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家用洗菜机设计毕业设计说明书

时间:2019-04-15 06:32:31  来源:本站  作者:

  薛进堂 家用洗菜机的改进设计 家用洗菜机的改进设计 专 学 业:机械设计制造及其自动化 生: 薛进堂 赵 晴 指 导 教 师: 完 成 日 期: 2012.5.26 扬州大学机械学院 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 中文摘要 本毕业设计说明书主要介绍了家用洗菜机各功能部件的设计,包括进水、排水、 刹车机构各部分机构设计.洗菜机外箱体的设计等等。 洗菜方式为洗菜筒轴摆动带动洗菜桶左右晃动。洗菜桶振荡带动洗菜筒内的水 一起振荡,使水流与蔬菜表面产生相对运动的方式去除蔬菜表面的赃物。传动系统 采用带传动和齿轮传动,同时利用不完全齿轮传动达到机械式激振的目的,使洗菜 筒往复摆动带动筒内水的振荡。为了使洗菜机在工作过程中完成进水、洗涤、排水 一整套的动作,还设计了洗菜机的进水机构、曲柄滑块刹车机构、排水机构等。考 虑到洗菜机整体结构的要求,还进行了包括底板、菜筒支架、传动机构侧板、传动 机构盖板、外箱体的设计。根据毕业设计的成果要求,还对洗菜筒、洗菜篮进行了 设计。为了使洗菜机正常工作,还进行了基本电路的设计,包括进水电磁阀、排水 电磁阀、顶杆机构、水位开关、时间控制等设计。 关键词:洗菜机,机械式激振,带传动,不完全齿轮传动,箱体设计,电路设计。 -I- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 Abstract This graduation design specification is mainly about the design of every functional part in the household vegetable washer, this design contains the transmission, water agency, drainage agency and other parts; the design of outer cabinet of the vegetable washer, etc. The method of washing vegetables is the oscillation of the water containers and the water in it, make the surface relative motion about water and vegetables come true, and then remove dirty things. By using the methods of belt and gear transmission, at the same time, using the incomplete gear transmission in order to achieve the purpose of mechanical vibration to make water container reciprocating swing and water oscillation come true. In order to complete a set of movements, such as watering, washing, drainage, we also devise the fill agency, plunger brake institutions and drainage institutions, etc; considering the overrall structue of vegetable washer, to arrange the place of every part, the design of the slab, the stints of the container, the side boards of the transmission mechanism, the cover board and the whole body is so important. According to the requirements of the results of the graduation design, the design of wash container and the basket is also needed. In order to make this machine regular work, basic circuit design is made, including fill electromagnetic valve, water drainage electromagnetic valve, plunger institutions, water level