毕业设计（论文）基于S7200 PLC的全自动化洗衣机控制系统设计.doc

前 言 人类洗衣史几乎同其文明史一样久远，然而第一台具有现代洗衣机雏形的洗衣机器直到十九世纪末才在美国出现。1874年，美国人比尔·布莱克·斯托（Bill Black-stone）发明了木制洗衣机，他在一只木桶的底部装上了六只叶片，用手柄和齿轮来传动，使衣物在桶内的肥皂液中翻滚转动，达到洗净衣物的目的。1914年，第一台电动洗衣机诞生。 第二次世界大战后，洗衣机的生产有了迅速发展。在发达国家，洗衣机开始进入普通家庭，洗衣机也由单一的搅拌式发展为滚筒式、喷六十和波轮式等多种。1953年，英国首先试制出喷流式洗衣机。此后，日本三洋公司在喷流失洗衣机的基础上，研制成功波轮立桶式洗衣机。1956年，日本东芝公司制成第一台全自动波轮式洗衣机。四年后，三洋公司又推出了双缸波轮式洗衣机。目前，全世界洗衣机的年产量已超过了3000万台。在英、美、日等发达国家，家用洗衣机的普及率达99%以上。同时，各式各样的洗衣机仍在层出不穷，自动化程度也越来越高。我国的洗衣机虽然起步较晚，但发展速度却相当快。1979年，我国的洗衣机开始投入批量生产，当年的产量约为一万台。但到1985年，产量以大袋800万台，要居世界首位。1988年，产量超过了1000万台，占世界洗衣机总产量的三分之一。现在，我国大中城市的家用洗衣机的普及率已达80%以上。广大的农村地区的洗衣机拥有量一搭10%作左右。洗衣机的迅速发展，既说明了我国人民生活水平的迅速提高，同时也表达了人们对于从繁重的家务劳动中解放出来的迫切愿望。此次设计是对现有洗衣机进行了仔细的分类和研究，利用新的原理，并揉和进现代的控制理论和已有的洗衣机技术，设计出一种新型洗衣机。这种洗衣机类似于传统的洗衣机，但其应用了新的设计原理和控制方法，在其性能上又大大高于传统洗衣机。在设计的过程中得到了xxx老师的悉心指导和大力支持，从而扫清了设计过程中的不少障碍，在此深表感谢。第一章 绪 论11设计思想洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器，但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展，使得洗衣机由最初的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。现有的洗衣机中最为常见的为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。波轮式洗衣机是依靠波轮的转动来带动衣物和洗涤液进行洗涤；而滚筒式洗衣机是依靠滚筒的连续转动或定时反向来洗涤衣物。由此可看出，这两种类型的洗衣机都是依靠单一的运动方式来洗涤衣物，而在此设计中将这两种洗涤方式揉和起来，将两种运动方式结合起来，增加了衣物在竖直方向上的运动。使衣物既能象在波轮式洗衣机中那样由波轮带动衣物进行洗涤又能象滚筒式洗衣机那样依靠水流的力量洗涤衣物，并且还可以象手洗那样对衣物进行揉搓，集各种洗涤方式于一身，对衣物进行更为彻底的洗涤，本论文将设计一种新型全自动洗衣机。无论是波轮式洗衣机也好，还是滚筒式洗衣机也好，都朝着智能化、水流方式多样化、洗衣方式创新化、设计更趋人性化四大特征方向发展。传统的电气控制已经不能满足现状的要求了。使智能化的控制取代了传统的工业控制。随着PLC技术的发展，用PLC来做为控制器，就能很好的满足全自动洗衣机自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。将来的洗衣机主要主要朝以下几个方面发展： （1）高度智能化；（2）节水节能化； （9）大容量和微型化；德国西门子公司生产的S7-200系列PLC是一种小型PLC系统，其功能非常强大，许多功能可以达到大、中型PLC的水平，而价格确和小型PLC一样，因此，在西门子公司刚推出S7-200系列后，马上就受到了广泛关注。