为洗涤桶内排水和洗涤桶外排水两种结构。洗涤桶内排水结构，这种结构如图，它由排水拉带、阀簧、阀组件、连接管(俗称三通)和排水管组成。阀组件安装在连体桶内边沿的导向槽中．阀塞紧压在连体桶排水孔上口沿。阀塞的材料是橡胶，它的直径比连体桶的排水孔直径要大。阀簧安装在控制板座和阀组件之间，对阀组件产生一个向下的作用力，使得阀簧和排水孔配合时有一定的压力。这样，阀塞的密封性增强了，洗衣机工作时排水孔处就不会渗水。阀塞是一个圆形的环，它与一个筒状的阀轴相连，阀轴上装有溢水管，当水位超过我们所设定的水位时，水就会从溢水管通过阀轴、阀塞流人排水管并排出；连接管的作用是将连体桶的洗涤侧排水孔、脱水侧排水孔与排水管连接起来并通过排水管排出；连接管与连体桶的脱水侧排水孔之间装有一个底阀片．底阀片的作用是防止连体桶洗涤侧排出的水进入脱水侧。所以，当脱水和排水需要同时进行时，一般情况下在脱水1分钟后再进行排水。当洗衣机处于洗涤状态时，排水旋钮指向漂洗位置，阀塞压在排水孔处，水不会流出。当需要排水时，可将排水旋钮旋向排水位置，此时排水拉带被拉紧并产生向上的力。这个力克服阀簧的压力，使得阀组件向上产生一段位移。这时洗涤桶内的水会自动通过排水孔流人排水管并排出机体外脱水桶侧排水时则不需要作任何动作，水会自动流人排水孔进入排水管排出。洗涤桶外排水结构洗涤桶外排水结构仍由排水拉带、溢水阀杆组件、连接管(俗称四通)和排水管等组成，结构如图。它的工作作原理与洗涤桶内排水相似，不同的是阀组件安装在连体桶外边沿的导向槽内．连接管分别和洗涤桶的洗涤侧排水孔、脱水侧排水孔、溢水孔和排水管相连，并通过排水管将水排出机外。（6）传动部分：双桶洗衣机的传动系统分为两部分。即洗涤传动部分和脱水传动部分；脱水部分的传动系统比较简单，它采用直接驱动式．即电动机的旋转动力直接通过连轴培训课堂；器传递到脱水内桶洗涤部分的传动系统比较复杂．它采用两级减速传动装置；第一级传动为皮带减速传动。第二级传动为行星齿轮箱减速传动。将电动机转速从1400r／min左右减小到180r／min左右。（7）控制部分：控制部分是双桶洗衣机的指挥部一它的主要作用是用来控制整台洗衣机的运转；具有洗涤定时、水流切换、洗脱排水、注水选择及脱水定时等几个功能。控制部分电路：如图是双桶洗衣机的控制电路图，从图中可以看出，它由两部分组成，一是洗涤控制电路，二是脱水控制电路。这两部分电路并联在火线与零线之间，相互独立，互不干扰。可以独立操作，也可以同时操