波轮式全自动洗衣机机电系统设计

图 2-3 空气开关结构及其水压传递系统
（2）进水电磁阀 进水电磁阀的结构，如图 2-4 所示。
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图 2-4 进水电磁阀
线圈得电，进水电磁阀打开，开始进水；线圈失电，进水电磁阀闭合，停止 进水
90 年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换 与调节，诞生了许多新水流洗衣机。
全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需 要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程 序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗 衣过程自动完成。所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。从控制方 式的发展阶段上分：
2.2 总体设计
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，停止按钮用来手动停止进水、排水、 脱水及报警，排水按钮用来手动排水。
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2 波轮式全自动洗衣机机电系统设计
2.1 设计任务
设计一种波轮式全自动洗衣机的机电系统，要求最大洗衣机质量为 3.8kg， 内桶直径 400mm，洗衣转速约为 140~200r/min，脱水转速约为 700~800r/min。 要求具有自动调节水位、自动进水、排水、自动脱水和手动排水、停止等功能。
图 2-1 自动洗衣机示意图
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一般来说，波轮式全自动洗衣机具有进水、洗涤、漂洗、排水、脱水、水位 自动控制等基本功能，其结构主要有进水系统、洗涤系统、排水系统、脱水系统、 电动机控制和传动系统、电气控制系统、支承机构等 5 大部分组成。详细结构如 图 2-2 所示。
1) 学习机电一体化系统总体设计方案立定，分析与比较的方法。 2) 通过对机械系统的设计，掌握集中典型传动晚间与导向元件的工作原 理、设计计算方法与选用原则。如齿轮/同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺 母副、直线滚动导轨副等。 3) 通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选 择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移/速度传感器；如交流、逼近伺服 进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。 4) 通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件 的设计思路；如控制系统选用原则、CPU 选择、存储器扩展、I/O 接口扩展、A/D 与 D/A 配置、键盘与现实电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机 的控制软件等、 5) 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计” 的思想。 6) 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能 力。
洗涤工作完成后，排水电磁阀被打开，洗涤桶内的水位下降，气室内的水压 降低，水位开关的阀心在弹簧的压力下向下移动，达到一定的位置后，动簧片中 间不分低于两侧部分，小簧片的压力方向又迅速改变，动簧片两侧被推向上方， NO 触点和 COM 断开，NC 和 COM 闭合。这时单片机输入状态已经发生改变，控制 电路接通电机，进入脱水程序。
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《专业综合训练课程设计》
说明书
课题名称： 学生姓名： 专 业： 成 绩：
波轮式全自动洗衣机电控装置设计 学号：
班级： 指导教师签字：
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目录
1 绪论.............................................................. 2 1.1 专业综合训练课程设计课题来源和目的 .......................... 2
2.3 机械结构设计
2.3.1 进水、排水系统设计
全自动洗衣机的进、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等 组成。
（1）水位开关 水位开关又称压力开关。洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状态 是由压力开关检测的。当洗衣机工作在洗涤和漂洗程序时，若桶内无水或水量不 够，压力开关则发出供水信号。当水位达到设定值时，压力开关将发出关闭水源 的信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关 将发出排水受阻信号。进水排水信号，控制系统自动关闭或打开进水阀与排水阀。 如果在极限时间内，水位没有达到预定要求，蜂鸣器就会自动报警。 波轮式全自动洗衣机上使用最多的水位开关是空气压力开关，其结构如图 3 所示。按其功能可大致分为气压传感装置、控制装置及触点开关三部分。 水位开关主要有气压传感装置、控制装置、触点开关三部分构成。气压传感 装置由气室、橡胶模、塑料盘、顶心组成；控制装置由压力弹簧、导套、调压螺
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各种类型的机械或生产过程. 可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于与各 种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
专业综合训练课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生做那个和运 用说学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结 合的设计训练，主要目的是：
图 2-2 波轮式全自动洗衣机结构 波轮式全自动洗衣机采用套筒式结构，波轮装在内桶的底部。内桶为带有加强筋和均布 小孔的网状结构，并可绕轴旋转。外筒弹性悬挂在机箱外壳上，主要用于盛水，并配有一套 进水和排水系统，用两个电磁阀控制洗衣机的进、排水动作。外筒的底部装有电动机、减速 离合器，以及传动机构等部件。动力和传动系统能提供两种转速，低速用于洗涤和漂洗，高 速用于脱水，通过减速离合器来实现两种转速的切换。
当气室内的压力逐渐升高时，气室上方的橡皮膜被逐渐向上推起，使得顶芯 就克服弹簧的压力被推向上方，同时带动动簧片中间的部分一起向上移动。当它 超过两侧部分的位置时，中间小簧片上的压力方向会突然改变，两侧会快速地向 下方弯曲，动簧片上的触电与下方的静触点接触，NO 触点和 COM 闭合，NC 和 COM 断开。经过这一过程后，再单片机使电磁进水阀的电路被切断，进水停止，同时 接通了洗涤电机的电路，波轮开始运转，洗涤工作开始。
1880 年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。之后，水力 洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现。
1911 年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自 动化的开端。
1922 年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式——搅拌式。搅拌式洗衣机 由美国玛依塔格公司研制成功。
70 年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳 目一新。
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1 绪论
1.1 专业综合训练课程设计课题来源和目的
从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项 劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。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。
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。
结论............................................................... 30 致谢............................................................... 31 参考文献........................................................... 32
3 波轮式全自动洗衣机控制系统的设计................................. 14 3.1 全自动洗衣机控制系统的要求.................................. 14 3.2 I/O 的地址分配及连接图...................................... 14 3.3 流程图...................................................... 16 3.4 I/O 连接图.................................................. 17 3.5 控制系统的梯形图设计 ....................................... 18 3.6 程序指令图.................................................. 25
全自动洗衣机可分为两大类： 第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。 第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全 自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产 品，是自动控制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统 正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而 设计。它采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制
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钉、杠杆和凸轮组成；触点开关由动簧片、开关小弹簧、动静触电组成。 水位开关的作用原理，当进水电磁阀向洗涤桶内注水时，桶内的水平面会不
断升高，在它超过盛水外桶底部的气室入口时，气室内的空气就被封住了出口。 随着水平面的不断升高，桶底的压力就越来越大，气室、导气管和水位开关内部 的空气被压缩，气压也随之增大。当桶内的水位逐渐下降时，也就是水量减少时， 气压也跟着下降。因此，桶内的水位高低，就转换成桶底压力的变化，水压力的 变化导致了气室内气压的变化，同时，气压的变化又引起了水位开关内橡皮膜的 机械动作，这种机械运动在牵动触点簧片的上下移动，最后起了通、断电路的功 能，完成了预定的水位控制工作。所以说，水位开关也可以称之为“启动开关”。
2 波轮式全自动洗衣机机电系统设计.................................... 4 2.1 设计任务..................................................... 4 2.2 总体设计..................................................... 4 2.3 机械结构设计................................................. 5 2.3.1 进水、排水系统设计 ..................................... 5 2.3.2 减速离合器设计......................................... 7 2.4 机械传动系统设计 ............................................ 9 2.4.1 方案设计 ............................................... 9 2.4.2 电动机选用............................................. 9 2.4.3 带传动设计 ............................................ 10 2.4.4 带轮的结构设计........................................ 13