机械设计说明书—健身洗衣机设计

毕业设计(论文) 题 目： 健身洗衣机的设计 院 （系）： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 摘 要 本设计为一种新型实用多功能健身洗衣机，它包括机架、变速装置（带轮传动、齿轮传动和锥齿轮传动）、洗衣、脱水桶、靠背和脚踏健身车组成。本健身洗衣机采用模块化设计，分为洗涤模块和脱水模块：洗涤模块通过机架做圆弧转动带动齿轮做往复转动，变速后经锥齿轮传到洗衣桶；脱水模块通过脚踏板由带轮传动到齿轮传动，变速后经锥齿轮传给脱水桶。同时也分为动力模块和执行模块，两个模块可拆开，方便携带。机架上安装有座椅、扶手，座椅和扶手高度可调，适合于不同身高的人群；同时把洗涤、漂洗和脱水三个过程在同一桶中完成，使健身洗衣机实现了多功能和一体化，进一步提高了洗衣机的自动化程度。通过更改齿轮的啮合来实现洗涤与脱水，所产生的噪音小，在锻炼身体的同时也清洗了衣物，既能健身又能洗衣服，可全面提高身体素质，训练上下肢和腹肌的协调能力，具有实用性强、结构合理，充分利用能量、环保节能等优点。同时因为不需要电源而不耗电，环保节能，减轻了消费者一定程度上的经济负担。关键词：健身 洗衣机 洗涤 脱水AbstractThis design is a new kind of multifunctional exercise-whasher. It includes frames, gear change mechanism(gear-driven、gearrack-driven and wimble-driven etc)、laundry barrel、dehydrate-barrel and pus-bike. This kind of washer adopts modularize design, it divides washing and dehydrate parts. The washing modularize is made to-and-fro movement accroding frames circle movement to rack by link halum. It is passed to laundry-barrel afer changing rate. Meantime ,it consits of drive and administrate parts, they are easy to take and cant be divided. The chair and handrail are fixed on the frame, height can be modulated and fit for different person with different heights. It carrys laundy and dehydrate out by alterlating gears mesh. So it makes little noise and take exercise, washing clothes at the same time. Taking exercise as well as washing. It can train the banlance of the upper and lower limes to develope our body entirely. It has many strongpionts as practicability、well done structure、take full advantage of energy ect. Meamtime, it doesnt use electric enenergy ,so it protects the evironment and saves energy, lighten the weight of customers economy on a certain extent.Key words: setting-up exercise washing machine wash44目 录1.绪论301.1课题背景301.2洗衣机发展概况301.3健身器材发展概况311.4健身洗衣机发展状况322.方案设计322.1引言322.2设计方案选择333.总体设计353.1确定总传动比和分配各传动比353.2各轴功率的确定364.零件设计374.1 带轮和V带设计374.2圆柱直齿轮的设计与校核394.3直齿锥齿轮的设计与校核424.4齿轮齿条的设计454.5带轮轴的设计与校核474.6齿轮轴一的设计与校核514.7齿轮轴二的设计554.8齿条轴三的设计564.9波轮轴四的设计584.10变速箱设计594.11波轮设计604.12洗衣机箱体设计624.13前支架和后转动架设计635.控制系统设计655.1离合器设计655.2控制手柄设计666.总结677.致谢688.参考文献691.绪论1.1课题背景随着社会的发展，人们日常生活节奏的加快，洗衣难、锻炼少的问题也突显出来，尤其是在校园里的学生，出租房住户，旅馆人员等人群，都在不同程度的存在不方便用洗衣机的问题。鉴于此设计一部健身洗衣机，把健身搬到宿舍，把洗衣服当成一种锻炼，在健身的同时把衣服洗的干干净净，用少量的钱买回强壮健康的身体、干净的衣服、宝贵的时间。