家用洗衣机的结构及设计开题报告

共 8 页 第 1 页家用洗衣机的结构及造型设计开题报告一、题目来源从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。随着世纪的革新洗衣机早已进入千家万户，为我们的生活带来更多的舒适和精彩。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。中国洗衣机业在发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是洗衣机行业规范标准不健全，科研开发能力弱，市场培育能力差，安全问题和健康问题严重等制约了行业的进一步发展和品质的提高。因此，中国洗衣机企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，注重节水节能，提高技术含量，加强售后服务水平，打造有效推广策略，对洗衣机行业的国家标准进行统一规划，只有这样才能在新形势下立于不败之地。二、洗衣机的市场调研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。（1）洗衣机的发展史1858 年，一个叫汉密文顿史密斯的美国人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。1874 年,“手洗时代 ”受到了前所未有的挑战，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。1880 年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。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。1932 年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗共 8 页 第 2 页衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！第一台自动洗衣机于1937 年问世。这是一种“前置 “式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000 克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了 40年代便出现了现代的“上置 “式自动洗衣机。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。60 年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。 70 年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。80 年代， “模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。90 年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。 之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。（2）洗衣机的类型波轮洗衣机图 1 （波轮式洗衣机）最早于 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。发展历程：提到波轮洗衣机不得不提一下 20 世纪 80 年代日本洗衣机业界的“新水流运动 ”。早期的波轮洗衣机一般采用偏置波轮，而不是目前常见的波轮位于内桶中央，把波轮设计在内桶边上目的是为了提高洗衣机的洗净力，当然这种设计也会加大衣物的磨损率，使衣物易缠绕打结，洗涤不均匀。这是在权衡各种因素后设计出来的产品，水流方式是利用波轮先正向旋转 30 秒，然后停 5 秒，再反向旋转 30 秒，再停 5 秒，周而复始的循环下去。这种方式维持了二、三十年之久，进入 20 世纪 80 年代后，出现了新型波轮和新型水流才取代了这种方式：波轮在桶的底部，还通过其它设计大大改变共 8 页 第 3 页了水流。新型全自动洗衣机的水流方式一般为正向旋转 1-3 秒，停 05l 秒，再反向应转 l3 秒，再停 05l 秒，这和旧式水流大不一样，这种方式也是多年研究的成果，有利于各因素之间的平衡，兼顾了洗涤力、磨损率、缠绕状况，洗涤均匀度等因素。 滚筒洗衣机图 2 （滚筒洗衣机）最早发源于欧洲，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。工作原理：滚筒洗衣机的发展非常成熟，多年来在结构上没有多少变化，基本是不锈钢内桶，机械程序控制器，经过磷化、电泳、喷涂三重保护的外壳，和两块笨重的水泥块用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力。 搅拌式洗衣机图 3 （搅拌式洗衣机）搅拌式洗衣机先于波轮式洗衣机出现。