本次设计主要采用S7-200系列PLC控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全、外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高、安全性好、开发价值高等一系列优点。12工作过程分析洗衣机的工作特点分析：全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位控制开关分别用来检测高、中、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。全自动洗衣机的简单工作过程如图1-1所示：进水洗涤排水脱水脱水排水洗涤进水循环五次循环五次设定水位参数、启动洗涤完成信号提示图1-1 全自动洗衣机简单工作过程水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。1.2.1全自动洗衣机控制面板及控制系统全自动洗衣机控制面板由工作指示区、启动/停止、高水位、中水位、低水位键、蜂鸣器和脱水指示灯组成。控制面板如图1-2所示：全自动洗衣机一般式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。当指示灯亮起表示正在执行该项任务，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。启动/停止高水位选择中水位选择低水位选择蜂鸣报警器脱水指示灯图1-2 全自动洗衣机操作面板1.2.2洗涤与脱水系统全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下部略小，呈圆锥形。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动；电磁铁，与控制开关连接；洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。1.2.3进水和排水系统全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有低水位、中水位、高水位、功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭.全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。1.2.4传动系统全自动洗衣机的传动系统设在洗衣机脱水桶的底部,主要由波轮、脱水桶、离合器、传动带、电动机及电磁阀组成。离合器是内外轴复合为一体的结构。离合器的内轴（洗涤轴），一端固定波轮，另一端固定离合套，离合套上固定大带轮，离合器外轴（离心轴）的一端固定离心桶（脱水桶），另一端通过抱簧与离合套连接。内外桶的联动或分动（即实现脱水或洗涤），是由拨叉控制抱簧和刹车盘来实现的离合器轴包括脱水轴合洗涤轴。洗涤或漂洗时，牵引电机处在断电状态，制动杆将制动带收紧，对脱水轴制动。棘爪将棘轮拔动一定角度使方丝离合簧被拔松，所以电机做正转或反转转矩都不能传递给脱水轴，而只是经过行星减速器再输出给波轮，实现洗涤运转。 脱水时，牵引电机是通电状态，拉动制动杆使得制动带松开，棘轮和方丝离合器处于自由状态，大皮带轮顺时针旋转将方丝离合簧旋紧，使输入转矩有效地传递给脱水轴，实现高速脱水运转。如果大皮带轮逆时针转动，则方丝离合簧被拨松而不能传递转矩给脱水轴，所以脱水只能顺时针单向转动。洗衣机外箱体是洗衣机的盔甲，很多洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动。特意添加的抗老化剂，令外箱体历久弥新。有的采用刚柔相济的不锈钢做内桶刚性，在于不锈钢材质表面分子结构致密，空隙小，故可抗击细菌等物质的侵入和腐蚀，以达到抗菌，抑菌，耐腐蚀的作用。