湖南工業大學課 程 設 計資 料 袋 機械工程 學院（系、部） 2013 2014 學年第 一 學期 課程名稱 機電一體化系統設計 指導教師 孫曉 職稱 教授 學生姓名 李侃 專業班級 機械工程1001班 學號 10405700835 題 目 波輪式全自動洗衣機機電系統設計 成 績 起止日期 2013 年 12 月23 日 2013 年 12 月 29 日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數量備 注1課程設計任務書2課程設計說明書3課程設計圖紙張 湖南工業大學課程設計任務書20132014學年第一學期 機械工程 學院（系、部） 機械工程及其自動化 專業 1001班級課程名稱： 機電一體化系統設計 設計題目： 波輪式全自動洗衣機機電系統設計 完成期限：自 2013 年 12 月 23 日至 2013年 12 月 29 日共 1 周內容及任務一、設計的主要技術參數 具體要求見課程設計指導書二、設計任務 完成波輪式全自動洗衣機傳動機構圖、控制系統原理圖及設計說明書一份三、設計工作量機械圖1張，控制系統原理圖1張，說明書不少于6000字進度安排起止日期工作內容12.23講解設計目的、要求、方法，任務分工制定設計方案、繪制草圖12.2435設計方案審核、修改繪制傳動機構裝配圖12.2627繪制控制系統原理圖12.28編寫設計說明書12.29答辯主要參考資料1、尹志強，機電一體化系統設計課程設計指導書，機械工業出版社，2008.32、姜培剛 蓋玉先編，機電一體化系統設計，機械工業出版社，2003.9指導教師（簽字）： 2013年 12月 18 日系（教研室）主任（簽字）： 2013年 12月 18 日機電一體化設計設計說明書波輪式全自動洗衣機機電系統設計起止日期： 2013 年 12 月 23 日 至 2013年 12月 29 日學生姓名李侃班級機工1001學號10405700835成績指導教師(簽字) 機械工程學院（部）2013年12月29日 目 錄摘要2洗衣機說明書1. 課程設計的任務32. 洗衣機簡介32.1全自動洗衣機特點32.2洗衣機工作原理概述43. 傳動方案討論44.傳動系統的設計計算64.1減速離合器的結構和工作原理簡介64.2減速離合器零部件的計算與選擇124.3減速離合器零件裝配圖205.進/排水系統結構原理簡介205.1進水電磁閥的結構及工作原理215.2排水電磁閥的結構及工作原理225.3水位開關控制原理236.控制系統的設計266.1控制芯片的選擇266.2程序框圖266.3電氣控制圖28心得體會29參考文獻30附錄31摘要 2003年的北京洗衣機市場，以海爾雙動力洗衣機為代表的第四種洗衣機正在悄悄改變北京洗衣機市場原有的滾筒、波輪兩強對壘的格局。有關市場專家在盤點2003年家電市場時發現，高檔洗衣機市場50的市場份額都被雙動力型洗衣機所占據。除了具有殺菌、消毒功能的保健雙動力洗衣機之外，不用洗衣粉的環保雙動力、能夠洗滌羊絨等高檔衣料的變速雙動力等產品也受到了消費者的青睞。專家認為，未來洗衣機的發展方向將是超聲波洗衣機，運用超聲波原理振動洗衣，從概念上徹底更新洗衣機洗滌原理，不再使用洗衣粉，是真正的環保型洗衣機。到時，人們不僅從洗衣機里拿出衣服就能穿，而且完全不用考慮清洗劑會對衣料帶來的損害，更不存在化學洗滌劑的環境污染問題了。1.課程設計的任務設計一種波輪式全自動洗衣機的機電系統，要求最大洗衣質量為3.8kg，內筒直徑為440mm，洗衣機轉速約為140200r/min，脫水轉速約為700800r/min.要求具有自動調節水位、根據衣服種類設定洗滌模式、自動進水、排水和自動脫水等功能。硬件設計：主要是傳動系統結構（減速離合器）的各部分原理，零件尺寸的選擇，以及可實現的功能軟件設計：全自動洗衣機的功能要求：強弱洗功能；4種洗衣程序（標準、經濟、單獨、排水）；進排水系統故障自動診斷功能；脫水期間安全保護和防震功能；間歇驅動方式；暫停功能；聲光顯示功能硬件電路設計（protel上機繪圖）控制程序設計2.洗衣機簡介 2.1全自動洗衣機特點全自動洗衣機有多種洗滌程序，工作時間可任意調節，工作狀態及洗、脫時間在面板都有顯示，能自動處理脫水不平衡，具有各種故障和高低壓自動保護功能，工作結束或電源故障會自動斷電，無需看管確保安全。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時，通過電控系統使進水閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手動排水。2.2洗衣機工作原理概述全自動洗衣機已經是普及的家用電器,目前的家用洗衣機都采用單片機進行控制。