健身式洗衣机

-0-广西科技大学《机械原理》课程创新设计说明书题目：健身式洗衣机系别：机械工程系班级：机自092组员:李辉2012年6月28日-1-目录一、概述…………………………………………2二、健身式洗衣机的工作流程及工作原理…………21.传动比的计算………………………………………………32.在机构洗涤衣服时，连杆H在轮2ˊ连接半径的计算…33.急速回程特性计算…………………………………………54.传动角的校核计算…………………………………………65.脱水—洗涤转换开关的设计与计算………………………66.滚筒在两种工作状态下的运动线图………………………77.自行车链传动机构设计与计算……………………………98.洗衣—脱水时自行车踩动的力度的计算…………9三、参考文献…………………………………………9-2--、概述健身式洗衣机不仅能达到洗衣的目的，而且还是保持一个人身心健康最有效,最科学的健身方法，越来越受到大家的喜爱。由于受到各种因素的影响，如场地、工作时间等等，室内健身则成为了时下最热门的健身方式。健身式洗衣机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也使我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。随着各种能源的日益紧缺，人们提出了节能的观念。在人们的生活中，洗衣机的使用频率是相当高的，其耗电量也很大。健身式洗衣机可以达到节约电能的目的。健身式洗衣机是通过人力驱动使洗衣机达到规定的洗涤要求。本设计在不改变洗衣机的主体结构的前提下，依据自行车结构和一套传动机构来实现动力传递与洗涤驱动，将人力驱动资源合理利用为洗衣机的驱动力，来实现洗涤的过程。二、脚踏式洗衣机的工作流程及工作原理运动做功→健身自行车链传动→健身自行车链传动→杆传动机构→洗衣滚筒→齿轮传动-3-如图所示，健身式洗衣机的整体运动结构简图图11.传动比的计算：机构在脱水的情况下：滚筒所需转速为n5约在950r/min左右，假如人在不疲劳的情况下踩动链轮1的转速n1=75r/min,则i51=950/75=12.67我们设定i21=3（脱水情况下）为使2ˊ、3之间稳定传动并且为使机构脱水与洗涤之间切换时，不出现不确定位置和错位，则连杆lH等于2ˊ、3轮轴间距，即有i32ˊ=1则i53=i51/i32’i21=4.22为使i53约为4.22，并使齿轮的大小比较合理，确定各齿轮尺寸如下d5=80mm，d4=80mm，d4’=126mmd3=d2=224mm最终的传动比为：i51=i54ˊi43i32ˊi21=n5*n4*n3*n2/n4ˊ*n3*n2ˊ*n1=（d4ˊ*d3*2*ψ3/d5*d4）i32ˊ*i21=(126*224)/(80*80)*1*3=13.23考虑到人平均的体能问题：若设人平均踩动转速n1=65r/min则n5=860.6r/min（按原假设若n1ˊ=75r/min，则n5ˊ=992.25r/min）2.在机构洗涤衣服时，连杆H在轮2ˊ连接半径的计算考虑到洗涤衣服时，能够有效的将衣服洗涤干净，我们使滚筒能正反转以实现衣服—衣服间、衣服—筒壁间相互摩擦。-4-由于正反转过程中，在极限位置会出现冲击，为避免冲击在同一轮齿上，使滚筒转角ψ5大于3600图2如图2所示，先确定齿轮3在该过程中所能转过的角度ψ3=900则ψ5=ψ3i53=900×4.41=396.90即滚筒正转或反转行程中，转过的最大角度为396.90如图3，在轮2ˊ与齿轮3在两种工作时的状态，结合空间位置的安排和连杆长-5-度的选取。选择如下：lAE=lCD=3/4R3=(3/4)*（224/2）=84mmlEC=lBCˊ=lAD=300（之前已声明杆长与两轮中心距的关系）3.