机电一体化(波轮式全自动洗衣机)课程设计

第0页，共41页目录前言..............................................错误!未定义书签。洗衣机说明书1.课程设计的任务.................................错误!未定义书签。2.洗衣机简介.....................................................22.1全自动洗衣机特点..............................................32.2洗衣机工作原理概述............................................43.传动方案讨论...................................................44.传动系统的设计计算..............................................64.1减速离合器的结构和工作原理简介................................64.2减速离合器零部件的计算与选择.................................134.3减速离合器零件装配图.........................................165.进/排水系统结构原理简介........................................165.1进水电磁阀的结构及工作原理...................................175.2排水电磁阀的结构及工作原理...................................185.3水位开关控制原理.............................................206.控制系统的设计.................................................226.1控制芯片的选择...............................................226.2程序框图.....................................................226.3控制程序设计.................................................246.4电气控制图...................................................39心得体会.........................................................40参考文献.........................................................41附录.............................................................41第1页，共41页前言本次机电一体化课程设计的重点在于硬件部分的减速离合器设计。经过小组提出方案对比与讨论，最终决定使用单向轴承式减速离合器，具体讨论过程将在后面的说明书中详细介绍。减速离合器的各部件的选择、设计是洗衣机硬件部分的设计重点，其具有体积小，功能多，零部件构成复杂等特点。主要构成部分有离合装置，制动装置以及行星轮系二级减速装置，这些装置的设计尺寸选择，功能原理将在后面的洗衣机说明书中详细介绍。考虑到设计的是家用洗衣机，并根据对洗衣机体积，功能的要求确定洗衣机采用以单片机为核心的通用自动控制装置，它具有功能强、可靠性强、编程简单、使用方便、体积小等特点。该控制系统可实现用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。该设计为单片机控制的全自动家用洗衣机，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理（主要是重点设计部件减速离合器），控制系统的单片机的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统单片机程序。最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。第2页，共41页1.课程设计的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，内筒直径为φ400mm，洗衣机转速约为140～200r/min，脱水转速约为700～800r/min.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。硬件设计：主要是传动系统结构（减速离合器）的各部分原理，零件尺寸的选择，以及可实现的功能软件设计：全自动洗衣机的功能要求：强弱洗功能；4种洗衣程序（标准、经济、单独、排水）；进排水系统故障自动诊断功能；脱水期间安全保护和防震功能；间歇驱动方式；暂停功能；声光显示功能硬件电路设计（protel上机绘图）控制程序设计2.洗衣机简介全自动洗衣机是指洗涤、漂洗、脱水各功能的转换都不需要手工操作，完全是自动进行的洗衣机。在选定的工作程序内，整个洗衣过程是通过程控器发出各种指令，控制各个执行机构的动作而自行完成。波轮式洗衣机又称波盘式洗衣机，依靠波轮定时正、反向转动或连续转动的方式进行洗涤。按控制方式不同可分为机电式和微电脑式两类。机电式全自动洗衣机是由机电程控器控制触点的开关来完成洗涤、漂洗和脱水全过程。微电脑式全自动洗衣机是由微电脑式程控器输出控制信号。两值得主要区别在于电气控制部分，其总体结构基本相同。第3页，共41页2.1全自动洗衣机特点全自动洗衣机有多种洗涤程序，可供您自由选择，工作时间可任意调节，工作状态及洗、脱时间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡，具有各种故障和高低压自动保护功能，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管确保安全。