該控制對象具有如下功能：波輪式全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安裝的。外桶固定，作盛水用；內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有許多小孔，使內外桶水流相通。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥控制。進水時，控制系統使進水電磁閥打開，將水注入外桶；排水時，使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌和脫水由同一臺電動機拖動，通過電磁閥離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內桶）。電磁離合器失電時，電動機帶動洗滌波輪實現正、反轉，進行洗滌；電磁離合器得電時，電動機帶動內桶單向旋轉，進行甩干（此時波輪不轉）。水位高低分別由高低水位開關進行檢測，啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。3.傳動方案討論3.1傳動方案一方案一采用電機直接驅動，這是一種洗衣機專用電機，洗衣機專用電機除了起到電機的作用，還起到離合器的作用。其結構組成為：主要由內軸、外軸、單向軸承、電磁制動裝置（制動裝置有多種形式，這里只是設定其中一種）、減速器、脫水電機、洗衣電機等部分組成。洗衣機專用電機的工作原理是： (1) 洗衣程序時，洗衣電機通電，轉子轉動，通過減速器使內軸減速旋轉，此時電磁制動裝置處于制動狀態。(2) 脫水程序時,洗衣電機不通電，脫水電機通電，轉子轉動，使外軸與轉子等速旋轉，此時電磁制動裝置處于不制動狀態。(3) 當洗衣機處于脫水狀態時，如人為打開機蓋，則通過連動開關使電機斷電，同時使電磁制動裝置處于制動狀態，使脫水桶停止轉動，從而達到有關安全標準要求。其優缺點為：（1）優點 重量集中在中心因而不需要裝置平衡塊，內外軸旋轉轉換直接由電機實現，不需要拉動離合器手柄的牽引器。減少摩擦，降低噪聲及延長使用期，使洗衣機裝配程序大大簡化，使洗衣機容易維修。（2）缺點 對制造要求相對較高，制造成本也相對較高，國內對這種機型的制造較少，普及面不高。3.2傳動方案二傳動方案二屬于間接驅動方式，通過普通電機，一般為單相異步交流電機通過一級皮帶傳動帶動離合器工作，以實現洗衣和脫水。其基本工作原理為:(1) 洗衣程序時，電機通過皮帶帶動離合器皮帶輪轉動，使離合器內軸（輸入軸）作減速旋轉，此時外軸（脫水軸）處于制動狀態，離合器離合彈簧處于“分”的狀態。(2) 脫水程序時，控制方絲離合彈簧的棘爪開始工作，使離合彈簧處于“合”的狀態。然后電機帶動離合器皮帶輪旋轉，使離合器外軸與與離合器皮帶輪作等速旋轉其優缺點為：(1) 優點 制造成本和制造精度相對較低，價格便宜，國內這種類型的洗衣機普及面廣，制造工藝成熟，零部件易更換維修。(2) 缺點 洗衣機的驅動系統結構復雜、工作效率低、轉速不穩定、啟動電流大、故障率比較高、控制精度低；在結構設置上，洗衣機的電機軸與滾筒的幾何中心軸不可能同軸（需要皮帶減速），處于偏置狀態，而正是這種“偏置”，造成了洗衣機在工作時會出現振動，難以平衡的問題。所以，迫使我們不得不增加平衡塊，以抑制整個機體工作時的振動和噪音。3.3傳動方案的選擇經過小組成員深入討論對比了各方案，考慮到傳動系統的設計和制造難度、制造成本、通用性、互換性、工藝性、維修便捷性，選用方案二的傳動系統。下面將對方案二的傳動系統具體組成結構和原理作詳細分析。 4.傳動系統的設計計算4.1減速離合器的結構和工作原理簡介 圖7（1） 圖7（2）新型大波輪全自動洗衣機的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器。目前應用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。 基本結構(分為離合器與行星減速器)離合器主要結構如圖7(1) (2)所示。離合器中部有兩根軸：輸入軸l和脫水軸l8。離合套20和帶輪3被螺母2固定在輸人軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸I和離合套20聯成了一體。輸人軸1的下端加工成四方形，與之相配的帶輪3和離合套20的內孔也是方形。輸入軸1的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內孔配合聯接。 