本产品是针对以上人群专门研制的一种价格低廉，无需电源，又可用来健身的洗衣机产品健身洗衣机。1.2洗衣机发展概况1.2.1国内研究现状如今，我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居世界首位。但是我国对洗衣机技术的研究很少，甚至很多企业目前仍然依靠国外技术。据文献检索，我国学者对大型工业洗衣机进行了研究。他们建立滚筒式洗衣机动特性设计的整机系统振动计算模型，给出了计算方法，同时将有限元法引入框架结构研究1。未来洗衣机将朝着环保方向发展，无声、无水洗衣机都成为其发展的趋势，同时网络技术的发展为网络化洗衣机提供了实现的可能。滚筒洗衣机目前正一步步崛起，无论是衣物的洗净度、磨损度，还是自身的使用寿命、能耗方面来看，滚筒洗衣机都要优于波轮洗衣机2。滚筒洗衣机工作时由举升筋将被洗物举升到一定高度后跌落到水面发生碰击产生洗涤作用。被洗物所受水面反作用力取决于含水被洗物的重量及下落高度。这两项又决定于滚筒内部尺寸。因此滚筒至关重要，对滚筒的要求也很苛刻，滚筒洗衣机直接与衣物接触的是内筒，内筒工艺的好坏直接关系到衣物的洗净度。内筒上冲孔的边缘要光滑，内筒凸起部分必须是无棱角的圆弧形，这样才不会对衣物造成磨损、钩丝；另外，内筒冲孔数越多，过水月迅速，漂洗也就越干净3。1.2.2国外研究现状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4。从洗衣机诞生到全自动洗衣机的面市，科研人员主要集中在洗衣机的结构形式、洗衣方式、洗衣机控制等的研究之上，研究和解决实际问题较多。最近几十年，洗衣机的研究方向多方面发展，洗衣机的噪音控制、洗衣机的结构设计和动态分洗衣机水流技术、洗衣机功能、洗衣机的控制技术等的研究方兴未艾。由于半导体技术和计算机软件的开发和应用，洗衣机的功能得到极大改进，通过设计新型波轮，改变洗涤水流，出现了不缠绕、不损伤洗涤物的“新水流”洗衣机。洗衣机的控制技术、水流技术以及两者的结合也因此有了长足的发展。海外市场的刺激下，各国各大厂家都在研究着洗衣机的构造原理，以提高洗衣机自身的洗净度，节能性。三星电子株式会社发明了一种滚筒洗衣机，具有清洁剂供给装置，清洁剂供给装置没有被安装在主体上部分的前表面上，而是与门一体形成，这样导致滚筒洗衣机很容易制造也提高了清洁剂的溶解度 5。三星电子会社还通过对波轮式洗衣机波轮的设计来提高洗衣机的性能，设计的波轮包括：安装在洗衣机筒的底部的主体，具有叶轮室和多个叶轮轴沿径向延伸的扇叶的喷水叶轮，该喷水论相对于主体旋转从而产生向上的洗涤水流；可在径向以及轴向旋转支承叶轮轴的支承部件；以及使喷水叶轮旋转的部件，从而在洗衣机工作时产生有效的垂直上升的水流，避免衣物的扭曲和缠结6。 大宇电子株式会社也对波轮式洗衣机的波轮进行了深入的研究，设计了一种在洗涤筒内产生涡轮型水流来洗涤被洗物的洗衣机波轮。在洗衣机渡轮中，基板固定到洗衣机轴上并按照轴的旋转而转动。多个搅拌叶片从所述基板中心到其外周边以扇面形式在基板底部表面上是向下倾斜的。多个搅拌叶片在邻接的搅拌叶片之间干所述基板底部表面上确定至少一个凹集槽。洗衣机渡轮在洗涤筒内产生涡轮型水流，并将水流产生的摩擦力均匀地传送到被洗物，其状态是洗涤水流在洗涤筒内部是非均匀的，从而将被洗物的扭结降至最小，因之增强洗涤效率7。1.3健身器材发展概况从20世纪80年代至今的20多年来，随着世界各国工业和科学的高度发达，人口的急剧增加、人类文明境界的飞跃，特别是世界各国群众性健身运动的普遍兴起，使得健身器材行业在研制、生产和使用等方面均迅速达到繁荣与兴旺。在健身器材行业我国占据大部分市场，2005年1至10月份连云港口岸累计出口健身器材及设备总计达916万元，比上年同期增长68%8。由此可见我过健身器材市场还存在很大的提升空间，为了能延续性的发展，我们就要创新，研发出适应不同人群，紧随世界发展大潮的综合性健身产品。在家用型常见的健身器材中，以健身脚踏车，仰卧起坐健身器，跑步机最为常见，健身脚踏车一般都包含有：一架体；一设于该架体上的座椅；一设于该架体上的扶把；一设于该架体上的踏板装置；一离合装置。但在人们不断创新的过程中，在简单的脚踏车上加以改装，因此出现了不同款型的健身脚踏车。如针对被动型的健身者，或是老年人及中风患者等自主运动能力较低的人群，在设计中加入驱动装置和振动座，可以使使用者无须主动出力即可获得脚部运动的效果，且全身各部位还可同时接受振动按摩9。还有双手推拉式健身车，在基本结构上经过改装，通过双手的推拉把同时配以身体俯仰运动代替脚踏运动给车提供动力，使车移动相当于划船运动，都能使人的双臂、腰、背、腹、腿等部位和关节、血液循环、呼吸等系统得到有效的锻炼，提高了健身趣味性和竞技性。仰卧起坐健身器一般包含靠背架，阻尼元件，用于后靠运动者腿部的横档，虽然结构简单但是却很科学，阻尼元件和靠背结合使用，减缓运动者后仰速度，运动过程运动者北部和后脑部不再与后斜架接触，并且减缓后仰速度以及起坐时阻尼元件预紧力的辅助作用，为年老、体弱、肥胖等运动者提供了极大的便利仰卧起坐健身器 10。目前随着楼价的不断上涨，室内空间的不足，各厂家开始推出各种折叠型仰卧起坐健身器，价格适中，但功能设计的越来越人性化，多能化，适用的人群更加广泛，并且可以在健身的过程中达到按摩的效果，充分体现现代设计的人机工程学理念。1.4健身洗衣机发展状况健身洗衣机目前还停留在研究及市场调研阶段，没有投入市场，但已经有很多单位和个人申请专利，设计出不同种类的健身洗衣机，将健身器械于洗衣机相结合。