【正文】 第 0 頁，共 41 頁 目 錄 前言 ...........................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 洗衣機(jī)說明書 1. 課程設(shè)計(jì)的 任務(wù) ...............................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2. 洗衣機(jī)簡介 ................................................. 2 .............................................. 3 概述 ............................................ 4 3. 傳動(dòng) 方案討論 ............................................... 4 ........................................... 6 ................................ 6 ................................. 13 裝配圖 ......................................... 16 /排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡介 ..................................... 16 進(jìn)水電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 ................................... 17 排 水電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 ................................... 18 水位開關(guān)控制原理 ............................................. 20 ............................................. 22 控制芯片 的選擇 ............................................... 22 ..................................................... 22 程序 設(shè)計(jì) ................................................. 24 ................................................... 39 心得體會(huì) ..................................................... 40 參考文獻(xiàn) ..................................................... 41 附錄 ........................................................ 41 第 1 頁，共 41 頁 前 言 本次機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于硬件部分的減速離合器設(shè)計(jì)。經(jīng)過小組提出方案對(duì)比與討論，最終決定使用單向軸承式減速離合器，具體討論過程將在后面的說明書中詳細(xì)介紹。 減速離合器的各部件的選擇、設(shè)計(jì)是洗衣機(jī)硬件部分的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其具有體積小，功能多，零部件構(gòu)成復(fù)雜等特點(diǎn)。主要構(gòu)成部分有離合裝置，制動(dòng)裝置以及行星輪系二級(jí)減速裝置，這些裝置的設(shè)計(jì)尺寸選擇，功能原理將在后面的洗衣機(jī)說明書中詳細(xì)介紹。 考慮到設(shè)計(jì)的是家用洗衣機(jī)， 并根據(jù)對(duì)洗衣機(jī)體積，功能的要求確定 洗衣機(jī)采用 以 單片機(jī) 為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它 具有 功能強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小 等特點(diǎn)。該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程 。 該設(shè)計(jì)為 單片機(jī)控制的 全自動(dòng) 家用 洗衣機(jī)，主要介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理 （主要是重點(diǎn)設(shè)計(jì)部件減速離合器） ，控制系統(tǒng)的 單片機(jī) 的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，控制系統(tǒng) 單片機(jī) 程序。 最后，在該設(shè)計(jì)過程中給予極大鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由于在設(shè)計(jì)過程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。 第 2 頁，共 41 頁 1. 課程設(shè)計(jì)的 任務(wù) 設(shè)計(jì)一種波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)，要求最大洗衣質(zhì)量為 ，內(nèi)筒直徑為φ 400mm，洗衣機(jī)轉(zhuǎn)速約為 140～ 200r/min，脫水轉(zhuǎn)速約為 700～800r/、根據(jù)衣服種類設(shè)定洗滌模式、自動(dòng)進(jìn)水、排水和自動(dòng)脫水等功能。 硬件設(shè)計(jì)： 主要是傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（減速離合器）的各部分原理，零件尺寸的選擇，以及可實(shí)現(xiàn)的功能 軟件設(shè)計(jì)： 全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能要求：強(qiáng)弱洗功能； 4 種洗衣程序（標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)、單獨(dú)、排水）；進(jìn)排水系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能；脫水期間安全保護(hù)和防震功能；間歇驅(qū)動(dòng)方式；暫停功能；聲光顯示功能 硬件電路設(shè)計(jì)（ protel 上機(jī)繪圖） 控制程序設(shè)計(jì) 2. 