輸入軸l的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉；而洗滌 圖8結束后，脫水軸應將帶輪3的高轉速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉換功能是由方絲離合彈簧4完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。由于脫水軸18和離臺套20的外徑比方絲離合彈簧的內徑略大，在自由狀態時，方絲離合彈簧就抱緊在離合套20和脫水軸18的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉動由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是“合”時的脫水狀態。在洗滌時，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內徑變大，從而與離合套20脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態。實現彈簧旋松的機構是棘輪棘爪裝置，圖8是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉動。 圖7中的8是單向滾針軸承部件，它的內圈與圖7脫水軸18相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架19中，支撐架用螺栓和離合器外罩14固定在一起。在單向滾針軸承8的作用下，脫水軸l8 圖9只能向一個方向自由旋轉。單向滾針軸承是滾針軸承產品領域中一種科技含量較高的產品，其結構緊湊，徑向截面小。因為其外圈工作面是楔形所以只允許一個方向的轉動可以起到單向離合器的作用。洗衣機單向滾針離合器的工作原理如圖所示，它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開的一系列滾針6組成，軸承直接套在脫水軸5上。當脫水軸5順時針轉動時，滾針落入楔形槽的大端中，此時脫水軸可順時針轉動；而當脫水軸逆時針轉動時，滾針則卡緊在楔彤槽的小端處，這時脫水軸將無法轉動 圖10在圖7中，剎車裝置外罩9、剎車扭簧l0、剎車帶15、剎車盤16和十寧軸套17等組成了脫水軸18的剎車裝置。十字軸套17用兩顆緊定螺釘和脫水軸18固定在一起，剎車盤16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車盤16和脫水軸18聯成了一體。剎車裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙 配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧10控制。剎車扭簧10套裝在剎車裝置外罩9的外圓上，其下端固定在離合器外罩上，它的上端則嵌在拉桿21的一個方孔中，由排水電磁鐵帶動拉桿控制其狀態。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態。當脫水軸18順時針旋轉時，由于剛性剎車帶15緊緊抱住剎車盤16，而其一端又卡在剎車裝置外罩9的方槽中，所以剎車盤、剎車帶以及剎車裝置外罩9都將一起順時針旋轉。剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，剎車扭簧10將被迅速旋緊，強大的摩擦力使剎車裝置外罩9無法動作，此時剎車帶15和剎車盤16將發生劇烈摩擦，對脫水軸18產生制動作用，防止脫水桶產生跟轉現象。在脫水時，排水閥通電，排水電磁鐵帶動拉桿使剎車扭簧處于放松狀態。由于剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩9、剎車盤16、剎車帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉，完成脫水功能。 行星減速器結構如圖10所示。減速器外罩8和減速器底蓋10用螺釘緊固在一起，再安裝在法盤12上，法蘭盤12和脫水軸2通過鎖緊塊13固定在一起，因為法蘭盤12和脫水桶相聯接，所以減速器外罩8、減速器底蓋10法蘭盤12和脫水桶成一整體。減速器底蓋10有上、下兩個止口，從而保證了減速器和脫水軸2安裝時的同心度。對行星減速器來說，輸入軸1是動力的傳入軸，其花鍵端插人中心輪l1的內孔中。行星輪4其有4個，與中心輪11以及內齒圈6相嚙合。內齒圈6通過其圓周槽卡在減速器底蓋10上，與之聯成一體。行星輪通過銷軸5安裝在行星架7上。波輪軸9兩端都加工成齒形花鍵，其下端與行星架7聯接，上端與波輪相聯，從而使波輪以低速旋轉洗滌衣物。2)工作原理脫水狀態減速離合器脫水時的狀態及裝配示意如圖11所示，脫水狀態下，排水電磁鐵通電吸合，牽引拉桿移動約14mm，使排水閥開啟。