柔性，超级镜面不锈钢材料光滑柔细，即便是最娇柔的面料也不会受到损伤。1.2.5 报警系统洗涤完毕报警3秒，主要还是由软件编程实现对蜂鸣器的控制，程序主要是运用定时器的定时功能实现。具体方法详见梯形图、语句表。1.2.6 程序及软件系统程序是采用德国西门子公司生产的S7-200系列 CPU222系列编写梯形图和语句表程序，程序的编辑及调试均由STEP 7-Micro/WIN32软件完成。全自动洗衣机硬件系统框图如图1-3所示：启动按钮停止按钮高水位选择键中水位选择键低水位选择键高水位探测器中水位探测器进水电磁阀正转洗涤接触器反转洗涤接触器低水位探测器排水离合器脱水离合器蜂鸣器S 7-200 PLCCPU 222图1-3 全自动洗衣机硬件系统框图在充分考虑当今全自动洗衣机的原理结构的基础上，本论文的目的提出并设计一款新型的自动化洗衣机，能够使衣物既能象在波轮式洗衣机中那样由波轮带动衣物进行洗涤又能象滚筒式洗衣机那样依靠水流的力量洗涤衣物，并且还可以象手洗那样对衣物进行揉搓，集各种洗涤方式于一身，对衣物进行更为彻底的洗涤，其实现原理设计思路初步分析如图1-4所示： 图1-4工作原理初步分析图其结构组成如图1-4，主要部件为螺纹轴，波轮轴，下波盘，上波盘，内筒，外44筒，套筒，传感器，导轴，带轮及电机等。（1）洗涤原理拟定 其洗涤原理拟定为：电机1带动带轮1，带轮与内筒为紧固连接，内筒做旋转运动，上波盘与内筒盖为紧固连接，所以上盘也做旋转运动。同时，电机带动带轮使螺纹轴转动，是螺纹盘向上运动，并带动波轮轴向上运动，使下波盘推动衣物与旋转的上波盘进行对衣物进行揉搓，从而达到洗净衣物的目的。 上波盘与内筒盖紧固连接，内筒与套通过螺栓紧固连接，大带轮1通过键与套筒连接。主轴通过弹簧和连接件与下波盘连接，连接件上装有周向和径向传感器。螺纹盘与主轴通过键和螺母紧固连接，螺纹轴通过销钉与大带轮2连接，螺纹盘装在螺纹轴上，螺纹盘可沿导轴进行上下移动。主轴和螺纹盘上下运动的范围可由行程开关决定，行程开关决定了大皮带轮2的转动量，当主轴和下波盘托着衣物顶向上波盘的力大于弹簧的力时，下波盘将向下移动，当该力达到设定的大小时，限位开关（径向传感器）工作，皮带轮2停止转动，螺纹盘停止向上运动，调整限位开关的位置即可改变作用于衣物上挤压力的大小。上下波盘对衣物有一定的挤压力时，上波盘是正反转动，就是对衣物的揉搓。当揉搓力（周向力）过大而使弹簧周向移动一定量时，拨动开关（周向传感器）工作使内筒（上波盘）转动反向。调整拨动开关的长度可改变揉搓力的大小。（2）漂洗原理 本设计为全自动洗衣机，应此洗衣机必须具备漂洗功能。 在漂洗方式的选用上，烤炉到经济性、实用性以及结合本设计的设计特点，选用溢水漂洗方式。就是在洗衣机将衣物洗涤完毕后，从进水口不断向内桶注入清水，结合内桶的旋转以及波轮的揉搓运动，使洗涤液以及污垢从衣物中脱离出来，随着水面的不断升高，脱离出的洗涤液和污垢就可以随着水流从以水口排出，使洗涤液和污垢予衣物脱离，已达到漂洗衣物的目的。之所以此种漂洗方式，是考虑到此种洗衣机的洗涤特点，和经济实用型。本洗衣机与其它洗衣机相比，最大的特点就是增加了揉搓功能，因此，在漂洗的时候可以考虑使用此功能。不仅可以大大缩短漂洗环节的时间，而且可以提高衣物的干净程度，同时，也大大的节省了漂洗用水，可谓一举三得。（3）脱水原理 在本洗衣机中与其它洗衣机类似 ，也采用内桶的高速转动，使衣物高速转动起来，使衣物中的水受惯性力的作用甩出衣物，顺着内桶壁上的孔进入外桶排出。第二章 洗衣机的原理、分类和驱动方式21洗衣机的原理 （1）洗衣机洗涤原理洗衣机的洗涤原理是以模拟人工搓洗衣物的动作而发展起来的，当然，它与人工搓洗的动作并不完全相同 ，洗衣机（一波轮式为例）以波沦为动力带动洗衣机中的洗涤液和衣物，实质发生相对运动，从而达到洗净衣物的目的。