急速回程特性计算如图4由余弦公式：cosδ=[l2AD＋l2DCˊ－（LB’C’－LAB’）2]/2lAD*lDC’cos(δ+90°)=[l2AD+l2DCˊ－(lBC+lABˊ)2]/2lADlDC’再用逐步逼近的方法：可得：δ=39°，lAB=59.4mm；lAB即为连杆在洗涤是在轮2ˊ连接半径则洗涤时的传动比为：i51=i54ˊi43i32ˊi21=n5n4n3n2/n4ˊn3n2ˊn1=d4ˊd32ψ3/d5d4ω2ˊT=2.205（在洗涤时，可调动链传动1-2机构使传动比为1:1）若人不疲劳状态下，人平均踩动速度n1=60r/min则n5=132.3r/min即洗涤时滚筒转速为132.3r/min如图4，在已求知lAB时利用余弦定理易求得:∠CˊAD=12.7°，∠CAD=10.4°极位夹角θ=∠CˊAD－∠CAD=12.7°－10.4°=2.3°行程比系数k=(180°+δ)/（180°－δ）=1.026由行程比系数知急速回程不明显，即正反转洗涤状态大致相同。-6-4.传动角的校核计算如图5，出现最小传动角的两个位置为AB和AD同轴线的时候r1=arcos{[(l2BC+l2CD)－（lAD－lAB）2]/2lBClCD}=arcos[(3002+842－240.62)/2×300×84]=39°r2=arcos{[(l2BˊCˊ+l2DCˊ)－（lAD－lAB）2]/2lB’C’lDC’}=arcos[（3002+842－359.42）/2*300*84]=129.6°r2ˊ=180°－129.6°=50.4°rmin=min（r1，r2）=39°有利传动[rmin]=40°最小传动角比有利传动最小传动角小，但相差甚微，故传动性能上比较良好5.脱水—洗涤转换开关的设计和计算-7-已知LHI=59.4mmLIF=84mm设计如图，为使滑筒C具有较大的移动位移，使LDE=40mm,LID=20mmLIC=100mm通过作图法可得：.LAB=59.5mm，LBC=86.5mm，C的最大位移为23mm。6.滚筒在两种工作状态下的运动线图：易知：ψ5=ψ3*i53ω5=ω3*i53α5=dω/dt脱水时的运动线图：洗涤时的运动线图：ψ-8-ψ—t图T7页ω—t图-9-α—t图8页7.自行车链传动机构设计与计算为了使传动平稳,小链轮齿数不宜过少,由于选定传动比为i=1:3,则查资料可得出小链轮齿数Z1=25,则大链轮Z2=75.由于对链的极限载荷不高,可选用08A号链(极限载荷Q=13800N滚子直径d1=7.95mm得出节距p=12.70mm)由公式d=p/sin（180°/2）得出两链轮的分度圆直径d小=101mmd大=303mm齿顶圆d小ˊ=d小+1.25p―d1=108.9mmd大ˊ=310.9mm齿根圆df=d―d1d小ˊˊ=100.95mmd大ˊˊ=302.95mm两轮中心距a=（30~50）p，因中心距过大的话链条易抖动，所以取a=40p，a=508mm链节数：Lp=2a/p+（Z1+Z2）/2+p/a（Z2―Z1）2经圆整（节数最好是偶数目与齿数互质）后取Lp=136链条不宜超过12m/s，经计算工作时υ=ωr=1*d/2=151.5mm/sυ[υ]∴符合8.洗衣—脱水时自行车踩动的力度的计算根据调查，比较其他洗衣机，我们选取洗衣机的洗涤和脱水功率分别为120W、200W。查相关数据，得出齿轮的传动效率是0.96，连杆的传动效率是0.9，链传动效率是0.96。洗涤和脱水的转速分别为60r/min、75r/min，自行车轴的扭矩分-10-别为：M=[9549*(P/η)]/n=[9549*(0.12/0.963/0.9）]/60=23.98N*mM＇=[9549*(P/η)]/n=[9549*(0.2/0.963/0.9）]/75=31.98N*m踩杆长度为0.25m，则脚踩大轮1所用的力为F=M/d=23.98/0.25=95.92NF＇=M＇/d=31.98/0.25=127.92N三、参考文献1、邢钢，徐玉秀。再生能源健身自行车研制及动态分析【J】。天津工业大学学报，2006（1）：67—69.2、陈浩，保和平。洗衣机原理与维修技术。河南科技技术出版社，1999年8月第1版。3、陈永甫。洗衣机的原理与维修。电子工业出版社，1992年8月第一版。9页4、孙恒，陈作模，葛文杰。机械原理。高等教育出版社，2006年5月第七版。5、杨可桢，程光蕴，李仲生。机械设计基础，高等教育出版社。2006年5月第五版。-11-10页