拉桿在帶動閥門開啟的同時，一方面撥動旋松剎車彈簧，使其松開剎車裝置外罩，這時剎車盤隨脫 圖11水軸5一起轉動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉，致使棘爪18脫開棘輪4，棘輪被放松，方絲離合彈簧3在自身的作用力下回到自由旋緊狀態，這時也就抱緊了離合套2。大帶輪l在脫水時是順時針旋轉的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會越抱越緊。這樣脫水軸5就和離合套2聯在一起，跟隨大帶輪1一起做高速運轉。由于此時脫水軸5做順時針運動，和單向滾針軸承7的運動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運動無限制。由于脫水軸5通過鎖緊塊與法蘭盤9聯接，而內桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤9上。所以脫水軸5帶動內桶12以及減速器內齒圈的轉速，與輸入軸帶動減速器中心輪的轉速相同，這樣致使行星輪無法自轉而只能公轉，從而行星架的轉速與脫水軸是一樣的，即波輪與脫水桶以等速旋轉，保證了脫水桶內的衣物不會發生拉傷。脫水狀態傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6離合套2方絲離合彈簧3脫水軸5法蘭盤9內桶12。由于電動機輸出轉速只經帶輪一級減速所以內桶轉速較高，約700800rmin。洗滌狀態如圖12所示，洗滌狀態下，排水電磁鐵斷電，排水閥關閉，拉桿復位。這時剎車扭簧16被恢復到自然旋緊狀態，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車裝置8起作用；同時撥叉回轉復位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過一個角度，方絲離合彈簧3被旋松，其下端與離臺套2脫離，這時離合套只是隨輸入軸空轉。大帶輪1帶動輸入軸6轉動，經行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉動，實現洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動稱為二級減速，其工作過程為：輸人軸通過中心輪驅動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉又沿著內齒圈繞輸人軸公轉，因為行星輪固定在行星架上，所以行星輪的公轉也將帶動行星架轉動；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯接，帶動波輪軸和波輪轉動。行星減速器的減速比i計算公式為：i=1+內齒圈齒數中心輪齒數。洗滌狀態傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6中心輪行星輪行星架波輪軸11波輪。其間，電動機輸出轉速經帶輪一級減速后，再經減速比約為4的行星減速器減速，所以轉速約為140200rmin。 圖12對于洗衣機傳動系統三種工作情況，各零部件工作狀態如上表所示：4.2減速離合器零部件的計算與選擇波輪式全自動洗衣機的傳動系統的設計計算內容較多，但大多數零部件可以選用而無需進行設計，一般設計內容主要有：方案設計、電動機選用、帶傳動設計、行星減速器設計等。1、 方案設計 波輪式洗衣機常用布局為輸入軸布置在內桶的中心處，整個傳動系統基本上同軸布置，電動機只能偏置一邊。根據設計任務中給出的內桶直徑為440mm，電動機軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為150mm左右，在此范圍內選擇合適的一級降速傳動比和采用帶輪傳動2、 基本參數的選擇目前洗衣機洗衣量、電動機功率、內筒直徑等基本參數，大多數企業是通過實驗進行設計選用的。根據機電一體化系統設計課程設計指導書表6-15提供的目前常用波輪式全自動洗衣機基本參數情況，以及設計任務要求最大洗衣量為3.8kg，選用電動機功率為180W，電動機滿載時轉速為1370r/min。 表6-15波輪式全自動洗衣機基本參數洗衣量/kg電動機功率/W內桶直徑/mm脫水轉速/(rmin-1)洗衣轉速/(rmin-1)3.81804005207008001203004.52504005207008001203005.02504005207008001203005.53704005207008001203006.03704005207008001203003、 V帶傳動設計計算因為V帶傳動允許的傳動比較大，結構較緊湊，在同樣的張力下，V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力，所以此處選用了最常用的V帶作為第一級降速。