将洗衣机的电源接通之后，即可通过水流选择开关来确定水流的强弱，然后转动定时器按钮，顶好洗涤时间，定时器酒会接通电动机的电源，波轮在电动机的带动下开始运转。洗涤桶中的洗涤液载波轮的推动下，产生强有力的旋转水流，将液体中的衣物带动起来，不断的被转动揉搓，经过预定的时间，定时起降电源切断，电动机停止转动，洗涤程序完成。这时，打开排水阀，江西地同内的洗涤也排出，然后就可进行漂洗或者将衣物取出，放入另外一批衣物继续洗涤。在洗衣机中，整个洗净衣物的过程，也就是在预定的时间内，波轮在电动机的带动下，通过正反相交替运行，推动水流，是洗涤桶中的衣物不断翻滚、摩擦，并试制产僧相对运动，从而将衣物洗净的过程。（2）洗衣机的漂洗原理将衣物搓洗以后，还要将衣物表面的污水冲洗干净，这就是漂洗。漂洗可分为以下四种方式：1>普通漂洗就是将衣物犯法洗涤桶内，更换清水，是用于洗涤是相同的水流强度，将衣物上从流的污垢和洗涤液冲洗干净。2>溢水漂洗在漂洗的过程中，让洗涤桶中的水面高度超过溢水口，并且不断的详细地同中注水，让污水从溢水口流出，这是一种比普通漂洗优越的漂洗方法。3>喷淋漂洗它的原理是借助水的溶解星河流动性，同时应运了离心力的原理，将整个的漂洗过程从洗涤桶内搬到脱水桶中进行，既节省了总的洗衣过程的时间，由节约了漂洗用水。因此，它是一种先进的漂洗方法。4>顶淋漂洗顶林漂洗可以说是有一种喷淋漂洗方式，它浴喷淋漂洗的不同之处就是将脱水桶中的喷淋管去掉，而换成位于脱水桶上方的淋水中盖。（3）洗衣机的脱水原理洗衣机的脱水，主要是应用离心力原理。当脱水统一较高的速度转动起来后，以物种的水灾离心力作用下，就会向水桶的四周运动，到达脱水桶壁，穿过脱水桶上的孔，进入脱水外桶，随之排出脱水机。22洗衣机的分类从1914年第一台电动洗衣机问世至今，洗衣机随着各种新技术的产生和应用发展十分迅速。我国洗衣机工业从70年代开始起步，虽然起步较晚，但发展的速度是相当惊人的。国内已拥有数十种牌号和上百种规格。 目前市场上的家用洗衣机通常可以按照下面几种方法分类：（1）按自动化程度分类a.普通型洗衣机 普通型洗衣机又称为普及型洗衣机。波轮式普通洗衣机可以分为普通型单桶和普通型双桶洗衣机两种。普通型双桶洗衣机是在普通型单桶洗衣机的基础上，增设脱水机构发展而来。他们都是通过定时器来控制波轮在洗衣桶内作间歇的正转和反转，产生水平旋转与上下翻转的综合水流来洗涤衣物。洗涤时，根据衣物的多少以及厚薄来选择洗涤、漂洗的时间。脱水时根据衣物量的多少来选择脱水时间。普通型洗衣机洗涤时，洗涤、漂洗和脱水各功能之间的转换需要手工来完成，其机构简单，使用方便，价格便宜，是目前国内销售量最大的洗衣机。b. 半自动型洗衣机 根据我国家用电动洗衣机的标准规定：在洗涤、漂洗、脱水各功能之间，其中任意两个功能之间转换不用手工操作而能自动进行的洗衣机称为半自动型洗衣机。半自动型洗衣机有洗涤侧半自动型和脱水侧半自动型。半自动型洗衣机结构比普通型复杂，但使用方便灵活，价格较高。c. 全自动型洗衣机 全自动型洗衣机按照国家标准定义为：洗衣机工作时，具有洗涤、漂洗和脱水之间转换不需要手工操作而自动完成。其特点是省时省力，体积小，洗衣容量大，磨损小。 （2）洗涤方式分类 a. 波轮式洗衣机 波轮式洗衣机在洗涤桶中装有一个波轮，波轮上有几条突起的筋，波轮以每分钟数百转的速度转动，带动桶中的洗涤液和衣物作旋转和翻滚运动来洗涤衣物。波轮式洗衣机根据水流的方式可分为小波轮涡卷式和大伯论新水流两种。新水流洗衣机具有低转速，频繁转、停等特点，使得衣物不易被缠绕，提高了衣物的洗净度，降低了磨损率。b. 搅拌式（摆动式）洗衣机 搅拌式洗衣机是依靠搅拌器往复摆动的方式来进行洗涤的洗衣机，搅拌式洗衣机在洗衣桶中间竖直安装搅拌器，搅拌器绕轴心在一定角度范围内正反向摆动，搅动洗涤液和衣物好似人工手洗洗涤的揉搓，衣物受力均匀，一次洗衣量较多，搅拌式洗衣机多为全自动型。c. 