王建平在2006年8月研发出一种结构简单，无需耗能的健身洗衣机，在人们休闲、锻炼的同时即完成洗衣服的工作，将人们锻炼身体所消耗的机械能通过链条、轴、齿轮传递到洗衣机的波轮，带动洗衣机完成洗衣动作11。 应放天等人设计一种划船式健身洗衣机12。解决了现有健身器械在健身的过程中消耗的人体能量没有被利用。包括机架、外壳、脚踏、滑柄和洗衣装置。机架为片状条形的硬质材料围成的曲面结构，机架的两侧开放，机架以及两侧的外壳围合成工作腔。机架的顶面设置有移动轨道，坐垫与移动轨道活动配合连接。两个L形的滑柄设置在机架的两侧，洗衣装置包括洗衣外筒和洗衣内筒。洗衣外筒为圆筒形，侧壁开有工作口，工作口与机架的密封盖位置对应。洗衣内筒为圆筒形，筒壁上沿洗衣内筒的轴向平行开有多个滤水口。本实用新型利用了人在健身中消耗的能量，节省洗衣机一洗衣消耗的电能，环保洗衣。2.方案设计2.1引言中国洗衣机业经过20多年的发展，已成为一个较成熟的产业。与其他家电产品相比较，这一产业处于一个相对平稳并具有优势的环境，以海尔、小天鹅、荣事达等企业为代表的洗衣机企业占据了国内洗衣机市场的主要份额。2006年1-12月全国家用洗衣机累计产量为29,384,944.62台，与2005年同期相比增长了15.93%。2007年1-12月中国洗衣机企业继续保持稳定的增长势头，全国家用洗衣机累计产量为34,814,413台，与2006年同期相比增长了13.93%；2008年国内家用洗衣机市场总销量有望超过1800万台，同比增长9%左右。而在中国健身洗衣机技术还不是很成熟，在市场上还很少见，这就给商家带来很大的发展空间。洗衣机一般分为：波轮式、滚筒式与搅拌式。最常用的是波轮式洗衣机，它是由电动机带动波轮转动，衣物随水不断上下翻滚。洗涤衣物有单桶、套桶、双桶几种。它的结构比较简单，维修方便，洗净率高，但对衣物磨损率大，用水多。洗涤缸缸体有全塑、搪瓷、铝合金、不锈钢四大类。波轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地。滚筒式洗衣机洗衣是微电脑控制所有功能衣物无缠绕，最不会损耗衣物的方式。滚筒式洗衣机流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区，几乎100的家庭使用的都是滚筒洗衣机。搅拌式洗衣机洗衣具有衣物洁净力最强，省洗衣粉等特点，搅拌式洗衣机在北美普遍使用。综合考虑性价比，健身洗衣机采用波轮式设计性价比更高，更适合于大部分的消费者。家务劳动全部变为自动的，虽然从很大程度上解放了人类的双手，但是人们在家务劳动中消耗的卡路里也变得更少了。人们宁愿在健身房里挥汗如雨，也不愿意自己动手洗一件衣服。有一种洗衣机，不仅让大家在洗衣服的时候锻炼起来，更解决了学生、出租房主户、农民、外出打工者、低收入家庭等人群买不起洗衣机、洗衣难的问题，名为“健身洗衣机”。这种洗衣机的全部动力都来自你的动力，如蹬踏，它的外形就像一部滚轴加大的自行车。当你想洗衣服的时候，先得“骑”上它，然后手扶扶手、把双脚放在脚踏板上，像平时使用健身器一样。当你开始健身时，洗衣机就开始工作了。不用出门，也不用昂贵的电动洗衣机，就能够在家中健身和洗衣服，对健身人最容易增肥部分肌肉进行锻炼，达到很好的塑身效果。这种健身洗衣机还可以拆开，便于携带；座椅和扶手可调，适合于不同身高的人群；把洗涤、漂洗和脱水三个过程在同一桶中完成，使健身洗衣机实现了多功能和一体化，进一步提高了洗衣机的自动化程度；健身过程中可以对身体各部分肌肉进行锻炼，多功能的健身洗衣机，有潜在的市场需求。2.2设计方案选择大量查询了相关文献，总结出了三种设计方案，并对三种设计方案进行了综合对比，找出各自的优缺点，现总结如下：2.2.1方案一：图1工作原理：如图1.，当要洗衣物的时候，人坐在座椅上，蹬踩上面的脚踏机构，小皮带轮与槽凸轮同轴，带动槽凸轮，槽凸轮带动内部槽轮，槽轮与链条相连，带动链条往复运动，进而带动洗衣箱波轮转动，达到洗衣物的目的。当要甩干时，只需波动下连接在洗衣箱上的公共齿轮与甩干机构结合即可，随着人的不断踩踏，甩干不断进行，达到甩干的目的。缺点：槽凸轮，链条设计比较复杂；健身不明显，运动单一。2.2.2方案二：图2工作原理：如图2当洗衣物时候，人坐在右边的椅子上通过双脚不断的踩单车，带动小皮带轮，小皮带轮带动同轴齿轮，同轴齿轮通过变速后由带轮传动到洗衣桶，并且人应该往复的蹬脚踏板做往复运动，进而带动中央的锥齿轮往复运动。为了避免中央锥齿轮带动右边的机构，洗衣物时候要把右边机构的皮带松开。当甩干时候要坐在左边的座椅上，并要松开中央锥齿轮左边的皮带，通过人的不断蹬踏，中央锥齿轮不断转动，从而达到甩干的目的。缺点：操作复杂；洗涤与甩干要换座位，占地面积大；洗涤与甩干要卸皮带，容易使皮带松动；健身运动比较单一。2.2.3方案三：图3工作原理：如图3洗涤和漂洗时，人坐在椅子上，把手动离合器拨到洗涤档，手扶着扶手，使靠背架转动，带动齿条做往复运动，通过变速后经锥齿轮传到波轮轴（锻炼腹肌、胸肌、屈肌等）。脱水时，把手动离合器拨到脱水档，只需蹬脚踏板，带动带轮转动，传动到同轴齿轮，变速后经锥齿轮传动到脱水桶（锻炼骨肌、股四头肌等）。手动离合器由滑块机构原理设计，可以实现锥齿轮离合与脱水桶和洗涤桶的联动切换。