全自动搅拌式洗衣机发源于美国，在美国流行，但在中国很难见到。何为搅拌式：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。（3）中国洗衣机的发展概况中国洗衣机行业于 1978 年开始兴起，是从日本引进的波轮洗衣机生产技术，最早生产单桶洗衣机，进入 80 年代后，开始引进日本技术生产双桶洗衣机，80 年代后期机械程控器控制的套桶全自动洗衣机出现了，90 年代初，电共 8 页 第 4 页脑控制的套桶全自动洗衣机逐渐走向市场，同期开始引进欧洲技术在国内生产滚筒洗衣机。到 90 年代末，我国洗衣机年销量已超过 1000 万台，成为世界上最大的洗衣机生产国。中国洗衣机市场高端产品走俏的趋势非常明显，除了滚筒洗衣机产品获得了不俗发展之外，6 公斤以上较大容量产品也呈现了良好的发展势头。另外，虽然变频技术并不能给洗衣机产品带来如变频空调那样明显的节电效果，但是也可在静音减震、提高洗净度方面有明显改善。目前也有越来越多的洗衣机企业致力于变频洗衣机产品的研发推广。随着洗衣机的不断发展以及新技术的运用，近年来推出了模糊控制洗衣机、变频洗衣机、超声波洗衣机、双动力洗衣机、银离子洗衣机 、电解水洗衣机、无洗衣粉洗衣机等新形式洗衣机，臭氧、磁化水和纳米等项技术也在洗衣机领域得到了应用。这说家用电动洗衣机产品正在向着多元化方向发展。三、目前存在的问题高端产品大受欢迎，为大众所接受。一直以来，全自动滚筒工业洗衣机在市场上一直拥有质优价高的形象，其高洗涤度、低磨损度、节水节电、环保健康等优势，使其成为人们购买洗衣房设备首选，不过高昂的价钱又令众多的消费者望而止步。经过近几年的发展，高端工业洗衣机越来越被大众所接受。而却 50kg 公斤及以上容积段工业洗衣机市场零售量占比逐步走高，截止目前，市场占有比已超过 60%，成为市场主力；油漆是在高端全自动工业洗衣机市场，这种趋势更为明显。四、本设计的主要内容针对市场需求，本次设计为全自动单筒洗衣机，为大多家用用户提供更多方便，以下是全自动家用洗衣机的设计内容。（1）波轮式洗衣机的重要指标：洗衣机是通过电力驱动转化为机械作用洗涤衣物的，因此，它的安全性能，洗净衣物的能力，对衣物的磨损程度，脱水能力及噪声值都是其重要的质量指标。国家标准对它们的概念定义为：I、洗净比：被测样机洗净率与参比样机洗净率之比。波轮式洗衣机要求不小于 0.7。II、磨损率：负载失去的质量与负载质量之比。波轮式洗衣机涡卷式要求不大于 0.18%，新水流式不大于 0.15%。 III、脱水性能：波轮式洗衣机要求脱水后含水率小于 115%。IV、噪声：洗衣机洗涤的声功率级噪声值均不得大于 62dB（A 计权） ，脱水不大于 72dB.共 8 页 第 5 页国家为了提倡节能，又根据洗衣机的耗水量，耗电量和洗净比制定了能效等级并强制执行。如下表：表 1 水量表洗衣机能效等级 1 2 3 4 5耗电量(kWh/cycle/Kg) 0.012 0.017 0.022 0.027 0.032耗水量(L/cycle/Kg) 20 24 28 32 36洗净比 0.90 0.80 0.80 0.70 0.70（2）洗衣机的组成 洗涤系统洗衣机的洗涤部分包括洗涤桶、波轮、减速器、线屑收集系统。这部分的功能是完成洗涤和蓄水漂洗（或溢流漂洗）任务。洗涤桶：用来盛放洗涤液与被洗涤衣物，并协助波轮进行洗涤。它必须耐酸、耐碱、耐热、具有抗腐蚀能力，并具有足够的强度和刚度。现在大部分采用 PP 材料作为洗涤桶的原材料。洗衣机的洗净度和磨损率与洗涤桶的几何形状密切相关。洗涤桶截面的形状大多采用带圆角的长宽接近的长方形。洗涤桶四周圆角半径通常都较大。其目的是在洗涤过程中产生小湍流，以增加衣物的舒展伸长机会，提高洗涤的均匀性。有的洗衣机不害洗涤桶内壁加一些凸筋，一方面可增加湍流数量，另一方面可产生类似搓衣板的“搓” 效果，同时还可增加洗涤桶的刚度。波轮：波轮是对洗涤物施加机械作用力的主要部件。波轮直径、形状、凸筋的高矮及数量、转动快慢、在洗涤桶内安装方式等对洗涤性能都有直接影响。右图介绍了不同波轮形状产生不同的洗涤水流。目前大部分厂家的波轮转速都在 110-160rpm 之间。另外为进一步增加洗涤效果，有些厂家在大波轮基础上加上小波轮、摩擦球、复合波轮等结构。减速器：减速器的作用是支撑波轮、传递来自电机的动力、在传动中减速到合适的速度以完成洗涤任务。减速器的减速比有多种，有 1:3.7 的，1：4 的等，设计时根据水流要求和波轮形状确定，减速器皮带轮与电机风叶轮是一级减速机构，它们的直径比值也是设计时根据水流要求和波轮形状确定。线屑过滤系统：为避免洗涤液中的毛絮、纤维等细小物粘到衣物上，洗涤桶内还设有强制循环毛絮过滤系统，提高衣物的洗净效果。目前洗衣机大部分采用过滤网袋或魔术过滤盒进行收集毛絮，相对来说过滤网袋收集效果较好但不如魔术过滤盒外形漂亮，同时过滤网袋在使用一定时间后容易脏。共 8 页 第 6 页 脱水系统 脱水部分主要由脱水桶、脱水外桶、刹车机构、减振装置组成。脱水外桶：在双桶洗衣机中，脱水外桶一般都与洗涤桶连在一起,合称连体桶 。脱水外桶的作用有两个：一是安放脱水内桶和安装。