初步選定電動機功率P為180W，洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為720r/min，則傳動比為(1)計算功率：由于載荷變動小，因此取工作情況系數 =0.18kW(2)選擇帶型 根據小帶輪轉速為1370r/min，以及小帶輪安裝尺寸的大概范圍，選取普通V帶Z型 (3)帶輪的基準直徑 初選小帶輪的基準直徑，查表6-16和表6-17，選取=55mm，大于V帶輪的最小基準直徑的要求50mm。 表6-16 V帶輪的最小基準直徑槽型Z SPZA SPAB SPBC SPC50 6375 90125 140200 224大帶輪的基準直徑為：=，按表6-17圓整為=106mm。計算功率/kW普通V帶選型圖(4) 驗算帶的速度v普通V帶的最大帶速，故滿足要求。表6-17V帶輪的基準直徑系列基準直徑帶 型YZSPZASPABSPBCSPCDE外徑5053.2546366.2677174.275757980.58083.28485.58590.59093.29495.595100.5100106112118125132140150103.2115.2128.2104116129136144154105.5111.5117.5123.5130.5137.6145.5155.5132139147157 (5)中心距a和帶的基準長度根據洗衣機桶體的安裝尺寸，初取0=140mm，基準長度： 查表6-18選取和538mm 相近的標準帶的長度Ld為560mm，則實際中心距為：在安裝時，在結構上要保持V帶有一定的張緊力，安裝中心距會略有所變化。表6-18 V不定期的基準長度系列及長度系數KL基準長度L d/mmK L普通V帶窄V帶YZABCDESPZSPASPBSPC4501.000.895001.020.915600.946300.960.810.827100.990.820.848001.000.850.860.819001.030.870.810.880.83 (6)主動輪上的包角(7)帶的根數z：長度系數KL、包角系數K、單根V帶基本額定功率P0、單根V帶額定功率增量P0查表6-18、表6-19、表6-20a和表6-20b，取另KL=0.94、K=0.95、P0=0.16Kw、P0=0.02kW。表6-19 包角系數小帶輪包角()小帶輪包角()18011450.911750.991400.891700.981350.881650.961300.861600.951250.841550.931200.821500.92 表6-19單根普通V帶的基本額定頻率 （單位：kW）帶型小帶輪節圓直徑小帶輪轉速400730800980120014602800Z型506371800.060.080.090.140.090.130.170.200.100.150.200.220.120.180.230.260.140.220.270.300.160.250.310.360.260.410.500.56 表6-20b單根普通V帶額定功率的增量 （單位：kW）帶型小帶輪轉速傳動比1.001.011.021.041.051.081.091.121.131.181.191.241.251.341.351.511.521.99Z型4007308009801200146028000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.000.000.000.000.010.010.020.000.000.000.010.010.010.020.000.000.010.010.010.010.030.000.000.010.010.010.020.030.000.010.010.010.020.020.030.000.010.010.020.020.020.040.010.010.020.020.020.020.040.010.020.020.020.030.030.04取z=1。(8)帶的預緊力：V帶單位長度的資料q 查表6-21得q=0.06kg/m，單根V帶所需的預緊力為：=V帶單位長度的質量帶型ZSPZASPABSPBCSPC0.060.070.100.120.170.200.300.37(9)帶傳動作用在軸上的力:4、 帶輪的結構設計帶輪的結構設計可參考有關的機械設計手冊或機械設計教材5、 行星減速器設計已知洗衣機轉速為180r/min,脫水轉速為720r/min。