testing switches and the design of time control. Keywords: mechanical vibration, belt transmission, incomplete gears transmission, cabinet design, circuit design. - II - 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 目录 ·· ·· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ·· · ·Ⅰ 中文摘要····························· Abstract ····························· ·····························Ⅱ · ··· ·· ··· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· · ·1 第一章 绪论···························· 机械创新的涵· ························· · 1.1 机械创新的涵···························1 创新方法的发展· ························ ·1 1.2 创新方法的发展························· · 机械创新设计特点· ······················· ·1 1.3 机械创新设计特点························· · ·3 ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· · 第二章 家用洗菜机的创新设计··················· 2.1 洗菜机工作当中所运用的技术····················3 洗菜机工作当中所运用的技术· ·················· · · 2.2 洗菜机的发明在人们生活中的意义··················4 洗菜机的发明在人们生活中的意义· ················ 意义 · · ·5 第三章 洗菜机电路及其相关部件的选择·············· ··· ·· ··· ·· ·· ·· 3.1 洗菜机设计的相关内容和要求···················· 洗菜机设计的相关内容和要求· ···················5 · · 电磁阀的基本结构、 原理与选择· ················ ·6 3.2 电磁阀的基本结构 、 原理与选择 ·················· · 电磁阀结构及其选择· ······················ ·6 3.2.1 电磁阀结构及其选择······················· · 进水电磁阀的选择· ······················· ·7 3.2.2 进水电磁阀的选择························ · ·8 3.2.3 排水电磁阀的选择 ························ ·· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· · 顶杆电磁阀的选择· ······················· ·9 3.2.4 顶杆电磁阀的选择························· · 3.2.5 单向阀的选择· ························· 3.2.5 单向阀的选择·························· 10 · 3.3 洗菜机电路设计方案的拟定··················· 11 · ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· 3.4 水位开关的选择及其原理···················· ·13 ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· 3.5.臭氧发生器的选择· ·················· · 3.5.