它还具有浸泡、手洗水流功能。全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该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，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、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。排水按钮用来实现手动排水。进水口启动按钮停止按钮排水按钮控制器高水位开关低水位开关排水口内桶外桶波盘洗涤电机第4页，共41页2.2洗衣机工作原理概述全自动洗衣机已经是普及的家用电器，根据家用洗衣机的特点,目前的家用洗衣机都采用单片机进行控制。该控制对象具有如下功能：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电动机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电时，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电时，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测，启动按钮用来启动洗衣机工作。3.传动方案讨论3.1传动方案一方案一采用电机直接驱动，这是一种洗衣机专用电机，其结构如图3-1所示，这里介绍的洗衣机专用电机除了起到电机的作用，还起到离合器的作用。其结构组成为：主要由内轴、外轴、单向轴承、电磁制动装置（制动装置有多种形式，这里只是设定其中一种）、减速器、脱水电机、洗衣电机等部分组成。洗衣机专用电机的工作原理是：(1)洗衣程序时，洗衣电机通电，转子转动，通过减速器使内轴减速旋转，此时电磁制动装置处于制动状态。(2)脱水程序时,洗衣电机不通电，脱水电机通电，转子转动，使外轴与转子等速旋转，此时电磁制动装置处于不制动状态。(3)当洗衣机处于脱水状态时，如人为打开机盖，则通过连动开关使电机断电，同时使电磁制动装置处于制动状态，使脱水桶停止转动，从而达到有关安全标准要求。第5页，共41页图3-1方案三传动简图和结构图其优缺点为：（1）优点重量集中在中心因而不需要装置平衡块，内外轴旋转转换直接由电机实现，不需要拉动离合器手柄的牵引器，因为没有皮带对轴拉紧的张力，可以将洗衣机专用电机直接安装在外桶上，不需要安装底板。减少摩擦，降低噪声及延长使用期，使洗衣机装配程序大大简化，使洗衣机容易维修。（2）缺点对制造要求相对较高，制造成本也相对较高，国内对这种机型的制造较少，普及面不高。3.2传动方案二传动方案二属于间接驱动方式，通过普通电机，一般为单相异步交流电机通过一级皮带传动带动离合器工作，以实现洗衣和脱水。其基本工作原理为:(1)洗衣程序时，电机通过皮带带动离合器皮带轮转动，使离合器内轴（输入轴）作减速旋转，此时外轴（脱水轴）处于制动状态，离合器离合弹簧处于“分”的状态。(2)脱水程序时，控制方丝离合弹簧的棘爪开始工作，使离合弹簧处于“合”的状态。然后电机带动离合器皮带轮旋转，使离合器外轴与与离合器皮带轮作等速旋转其优缺点为：第6页，共41页(1)优点制造成本和制造精度相对较低，价格便宜，国内这种类型的洗衣机普及面广，制造工艺成熟，零部件易更换维修。(2)缺点洗衣机的驱动系统结构复杂、工作效率低、转速不稳定、启动电流大、故障率比较高、控制精度低；在结构设置上，洗衣机的电机轴与滚筒的几何中心轴不可能同轴（需要皮带减速），处于偏置状态，而正是这种“偏置”，造成了洗衣机在工作时会出现振动，难以平衡的问题。所以，迫使我们不得不增加平衡块，以抑制整个机体工作时的振动和噪音；电机的固有结构及特性决定了这种电机的单位体积功率偏小、起动力矩偏弱、过载能力不足等。3.3传动方案的选择经过小组成员深入讨论对比了各方案，考虑到传动系统的设计和制造难度、制造成本、通用性、互换性、工艺性、维修便捷性，选用方案二的传动系统。下面将对方案二的传动系统具体组成结构和原理作详细分析。4.传动系统的设计计算4.1减速离合器的结构和工作原理简介早期设计的小波轮全自动洗农机的离合器没有减速功能，故洗涤和脱水转速相同。新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能，称为减速离合器，其种类很多，但主要结构和工作原理基本相同。目前应用最为广泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器。基本结构(分为离合器与行星减速器)①离合器主要结构如图7(1)(2)所示。离合器中部有两根轴：输入轴l和脱水轴l8。输人轴1的下端加工成四方形，与之相配的带轮3和离合套20的内孔也是方形。离合套20和带轮3被螺母2固定在输人轴1上，由于方轴与方孔的第7页，共41页紧密配合，从而带轮3、输入轴I和离合套20联成了一体。输入轴1的上端加工成齿形花键，和行星减速器的中心轮内孔配合联接。输入轴l的外部是脱水轴18。在衣服洗涤时，脱水轴静止不转；而洗涤结束后，脱水轴应将带轮3的高转速直接传递给脱水桶，完成脱水功能。这种转换功能是由方丝离合弹簧4完成的。方丝离合弹簧的形状呈锥形，上端几圈的直径比下端略小一些。由于脱水轴18和离台套20的外径比方丝离合弹簧的内径略大，在自由状态时，方丝离合弹簧就抱紧在离合套20和脱水轴18的外壁上。当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时，通过方丝离合弹簧就将带轮3的转动由离合套20传递到第8页，共41页脱水轴18，这就是“合”时的脱水状态。在洗涤时，可以将方丝离合弹簧向反方向旋松，使其内径变大，从而与离合套20脱离接触，这就是“离”时的洗涤状态。实现弹簧旋松的机构是棘轮棘爪装置，图8是其工作