水封；二是盛接喷淋漂洗和脱水内桶工作时甩出的水，并通过外桶的排水口将之排出机外。脱水桶：脱水桶在脱水外桶内，通过脱水轴、连轴器与脱水电机轴相连接，脱水电机是直接驱动脱水桶的。脱水桶是用来盛放脱水的衣物，其外形为圆桶形，桶壁上开有许多小孔，当电机驱动它作高速旋转时，衣物内的水份因惯性而通过小孔甩到桶外。脱水桶的平衡环有带盐水扣不带盐水两种，带盐水的脱水平衡性能相对较好。刹车机构：为避免高速转动时脱水桶伤及人体，双桶洗衣机上都有受脱水桶盖控制的刹车装置。它安装在脱水电机的上端，主要由连轴器(刹车盘)、拉簧、刹车臂、等组件。脱水桶盖合上时刹车钢丝拉紧，钢丝拉支刹车臂转动，刹车块离开连轴器，脱水电机可正常运转。在脱水时开盖，脱水桶盖在断开脱水电机电路同时将刹车钢丝放松，使制动块抱紧刹车盘使脱水桶在一定时间内停止转动。盖合上后，又可重新恢复正常运转状态。减震装置：脱水电机是直接驱动脱水桶运转的。由于电机是高速旋转的 ，加上脱水桶内的衣物分布不均匀，使重心不平衡，转动时脱水桶产生的振动比较大。为了减少脱水部分的振动和偏摆，在脱水部分有一套减振装置，如右图所示。减振装置安装在脱水电动机与洗衣机底座之间，通过上下支架将脱水电动机安装在底座上。 进水、排水部分进水系统：双桶洗衣机的进水系统为手动进水，它的进水结构很简单，用一根进水软管直接接到洗衣机洗涤桶上方的进水口。排水系统：双桶洗衣机的排水结构如下图所示，它由 1 个四通阀和橡胶阀塞组成。其中，四通阀的 4 个管口分别与洗涤桶、排水管、洗涤桶溢水管、脱水外桶排水管相连通。在四通阀上，只有与洗涤桶连通的管道上装有排水阀门，其余两个管口的水直接通过四通阀的排水口，从排水管中排出。当转动排水旋钮于不排水位置时，排水拉线松驰，橡胶阀塞将排水阀口紧紧堵住，这时洗涤桶的水被橡胶阀塞封住。当排水时，排水旋钮拧到“ 排水” 位置，排水拉线将橡胶阀塞向上提，这时洗涤桶内的水迅速流出，排出机外。 传动部分双桶洗衣机的波轮和脱水桶通常由两个电机分别驱动。因波轮和脱水桶工作时具有不同要求，故洗涤与脱水传动系统存在一定的差异。共 8 页 第 7 页电机：双桶洗衣机一般采用电容运转式电机。洗涤电机的负载是波轮，工作时经常性的满负荷频繁正反向起动，电机必须要有良好的起动性能与过载能力，所以洗涤电机功率较大。主、付绕组的参数完全一样。电机在工作时要发热，风叶轮是它的主要散热机构。风叶轮除散热功能外，还有减速功能，通过与减速器皮带轮的直径比来实现。它还有一个功能就是防止电机淋水。脱水电机的负载是脱水桶，脱水只要求作单向高速运转，它功率相对而言较小，主、付绕组的参数也不同。电机一般采用四极电机，理论转速为 1500 转/分，实际转速有 1300-1400 之间。洗涤传动：波轮洗衣机中波轮转速一般在每分钟 120 转至 180 转，而电机为 1500 转/分，这就需要通过风叶轮及减速器的减速来实现了，一般采用二级皮带减速传动，除第一级采用皮带减速外，还增加了行星齿轮减速器减速。电机与减速器的传动是通过三角皮带来实现的，三角皮带一般用氯丁橡胶复合材料，耐磨性比较高。脱水传动：双桶洗衣机中脱水系统的传动比较简单，脱水电机安装在脱水桶下方，两者采用联轴器连接，由紧固螺丝和螺母把脱水电机轴与脱水桶轴固定在联轴器上，当脱水电机通电高速运转时，通过联轴器合脱水桶以同样速度运转。 控制部分双桶洗衣机的控制系统由洗涤定时器、脱水定时器、洗排开关、微动开关等组成。控制对象是洗涤、脱水电机。洗涤定时器与洗排开关配合用来控制洗涤时波轮转动的时间节拍及洗涤时间的长短。洗排开关具有“强洗” 、 “标准” 、 “轻柔” 三种洗涤程序，大部分双桶洗衣机只有 “标准”、 “轻柔”两种洗涤程序。洗涤定时器的控制时间一般为 0-15min。脱水定时器和微动开关串联连接用于控制脱水电机。脱水定时器是用来控制脱水时间长短的，控制时间一般为 0-5min。微动开关是用来在脱水桶盖打开时断开脱水电机电路，保护人体不受伤害。（3）外观造型设计外观通体以银色金属色为主，配以银色镀铬金属圈的舱门，给人感觉干练、协调统一。这款滚筒洗衣机的外观也符合滚筒洗衣机的主流趋势，易于被广大的消费者接受。五、工作设计安排3 月 18 日3 月 22 日 完成开题报告，确定设计方案3 月 25 日4 月 5 日 完成总体方案的（草图）结构设计4 月 8 日5 月 17 日 计算机绘图5 月 20 日5 月 24 日 完成效果图的绘制共 8 页 第 8 页5 月 27 日5 月 31 日 展板设计6 月 3 日6 月 7 日 整理设计说明书6 月 10 日6 月 21 日 答辩委员会审核毕业设计资料、答辩六、参考文献1李彬彬编著 设计心理学 北京：中国轻工业出版社2程能林编著 工业设计概论 北京：机械工业设计出版社3彭介华编著 电子技术课程设计指导 北京：高等教育出版社4张 黔编著 设计艺术美学 北京：清华大学出版社5刘传凯编著 产品创意设计 北京：中国青年出版社6张 展编著 产品改良设计 上海：上海画报出版社7丁 仲编著 造型与结构设计 哈尔滨：哈尔滨科学技术8机械工程手册和机电工程手册 编辑委员会 机械工程手册第二版 北京：机械工程出版社