滚筒式洗衣机 滚筒式洗衣机是依靠滚筒连续转动或定时正反向转动来进行洗涤的洗衣机。滚筒式洗衣机有一个盛水的圆柱形外桶，外桶中有一个可以旋转的内桶，内桶壁上有许多排列规则的小孔，并有几条突起的筋，衣物就投放在内桶中，内桶有规律的正反旋转，突起的筋将衣物带起，到一定的高度又将衣物抛落在洗涤液中，来达到洗涤衣物的目的。上述三种洗衣机的特点见下页表2-1表2-1波轮式、搅拌式、滚筒式洗衣机性能比较类别优 点缺 点主 要 市 场波轮式洗净率高，洗涤时间短，耗电少，材料要求不高，易于塑料化，结构简单，制造容易，维修方便，可制成小容量或便携式，成本低。磨损率高，用水量大，不易造成大容量，噪声大。中国、日本等亚洲国家，中东、中南美洲部分国家。搅 拌 式洗净率较高，磨损率较低，洗涤容量大，洗涤衣物不易缠绕。三叶搅拌器的回转机构复杂，制造困难，修理技术难度较高。洗涤时间较长，噪声稍大，机体大而重。美国、墨西哥、加拿大、智利、阿根廷等北美、中美、南美国家。滚 筒式磨损率低，洗涤剂用量少，节省水，洗衣容量大，衣物不易产生扭角，可洗吸水性较强的厚重织物。洗涤时间较长，耗电量大，洗净率较低，结构较复杂，体积大，不易做小容量，滚筒体要求不锈钢制作。欧洲各国如法国、英国、荷兰、意大利等。d. 其他洗涤方式洗衣机 除了常见的波轮式、搅拌式和滚筒式洗衣机以外，还有多种常用的洗衣机，依照其洗涤方式的不同，还有以下几种： 喷流式洗衣机 超声波洗衣机 真空洗衣机 高温泡沫洗衣机 喷射式洗衣机 振动式洗衣机 旋转桶形洗衣机 压力式洗衣机 压缩式洗衣机23洗衣机的驱动分类（1）间接驱动：通过皮带连接电机轴和离合器输入轴来传递动力。（1）电容式单向感应电机+离合器（2）双速电机+离合器（3）三相交流变频电机+减速离合器（2）间接驱动（DD）（1）电机输出轴直接和负载连接。（2）电机的输出轴和离合器的输入轴连在一起，通过离合器的输出轴和负载连接。 表2-2 直接驱动和间接驱动的各项性能比在此设计中考虑到洗衣机的内部结构和功能要求选择第二种驱动方式。为满足洗涤脱水转速的要求，电机设计成2P/8P，采用电容式感应电机。电机输出两种（高，低）转速，通过皮带减速便可得到所需洗涤脱水转速。（3） 缺点：1）.皮带减速传递效率低故，障率高。2）由于电机偏置，易震动，需加配。3）皮带易打滑磨损。 第三章 电动机的选择31概论目前在家用电器中使用的电机分为直流电机、单相串激式电机。直流电机使用干电池供电，通常在电动剃须刀、录音机、电动儿童玩具等小型器具中。单相串激式的电机结构上与直流电机相似。由于其转子上带有换向器，电机运转时使得换向器极易磨损，因而寿命短，常用在转速要求较高而单次使用时间短的电动器具上，如吸尘器、食品加工机等。单相感应电机应用最广，根据起动方式的不同又分为罩极式、分相起动式、电容起动式及电容运转式，分别用于电冰箱、电风扇、微波炉、洗衣机等家用电动器具上。由于电容运转式电机具有起动扭矩大、运行稳定、功率因数高、过载能力强等特点，并能较好的满足洗衣机正反两个方向运转的工作要求，所以被广泛的应用于洗衣机中。洗衣机在正常工作状态洗涤桶内应装有水和衣物，因此，洗衣机的电动机总是在有负载的条件下运行，由于洗衣机工作时要求波轮正反转，这就要求电动机带载正反频繁起动，洗衣机电动机的负载不能看成恒转矩负载，因为洗衣机的波轮直接接触水和衣物，在起动的初始时刻，阻转矩较小。但是，这个负载又不能简单的看成是风机水泵类负载（与转速的平方成正比的负载特性），由于桶内衣物位置和水流的变化，在正常的工作条件下，负载的大小可能经常发生变化，由于洗衣机的负载特点和工作是频繁起动的需要，对电动机的起动转矩和最大转矩都要求比较高。32洗涤电动机（1）电动机的选用。洗衣机中使用的电动机可分为单向异步电动机、永磁式直流电动机、单向串激式和直线型驱动电机。单向异步电动机根据启动方式不同又可分为电容运转式电动机和罩极式电动机，而电容式电动机又派生出双速变极式电动机。洗衣机根据各自的工作特点采用不同的电动机。