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1、沈 阳 理 工 大 学机电一体化课程设计计算说明书题 目： 波轮式全自动洗衣机 机电系统设计 院 系： 装备制造工程分院 专 业： 机械设计及其自动化 班级学号： 08141212 学生姓名： 刘 彤 指导教师： 刘长吉 2011 年 6 月 14 日目 录摘 要1第一章 绪论21.1 机电一体化课程设计目的 21.2 设计任务 2第二章 波轮式全自动洗衣机的总体结构设计32.1 波轮式全自动洗衣机总体结构 32.2 进水排水系统 32.3 传动系统结构及工作原理 72.4 机械设计系统传动计算14第 3 章 控制系统设计203.1 全自动洗衣机的功能要求203.2 硬件电路设计213.3 控
2、制程序设计22总 结24致 谢26参考文献27机电一体化课程设计计算说明书1摘 要从目前的洗衣机市场来看，洗衣机分为三种类型：波轮机、滚筒机以及搅拌机，但目前国内卖场上以波轮机和滚筒机为主，搅拌机很少在国内出现。波轮洗衣机，20 世纪五六十年代出现于日本的波轮洗衣机。目前是我国人民最了解，市场占有率最高的洗衣机种类。特点：耗水量大价格低滚筒洗衣机，发源于欧洲，是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。特点：耗电量大磨损小搅拌洗衣机，搅拌式洗衣机先于波轮式洗衣机出现。全自动搅拌式洗
3、衣机发源于美国，在美国流行，但在中国很难见到。它与波轮洗衣机最大的区别就是波轮旋转只有270度，不像波轮洗衣机的波轮是旋转 360度。特点：洗净度好耗水多未来洗衣机的发展方向将是超声波洗衣机，运用超声波原理振动洗衣，从概念上彻底更新洗衣机洗涤原理，不再使用洗衣粉，是真正的环保型洗衣机。到时，人们不仅从洗衣机里拿出衣服就能穿，而且完全不用考虑清洗剂会对衣料带来的损害，更不存在化学洗涤剂的环境污染问题了。机电一体化课程设计计算说明书2第 1 章 绪论1.1 机电一体化课程设计目的机电一体化系统课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生做那个和运用说学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，
4、独立进行一次机电结合的设计训练，主要目的是：1) 学习机电一体化系统总体设计方案立定，分析与比较的方法。2) 通过对机械系统的设计，掌握集中典型传动晚间与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。如齿轮/同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。3) 通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移/速度传感器；如交流、逼近伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。4) 通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU 选择、存储器扩展、I/O 接口扩展、A/D 与 D
5、/A配置、键盘与现实电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机的控制软件等、5) 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。6) 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。1.2 设计任务任务：设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统，要求最大洗衣质量为 3.8kg，内桶直径为 400mm，洗衣转速约为 140200rmin，脱水转速约为 700800rmin。要求具有自动调节水位、根据衣服种类设定洗涤模式、自动进水、排水和自动脱水等功能。 机电一体化课程设计计算说明书3第二章 波轮式全自动洗衣机的总体结构设计2.1 波轮式全自动洗衣机总体结
6、构目前在我国生产的洗衣机中，波轮式洗衣机占了 80以上。早期生产的波轮式洗衣机波轮较小，直径都在 165185mm 之间，转速为 320500rmin。现在基本都是大波轮洗衣机，其中又以碟形波轮应用最广，波轮直径约为 300mm，转速约为120300rmin。一般来说，波轮式全自动洗衣机具有洗涤、脱水、水位自动控制，以及根据不同衣物选择洗涤方式和洗涤时间等基本功能，其结构主要由洗涤和脱水系统、进排水系统、电动机和传动系统、电气控制系统、支承机构等 5大部分组成，如下图所示。 2.2 进水、排水系统全自动洗衣机的进、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。1.水位开关水位开关又称压
7、力开关。洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状况是由1排水管 12 进水接头2溢水管 13 压力软管3吊杆 14 贮气室4脱水桶（内桶）15 支架5盛水桶（外桶）16 电动机6水衡环 17 离合器7盖板 18 波轮8安全开关 19 脱水轴9控制面板 20 排水电磁阀10水位控制器 21 法兰盘11进水电磁阀 22 脱水孔机电一体化课程设计计算说明书4压力开关检测的。当洗衣机工作在洗绦或漂洗程序时，若桶内无水或水量不够，压力开关则发出供水信号。当水位达到设定位置时，压力开关将发出关闭水源的信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关则发出排水系统受阻信号。(1)结构波
