基于波轮式洗衣机的分层洗衣机的设计

基于波轮式洗衣机的分层洗衣机的设计
马璇1王彦铭1周闻静2
武汉商学院湖北省武汉市430000 南通理工学院江苏省南通市226001

摘要：近几年来，人们拥有的织物种类不断增多，不同种类织物因其使用场景以及自身材质的特殊性，并不适合与其他衣物放在洗衣机内同时清洗，而种类过多时，清洗费时费力，因此需要一种可以实现衣物分类并且可以方便日常使用的清洗设备，提高清洗效率。针对上述现象，本文基于对日常清洗衣物时的使用场景，对波轮式洗衣机的结构进行了初步改进，将从功能的角度出发对分层洗衣机的各个零部件进行介绍。

关键词：波轮洗衣机；工业设计；水的密封及控制策略

一、引言

（一）研究背景及意义

传统家电行业已经拥有高度细分化的市场，可以满足消费者各式各样的需求；并且经过几十年的积累，已经拥有一套非常成熟的技术体系。想要在家电领域有所突破，需要不断挖掘客户的潜在需求。随着人们的消费水平的提升，出现了越来越多细分化的织物，他们有着独特的用途和各种各样的材质。出于卫生的考虑，这些衣物本就有独立清洗的需求，例如袜子、内衣等。分层洗衣机的主要作用是分类清洗，因此本文研究的分层洗衣机可以满足以上需求。

（二）课题的技术背景

虚拟样机技术的产生，使得在实物样机制作之前就可以对其进行优化，从而大大节约了成本。

本文主要采用Solid works，Creo两款较为流行的三维建模软件进行三维设计，其中包括相关零部件的建模，装配等，并在solid works中对洗衣机清洗衣物进行运动仿真，检查其设计的合理性，对于一些复杂的曲面模型则在Creo中建模完成，并将设计好的模型出工程图进行加工制造、装配、调试等。

二、分层洗衣机设计的总体方案

（一）洗衣机外形及内部空间

本文研究的是分层洗衣机的结构，尺寸为目前市面上普通洗衣机的大小，外形与传统波轮式洗衣机相似，如图1-1所示。为上下两层分层，中间有隔离用零件，如1-2所示。

图1-1 分层洗衣机的外观 图1-2 分层洗衣机分为上下两层

样品被一分为二，如图1-3所示，上下桶的高度分别为122.12mm、188.28mm

122.12mm

188.28mm

图1-3 上下桶的高度比

后期，还可以根据具体的使用需求调整各空间的体积，以使结构满足对应的需求。

（二）洗衣机各主要零件的装配图

为方便展示，将样品进行了全剖，如图1-4所示。

三、分层洗衣机的使用过程

分层洗衣机拥有两种工作模式，根据使用者的需求而定，当使用者需要分类清洗时，使用流程是：1，将第一类衣物放进下侧桶内。2，倒入洗衣液。3，将隔板与上层波轮安装。4，放入第二类衣物至上侧桶内。5，倒入洗衣液。6，洗衣机开始注水。7，洗衣机开始工作。8，清洗完毕将衣物取出。9，清洗完毕。当需要分类清洗时，相比于传统波轮式洗衣机，多出了安装和取出隔板、波轮的动作。结合自身使用体验，样品可以满足上文对方便使用这一需求。

当使用者没有分类清洗的需求，而需要大的清洗空间时，可以省去安装与拆卸隔板和波轮的步骤，此时分层洗衣机和传统波轮式洗衣机没有太大的区别。

四、分层洗衣机的功能模块

（一）水的隔离

我们希望分层清洗的衣物能够独立清洗，而如何保证洗衣机内的清洗介质——水的隔离是一个重要的问题，若上下两层水流互通，那么分层清洗也没有了意义。

为此，针对性设计了水隔离相关的零件，

而外侧则是一块连接内外桶的隔水带，如图3-3所示，可以隔水，洗衣机在运动是难免会出现振动，所以对这块隔水带的材料有如下要求：1.可以承受住上层水的水压，2.可以随着震动改变自身形状。3.可以长时间在此工况下稳定工作，完成隔水的任务。为以上三点要求，初定为软性的塑料或者尼龙材料。

