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健身式洗衣机
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
一、概述…………………………………………2
二、健身式洗衣机的工作流程及工作原理…………2
1.传动比的计算………………………………………………3
2.在机构洗涤衣服时,连杆H在轮2ˊ连接半径的计算…3
3.急速回程特性计算…………………………………………5
4.传动角的校核计算…………………………………………6
5.脱水—洗涤转换开关的设计与计算………………………6
6.滚筒在两种工作状态下的运动线图………………………7
7.自行车链传动机构设计与计算……………………………9
8.洗衣—脱水时自行车踩动的力度的计算…………9
三、参考文献…………………………………………9
-、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
如图所示,健身式洗衣机的整体运动结构简图
图1
1.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。
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度的选取。
选择如下:
lAE=lCD=3/4R3=(3/4)*(224/2)=84mm
lEC=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。
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
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
ψ—t图T
7页
ω—t图
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=108.9mm
d大ˊ=310.9mm
齿根圆df=d―d1
d小ˊˊ=100.95mm
d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,自行车轴的扭矩分别为:
M=[9549*(P/η)]/n=[9549*(0.12/0.963/0.9)]/60=23.98N*m
M'=[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=95.92N
F'=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。
10页
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