由于脫水時行星減速器中心輪與內齒圈順時針等速旋轉，故中心輪與行星架的傳動比為1，波輪與內桶順時針等速旋轉，因此由洗滌狀態來進行行星減速器的設計計算。（1） 洗滌狀態傳動比 洗滌輸入軸與波輪的傳動比為： （2） 初選中心輪和內齒圈齒數 洗滌時中心輪旋轉，內齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比按以下公式計算： 初選中心輪齒數，由上式計算的內齒圈齒數。（3） ：計算行星輪齒數 由于洗衣機工作扭矩不大，選擇齒輪模數為1mm，如選4個行星輪對此布置，則可計算出行星齒輪齒數為：最終確定中心輪齒數為19，內齒圈齒數為57，行星齒輪齒數為19，實際傳動比為4，洗衣轉速為180r/min。6、 棘爪與棘輪機構設計由于外桶尺寸已定（因內桶直徑已知），在方案設計時初定位于外桶底部的出水口位置，則排水電磁閥銜鐵中心與出水口中心位于同一直線上。根據選定的排水電磁閥的行程和初定的棘輪頂圓直徑來設計棘爪機構。要求在洗滌時，棘爪要伸入棘輪棘齒高度的三分之二，脫水時棘爪脫離棘輪1.5mm以上。棘爪與棘輪機構的詳細設計可參考相關書籍。4.3減速離合器零件裝配圖詳見本說明書附錄5.進/排水系統結構原理簡介全自動洗衣機的進水系統采用水位壓力開關和進水閥，由程序控制器調節。設有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自動洗衣機水位開關一般有三檔水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能當進水閥注水，內桶水位增高到預選水位時，導通橡皮氣膜受到內部空氣的壓縮而被頂出，中觸片上跳，與上觸片閉合。此時主電機導通，進水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。當旋鈕旋至低水位時，凸輪轉動，但曲率半徑較小。通過一定的機構，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產生壓力P1，壓迫氣膜。當桶內水量達到30L時，軟管內的空氣被壓縮，產生空氣壓力F1，當F1P1時,中觸片上跳,與上觸片閉合,主電動機動作,進水閥關閉. 全自動洗衣機的排水系統由程序來控制排水電磁閥，牽引排水閥。排水閥主要同閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。 排水電磁鐵主要用來控制自動型洗衣機排水閥的開閉,在套桶式自動型洗衣機中同起到改變減速離合大的洗滌、脫水狀態、排水電磁鐵主要由線圈、磁軛、靜鐵芯、銜鐵和短路銅環等組成5.1進水電磁閥的結構及工作原理1.進水電磁閥的結構進水電磁閥也稱為進水閥或注水閥，其結構如下圖所示：(a)斷電關閉 (b)通電開啟1.金屬過濾網2.閥座3.導磁鐵座4.線圈5.小彈簧6.鐵芯7.小橡膠塞8.塑料盤9橡膠閥圖5-1進水閥結構圖2.進水電磁閥的工作原理電磁閥線圈斷電時，鐵心在自重和小彈簧作用下下壓，使鐵心下端的小橡膠塞堵住泄壓逐漸增大，最終使橡膠閥緊張在出水管的上端口，將閥關閉。同時，因鐵心上面空間與控制腔相通，控制腔內水壓的增大還會使鐵心上面空間氣體壓強增大，導致橡膠閥更緊地壓在泄壓孔上，增加了閥關閉的可靠性。 圖5-2 進水電磁閥實物圖和結構圖進水電磁閥基本結構主要由一個螺管電磁鐵和橡膠閥構成。其工作原理是，電磁鐵線圈通電后，形成磁場，吸引鐵質閥芯上移，離開膜片，水流導通。電磁鐵線圈失電后，在復位彈簧及重力作用下，閥芯下沉壓緊膜片堵住水道，停止向洗衣機內注水。進水電磁閥的進水口一般有一個過濾網，以防污垢堵塞進水電磁閥橡膠閥。5.2排水電磁閥的結構及工作原理1排水電磁閥結構排水閥是由排水閥座1、橡膠閥2、內外彈簧3與4、導套5和閥蓋6等組成。排水閥門采用橡膠材料制成，內有一個由硬質塑料制作的導套5。導套5內裝有內彈簧3，它一端卡在導套左邊槽口， 另一端鉤掛在電磁鐵拉桿7上，內彈簧3處于拉緊狀態。在導套5外裝有一個外彈簧4，它的剛度比內彈簧3小，它的一端與閥蓋6接觸，另一端與導套5的基座接觸，外彈簧4處在壓縮變形狀態。結構如下圖：1.排水閥座2.排水閥門3.彈簧B 4.彈簧A 5.導套6.閥蓋7.電磁鐵拉桿8.銷釘9.鐵墊圈10.微動開關11.引線端子12.電磁鐵13.銜鐵14.開口銷15.外桶16.擋套17.剎車扭簧伸出端圖5-3排水系統結構圖電磁鐵有交流和直流兩種，電腦式全自動洗衣機一般采用直流電磁鐵，本設計采用交流電磁鐵。2.排水電磁閥工作原理洗衣機處在進水和洗滌時，排水閥處于關閉狀態。此時主要由外彈簧4把橡膠閥2緊壓在排水閥座1的底部。排水時，排水電磁鐵通電工作，銜鐵13被吸入，牽動電磁鐵拉桿7。