家用洗碗机设计

摘要:本设计引入洗衣机的波轮清洗技术，充分吸收洗衣机的优点，较好地解决了喷淋式洗碗机洗不干净的问题。同时利用波轮进行清洗的家用洗碗机还可以用来洗蔬菜，衣服等。其具有多级调速，一级转速（高速）时可对家用一般餐具进行洗涤；二级转速（中速）可以对蔬菜、水果等进行冲洗；三级转速（低速）时，更换洗涮桶甚至可以用来洗衣物。从而集洗碗，洗菜，洗衣于一身。

关键词:家用洗碗机；波轮；波轮轴

随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，选购家用电器为自己减轻家务，享受更多的休闲时间，己经是不争的时尚。洗碗是一个家庭每天必须做的家务，尤其在中国，人们喜欢饭后马上洗碗，这无疑给家庭带来了更大的负担。洗碗过程是先用洗洁剂去油污，再用清水冲洗，然后擦干放入消毒柜中消毒。这个过程简单枯燥，而且对手也有很大的伤害。因而，洗碗机被称为是继洗衣机之后“对人手第二次解放”，是作为具有“餐后革命，迈向健康新生活”的美誉的新一代时尚家电，能够使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。本设计引入洗衣机的波轮清洗技术，充分吸收洗衣机的优点，并将其运用到设计中，较好地解决了喷淋式洗碗机洗不干净的问题。同时利用波轮进行清洗的家用洗刷机还可以用来洗蔬菜，衣服等。其具有多级调速，一级转速（高速）时可对家用一般餐具进行洗涤；二级转速（中速）可以对蔬菜、水果等进行冲洗；三级转速（低速）时，更换洗涮桶甚至可以用来洗衣物。从而集洗碗，洗菜，洗衣于一身。

一、家用洗碗机工作原理

家用洗碗机机构的原理如图1所示，驱动电机经过减速之后（减速器需与驱动电机配套）通过联轴器驱动波轮轴转动，波轮轴一旦转动后，就会带动波轮转动，从而完成工作。工作时，打开控制开关，电机首先开始工作。然后电机再带动波轮轴进行高速旋转，从而波轮也开始运动。其间可以通过单片机来实现多级调速。在正常使用时，将一定量的水和洗涤剂倒入其中，洗碗机依靠旋转波轮产生的洗涤液涡流，并在洗涤剂的物理和化学作用下及水流的机械作用下，使污垢不断脱离被洗物，最后达到洗净效果。

图1机构原理图

1、洗刷桶2、波轮 3、波轮轴套 4、含油轴承 5、波轮轴 6、联轴器 7、减速器 8、驱动电机

二、家用洗碗机设计计算

家用洗刷机的结构设计关键是对波轮轴系的设计，其它结构都围绕它来设计。波轮轴系里包括波轮，波轮轴，轴套，密封圈等一系列零件。在设计时，首先应对波轮进行计算，算出波轮受力情况及力矩，功率大小。然后选择合适的电动机，计算运动和动力参数，并分配。之后把波轮轴的具体尺寸确定下来，再根据资料选好密封圈，轴承，最终完成波轮轴系的整体设计。在波轮轴系设计完成后，在对洗刷桶，底座等辅助部分进行设计。在整个机构设计完成后，再利用单片机对系统进行控制，实现多级调速，及电机的正反转控制。

（一）波轮的设计

波轮如图2所示是本设计的核心部分，其尺寸，形状都需要通过大量的实验及运动学的分析来确定。

图2波轮结构图

波轮旋转所形成的水流运动的过程类似于化工生产中的物料的搅拌。从作用和结构上看，波轮旋转与搅拌十分相似，搅拌器所搅拌的一般是液体、悬浮液、乳浊液等，浆叶和其轴受力均匀；而波轮则是高速旋转带动水流，波轮和中心轴的受力较为均匀，波轮的形状与一般浆叶也有区别。搅拌器的浆叶一般多为多叶敞开式，而波轮却是带有多条筋幅的园盘形半散开，因而有关搅拌器的理论和汁算不能完全套用。但可以借用搅拌器的理论来帮助认识波轮的工作状况。

按搅拌理论，波轮在正常运转时要克服水对波轮的摩擦阻力所消耗的功率；在启动时，除要克服水的摩擦阻力所消耗的功率外，还要克服水在静止状态下的惯性力所消耗的功率，其总功率消耗为：

（1）

对于化工生产中的搅拌器，连续运转时间长，启动次数很少，则与运相比显得很小，可以忽略。但对于需经常短时间频繁起动的波轮式洗刷机来说，要大于，其值就显得十分重要，一般说大约为的2~3倍以上。

分析正常运转时水对波轮的阻力，根据牛顿定律，其值为：

（2）

ξ—流体的阻力系数

F—波轮在垂直于运动方向的投影面积(米2)

γ—流体的重度(千克/米3)

g—重力加速度(9.8米/秒2近似为10米/秒2)

在搅拌运动中的雷诺数为：

（3）

及分别为流体的密度和粘度。从上式看，雷诺数的大小与搅拌机的直径的平方和转速成正比。即搅拌器直径的大小比转速对水流涡动的影响要大。

对于浆式搅拌器，浆叶运转时消耗的功率为：（4）

式中 为一常数；

；

h—浆叶高度；

d—浆叶直径。

（二）波轮轴的结构设计

图3波轮轴的结构简图

如图3是波轮轴的结构简图，下面详细说明各尺寸的确定过程。

（1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：波轮轴AB段需要与波轮通过平键连接，取，再由波轮尺寸得出AB段直径；

（2）根据旋转轴唇形密封圈取波轮轴的BC段的直径；

（3）初步选择含油轴承。因本设计中要求轴承长时间不加润滑油，且仅受有径向力的作用，故选用含油轴承。参照工作要求，并根据含油轴承尺寸，得出直径；

（4）波轮轴根据轴套长度及配合尺寸取DE段长度，并加工l~2mm的退刀槽；

（5）波轮轴EF段需要通过套筒联轴器与电机轴联接，,；

（6）轴上零件的周向定位：

波轮轴在EF处与套筒联轴器采用平键联接，此处轴径为18mm。由手册查得平键截面b×h=6mm×6mm（GB/T1095-1079），键槽用键槽铣刀加工，长为12mm（标准键长见GB/T 1096-1979）；同时为了保证套筒联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择套筒与轴的配合为H8/h6。同样，联轴器与减速器轴选用的平键为6mm×6mm×12mm，配合也为H7/h6，含油轴承的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为e6；

（7）确定轴上的圆角和倒角尺寸

轴端倒角2×45°，各轴肩角半径2mm。

三、控制系统总体设计

整个家用洗刷机总体控制由于设计本身比较简单，且要求完成的工作只是波轮的旋转，即洗涤动作。洗涤动作指的是电机周期性的“正转－停止－反转－停止”。不同的洗刷过程，控制电机执行“正转－停止－反转－停止”的时间是不同的，标准洗涤过程经查可取：正转1.60秒－停止0.56秒－反转1.60秒－停止0.56秒。

四、结论

本文主要是对于家用洗刷机的基本结构设计，对整个控制系统提出了一个简易总体方案。与现实生活中的相比，还存在许多不足和不科学之处，因此还可以进一步详细地设计一个更科学，实用的方案。

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