优点：健身多样化，身体可得到全方位锻炼；高度可调，适用于不同身高的人群；洗涤和脱水集合于一体，自动化高；可拆装，易于携带；绿色环保，无需电源，经济实惠。缺点：洗涤之前需换档，搬运时需把机架（动力源）拆开。综合以上三种方案，方案三更具有价值，更能实现在把衣服洗干净的同时锻炼了身体，起到良好的健身效果，所以一下将按方案三设计。3.总体设计3.1确定总传动比和分配各传动比3.1.1洗涤模块的传动比确定和分配洗涤模块采用齿轮齿条机构，经变速后由锥齿轮传动到洗衣桶，由人机工程学人体参数可知，手和脚的最大动作频率在300-431次/min之间，如图4所示： 动作部位动作的最大频率/次min-1手指204406手360431前臂190392臂99344脚300378腿330406 图4 考虑到95百分位的人得动作频率，以及长时间的运动负荷，选择动作频率为60次/min，即每分钟人动作45次，齿条来回运动60次。波轮式洗衣机洗涤时波轮转速一般在80r/min左右，在这里选波轮转速为80r/min，而波轮转速由锥齿轮传动得到的，考虑锥齿轮传动因素，选择锥齿轮传动比为i3=2，由此可知齿条轮转速n=40r/min，因此当齿条运动一个行程时，齿条轮转动2周。于是齿条轮转速n5=40r/min；锥齿轮的转速n6=n5i3=40x2=80r/min。3.1.2脱水模块的传动比确定和分配脱水模块选择带传动和齿轮传动，经过变速后由锥齿轮传动到脱水桶。当脱水桶转速达到350r/min时，完全可以达到脱水效果，在这里选择脱水速度为400r/min，由图4和人机工程学95百分位理论，选择人蹬脚踏板的转速为=35r/min，所以总传动比为400/35=11.4，根据各级传动分配，取带传动的传动比为i1=2，齿轮传动的传动比为i2=2.86，锥齿轮传动的传动比为i3=2。于是小带轮的转速n2=n1i1=35x2=70r/min；齿轮轴的转速n4=n2i2=70x2.86=200.2r/min；脱水桶的转速n7=n4i3=200.2x2=400.4r/min；3.2各轴功率的确定由人机工程学可知95百分位人群坐姿时的最大足登力为1960N，考虑到运动的持久性，在此选择400N。由公式和可知：95%人的输出功率于是带轮轴的功率；齿轮轴一的功率；齿轮轴二的功率；齿条轴三的功率；波轮轴四的功率。4.零件设计4.1 带轮和V带设计4.1.1确定V带型号由人机工程学可知95百分位人群坐姿时的最大足登力为1960N，考虑到运动的持久性，在此选择400N。由公式和可知：95%人的输出功率查课本表13-6得： 则根据=0.43kw , =35r/min,由机械设计课本表8-4a，选择A型V带。4.1.2设计V带基准直径并验算带速4.1.2.1由机械设计表8-6和表8-8，取大带轮基准直径mm。43.1.2.2验算带速v机械设计按式（8-13）验算带速 带速在人体参数范围内，合适。 4.1.2.3计算小带轮基准直径，根据机械设计教材（式8-15a）基准直径 4.1.3确定V带基准长度和中心距a4.1.3.1初步选取中心距a：。4.1.3.2由课本式（8-22）得基准长度：查课本表8-2取。4.1.3.3由课本式8-23实际中心距：4.1.4验算小带轮包角： 合格4.1.5求V带根数Z：4.1.5.1计算单根V带额定功率由，查课本表8-4 a得根据和A型带，查课本表8-4b得。查课本表8-5得，表8-2得=0.96，于是4.1.5.2计算V带根数：Z 取1根4.1.6求作用在带轮轴上的初拉力最小值和压轴力：查课本表8-3得单位长度质量q=0.10kg/m，所以： 应使带的实际出拉力轴压力的最小值：。4.1.7带轮效果图,如图5所示： 图5 4.2圆柱直齿轮的设计与校核4.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数4.2.1.1齿轮类型：根据传动方案三，选择直齿圆柱齿轮传动，传动比。4.2.1.2等级精度：健身洗衣机一般为低速机械，故选用8级精度（GB 10095-88）。4.2.1.3材料选择：由课本表10-1选择大齿轮选用钢（正火），齿面硬度为220HBS；小齿轮选用钢（调质），齿面硬度为250HBS。4.2.1.4齿数选择：选大齿轮齿数,小齿轮齿数20。4.2.2按齿面接触强度设计并校核由设计计算公式（10-9a）进行计算，即4.2.2.1确定公式内的各计算数值4.2.2.1.1试选载荷系数1.3。4.2.2.1.2计算大齿轮传递的转矩。 =4.2.2.1.3由课本表10-7选取齿宽系数。4.2.2.1.4由课本表10-6查的材料的弹性影响系数。4.2.2.1.5由课本图10-21c、d按齿面硬度查得大齿轮的接触疲劳强度极限；小齿轮的接触疲劳强度极限4.2.2.1.6由式10-13计算应力循环次数。 4.2.2.1.7由课本图10-19取接触疲劳寿命系数。4.2.2.1.8计算解除疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数为S=1，由课本式（10-12）得4.2.2.2计算齿轮各参数4.2.2.2.1试算大齿轮分度圆直径，带入中较小的值。