由于拉桿7位移，在它上面的擋套16撥動制動裝置的剎車扭簧伸出端，使制動裝置處于非制動狀態（脫水狀態）。另一方面隨著拉桿7的左端離開導套5，外彈簧4被內彈簧3的拉力壓縮，使排水閥門打開。正常排水時，橡膠閥門2離開排水閥座1密封面的距離應不小于8mm，排水電磁鐵的牽引力約為40N。5.3水位開關控制原理1.水位開關的結構水位開又稱壓力開關。洗衣機內桶進水時的水位和排水時的壓力狀況是壓力開關檢測的。當洗衣機工作在洗滌程序時，若桶內無水或水量不夠，壓力開關則發出供水信號。當水位達到設定位置時，壓力開關將發出關閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機工作在排水程序時，若排水系統有故障，水位開關則發出排水系統受阻信號。水位開關的剖面圖如下：1.杠桿2.導套3.調節螺釘4.壓力彈簧5.凸輪6.頂芯7.開關小壓簧8.動簧片塑9.料盤10.橡膠膜11.氣室12.壓力軟管 圖5-4水位開關剖面圖2.水位開關工作原理當水注入內桶時，氣室封閉，隨著水位上升封閉在氣室內的空氣壓力不斷提高，壓力經過壓力軟管傳到水位開關氣室，水位開關氣室內的空氣壓力向上推動橡膠膜和塑料盤，推動動簧片中的內動簧片向上移動，壓力彈簧被壓縮。當水注到選定水位時，此時內動簧片移動到預定的平衡位置開關小彈簧將拉動外動簧片并產生一個向下的推力，使開關的常閉觸點NC與公共觸點COM迅速斷開，常開觸點與公共觸點閉合從而發出關閉水源的信號。排水時當水位下降到規定的復位水位時，水位產生的壓力減小。壓力彈簧恢復伸長，推動頂心，使動簧片中的內動簧片向下移動，當移動到預定的力平穩位置時開關小彈簧對外動片產生一個向外的推力。使開關的常開觸點NO與公共觸點COM迅速斷開，常閉觸點NC與公共觸點COM閉合，從而改變控制電路的通斷。其中動簧片的結構如下如：圖5-5 動簧片結構旋轉水位開關的旋鈕選擇水位，就是旋轉凸輪，通過改變壓力開關凸輪的位置可改變恢復彈簧的彈性力，進而改變橡膠膜片變形所需氣體的壓力，改變水位的設定值。 圖5-6 水位開關 水位開關的主要技術參數配用的程序控制器額定電壓額定電壓氣密性接觸電阻絕緣電阻機氣強度機械式程序控制器AC2203、1.5A7.6KPA歷時1min0.031002500V歷時1min微電腦式程序控制器DC610MA6.控制系統的設計6.1控制芯片的選擇電腦式全自動洗衣機上使用的微控制器主要是4位或8位的單片機。常用的單片機型號有：Intel公司的MCS-48和MCS-51系列；NEC公司的COM-87和pd7500系列；Motorola公司的MC6805系列；Zilog公司的Z8系列等。本例中控制電路的微控制器選用MCS-51系列的單片機AT89C2051。該單片機是ATMEL公司8位單片機系列產品之一，內含2K字節可反復擦寫的程序存儲器以及128字節的RAM單元，具有15條可編程控制的I/O線，5個中斷觸發源，其指令與MCS-51系列完全兼容。選用AT89C2051作CPU，可使洗衣機的控制電路大大簡化。6.2程序框圖6.3電氣控制圖其截圖如下 心得體會時間過得真快，一周的時間一轉眼就要過去了。本次的課設不但拓寬了我的視野而且對知識面。非常感謝孫曉老師的教導。給了我們很多的幫助和鼓勵。在剛收到課設題目的時候還不知道該如何下手，后來在老師和同學的幫助下自己的設計思路也漸漸的明朗了。在確定了設計思路后同學們分工合作，又問題的時候大家一起協商解決。解決不了的就查資料，請老師指導，在學習的同時又收獲了很多的快樂。對于課程設計已經進經歷了很多次了，同學們的團隊協作能力是很重要的。在老師的建議下同學們根據自己自身的興趣和專長自行分組。然后由各組的同學自己分工協同進行。這樣不但減輕了工作量提高效率更重要的是在出現問題的時候大家坐在一起集思廣義，不但可以增長自己的知識。也會有很多創新的思想融入進來。這樣就更加完善了課程設計思路。給課程設計又添了點睛的一筆。馬上也要走出校園步入工作崗位了，要珍惜現在的時光。給以后留下些美好的回憶。不要給自己埋下悔恨的種子。希望等到以后有機會談到這段時光的時候自己可以拍著胸脯說，那段日子我無怨無悔。參考文獻1王文斌主編，機械設計委員會組編，機械設計手冊（新版），機械工業出版社，2005 2、姜培剛 蓋玉先編，機電一體化系統設計，機械工業出版社，2003.9 3成大先主編，王德夫等副主編，機械設計手冊第五版，化學工業出版社，20084尹志強主編，機電一體化課程設計指導書，機械工業出版社，20085王冠熙主編，全自動洗衣機原理與維修，電子工業出版社，20036龔利紅，劉曉軍主編，機械設計公式及應用實例，化學工業出版社，2011附錄袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