国家标准对洗衣机的主要性能指标作了相应的规定，表一就是波轮洗衣机用的XD型洗衣机电动机的性能指标。根据我国条件，电动机的电源电压为220V，频率为50Hz，同步转速为1500r/min，额定转速为1350r/min，表3-1 XD型洗衣机电动机的性能指标输入功率（W）堵转转矩倍数堵转电流（A）最大转矩倍数效率（%）功率因数900.952.01.7490.951200.92.51.7520.951800.84.01.7560.952500.75.51.7590.95洗衣机电动机的功率应根据洗衣机的规格而定，洗衣机的规格大小是按每次最大洗涤的干配用的电容器。衣物重量来确定的，表二列出了不同规格的洗衣机所配用的电动机的功率及电动机所配用的电容器。洗衣机的洗衣量（）1.5-22-33-44-5配用电动机（W）90,120120180250配置电容器（F）6,88,1010,1216 表3-2 洗衣机所配用的电机设计以2.5千克为容量进行设计，所以选用电机功率为120W，配置电容器为8F。其中，堵转转矩倍数为0.9，堵转电流为2.5A，最大转矩倍数为1.7，效率为52%，功率因素为0.95。（2）双速变极电机结构速变极点动机是采用改变极数来获得两种速度的电容运转式电动机。接通12级绕组，电动机低速运转，完成洗涤、漂洗功能。接通两极绕组，电动机高速运转，完成脱水功能。洗涤电机的结构简图如下图一所示：图3-1 洗涤电动机的结构简图（3）主要技术参数 洗衣机在洗涤运转时，受力极大。因此对传动机构的波轮轴、轴承套等零件要求具有一定的强度、刚度、耐疲劳性能。同时，传动机构上部分在洗涤时，长期受水的侵蚀，使得各零件要求有很高的耐腐蚀性和耐冷热冲击性能。YXG162/2/12型双速变极电动机为中国济南洗衣机厂生产，主要技术指标见上表。启动和运转配用14微法/450伏电容器，2极额定输出功率200瓦；12极输出功率为120瓦。 第四章 波轮的分类和选用41波轮的分类1.常见的几种波轮形式：掌形波轮碟形波轮塔形波轮搅拌棒形波轮转桶式大波轮（盒式波轮）2.较有特点的新水流波轮:(1) 日本公司的棒式波轮(2) 三洋公司的手搓式波轮(3) 松下公司的碟形波轮(4) 夏普公司的“帽式”波轮(5) 日电公司的撬杆式波轮(6) 三菱公司的搅拌式波轮(7) 东芝公司的偏心波轮42波轮的参数及性能波轮形状和尺寸与洗涤性能的关系如下图所示：1波轮直径：波轮直径与洗净比、织物磨损、织物缠绕和洗涤不均匀度的关系见图一。波盘直径（mm）图4-1 波盘直径与洗涤性能的关系 如图4-1所示，增大波轮直径对洗涤物的洗净比、织物缠绕和洗涤不均匀度都有利，仅对织物磨损略有增大。2波轮叶片筋：它的作用是在波轮正反旋转时，产生水平和上下回转的复合水流，使洗涤物受到三维冲击力的作用。图3-5是波筋断面的筋宽尺寸与洗涤性能的关系，如图所示，波筋宽度在2025mm时，洗涤性能较好。除波筋宽度外，波筋的高度和条数也对洗涤性能有所影响，但波筋高度对洗涤电动机的输入功率影响更大。波筋条数一般设计成38条，实验表明，波筋6条时洗涤性能较好。43波轮形状及参数的选用本设计中，波轮要推着衣物向上运动，因此，碟形波轮比较适合，故选用碟形波轮，波盘直径选为360mm，波径选为6条。第五章 传动部分的设计计算5.1传动方案的分析与拟定1）对传动方案的要求 合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，还要满足工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求。2）拟定传动方案任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，要统筹兼顾，满足最主要的和最基本的要求。例如图5-1所示为作者拟定的传动方案，适于在恶劣环境下长期连续工作。