臭氧发生器的选择··················· 14 -III- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 各个部件的设计 ······················ ·15 第四章 各个部件的设计······················ 4.1 洗菜桶及菜篮的设计 ······················· ·15 ·· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· · 洗菜桶的基本尺寸· ······················ ·15 4.1.1 洗菜桶的基本尺寸························ · 洗菜桶材料的选择· ······················ ·16 4.1.2 洗菜桶材料的选择························ · ·17 4.1.3 摆捅轴的设计与计算的选择 ···················· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· · 洗菜篮的选择· ························· 4.1.4 洗菜篮的选择·························· 17 · 4.2 排水机构的功能设计························ 排水机构的功能设计· ·······················18 · · ·20 4.3 刹车机构的设计 ·························· · ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· · 桶托架设计· ·························· 22 · 4.4 桶托架设计···························· 密封盖设计· ···························23 4.5 密封盖设计····························· · · ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ·· 第五章 总结 ···························· 23 总结· ································ · 总结································· 23 致谢· ······························· · 致谢·································24 · 参考文献 附录 -IV- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 第一章 绪论 1 机械创新的内涵? 机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术 成果(包括理论、 方法、 技术、 原理等),进行创新构思,设计出有新颖性、 创造性、 实用性的机构(结构)或机械产品(装置)的一种实践性活动,它是建立在现有机械 设计理论基础上,吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、 创造学等相关学科的有益成分,经过交流而成的一种新的设计技术和方法。 创新设计是一种创造性的智力活动,是设计者充分发挥自己的创造力,利用 人类已有的科学技术成果,进行创新构思,应用新技术,新原理,新方法进行产品 分析和设计的过程。 创新方法的发展? 2 创新方法的发展? 创新是一个及其复杂的过程,人类对创新本质的认识与研究还远远达不到科 学的层次.但是众多创新学者,经数十年的研究发现,科学技术的发明创造有一定 的规律可循,他们大多是以原则、诀窍、思路形式指导人们克服心理和思维的障 碍,改善思维的灵活性的过程。? 自 20 世纪 30 年代至 80 年代,世界上出现了 300 多种创新技法,10 多种创造 原理这些创新技法,各自从不同的角度,在一定程度上突破了制约创新的相关因 素的限制。? 所谓创新技法就是在创造心理。创造性思维方法和认识规律基础上的技巧?这些 创新技法不存在科学的逻辑关系,大多数目前在理论上处于“初生期”,还远远未 达到纯粹的科学水平。? 3 机械创新设计特点 机械创新设计与常规机械设计相比,特别注重设计者在设计过程中,尤其是 在总体方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用,探索机构或机械产品创新发 明的机理、模式和方法,具体描述机械产品创新设计过程,并将其清晰、准确地用 工程图样等技术文件表达出来。机械创新设计的特点是: 3.1 独特性 应追求与前人、 众人不同的方案,善于打破常规设计思维、 惯例,提出新功能、 -1- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 新原理、新结构,在求异和突破中体现创新;这就涉及多种学科的交集,这就要求 学生对知识有全面的掌握如机械、液压、电力、气动、热力、电子、光电、电磁 及控制等。 3.1.1 实用性 应从产品的市场适应性和可生产性两方面出发,设计产品的新功能、 新结构,没有 实用性的产品或无法加工的新结构都是纸上谈兵,不是真正的创新;这就要求学 生在日常的生活中多观察和发现。 3.1.2 多方案选优 应从多方面、多角度、多层次寻求多种解决问题的方案,在多方案中求新、求异、 选优。机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发,改进、完善现有机械或 发明新机械,实现预期的功能,并使其具有良好的工作品质及经济性;这就要求在 设计中要注意思维的扩散。