健身洗衣機(jī)黎璨青彭皓嵐

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告專(zhuān) 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器（精密儀器） 班 級(jí)： 1004班 學(xué) 號(hào)： U201010912，U201010895 姓 名： 黎璨青，彭皓嵐 指導(dǎo)教師： 朱 洲 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 2013年 1月 24日 0 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)21、設(shè)計(jì)題目：健身洗衣機(jī)22、工作原理23、 原始參數(shù)及設(shè)計(jì)要求：3二、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)定與構(gòu)想41、幾種構(gòu)思的設(shè)計(jì)方案及簡(jiǎn)圖、簡(jiǎn)介42、各種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析，選擇最優(yōu)方案43、協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)循環(huán)簡(jiǎn)圖5三、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)51、原動(dòng)機(jī)的選擇52、總傳動(dòng)比的計(jì)算53、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇64、傳動(dòng)參數(shù)的確定6四、執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7五、同類(lèi)專(zhuān)利比較8六、總結(jié)感想

2、收獲體會(huì)9七、主要參考資料（書(shū)名，作者名等）10一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)題目：健身洗衣機(jī)2、工作原理 時(shí)代背景：當(dāng)今時(shí)代，生活節(jié)奏快，生活壓力大，于是不管是藍(lán)領(lǐng)還是白領(lǐng)金領(lǐng)，都開(kāi)始越發(fā)重視自己的健康問(wèn)題，有的選擇去健身房或者運(yùn)動(dòng)場(chǎng)做運(yùn)動(dòng)，但這只是少數(shù)，畢竟比較麻煩，大多數(shù)人還是喜歡買(mǎi)了健身器材在家里隨時(shí)可以鍛煉。有沒(méi)有一種健身器材，可以既健身又能比較高效地利用健身的能量來(lái)干點(diǎn)其他的事呢？比如說(shuō)做家務(wù)？這種思想理念驅(qū)動(dòng)下，我們對(duì)家用電器、用具進(jìn)行了考察分析，發(fā)現(xiàn)能不太麻煩地轉(zhuǎn)化的當(dāng)屬洗衣機(jī)，因?yàn)橄匆聶C(jī)中有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而我們做運(yùn)動(dòng)很多項(xiàng)目器材都包含轉(zhuǎn)動(dòng)，于是想到我們的主題：健身洗衣機(jī)。 原理：通過(guò)騎踩自

3、行車(chē)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)再通過(guò)皮帶帶動(dòng)洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪跟洗衣機(jī)內(nèi)攪動(dòng)棒同軸，攪動(dòng)棒轉(zhuǎn)動(dòng)與衣物摩擦實(shí)現(xiàn)衣物洗滌。為更有效地清潔衣物，我們?cè)O(shè)置了周期性正反轉(zhuǎn)，這樣可以讓攪動(dòng)棒跟衣物充分接觸，也起到一定的翻轉(zhuǎn)衣物的作用。同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了按齒數(shù)比例計(jì)數(shù)，用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)排水功能。簡(jiǎn)圖如下：3、 原始參數(shù)及設(shè)計(jì)要求：我們的參數(shù)設(shè)計(jì)以?xún)蓚€(gè)要求作為基準(zhǔn)。第一，預(yù)設(shè)人每次運(yùn)動(dòng)五分鐘，為了防止運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，以至太過(guò)疲勞，也為了防止強(qiáng)度不夠，達(dá)不到健身效果，設(shè)人以60r/min的速度勻速踩動(dòng)踏板，每五分鐘為一個(gè)周期。第二，攪拌棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，必須達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速才能有效的清潔衣物，這里我們?cè)O(shè)置攪拌棒的轉(zhuǎn)速為15

4、0r/min。結(jié)合以上標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，我們的各項(xiàng)參數(shù)預(yù)設(shè)如下：齒輪1:w1=60r/min, r1=15cm齒輪2:w2=180r/min, r2=5cm齒輪3:m=2 , z=45齒輪3:m=1 , z=60齒輪4:m=2 , z=45齒輪4:m=1 , z=60齒輪5:m=1 , z=30齒輪5:m=1 , z=25齒輪6:m=2 , z=60, w6=150r/min齒輪7:m= 1, z=27齒輪8:m=1 , z=28齒輪8:m=1 , z=29齒輪9:m=1 , z=28(注：齒輪5和齒輪6為錐齒輪，其余均為直齒輪。齒輪3和齒輪4為兩個(gè)互補(bǔ)的不完全齒輪）二、系統(tǒng)運(yùn)