当内侧与外侧的水的密封同时完成时，可以保证上下两层衣物的清洗是独立的。

（二）运动模块

当水隔离后，需要让上下两层同时清洗，需要将下端电机的转矩传输至上层，因此设计了一根传动轴，轴下端与波轮连接，轴肩处有一枚推力轴承，用来隔绝与隔板之间的摩擦，提高隔板在传动轴运动时的稳定性，从而提升隔水效果，进一步保证了分层清洗的前提——隔水。

从而将电机的转矩通过传动轴传递至上层波轮处，而上层波轮内置了一枚滚针轴承，轴承内部与隔板内部通过间隙配合，一是为上层波轮提供了旋转中心，二是保证使用者可以顺利手动安装，并且将运动的波轮与静止的隔板隔开，轴承外侧与上层波轮通过过盈配合，使轴承与波轮成为一体，也可以简化使用者的操作流程。

（一）水的流进与排出

水如何进入洗衣机，并且分别进入上下两层，也是需要考虑的问题。下层与普通波轮式洗衣机一样，设置了进水口与排水口，并通过电磁阀进行控制

而上层空间，排水与下层类似，同样为排水口加电磁阀控制排水，而进水采用的是机械式结构，传动轴此时又作为进水管让下层的水通过进入上层，进水过程如图3-8蓝色水流方向线所示。

水通过下层注水口进入，并且通过内桶的孔进入，水位线不断抬升，此时，综合传动轴内外侧的水处于同一水平面并且不断升高，一直到隔板的下平面，此时继续通入水，当隔板有足够的力保证不被水压顶开时，水压会顶开轴内的球阀，水会从轴的内部通向上层空间，当上层空间的水到达水位线后，打开下层的排水口，将下层的水少量排出，此时水面会离开隔板，并在隔板下面形成真空，而隔板上面依然有水压，隔板会被水压压在结合处，并且传动轴内部的球阀也会因为下面水的缺失，从而堵上水的入口，实现阀门的单向导通的作用，而下层空间的水也正好适合衣物的清洗。

清洗完毕后，同时打开上下层排水口的电磁阀，将水排出，此时，衣物清洗完成。

五、结论

总结全文主要研究成果如下：

1.结合分类清洗这一需求，确定了设计一个能够分类清洗并且使用方便的洗衣机，并利用solid works完成了对产品的初步设计。

2.针对分类清洗的目的，设计了隔板，内桶，外侧隔水带相关的结构，保证上下两层水的完全隔离，并且通过相关轴承结构，保证了清洗时隔板的稳定性，以及对隔水带材料的研究，找出适合作为内外桶间长期使用的隔水材料。

3.针对上下两层同时清洗的问题，设计了综合传动轴，轴肩处推力轴承，隔板，轴上键，波轮键槽，以及波轮内滚针轴承等相关零件保证了上下两层的同时旋转。实现了同时清洗的目的。

4.针对上下两层进水与排水的问题，设计了综合传动轴，轴内球阀，并且对进排水口位置的布置，保证了排水的流通性。

5.对结构的合理优化，使得较为简单的结构完成了复杂任务，核心零件，如：综合传动轴，上层波轮，隔板，都是起到了多重作用。这在一定程度上减少了设计的复杂程度，以及加工的成本，代价是用户没有那么好的自动化的体验，但是目前确实是最优设计。

参考文献：

[1]张新得，刘淑华.图说洗衣机原理与快修[M].机械工业出版社

[2]郭建烨，于超.张艳丽.机械制造技术基础[M].北京航空航天大学出版社

[3]杨可桢，李仲生，钱瑞明.机械设计基础[M].高等教育出版社

课题：《分层洗衣机》武汉商学院大学生创新项目202011654072