根据不同的设计对象,必须对采取哪种创新设计方法 做出比较和判断。创新设计方法通常可分为:开发设计、改型设计和变异设计 3 种。 机械产品创新设计的研究对于提高机械产品的设计水平, 提高产品的竞争力 有着重大的意义,受到世界各个国家的普遍重视。? 机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类己有的相关科学技术成果 (含理论,方法,技术原理等),进行创新构思,应用新技术,新原理,新方法进行 产品的分析和设计,设计出具有新颖性, 创造性及实用性的机构或机械产品(装置) 的一种实践活动。? 一般来说,创新设计包括全新设计和适应型创新设计两类。 需要指出的是,创新设计和概念设计并不是同一个概念,概念设计的核心是 进行设计创新,而创新设计并不尽限于概念设计阶段。在产品设计的各个阶段均 有创新设计的问题,但是最主要的是在概念设计阶段进行创新。? 3.1.3 机械产品创新设计存在的问题及展望? (1)创新设计本质过程的研究这实际上也是对设计的创新本质的认识,尽管 人们从思维方法,设计手段等多方面对创新问题进行探索,现在对创新的实质过 程仍没有一个统一的深层次的认识,无法形成一个完整的理论去指导创新实践。 在这方面我们仍需要做大量的工作。 -2- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 (2)创新设计中知识的表达与应用首先,产品创新过程涉及多学科, 多种技术, 如何将设计知识组织管理,满足设计主体对知识的需求是今后的研究重点。 其次, 为创新设计过程建立科学的产品模型,结合现代 CAD 技术,支持创新方案的快速 表达,对于提高设计效率有重要意义。? (3)设计理论研究与设计工具开发存在严重脱节人们对于设计理论及创新问 题进行了大量研究,但是理论研究与设计工具,特别是产品的结构设计工具存在 严重的脱节。 一方面某些机械结构设计理论和方法的研究较少考虑计算机实现的 问题;另一方面设计工具开发时,又没有适合计算机进行的结构设计自动化和智 能化理论?需要深入研究机械产品设计中功——构映射的本质规律。? (4)创新设计过程的集成化技术研究创新设计过程的集成化技术的重点在于 概念设计的集成化实现,主要是指产品的原理方案创新与结构方案创新的集成? 现有的设计理论或设计工具多是从不同的角度,考虑某阶段的创新实现问题, 如:TechOptimizer 可以辅助实现产品原理方案的创新,但需要其他 CAD 系统完成 结构的设计工作;一些大型的 CAD/CAE/CAM 商品化软件,如:UG,Pro/E 等均开发 出了支持概念设计的工业设计模块或草图设计模块,但是这些模块基本上仍是计 算机辅助绘图的工具,几乎不支持原理方案的创新?缺乏统一的创新设计理论指 导创新设计过程,是造成原理方案创新与结构方案创新的集成度低的主要原因? 机械创新能力的构成因素机械创新设计是指在充分发挥设计者创造性的前提下, 利用人类已有的相关科技成果进行创新构思,从而设计出具有新颖性、创造性及 实用性机构或机械产品的一种实践活动。 第二章 家用洗菜机的创新设计 1、当前市场上所销售的洗菜机运用到的科学技术主要有以下几种: 1.1 超声波技术 运用高频率的超声波独特的清洗方式,能乳化餐具上的油 脂,振落水果蔬菜表面的污物、残留农药和细菌,只要水浸没并无重叠的地方, 即可快速洗净,并且无油污或油污较小的餐具,无须用洗洁精即可洗净;不仅洗 净物品,还能有效远离化学物质,保证健康和环保,油污较大的餐具,最好用 40~50 度的热水清洗,为缩短时间也可添加少量任一品牌的洗洁精(起辅助除油 作用) 。 -3- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 1.2 1.2 一般喷淋方式 采用循环水流以及气泡使泥沙、腐叶等肉眼看到的杂 物与所食用部分分离,通过水流的带动流入废水排放口,分离及沉淀。 1.3 1.3、UV 技术 UV 是英文 Ultraviolet Rays 的缩写,即紫外光线。紫 外线(UV)是肉眼看不见的, 是可见紫色光以外的一段电磁辐射, 波长在 10~ 400nm 的范围。采用最先进的 UV 技术,产生大量的自由基,从而杀死有害细菌、 降解残留农药,使有机化合物变成水和二氧化碳,是最清洁省力的除菌方法。 1.4 1.4 加入臭氧的方式 人们利用臭氧在氧化时的化学作用杀 灭 水中的 细菌,不产生永久性残余物质、不产生致癌物质,水无异味等优点来制备 臭氧发生装置来去除水中对人体有害的物质,且不需要再添加其他洗涤剂, 既避免了人体健康受到伤害,也保护了环境。 1.5 1. 5 利用涡流喷淋专利清洗技术 通过离心力的作用和洗涤筐的独特 设计产生强力瀑布水流冲洗蔬菜和水果,能轻松清洗一些比较难洗的水果 和蔬菜,如花菜、葡萄和草莓等,而且被洗涤物同洗涤筐同时旋转,确保 蔬菜和水果不受过重磨擦而伤害。 1.6 但 1.6 利用高活性生态氧 特制的高活性生态氧在进入透洗舱后迅速溶解, 溶解度达到过饱和时即产生强烈挥发,出现剧烈喷发的现象。