健身洗衣機黎璨青彭皓嵐

1、機械原理課程設計報告專 業(yè)： 測控技術與儀器（精密儀器） 班 級： 1004班 學 號： U201010912，U201010895 姓 名： 黎璨青，彭皓嵐 指導教師： 朱 洲 華中科技大學機械學院 2013年 1月 24日 0 目 錄一、設計任務21、設計題目：健身洗衣機22、工作原理23、 原始參數(shù)及設計要求：3二、系統(tǒng)運動方案設定與構想41、幾種構思的設計方案及簡圖、簡介42、各種方案優(yōu)缺點分析，選擇最優(yōu)方案43、協(xié)調(diào)性設計，運動循環(huán)簡圖5三、傳動系統(tǒng)設計51、原動機的選擇52、總傳動比的計算53、傳動機構的選擇64、傳動參數(shù)的確定6四、執(zhí)行系統(tǒng)機構設計7五、同類專利比較8六、總結感想

2、收獲體會9七、主要參考資料（書名，作者名等）10一、設計任務1、設計題目：健身洗衣機2、工作原理 時代背景：當今時代，生活節(jié)奏快，生活壓力大，于是不管是藍領還是白領金領，都開始越發(fā)重視自己的健康問題，有的選擇去健身房或者運動場做運動，但這只是少數(shù)，畢竟比較麻煩，大多數(shù)人還是喜歡買了健身器材在家里隨時可以鍛煉。有沒有一種健身器材，可以既健身又能比較高效地利用健身的能量來干點其他的事呢？比如說做家務？這種思想理念驅動下，我們對家用電器、用具進行了考察分析，發(fā)現(xiàn)能不太麻煩地轉化的當屬洗衣機，因為洗衣機中有轉動機構，而我們做運動很多項目器材都包含轉動，于是想到我們的主題：健身洗衣機。 原理：通過騎踩自

3、行車帶動齒輪轉動再通過皮帶帶動洗衣機的轉動輪轉動，轉動輪跟洗衣機內(nèi)攪動棒同軸，攪動棒轉動與衣物摩擦實現(xiàn)衣物洗滌。為更有效地清潔衣物，我們設置了周期性正反轉，這樣可以讓攪動棒跟衣物充分接觸，也起到一定的翻轉衣物的作用。同時，我們設計了按齒數(shù)比例計數(shù)，用凸輪連桿機構實現(xiàn)排水功能。簡圖如下：3、 原始參數(shù)及設計要求：我們的參數(shù)設計以兩個要求作為基準。第一，預設人每次運動五分鐘，為了防止運動強度過大，以至太過疲勞，也為了防止強度不夠，達不到健身效果，設人以60r/min的速度勻速踩動踏板，每五分鐘為一個周期。第二，攪拌棒在轉動過程中，必須達到一定的轉速才能有效的清潔衣物，這里我們設置攪拌棒的轉速為15

4、0r/min。結合以上標準和實際所設計的傳動及執(zhí)行機構，我們的各項參數(shù)預設如下：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為兩個互補的不完全齒輪）二、系統(tǒng)運

5、動方案設定與構想1、幾種構思的設計方案及簡圖、簡介（1）、設計內(nèi)筒和外筒，增加甩干功能。我們預想將洗衣桶分為兩層，內(nèi)筒和攪拌棒分開，洗衣服時只有攪拌棒旋轉，甩干時將內(nèi)筒和攪拌棒固定在一起，利用攪拌棒帶動內(nèi)筒旋轉，從而達到甩干衣服的目的。但在具體實現(xiàn)時遇到了很大困難，無法很合理的將內(nèi)筒和攪拌棒固定在一起，移動攪拌棒或者移動內(nèi)筒都不太現(xiàn)實，因此，考慮再三，我們只好放棄甩干功能。（2）、設置變速齒輪，改變洗衣桶的轉速。 受到變速自行車的啟發(fā)，我們預先準備設計類似的變速裝置，以期通過改變輪齒來改變洗衣桶的轉速。我們想讓它自動完成齒輪轉換而達到換速功能，但在實現(xiàn)的過程中又遇到了很大的困難。除了手動變換齒

6、輪，我們想不出其他可以實現(xiàn)自動轉換齒輪的方法。后來我們想到了利用齒輪系來實現(xiàn)變速功能，便放棄了這個方案。2、各種方案優(yōu)缺點分析，選擇最優(yōu)方案 在初步考慮了以上方案，并在便于實現(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，代之以自動排水的功能，這個功能用我們在機械原理課程中所學的凸輪機構很容易實現(xiàn)，為了實現(xiàn)定時排水的功能，我們又想到了齒輪系。剛開始我們想利用定軸齒輪系完成1:784的傳動比，但驗算之后發(fā)現(xiàn)存在嚴重缺陷，便轉而用周轉齒輪系并收到了良好的效果。3、協(xié)調(diào)性設計，運動循環(huán)簡圖三、傳動系統(tǒng)設計1、原動機的選擇 因為是健身洗衣機，所以動力來自人的腳踩，人的腳踩踏在踏板