4.2.2.2.2计算圆周速度v4.2.2.2.3计算齿宽b4.2.2.2.4计算齿宽与齿高之比模数 齿高 4.2.2.2.5计算载荷系数根据V=0.79m/s，8级精度，由课本图10-8查得动载系数；直齿轮，；由课本表10-2查得使用系数；由课本表10-4用插值法查得8级精度，非对称布置时，由查课本图10-13得；故载荷系数4.2.2.2.6按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由课本式（10-10 a）得4.2.2.2.7计算模数m 就近圆整后为标准值m=1.8mm。4.2.3几何尺寸计算4.2.3.1计算分度圆直径 4.2.3.2计算中心距4.2.3.3计算齿轮宽度 取4.2.3.4小齿轮转速4.2.4齿轮效果图，如图6所示：图64.3直齿锥齿轮的设计与校核4.3.1选定锥齿轮类型、精度等级、材料和齿数4.3.1.1齿轮类型：根据传动方案三，高速级需要换向，采用标准直齿锥齿轮传动，对轴交角，传动比，；。4.3.1.2等级精度：健身洗衣机一般为低速机械，故选用8级精度（GB 10095-88）。4.3.1.3材料选择：由课本表10-1选择大锥齿轮选用钢（调质），齿面硬度为220HBS；小锥齿轮选用钢（调质），齿面硬度为250HBS。4.3.1.4锥齿轮齿数选择：选大齿轮齿数=36，小齿轮齿数。4.3.2直齿锥齿轮设计参数4.3.2.1分度圆直径，锥距R根据机械设计手册表（10-29）选择分度圆直径，。齿距 。4.3.2.2平均分度圆直径取，于是平均分度圆直径4.3.2.3锥齿轮齿宽与模数由机械原理课本表10-7 知： 取B=20mm取锥齿轮宽度H=40mm当量齿轮分度圆直径平均模数 于是大端模数 4.3.3直齿锥齿轮的校核（按齿根弯曲疲劳强度校核）4.3.3.1锥齿轮动载系数K查课本表10-2得圆周速度 由课本图10-8查得动载系数；直齿锥齿轮取；于是 4.3.3.2分度圆锥向分力锥齿轮转矩 圆周力 4.3.3.3齿形系数与应力校正系数查课本表10-5得，于是由课本式10-4得弯曲疲劳强度 合格4.3.3.4锥齿轮主要参数 锥齿轮模数 4.3.3.5大锥齿轮内孔采用内花键连接，选花键规格为4.3.4直齿锥齿轮设计效果图，如图7所示图74.4齿轮齿条的设计4.4.1选定传动类型、精度等级、材料4.4.1.1传动类型：根据传动方案三，选择齿轮齿条传动。4.4.1.2等级精度：健身洗衣机一般为低速机械，故选用7级精度（GB 10095-88）。4.4.1.3材料选择：由课本表10-1选择齿轮选用钢（调质），齿面硬度为220HBS；齿条选用钢（调质），齿面硬度为250HBS。图8 齿轮齿条机构运动简图4.4.2确定齿轮齿条参数4.4.2.1确定齿条往复运动的距离S由齿轮转速n=120r/min，则每秒齿轮转2转。根据波轮式洗衣机洗涤原理：正3转，停1秒，反3转，而锥齿轮的传动比为1.5，由此可知齿条轮正2转，反2转，单个行程转2转。如右图8所示： 行程 自由度 合格4.4.2.2确定各机构之间的运动关系由得于是运动关系为 4.4.2.3确定齿轮分度圆直径d选齿轮齿数，按齿根弯曲强度设计由课本式10-5得弯曲强度的设计公式为：4.4.2.3.1确定公式内的各计算数值由课本图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限由课本图10-18取弯曲疲劳寿命系数取弯曲疲劳安全系数由课本式10-12得由课本图10-8查得动载系数,直齿轮，使用系数.由课本图10-13得,.载荷系数由课本表10-5查得齿轮转矩 于是 =3.02mm齿轮模数m的大小主要由齿根弯曲疲劳强度所决定的承载能力，所以就近圆整为标准值44.2.3.2分度圆直径和齿宽44.2.3.3齿条长度s、宽度B和齿距P。长度 ，考虑到密封因素，取齿条长S=350mm宽度 B=50mm齿距 P=4.4.2.4确定根据人机工程学原理可选由得：4.4.3齿条设计效果图，如图9所示：图94.5带轮轴的设计与校核4.5.1带轮轴的结构设计4.5.1.1材料、确定各段直径和宽度材料：选用45号钢调质处理，硬度为250HBS，查课本表15-3取、。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得： mm图10-a如上图10-a所示：为四棱柱面，连接脚踏杆，取宽，；连接轴瓦和前支架，分别取，；连接轴瓦和后转动架，取，；连接大带轮，由带轮尺寸取，；齿轮轴一总长L=10+30+25+50+25+30+15=180mm4.5.1.2轴上零件的周向定位轴上大带轮的周向定位采用平键连接，查课本表6-1查得平键1截面，键槽用键槽铣刀加工，平键1长为36mm，为了保证齿轮和轴配合由良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；轴瓦和轴的周向定位是采用过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4.5.1.3确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径均为4.5.2带轮轴的校核4.5.2.1求输出轴上的功率P、转矩T4.5.2.2作用在齿轮上的力作用在带轮上的圆周力为： 径向力为 作用在带轮轴上的外力：由人机工程学原理，95百分位的人体重男性75KG，女性66KG，取因为带轮轴左右对称，所以只需校核一边即可。