8、轮式全自动洗衣机上使用最多的水位开关是空气压力式，其结构如图2-1所示。这类压力开关按其功能可大致分为气压传感装置、控制装置及触点开关三部分。气压传感装置由气室 11、橡胶膜 10、塑料盘 9、顶心 6等组成；控制装置由压力弹簧 4、导套 2、调压螺钉 3、杠杆 l和凸轮 5等组成；触点开关由动簧片 8、开关小弹簧 7、动静触点组成，其中公共触点 COM和常闭触点 NC组成动断触点，公共触点COM和常开触点 NO组成动合触点。动簧片 8是由铍青铜板制成，其结构如图 2-2所示。在内动簧片和外动簧片的 a、b 点安装一个小弹簧，即图 2中的开关小弹簧 7。c点为内动簧片的力驱动点，位于顶心和塑料
9、盘的轴心线上。1杠杆2导套3调压螺钉4压力弹簧5凸轮6顶心7开关小弹簧8动簧片9塑料盘10橡胶模11气室12压力软管图 2-1 水位开关结构及其水压传递系统机电一体化课程设计计算说明书5(2)工作原理 当水注入内桶时，气章很快被封闭。随着水位上升，封闭在气室内的空气压力也不断提高，压力经软管 12传到水位开关气室 11，水位开关气室 ll内的空气压力向上推动橡胶膜 10和塑料盘 9，推动动簧片 8中的内动簧片向上移动，压力弹簧4被压缩。当注水到了选定水位时，此时内动簧片移动到预定的力平衡位置，开关小弹簧 7将拉动外动簧片，并产生一个向下的推力，使开关的常闭触点 NC与公共触点 COM迅速断开，
10、常开触点 NO与公共触点 COM闭合，从而发出关闭水源信号。排水时，当水位下降到规定的复位水位时，水位产生的压力减小，压力弹簧 4回复伸长，推动顶心 6，使动簧片 8中的内动簧片向下移动，当移动到预定的力平稳位置时，开关小弹簧 7对外动簧片产生一个向上的推力，使开关的常开触点 N0与公共触点COM迅速断开，常闭触点 NC与公共触电 C0M闭合，从而改变控制电路的通断。 2.进水电磁阀(1)结构进水电磁阀也称为进水阀或注水阀，其结构如图 2-3所示。 图 2-2 触点开关机电一体化课程设计计算说明书6(2)工作原理电磁阀线圈 4断电时，铁心 6在自重和小弹簧 5作用下下压，使铁心6下端的小橡胶塞
11、 7堵住泄压孔 B，此时如果有水进入进水腔 I，水便由加压孔 A进入控制腔，使控制腔内水压逐渐增大，最终使橡胶阀 9紧压在出水管的上端口上，将阀关闭。同时因铁心 6上面空间与控制腔相通，控制腔内水压的增大还会使铁心 6上面空间气体压强增大导致橡胶阀 9更紧地压在泄压孔 B上，增加了阀关闭的可靠性。当进水电磁阀线罔 4通电后，产生的电磁吸力将铁心 6向上吸起，泄压孔 B被打开。控制腔内的水迅速从泄压孔 B中流入出水管，同时经加压孔 A流人控制腔的水又进行补充。但由于加压孔 A比泄压孔 B小，使控制腔内的压力迅速下降。当控制腔中的水压降到低于进水腔 I水压时，橡胶阀 9被进水腔 I中的水向上推开，
12、水从进水腔直接进入出水管，进而流人盛水桶。水到位后，由水位开关切断进水电磁阀线圈 4的电源，进水阀重新关闭。 3.排水电磁阀排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，如图 2-4所示。电磁铁和排水阀是两个独立的部件，两者之间以电磁铁拉杆联接起来。 1金属过滤网2阀座3导磁铁框4线圈5小弹簧6铁心7小橡胶塞8塑料盘9橡胶阀1排水阀座 13 衔铁2橡胶阀 14 开口销3内弹簧 15 外桶4外弹簧 16 挡套5导套 17 刹车扭簧伸出端6阀盖7电磁铁拉杆8销钉9基板（铁垫圈）10微动开关压钮11引线端子12排水电磁铁图 2-3 进水阀结构图机电一体化课程设计计算说明书7(1)结构 排水阀是由排水阀座 1、橡胶
13、阀 2、内外弹簧 3与 4、导套 5和阀盖 6等组成。排水阀门采用橡胶材料制成，内有一个由硬质塑料制作的导套 5。导套 5内装有内弹簧3，它一端卡在导套左边槽口，另一端钩挂在电磁铁拉杆 7上，内弹簧 3处于拉紧状态。在导套 5外装有一个外弹簧 4，它的刚度比内弹簧 3小,它的一端与阀盖 6接触另一端与导套 5的基座接触外弹簧 4处在压缩变形状态。电磁铁有交流和直流两种，机械式全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而电脑式全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。交流电磁铁的主要技术参数如表 2-1所示，直流电磁铁的主要技术参数如表 2-2所示。 (2)工作原理洗衣机处在进水和洗涤时，排水阀处于关闭状态。此时主
14、要由外弹簧 4把橡胶阀 2紧压在排水阀座 1的底部。排水时，排水电磁铁通电工作，衔铁 13被吸入，牵动电磁铁拉杆 7。由于拉杆 7图 2-4 排水阀的结构与电磁铁的装配关系表 2-1交流电磁铁的主要技术参数表 2-2直流电磁铁的主要技术参数机电一体化课程设计计算说明书8位移，在它上面的挡套 16拨动制动装置的刹车扭簧伸出端 17，使制动装置处于非制动状态(脱水状态)。另一方面随着电磁铁拉杆 7的左端离开导套 5，外弹簧 4被压缩，使排水阀门打开正常排水时，橡胶阀 2离开排水阀座 l密封面的距离应不小于 8mm，排水电磁铁的牵引力约为 40N。 2.3 传动系统的结构及其工作原理传动系统主要由电动机、减速离台器组成。套桶式全自动洗衣机使用一台电动机来完成洗涤和脱水工作。洗涤时，波轮转速较低(140200r/min)；而脱水时，脱水桶转速较高(约 800rmin)。因此，要对电动机 1370rmin 的输出转速进行减速处理，以适应两项工作的不同要求，这主要由洗衣机的传动系统来完成，传动系统的工作示意如