5、動(dòng)方案設(shè)定與構(gòu)想1、幾種構(gòu)思的設(shè)計(jì)方案及簡(jiǎn)圖、簡(jiǎn)介（1）、設(shè)計(jì)內(nèi)筒和外筒，增加甩干功能。我們預(yù)想將洗衣桶分為兩層，內(nèi)筒和攪拌棒分開(kāi)，洗衣服時(shí)只有攪拌棒旋轉(zhuǎn)，甩干時(shí)將內(nèi)筒和攪拌棒固定在一起，利用攪拌棒帶動(dòng)內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到甩干衣服的目的。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)遇到了很大困難，無(wú)法很合理的將內(nèi)筒和攪拌棒固定在一起，移動(dòng)攪拌棒或者移動(dòng)內(nèi)筒都不太現(xiàn)實(shí)，因此，考慮再三，我們只好放棄甩干功能。（2）、設(shè)置變速齒輪，改變洗衣桶的轉(zhuǎn)速。 受到變速自行車(chē)的啟發(fā)，我們預(yù)先準(zhǔn)備設(shè)計(jì)類(lèi)似的變速裝置，以期通過(guò)改變輪齒來(lái)改變洗衣桶的轉(zhuǎn)速。我們想讓它自動(dòng)完成齒輪轉(zhuǎn)換而達(dá)到換速功能，但在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中又遇到了很大的困難。除了手動(dòng)變換齒

6、輪，我們想不出其他可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換齒輪的方法。后來(lái)我們想到了利用齒輪系來(lái)實(shí)現(xiàn)變速功能，便放棄了這個(gè)方案。2、各種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析，選擇最優(yōu)方案 在初步考慮了以上方案，并在便于實(shí)現(xiàn)的前提下，我們又另辟蹊徑，想出了更巧妙的方案。我們舍棄了甩干的功能，代之以自動(dòng)排水的功能，這個(gè)功能用我們?cè)跈C(jī)械原理課程中所學(xué)的凸輪機(jī)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)排水的功能，我們又想到了齒輪系。剛開(kāi)始我們想利用定軸齒輪系完成1:784的傳動(dòng)比，但驗(yàn)算之后發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重缺陷，便轉(zhuǎn)而用周轉(zhuǎn)齒輪系并收到了良好的效果。3、協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)循環(huán)簡(jiǎn)圖三、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、原動(dòng)機(jī)的選擇 因?yàn)槭墙∩硐匆聶C(jī)，所以動(dòng)力來(lái)自人的腳踩，人的腳踩踏在踏板

7、上使踏板處齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)后續(xù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。2、總傳動(dòng)比的計(jì)算 原則上輪1是原動(dòng)件，但為了計(jì)算方便，這里取輪3為原動(dòng)件。原動(dòng)件做的功分為兩部分，一部分傳給了攪拌棒，另一部分傳給了凸輪。這里分別計(jì)算如下： 1、傳給攪拌棒 = = = = = = 2、傳給凸輪 = = = = = = 1 - = 1 - = 3、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 在傳到攪拌棒的過(guò)程中我們采用了定軸齒輪系。為了達(dá)到使攪拌棒正反向交替旋轉(zhuǎn)的效果，我們?cè)趯?duì)稱(chēng)位置上安裝了兩個(gè)互補(bǔ)的不完全齒輪3和4，并保證在任一時(shí)刻，只有一個(gè)齒輪的輪齒與齒輪5相嚙合且中間無(wú)時(shí)間差，從而使攪拌棒能夠連續(xù)的正反向交替旋轉(zhuǎn)。在傳到凸輪的過(guò)程中我們采用了周轉(zhuǎn)齒輪系，因

8、為傳動(dòng)比為1:784，用定軸齒輪系難以實(shí)現(xiàn)。4、傳動(dòng)參數(shù)的確定 整個(gè)機(jī)構(gòu)只有一個(gè)動(dòng)力源，傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分。在傳到攪拌棒的過(guò)程中所采用的是定軸齒輪系，因?yàn)閿嚢璋舻恼蚝头聪蛐D(zhuǎn)是對(duì)稱(chēng)的，所以在確定參數(shù)時(shí)以其中一種為準(zhǔn)即可。在動(dòng)力由齒輪3通過(guò)齒輪4，齒輪4，齒輪5，齒輪5和齒輪6傳到攪拌棒的過(guò)程中，我們可以得出傳動(dòng)比為 = = 。按照前面提出的兩個(gè)要求，可以首先確定齒輪6的轉(zhuǎn)速為w6 = 150r/min，齒輪1的轉(zhuǎn)速為60r/min，而對(duì)于皮帶輪，從省力的角度，我們?cè)O(shè)定主動(dòng)輪1的直徑為30cm，從動(dòng)輪2的直徑為10cm，由和線(xiàn)速度v相等，可以得出=180r/min。繼而得w3 = 180r/

9、min，這樣就可以確定 = = = = 。我們采用的齒輪都是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，故壓力角均為，現(xiàn)在要確定的是各齒輪的模數(shù)和齒數(shù)。為了達(dá)到傳動(dòng)比的要求而且符合標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)不小于17的要求，通過(guò)多次驗(yàn)算和調(diào)整，我們確定齒輪3:m=2 , z=45，齒輪3:m=1 , z=60，齒輪4:m=2 , z=45，齒輪4:m=1 , z=60，齒輪5:m=1 , z=30，齒輪5:m=1 , z=25，齒輪6:m=4 , z=60。在實(shí)際裝配時(shí)中心距的問(wèn)題也是必須考慮的，否則可能出現(xiàn)齒輪無(wú)法安裝的情況。通過(guò)示意圖我們可以看出，齒輪之間的位置應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足：，通過(guò)驗(yàn)算，得：，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在傳到凸輪過(guò)程中，我們?cè)敬蛩闶?/p>