实际上是大量的生 态氧汽水泡沫聚集喷涌产生湍流冲激效应,由高压水流和高压气流混合而成,从 而进行强力多维冲洗和深度广谱杀菌。和打开香槟时的原理是一样的,它的冲击 力量是巨大的,起到了深层杀菌消毒的效果。 以上的技术都是现代技术在人类居家饮食方面的运用, 同时随着新技术的不 断发展,越来越多的创新技术在洗菜机上得到了利用。 2.洗菜机的发展在人们生活中运用的意义 2.洗菜机的发展在人们生活中运用的意义 2.1 随着人们生活水平和健康意识的不断提高,人们对于食品安全的 要求也越来越高。众所周知,蔬菜水果等食品上面都有农药残留,食用这 些被污染的食品会对人的健康带来极大的危害!目前果蔬污染的情况十分 严重,或多或少都含有甚至严重含有超过国家标准的农药残留及病毒、细 菌。尤其是大棚里的反季节菜,因大棚温度高,虫害易发生和蔓延,菜农 就会超量喷洒农药,使蔬菜中的毒性剧增,减少农药蔬菜,水果中农药的 残留量,若残留量超标会直接损害人体的神经系统和肝、肾等重要器官。 -4- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 会出现头晕、头痛、腹痛、视觉模糊、恶心、呕吐等症状,重度中毒还会 出现脉搏、呼吸加快及昏迷症状;吃了有等量农药残留的蔬菜,儿童更易 患病,一般表现为持续腹痛,严重的会患急性胃肠炎。若发生在孕妇身上, 会影响胎儿的发育,出现流产、死胎或畸形胎儿。 2.2 人们还缺乏对蔬菜、水果被污染的认识。日常生活中,在食用时 没有采取一些有效方法清除、或使用方法不当、或草草地处理一下。这样 一来,还是没有除去或未完全除去蔬菜、水果中农药残留。 2.3 利用各种当代的科学技术如超声波技术,UV 技术,加入臭氧消毒 技术等,可减少细菌和有毒物质的含量,这对于人们的健康饮食十分重要。 2.4 洗菜机可清除残留农药 90%左右,远远高于国家要求的 50%的农 药残留,更高于一般家庭清洗的效果(据检测,采用一般家庭清洗办法, 如盐水浸泡等,清除率只在 10%-20%左右)。并且,洗菜机对果疏无损伤、 使用方便,还可保护您的双手。 从以上的几点可以看出洗菜机的发明和发展势在必行,洗菜机能够消 毒、除菌、减少农药残留量、提高蔬菜水果的食用品质,洗菜机还能够减 轻家务劳动强度。因此说,设计价廉物美的洗菜机,造福于百姓是很有必 要的。 第三章 洗菜机电路及其相关部件的选择 3.1 洗菜机设计的相关内容和要求 1、设计参数 洗菜机每次可洗涤 2kg 蔬菜。 外形为长方体, 最好能放入一般家用洗涤槽内。 洗菜桶为圆柱体,洗菜机振动频率为 2~10HZ,最大振幅 60mm。采用机械式激振。 2、技术要求 洗菜机采用上进水、下排水式。洗涤过程分为:进水、浸泡、洗涤、排水、 排水后喷淋。 应能够同时洗涤几种不同的蔬菜。 洗涤强度能无级可调。 洗涤次数、 时间可调。 3、工作要求 洗菜机工作时,外箱体不能产生过大的振动和冲击。进水、排水口不可有渗 -5- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 漏。 本次设计的洗菜机的工作原理是采用机械式激振方式让洗涤桶内的水随着 桶的左右摆动而振荡起来,通过选定的控制电路,包括进、排水的控制,高、中 水位的控制,洗涤时间,洗涤频率的控制等使洗菜机完成一套完整的洗菜作业。 为了更好的完成这次设计,我查阅了很多相关方面的资料,了解了设计产品中所 要注意的一些事项,明确了下面一步一步的进行各部分的设计的思路。 电磁阀的基本结构、 3.2 电磁阀的基本结构 、 原理与选择 3.2.1 电磁阀结构以及选择 3.2.1.1 3.2.1.1 先导式电磁阀 1. 阀体采用全塑型材料,减少阀体重量对于操作影响。电磁阀分为常开和常闭 两种类型的阀体,常压环境工作,电磁阀就是电磁铁和阀门的结合体,电磁铁线 圈通电产生磁力,吸引含铁,通过与含铁联动的机械装置来打开阀门。(如 图 3.1 所示) 原理:通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件周围 形成上低下高的压差,流体压力推动关闭件移动,阀门打开;断电时,弹簧力把 先导孔关闭, 入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的 压差,流体压力推动关闭件向下移动,关闭阀门。 特点:流体压力范围上限较高,可任意安装(需定制)但必须满足流体压差 条件。 图 3.1 先导式电磁阀 3.2.1.2 3.2.1.2 类型:直动式电磁阀 -6- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 这种电磁阀结构简单, 价格较低且方便使用, 便于安装, 在洗衣机、 洗碗机、 饮水机等对单位时间内水流量要求不高的情况下能够发挥很好的效用。 (如图 3.2 所示) 原理:通电时,电磁阀线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开; 断电时,电磁力消失,弹簧力把关闭件压在阀座上,阀门关闭。 