各段长度L1=30 L2=27.5 L3=37.5求垂直面的支反力： 4.5.3求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图： 求水平面的支承力：由得 求并绘制水平面弯矩图： 求F在支点产生的反力： 求并绘制F力产生的弯矩图： F在a处产生的弯矩： 求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加。求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：因为材料选择调质，查课本表15-1得，查课本表15-1得许用弯曲应力，则：因为，所以该轴是安全的。4.5.4弯矩及轴的受力分析图10-b如下：图10-b4.5.5键的设计与校核: 根据，参考手册表4-1,由于在范围内，故轴段上采用键：, 采用A型普通键。键2校核：为L1=1.75d3-3=32综合考虑取=36得合格 4.5.6带轮轴的设计效果图，如图10-c所示：图10-c4.6齿轮轴一的设计与校核4.6.1齿轮轴一的结构设计4.6.1.1材料、确定各段直径材料：选用45号钢调质处理，硬度为220HBS，查课本表15-3取、。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得： 图11如上图11所示：面连接轴承，查手册选轴承6003，于是取装大齿轮和小带轮，分别取为轴肩定位，取，为了保证各齿轮的配合，取4.6.1.2确定各轴段的宽度包括轴承宽度和套筒宽度，取套筒宽度为11mm，故查手册取；连接高速大齿轮，查手册取=55-2=53mm；连接小带轮，查手册取=20-2=18mm；连接轴承6003和套筒，取套筒长度为73mm，总长为85mm.齿轮轴一总长L=23+53+18+85+202.5=381.5mm4.6.1.3轴上零件的周向定位轴、齿轮和小带轮的周向定位采用平键连接，查课本表6-1查得平键2截面，平键3截面，键槽用键槽铣刀加工，平键2长为12mm，平键3长为45mm，同时为了保证齿轮和轴配合由良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承和轴的周向定位是采用过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4.6.1.4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径均为4.6.2齿轮轴一的校核4.6.2.1求输出轴上的功率P、转矩T4.6.2.2作用在齿轮上的力作用在齿轮上的圆周力为： 径向力为 作用在轴一带轮上的外力： 各段长度L1=48.5 L2=240 L3=93求垂直面的支反力： 4.6.2.3求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图： 求水平面的支承力：由得 求并绘制水平面弯矩图： 求F在支点产生的反力： 求并绘制F力产生的弯矩图： F在a处产生的弯矩： 求合成弯矩图：考虑最不利的情况，把与直接相加。求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径：因为材料选择调质，查课本表15-1得，查课本表15-1得许用弯曲应力，则：因为，所以该轴是安全的。4.6.3轴承寿命校核：轴承寿命可由式进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以，查课本表取取按最不利考虑，则有： 则 ，因此所该轴承符合要求。4.6.4弯矩及轴的受力分析图如下：4.6.5键的设计与校核: 根据，参考手册表4-1,由于在范围内，故轴段上采用键：, 采用A型普通键。键2校核：为L1=1.75d3-3=32综合考虑取=12得合格 根据，参考手册表4-1,由于在范围内，故轴段上采用键：, 采用A型普通键。键3校核：为L1=1.75d2-3=40.75综合考虑取=45得合格 4.6.6齿轮轴一的设计效果图，如图13所示：图134.7齿轮轴二的设计4.7.1材料、确定各段直径材料：选用45号钢调质处理，硬度为220HBS，查课本表15-3取。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得： 图14如上图14所示：面连接轴承和套筒，为了平衡轴向力，查手册选角接触球轴承7002c，于是取分别装小齿轮和锥齿轮，取，为外花键选花键规格为； 为轴肩定位，取，装配小齿轮：判断是不是作成齿轮轴： 如图15所示：齿根圆直径由查手册51页表4-1得：于是：。所以应做成齿轮轴。4.7.2确定各轴段的宽度连接轴承和套筒，取套筒宽度为8.5mm，故查手册取。为齿轮轴，齿轮轴直径小于轴肩，防止卡死，取=60+5=65mm；连接锥齿轮，查手册取=30+44=74mm。齿轮轴二总长L=17.5+65+74+17.5+6=180mm4.7.3.3确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径均为4.7.4齿轮轴二设计效果图，如图16所示：图164.8齿条轴三的设计4.8.1材料、确定各段直径材料：选用45号钢调质处理，硬度为220HBS，查课本表15-3取。