10、用定軸齒輪系，但經(jīng)過(guò)測(cè)算，發(fā)現(xiàn)要想實(shí)現(xiàn)1:784的傳動(dòng)比，要經(jīng)過(guò)很多對(duì)齒輪的傳動(dòng)，而這樣不僅會(huì)增大制造成本，還會(huì)使精度嚴(yán)重下降，所以考慮用周轉(zhuǎn)齒輪系。事實(shí)證明，只需用4個(gè)齒輪就可以實(shí)現(xiàn)所要的傳動(dòng)比。 = = 1 - = ，所以 = = = ，通過(guò)驗(yàn)算，我們最終確定這些齒輪的參數(shù)為：齒輪7:m= 1, z=27，齒輪8:m=1 , z=28，齒輪8:m=1 , z=29，齒輪9:m=1 , z=28。四、執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求，即齒輪1旋轉(zhuǎn)784轉(zhuǎn)，齒輪9旋轉(zhuǎn)1周，從而帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)一周，完成一次洗衣服的過(guò)程。在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)我們采用了尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。我們預(yù)設(shè)在凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的

11、最后90度時(shí)尖頂從動(dòng)件開(kāi)始工作，即推動(dòng)閥門(mén)開(kāi)始放水。閥門(mén)的最大深度為3cm。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，我們運(yùn)用了圖解法對(duì)凸輪的輪廓進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程在AutoCAD上完成。最后的效果圖如下： 五、同類(lèi)專(zhuān)利比較1、 申請(qǐng)?zhí)?201220240810.0 申請(qǐng)日:20120525 主分類(lèi)號(hào):D06F 37/30 公告號(hào)：202595506U 公告日：20121212我們?cè)谄湓O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了定時(shí)自動(dòng)排水的功能，所以相比之下我們的設(shè)計(jì)要更加完善和人性化。2、 申請(qǐng)?zhí)?201210326277.4 申請(qǐng)日:20120906 主分類(lèi)號(hào):D06F 21/04 公開(kāi)號(hào)：102817206A 公開(kāi)日：2012121

12、2 桶中。此專(zhuān)利僅僅采用鏈條和齒輪將人的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化為波輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。而我們不僅考慮了如何使攪拌棒正反向旋轉(zhuǎn)，還考慮了如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水，相比之下我們的設(shè)計(jì)要巧妙的多，也更實(shí)用，更合理。 3、 申請(qǐng)?zhí)?201220053096.4 申請(qǐng)日:20120220 主分類(lèi)號(hào):D06F 23/04 公告號(hào)：202450293U 公告日：20120926 此項(xiàng)專(zhuān)利在傳動(dòng)方式上與前兩項(xiàng)并無(wú)差別，沒(méi)有提出創(chuàng)新的方案。唯一改進(jìn)的一點(diǎn)是洗衣桶可以設(shè)置為雙筒，但其并沒(méi)有具體說(shuō)明雙筒的好處并加以實(shí)現(xiàn)，因此顯得不夠嚴(yán)謹(jǐn)。我們的傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的，充分利用了定軸齒輪系和周轉(zhuǎn)齒輪系的特點(diǎn)，進(jìn)行了有效而且人性化

13、的處理。總體看來(lái)，我們的設(shè)計(jì)方案要比前幾種都優(yōu)越。 六、總結(jié)感想收獲體會(huì) 短短兩周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)足以一生銘記。首先，從隊(duì)員數(shù)量方面，我們就不同于其他組：我們組一共兩名隊(duì)員：黎璨青和彭皓嵐。之所以沒(méi)有拉攏更多的同學(xué)加入我們，因?yàn)槲覀兇_實(shí)想借此機(jī)會(huì)好好鍛煉自己提升自己。而且我們堅(jiān)信，我們兩個(gè)人有把握把這個(gè)課設(shè)弄好，用我們的心血澆灌成功之樹(shù)的根枝，讓她茁壯成長(zhǎng)并最終開(kāi)出絢爛花朵，結(jié)出累累碩果。方案的確定，我們花費(fèi)了很多心思，總想著多加些功能上去，但最終發(fā)現(xiàn)，太過(guò)花哨反而不好，倒不如樸實(shí)簡(jiǎn)潔更實(shí)用方便、不影響正常操作。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們遇到了很多困難，為了使設(shè)計(jì)最優(yōu)化，同時(shí)盡可能與我們所學(xué)的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，我們不斷改進(jìn)方案，經(jīng)過(guò)多次討論，修改，我們最終確定了正反向轉(zhuǎn)動(dòng)和定時(shí)自動(dòng)排水兩個(gè)功能。因?yàn)槲覀冞x用了太多的齒輪，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，在制作三維動(dòng)畫(huà)的過(guò)程中遇到了很大困難。但黎璨青同學(xué)不怕困難，通宵達(dá)旦刻苦鉆研solidworks軟件，最終成功實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)演示?？梢哉f(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)完全是我們獨(dú)立思考，自主研發(fā)的成果。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們充分