a-中心轮；g-行星轮；b-内齿圈；H-行星架图5-1 传动方案拟定5.2行星齿轮传动设计（一）行星齿轮传动的传动比和效率计算 行星齿轮传动比符号及角标含义为： 1固定件、2主动件、3从动件 1、齿轮b固定时（图52），传动的传动比为 =1-=1+/可得 =1-=1-=1-5.2=-4.2 =/-1=63*5/21=15输出转速： =/=n/=2600/5.2=500r/min2、行星齿轮传动的效率计算： =1-|-/(-1)* |*=为ag啮合的损失系数，为bg啮合的损失系数，为轴承的损失系数， 为总的损失系数，一般取=0.025按=2600 r/min、=500r/min、=-21/5可得=1-|-/(-1)* |*=1-|2600-500/(-4.2-1)*500|*0.025=97.98%(二) 行星齿轮传动的配齿计算1、传动比的要求传动比条件即 =1+/可得 1+/=63/5=21/5=4.2 =所以中心轮a和内齿轮b的齿数满足给定传动比的要求。2、保证中心轮、内齿轮和行星架轴线重合同轴条件为保证行星轮与两个中心轮、同时正确啮合，要求外啮合齿轮ag的中心距等于内啮合齿轮bg的中心距，即 = 称为同轴条件。对于非变位或高度变位传动，有 m/2(+)=m/2(-)得 =-/2=63-15/2=243、保证多个行星轮均布装入两个中心轮的齿间装配条件想邻两个行星轮所夹的中心角=2/中心轮a相应转过角，角必须等于中心轮a转过个（整数）齿所对的中心角，即 =*2/式中2/为中心轮a转过一个齿（周节）所对的中心角。 =n/=/=1+/将和代入上式，有 2*/2/=1+/经整理后=+=（15+63）/2=24满足两中心轮的齿数和应为行星轮数目的整数倍的装配条件。4、保证相邻两行星轮的齿顶不相碰邻接条件在行星传动中，为保证两相邻行星轮的齿顶不致相碰，相邻两行星轮的中心距应大于两轮齿顶圆半径之和，如图52所示 图5-2 行星齿轮可得 l=2* l=2*2/m*(+)*sin=39/2m =d+2=17m满足邻接条件。(三)行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算按齿根弯曲强度初算齿轮模数m齿轮模数m的初算公式为 m=式中 算数系数，对于直齿轮传动=12.1； 啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，N*m ； =/=9549/n=9549×0.15/3×1600=0.2984N*m 使用系数，查得=1； 综合系数，查得=2； 计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数， =1.85； 小齿轮齿形系数，可得=3.15；， 齿轮副中小齿轮齿数，=15； 试验齿轮弯曲疲劳极限，选取=120所以 M=12.1× =0.658 取m=0.91）分度圆直径d=m*=0.9×15=13.5mm =m*=0.9×24=21.6mm =m*=0.9×63=56.7mm2) 齿顶圆直径 齿顶高：外啮合=*m=m=0.9内啮合=（-）*m=(1-7.55/)*m=0.792 =+2=13.5+1.8=15.3mm=+2=21.6+1.8=23.4mm=-2=56.7-1.584=55.116mm 3) 齿根圆直径 齿根高=（+）*m=1.25m=1.125 =-2=13.5-2.25=11.25mm=-2=21.6-2.25=19.35mm=+2=56.7+2.25=58.95mm 4）齿宽b查手册选取=1=*=1×13.5=13.5mm=*+5=13.5+5=18.5mm=13.5+(5-10)=13.5-5=8.5mm5) 中心距a 对于不变位或高变位的啮合传动，因其节圆与分度圆相重合，则啮合齿轮副的中心距为： 1、ag为外啮合齿轮副=m/2(+)=0.9/2×(15+24)=17.55mm 2、