7、上使踏板處齒輪旋轉，從而帶動后續(xù)機構動作。2、總傳動比的計算 原則上輪1是原動件，但為了計算方便，這里取輪3為原動件。原動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。這里分別計算如下： 1、傳給攪拌棒 = = = = = = 2、傳給凸輪 = = = = = = 1 - = 1 - = 3、傳動機構的選擇 在傳到攪拌棒的過程中我們采用了定軸齒輪系。為了達到使攪拌棒正反向交替旋轉的效果，我們在對稱位置上安裝了兩個互補的不完全齒輪3和4，并保證在任一時刻，只有一個齒輪的輪齒與齒輪5相嚙合且中間無時間差，從而使攪拌棒能夠連續(xù)的正反向交替旋轉。在傳到凸輪的過程中我們采用了周轉齒輪系，因

8、為傳動比為1:784，用定軸齒輪系難以實現(xiàn)。4、傳動參數(shù)的確定 整個機構只有一個動力源，傳動系統(tǒng)分為兩個部分。在傳到攪拌棒的過程中所采用的是定軸齒輪系，因為攪拌棒的正向和反向旋轉是對稱的，所以在確定參數(shù)時以其中一種為準即可。在動力由齒輪3通過齒輪4，齒輪4，齒輪5，齒輪5和齒輪6傳到攪拌棒的過程中，我們可以得出傳動比為 = = 。按照前面提出的兩個要求，可以首先確定齒輪6的轉速為w6 = 150r/min，齒輪1的轉速為60r/min，而對于皮帶輪，從省力的角度，我們設定主動輪1的直徑為30cm，從動輪2的直徑為10cm，由和線速度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準齒輪，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)。為了達到傳動比的要求而且符合標準齒輪的齒數(shù)不小于17的要求，通過多次驗算和調(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。在實際裝配時中心距的問題也是必須考慮的，否則可能出現(xiàn)齒輪無法安裝的情況。通過示意圖我們可以看出，齒輪之間的位置應當滿足：，通過驗算，得：，滿足設計要求。在傳到凸輪過程中，我們原本打算使

10、用定軸齒輪系，但經(jīng)過測算，發(fā)現(xiàn)要想實現(xiàn)1:784的傳動比，要經(jīng)過很多對齒輪的傳動，而這樣不僅會增大制造成本，還會使精度嚴重下降，所以考慮用周轉齒輪系。事實證明，只需用4個齒輪就可以實現(xiàn)所要的傳動比。 = = 1 - = ，所以 = = = ，通過驗算，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)機構設計凸輪連桿機構設計按照設計要求，即齒輪1旋轉784轉，齒輪9旋轉1周，從而帶動凸輪旋轉一周，完成一次洗衣服的過程。在設計凸輪時我們采用了尖頂從動件盤形凸輪機構。我們預設在凸輪轉過的

11、最后90度時尖頂從動件開始工作，即推動閥門開始放水。閥門的最大深度為3cm。為了簡化設計過程，我們運用了圖解法對凸輪的輪廓進行了設計。設計過程在AutoCAD上完成。最后的效果圖如下： 五、同類專利比較1、 申請?zhí)?201220240810.0 申請日:20120525 主分類號:D06F 37/30 公告號：202595506U 公告日：20121212我們在其設計的基礎上增加了定時自動排水的功能，所以相比之下我們的設計要更加完善和人性化。2、 申請?zhí)?201210326277.4 申請日:20120906 主分類號:D06F 21/04 公開號：102817206A 公開日：2012121

12、2 桶中。此專利僅僅采用鏈條和齒輪將人的運動簡單的轉化為波輪的轉動。而我們不僅考慮了如何使攪拌棒正反向旋轉，還考慮了如何實現(xiàn)自動排水，相比之下我們的設計要巧妙的多，也更實用，更合理。 3、 申請?zhí)?201220053096.4 申請日:20120220 主分類號:D06F 23/04 公告號：202450293U 公告日：20120926 此項專利在傳動方式上與前兩項并無差別，沒有提出創(chuàng)新的方案。唯一改進的一點是洗衣桶可以設置為雙筒，但其并沒有具體說明雙筒的好處并加以實現(xiàn)，因此顯得不夠嚴謹。我們的傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)都是經(jīng)過精心設計的，充分利用了定軸齒輪系和周轉齒輪系的特點，進行了有效而且人性化

13、的處理?？傮w看來，我們的設計方案要比前幾種都優(yōu)越。 六、總結感想收獲體會 短短兩周的機械原理課程設計足以一生銘記。首先，從隊員數(shù)量方面，我們就不同于其他組：我們組一共兩名隊員：黎璨青和彭皓嵐。之所以沒有拉攏更多的同學加入我們，因為我們確實想借此機會好好鍛煉自己提升自己。而且我們堅信，我們兩個人有把握把這個課設弄好，用我們的心血澆灌成功之樹的根枝，讓她茁壯成長并最終開出絢爛花朵，結出累累碩果。方案的確定，我們花費了很多心思，總想著多加些功能上去，但最終發(fā)現(xiàn)，太過花哨反而不好，倒不如樸實簡潔更實用方便、不影響正常操作。在設計的過程中，我們遇到了很多困難，為了使設計最優(yōu)化，同時盡可能與我們所學的知識聯(lián)系起來，我們不斷改進方案，經(jīng)過多次討論，修改，我們最終確定了正反向轉動和定時自動排水兩個功能。因為我們選用了太多的齒輪，使得整個機構比較復雜，在制作三維動畫的過程中遇到了很大困難。但黎璨青同學不怕困難，通宵達旦刻苦鉆研solidworks軟件，最終成功實現(xiàn)三維動畫演示?？梢哉f，這次課程設計完全是我們獨立思考，自主研發(fā)的成果。在設計的過程中，我們充分