洗衣機(jī)簡介 全自動(dòng)洗衣機(jī)是指洗滌、漂洗、脫水各功能的轉(zhuǎn)換都不需要手工操作，完全是自動(dòng)進(jìn)行的洗衣機(jī)。在選定的工作程序內(nèi)，整個(gè)洗衣過程是通過程控器發(fā)出各種指令，控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作而自行完成。 波輪式洗衣機(jī)又稱波盤式洗衣機(jī)，依靠波輪定時(shí)正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)或連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行洗滌。 按控制方式不同可分為機(jī)電式和微電腦式兩類。機(jī)電式全自動(dòng)洗衣機(jī)是由機(jī)電程控器控制觸點(diǎn)的開關(guān)來完成洗滌、漂洗和脫水全過程。微電腦式全自動(dòng)洗衣機(jī)是由微電腦式程控器輸出控制信號(hào)。兩值得主要區(qū)別在于電氣控制部分，其總體結(jié)構(gòu)基本相同。 第 3 頁，共 41 頁 全自動(dòng)洗衣機(jī)有多種洗滌程序，可供您自由選擇，工作時(shí)間可任意調(diào)節(jié)，工作狀態(tài)及洗、脫時(shí)間在面板都有顯示，能自動(dòng)處理脫水不平衡，具有各種故障和高低壓自動(dòng)保護(hù)功能，工作結(jié)束或電源故障會(huì)自動(dòng)斷電，無需看管確保安全。它還具有浸泡、手洗水流功能 。 全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶） 和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。 該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。 脫水時(shí)，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。 進(jìn) 水 口 啟 動(dòng) 按 鈕 停 止 按 鈕排 水 按 鈕控 制 器高 水 位 開 關(guān)低 水 位 開 關(guān)排 水 口內(nèi) 桶外 桶波 盤洗 滌 電 機(jī) 第 4 頁，共 41 頁 全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)是普及的家用電器，根據(jù)家用洗衣機(jī)的特點(diǎn) ,目前的家用洗衣機(jī)都采用單片機(jī)進(jìn)行控制。該控制對(duì)象具有如下功能：波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安裝的。外桶固定，作盛水用；內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)外桶水流相通。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥控制。進(jìn)水時(shí)，控制系統(tǒng)使進(jìn)水電磁閥打開，將水注入外桶；排水時(shí)，使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌和脫水由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過電磁閥離合器來控制，將動(dòng)力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內(nèi) 桶）。電磁離合器失電時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗滌波輪實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，進(jìn)行洗滌；電磁離合器得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行甩干（此時(shí)波輪不轉(zhuǎn)）。水位高低分別由高低水位開關(guān)進(jìn)行檢測，啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。 3. 傳動(dòng) 方案討論 方案一采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這是一種洗衣機(jī)專用電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，這里介紹的洗衣機(jī)專用電機(jī)除了起到電機(jī)的作用，還起到離合器的作用。其結(jié)構(gòu)組成為：主要由內(nèi)軸、外軸、單向軸承、電磁制動(dòng)裝置（制動(dòng)裝置有多種形式，這里只是設(shè)定其中一種）、減速器、脫水電機(jī)、洗衣電機(jī)等部分組成。 洗衣機(jī)專用電機(jī)的工作原理是： (1) 洗衣程序時(shí)，洗衣電機(jī)通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速器使內(nèi)軸減速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電磁制動(dòng)裝置處于制動(dòng)狀態(tài)。 (2) 脫水程序時(shí) ,洗衣電機(jī)不通電，脫水電機(jī)通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使外軸與轉(zhuǎn)子等速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電磁制動(dòng)裝置處于不制動(dòng)狀態(tài)。 (3) 當(dāng)洗衣機(jī)處于脫水狀態(tài)時(shí)，如人為打開機(jī)蓋，則通過連動(dòng)開關(guān)使電機(jī)斷電，同時(shí)使電磁制動(dòng)裝置處于制動(dòng)狀態(tài)，使脫水桶停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)要求。 第 5 頁，共 41 頁 圖 31 方案三傳動(dòng)簡圖和結(jié)構(gòu)圖 其優(yōu)缺點(diǎn)為： （ 1）優(yōu)點(diǎn) 重量集中在中心因而不需要裝置平衡塊，內(nèi)外軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換直接由電機(jī)實(shí)現(xiàn)，不需要拉動(dòng)離合器手柄的牽引器，因?yàn)闆]有皮帶對(duì)軸拉緊的張力，可以將洗衣機(jī)專用電機(jī)直接安裝在外桶上，不需要安裝底板。減少摩擦，降低噪聲及延長使用期，使洗衣機(jī)裝配程序大大簡化，使洗衣機(jī)容易維修。 （ 2）缺點(diǎn) 對(duì)制造要求相對(duì)較高，制造成本也相對(duì)較高，國內(nèi)對(duì)這種機(jī)型的制造較少，普及面不高。 