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得：图17如上图17所示：面连接轴承，为了平衡轴向力，查手册选角接触球轴承7003c，于是取装齿条轮，取;连接锥齿轮，由于要左右滑动，采用花键连接，选花键规格为 为轴肩定位，取，为了保证各齿轮的配合，取4.8.2确定各轴段的宽度包括轴承宽度和套筒宽度，取套筒宽度为16mm，故查手册取；连接高速齿条轮，查手册取=48-2=46mm；为锥齿轮，查手册取=30+44=74mm 连接轴承和套筒，查手册取=10+12=22mm齿轮轴三总长L=28+46+30+74+22=200mm4.8.3轴上零件的周向定位轴和齿条轮的周向定位采用平键连接，查课本表6-1查得平键4截面，键槽用键槽铣刀加工，平键4长为40mm，同时为了保证齿轮和轴配合由良好的对中性，故选择齿条轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承和轴的周向定位是采用过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4.8.4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径均为4.8.5齿条轴四设计效果图，如图18所示：图184.9波轮轴四的设计4.9.1材料、确定各段直径材料：选用45号钢调质处理，硬度为220HBS，查课本表15-3取。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得：图19如上图19所示：连接波轮，和波轮为半圆弧连接，取直径=24；为轴肩，取=33；通过洗衣桶和脱水桶，取=28mm；连接锥齿轮，取=20mm，与锥齿轮配合方式为过渡配合。4.9.2确定各轴段宽度连接波轮，取宽度为49mm；为轴肩宽，取=5mm；左端为洗衣桶和脱水桶，右端连接离合器，根据实际情况取=66；连接锥齿轮，与锥齿轮之间采用过渡连接。波轮轴四的总长为L=49+5+66+20=140mm4.9.3确定轴上圆角和倒角尺寸材料：选用45号钢调质处理，硬度为220HBS，查课本表15-3取。各轴段直径的确定：根据课本式15-3得：4.9.4波轮轴设计效果图如图20所示：图204.10变速箱设计4.10.1箱体尺寸确定因为此健身洗衣机变速箱为两路传动，结构特殊，箱体有关尺寸如下表所示：名称符号计算公式结果箱座厚度10地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目n查手册4外箱壁至轴承端面距离=+（510）12齿轮端面与内箱壁距离10大齿轮顶圆与内箱壁距离1.215长X宽X高L、s、h结构决定401、280、1254.10.2箱体设计效果图，如图21所示：图214.11波轮设计4.11.1波轮形状、结构的选择选择具有特定形状与结构的波轮, 其目的是获取合适的水流。就所了解的波轮洗衣机而言, 不同形状的波轮所对应的不同水流不同,常用波轮结构如图22所示：图22根据以上形状，对三维水流型进行改进，使水流冲击力量增大，对衣服的磨损变小，以及洗净率提高，其结构如图23所示：图234.11.2波轮直径的确定 由图24波轮直径对洗净率的影响可知，当波轮直径大于180时，对衣服的洗净率已经很高了，考虑洗衣桶尺寸的限制，这里选择波轮直径为186mm4.11.3波轮材料的确定考虑到洗衣机洗涤原理中三力热力、机械力、化学力不可或缺的作用, 波轮式洗衣机, 波轮应具有足够的强度与一定的抗热变形的能力, 以及一定的抗化学腐蚀和耐磨性的能力相对而言, 对于经济型的不带加热功能的洗衣机来说, 这一点就比较容易达到，所以在此选择波轮材料为耐磨损、抗腐蚀的钢化树脂。4.11.4波轮的设计效果图，如图25所示：图254.12洗衣机箱体设计4.12.1健身洗衣机箱体材料选择 查阅相关资料后，综合洗衣机性能和工作环境，确定洗衣机下半部分材料为搪瓷，上半部分材料为塑料，这样可以减轻洗衣机的重量和成本，便于携带和经济合算。搪瓷材料具有耐酸、耐腐、抗冲击等优良的理化功能，随着搪瓷技术的提高，铝搪瓷制品应用领域开始越来越广，在很多方面有取代钢板搪瓷之势，因此选用搪瓷作为健身洗衣机的下箱体材料。而塑料质量轻，成本低，作为洗衣机箱体材料完全可以满足性能要求。4.12.2健身洗衣机尺寸确定 确定洗衣机箱体尺寸之前，先确定洗衣机的洗涤容量，本洗衣机根据人的功率以及其他参数，确定洗衣机的洗涤容量在1千克至2千克之间，根据消费者体力的大小，可洗涤不同容量的衣服。本洗衣机的洗衣机箱的尺寸，高615mm，宽330mm，长340mm（装水部分尺寸高410mm，宽310mm，长320mm）设计容量是洗涤2kg衣服。本洗衣机（样机）最多能容纳（40）升。而一般洗涤只装不到一半的水，按洗涤一次，漂洗一次算，总用水不到40升。4.12.3洗衣机箱体设计效果图，如图26所示：图264.13前支架和后转动架设计健身洗衣机的动力模块靠人力驱动，人通过前支架和后转动架组成的动力装置把动力输入给洗涤模块，动力模块包括脚的蹬踏运动和后转动架的圆弧运动，当要洗涤时，坐在椅子上，转动后转动架，通过连杆传动给齿轮齿条装置；脱水的时候只需要踩脚踏板就可以了。4.13.1机架尺寸的确定 动力模块的尺寸由人体的尺寸决定，根据人机工程学原理，人的运动范围如图27所示：人坐姿时的尺寸决定人机交互时人的舒服程度，对于不同身高的人群，通过调节座椅和扶手的高度，让运动者更舒服，更健康。4.13.2机架材料的确定 机架在运动过程中受弯矩较多，选择材料要在满足动力模块性能指标的前提下选择最经济的材料，综合各种因素，选择HT200做机架的材料，锻造加工，把各元件加工好后，用电焊的方式把各元件焊接起来，并在表面涂漆，以防止生锈。4.13.3机架设计效果图，如图28所示：图285.控制系统设计5.1离合器设计机械离合器是利用杠杆等机构直接操纵结合元件，使离合器分离和结合。对于中小型离合器，可用人力来作为操纵的动力，其适用范围：手柄操纵时，操纵力一般取80-160N（最大不超过400N），动作行程一般不超过250mm。脚踏板操纵时，操纵力一般为100-200N，动作行程一般为100-150mm（最大不超过250mm）。5.1.1离合器材料选择离合器在使用过程中受转矩的作用，选择材料为45钢，牙部硬度48-52HRC，牙的嵌合为刚性接触，为了保持牙工作面受载均匀，要求上下离合器同心，控制相对偏移量。5.1.2离合器尺寸确定离合器设计过程中应按牙根抗弯强度条件设计，其抗弯条件为：5.1.2.1离合器能传递的最大转矩由机械设计手册式22.7-1得 取许用切应力，所以5.1.2.2主要尺寸确定离合器外径D=（2-3）d=50mm 离合器内径 牙宽度 牙高度 牙在中经处高度 5.1.3离合器的校核 牙分布的圆周平均直径 牙数 查手册45钢的屈服强度，则许用弯曲应力，取牙根厚度为11mm。于是牙根抗弯强度条件： 合格5.1.4离合器设计效果图，如图29所示：图295.2控制手柄设计5.2.1材料的选择控制手柄主要受弯矩的作用，工作时应具有一定的抗弯强度和耐磨性，考虑到工作性质，选择控制手柄材料为20Cr。5.2.2尺寸的确定 控制手柄的尺寸应根据控制系统的尺寸在满足工作要求的情况下来确定，以及人机工程学原理来确定，工作时应易于手工操作。5.2.3控制手柄设计效果图，如图30所示：图306.总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一个转折点。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料、老师指导、与同学交流、找相关人士咨询、反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和知识的运用。通过这次设计，我了解了的健身洗衣机的用途及工作原理，熟悉了产品的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己的独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得，是不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要在以后的工作中去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中不断努力学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国机械行业添上自己的微薄之力。7.致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起生活的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的导师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正设计中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作；我要感谢我的母校，是母校给我们提供了优良的学习环境；我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。 感谢老师给予我精心的指导，并为我提供了丰富的背景资料和创新性的意见和建议，使我的毕业设计得以顺利完成 。感谢我的导师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。老师严谨勤奋的工作作风、扎实广博的学识和平易近人的性格，使我在学习方面得到了很大的收获，它们将是我受益终生的财富。此外，感谢老师对我毕业设计的最后审核，使我的最终作品更为完善。 感谢同学们对我的帮助和指点。没有他们的帮助和提供资料，要想在短短的几个月的时间里学习到这么丰富的知识并完成毕业设计论文是几乎不可能的事情，再次感谢所有帮助和支持过我的人。8.参考文献1饶振刚. 行星齿轮传动设计M. 北京:化学工业出版社,2003.2苏宏升. 减速器行星齿轮的优化设计J.装备制造技术.2009(6)：51-533陈定方, 罗亚波. 虚拟设计 M . 北京: 机械工业出版社, 2007.4邱宣怀.机械设计M.北京:高等教育出版社,19975机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册.北京:机械工业出版社,20036Albert B.Garcia, Robert P.Cocke,Jr, Nelson P. Johnson. VirtualPrototyping Concept to Production.AD-A279 287. 19947Keith S. Subtractive and Additive Differential Gear Reduction System. United StatesPatent,4338830,1986