傳動(dòng)方案二 屬于間接驅(qū)動(dòng)方式， 通過普通電機(jī)，一般為單相異步交流電機(jī)通過一級(jí)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)離合器工作，以實(shí)現(xiàn)洗衣和脫水。 其基本工作原理為 : (1) 洗衣程序時(shí)，電機(jī)通過皮帶帶動(dòng)離合器皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使離合器內(nèi)軸（ 輸入 軸）作減速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)外軸（脫水軸）處于制動(dòng)狀態(tài)，離合器離合彈簧處于“分”的狀態(tài)。 (2) 脫水程序時(shí)， 控制方絲離合彈簧的棘爪 開始工作，使離合彈簧處于“合”的狀態(tài)。然后電機(jī)帶動(dòng)離合器皮帶輪旋轉(zhuǎn)，使離合器外軸與與離合器皮帶輪作等速旋轉(zhuǎn) 其優(yōu)缺點(diǎn)為： 第 6 頁，共 41 頁 (1) 優(yōu)點(diǎn) 制造成本和制造精度相對(duì)較低，價(jià)格便宜，國內(nèi)這種類型的洗衣機(jī)普及面廣，制造工藝成熟，零部件易更換維修。 (2) 缺點(diǎn) 洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作效率低、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、啟動(dòng)電流大、故障率比較高、控制精度低；在結(jié)構(gòu)設(shè)置上，洗衣機(jī)的電機(jī)軸與滾筒的幾何中心軸不可能同軸（需要皮帶減速），處于偏置狀態(tài)，而正是這種“偏置”，造成了洗衣機(jī)在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，難以平衡的問題。所以，迫使我們不得不增加平衡塊，以抑制整個(gè)機(jī)體工作時(shí)的振動(dòng)和噪音；電機(jī)的固有結(jié)構(gòu)及特性決定了這種電機(jī)的單位體積功率偏小、起動(dòng)力矩偏弱、過載能力不足等。 經(jīng)過小組成員深入討論 對(duì)比了各方案，考慮到傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造難度、制造成本、通用性、互換性、工 藝性、維修便捷性，選用方案 二的傳動(dòng)系統(tǒng)。下面將對(duì)方案二 的傳動(dòng)系統(tǒng)具體組成結(jié)構(gòu)和原理作詳細(xì)分析。 4. 傳動(dòng)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 計(jì)算 減速離合器 的 結(jié)構(gòu)和 工作原理 簡介 早期設(shè)計(jì)的小波輪全自動(dòng)洗農(nóng)機(jī)的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉(zhuǎn)速相同。新型大波輪全自動(dòng)洗衣機(jī)的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器，其種類很多，但主要結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。目前應(yīng)用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動(dòng)式減速離合器。 基本結(jié)構(gòu) (分為離合器與行星減速器 ) ①離合器主要結(jié)構(gòu)如圖 7(1) (2)所示。離合器中部有兩根軸：輸入軸 l 和脫水軸 l8。輸人軸 1 的下端加工成四方形，與之相配的帶輪 3 和離合套 20 的內(nèi)孔也是方形。離合套 20 和帶輪 3被螺母2固定在輸人軸 1 上，由于方軸與方孔的第 7 頁，共 41 頁 緊密配合，從而帶輪 輸入軸 I 和離合套 20 聯(lián)成了一體。輸入軸 1 的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內(nèi)孔配合聯(lián)接。 輸入軸 l的外部是脫水軸 18。在衣服洗滌時(shí)，脫水軸靜止不轉(zhuǎn)；而洗滌結(jié)束后，脫水軸應(yīng)將帶輪 3 的高轉(zhuǎn)速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉(zhuǎn)換功能是由方絲離合彈簧 4 完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的 直徑比下端略小一些。由于脫水軸 18 和離臺(tái)套 20 的外徑比方絲離合彈簧的內(nèi)徑略大，在自由狀態(tài)時(shí)，方絲離合彈簧就抱緊在離合套 20 和脫水軸 18 的外壁上。當(dāng)帶輪帶動(dòng)離合套向彈簧旋緊方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過方絲離合彈簧就將帶輪 3 的轉(zhuǎn)動(dòng)由離合套 20 傳遞到第 8 頁，共 41 頁 脫水軸 18，這就是 “ 合 ” 時(shí)的脫水狀態(tài)。在洗滌時(shí)，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內(nèi)徑變大，從而與離合套 20 脫離接觸，這就是 “ 離 ” 時(shí)的洗滌狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)彈簧旋松的機(jī)構(gòu)是棘輪棘爪裝置，圖 8 是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡 2卡在棘輪 3的內(nèi)槽中，通過棘爪 5的擺動(dòng)使棘輪 3轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而帶動(dòng)方絲離合彈簧向旋松方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 7 中的 8 是單向滾針軸承部件，它的內(nèi)圈與脫水軸 18 相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架 19 中，支撐架用螺栓和離合器外罩 14固定在一起。在單向滾針軸承 8的作用下，脫水軸 l8 只能向一個(gè)方向自由旋轉(zhuǎn)。單向滾針軸承是滾針軸承產(chǎn)品領(lǐng)域中一種科技含量較高的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向截面小。因?yàn)槠渫馊ぷ髅媸切ㄐ危灾辉试S一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)．可以起到單向離合器的作用。洗衣機(jī)單向滾針離合器的工作原理如圖