特点:在真空、负压、零压时能正常工作,但通径一般不超过 25mm。 图 3.2 直动式电磁阀 3.2.1. 3.2.1.3 类型:分布直动式电磁阀 原理:它是一种直动和先导式相结合的原理,当入口与出口没有压差时,通 电后,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。当入口与 出口达到启动压差时,通电后,电磁力先打开先导小阀,主阀下压力上升,上腔 压力下降, 从而利用弹簧力或介质压力推动关闭件, 向下移动, 使阀门关闭。 (如 图 3.3 所示) 特点:在零压或真空、高压时亦能可靠动作,但功率较大,要求必须水平安 装。 图 3.3 分 布 式 电 磁 阀 3.2 3.2.2 进水电磁阀的选择 -7- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 图 3.4 进 水 电 磁 阀 型号:直拉膜片式常闭电磁阀 2W-040-10S (不锈钢) 型号参数:1.使用介质:水; 2.方式:直动式; 3.型式:常闭式; 4:流量孔径:16mm; 5.公称压力:0.03~2MPa。 电磁阀通过螺纹与外接进水管和水箱连接,当进行洗菜前的进水操作时,接 通电源,打开进水开关,电磁阀内部的闭合件由于电磁力克服弹簧力而被提起, 使电磁阀下部的管道连通,当水位达到预定值时,断电,电磁阀内部闭合件失去 电磁力作用,弹簧力又将其压在阀座上阻止水流通过。 3.2.3 排水电磁阀的选择 图 3.5 排 水 电 磁 阀 型号:2 寸螺纹式排水阀 KL—G—2 -8- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 型号参数:1.使用介质:水; 2.动作方式:直动式: 3.形式:常闭式; 4.流量直径:16mm; 5.公称压力:0.3~2MPa; 6.连接方式:螺纹。 排水电磁阀也是通过外接水管与盛水箱连接,接通排水回路后,顶杆电磁阀 开始动作(下面会提到) ,水流经过与洗菜外桶连接的排水机构内部的单向阀流 到盛水箱里,再通过排水电磁阀下部的管道通过外箱体排出。 3.2.4 顶杆电磁阀的选择 图 3.6 顶 杆 电 磁 阀 型号:新益型 250610 型号参数:1.行程 80mm: 2.顶杆推力:20~30N 3.外形尺寸 40*20*25 顶杆电磁阀的工作原理是,通电时导体在电磁场中由于电磁力的作用而运动, 从而使滑块 1 的水平运动, 滑块水平移动通过曲柄摇杆转变为滑块 2 的竖直运动 从而带动整个刹车机构的上升运动。刹车杆上的摩擦片采用橡胶材料,利用摩擦 片和洗菜桶底部之间的摩擦力使洗菜桶减速。随着制动杆逐渐夹紧动作,使洗菜 桶的重心落在垂直于地板的中心线上。此时,顶杆将洗菜外桶排水机构的单向阀 下部活塞顶开,活塞作用于单向阀芯使单向阀导通,水流通过单向阀侧面管道流 入盛水箱。通电结束后,由于电磁阀本身的复位功能,顶杆恢复到原位置,同时 带动两制动杆做松开动作。制动杆下部连接导轨,方便滑动。 -9- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 3.2.5 单向阀的选择 3.2.5 1、单向阀的原理 单向阀又称止回阀或逆止阀,用于系统中,防止介质反向流通。单向阀按其 进口方向和出口介质的方向来分:有直通式、直角式两种。阀芯开启有 0.04MPa 和 0.4MPa 两种。前者开启的压力一般用在压力管路中,以防止介质反向流动; 后者开启的压力一般作为背压阀使用。单向阀可与溢流阀、减压阀、顺序阀、节 流阀、高速阀等并联组成单向溢流阀、并向减压阀、单向顺序阀、单向节流阀、 单向调速阀等,以进一步发挥这些阀的功能。 2、单向阀的选择 在本次设计中, 我对于单向阀做了一点修改以适应所设计的排水机构排水的 特殊性。在图 3.8 中我们可以看到当顶杆动作顶 C 端密封活塞时,活塞底部与单 向阀芯接触,将单向阀芯往上顶,克服单向阀本身的弹簧力,本应与阀芯小孔处 阀芯头密封的单向阀侧面移动位置, 使处于洗菜捅内的水流经阀芯内部的小孔由 侧面间隙流入下部 B 端的管道内, 通过预先设计好的排水系统排出箱体外而避免 了水流垂直流下,影响到下部电磁阀的工作。同时单向阀 A 端与洗菜桶底部采用 螺纹连接,保证连接强度,便于装配和拆卸,更换阀体简便。当顶杆复位后,单 向阀由于弹簧力复位,水流被限制不能通过阀体侧面流入 B 端管道,严密控制排 水过程。如图 3.8 所示。 -10- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 图 3.7 单向阀示意图 3.3 洗菜机电路设计方案的拟定 洗菜机电路设计方案的拟订是洗菜机设计的关键一步。 因为电路在很大程度 上决定了产品的结构配置和使用性能。因此,应根据蔬菜的重量,规格和特点, 按一定的原则、结合电路设计常用方法、充分考虑各种影响因素,并经技术分析 后拟出先进、合理、经济、可靠的设计方案。 一个完整家用电器的电路设计是不可缺少的, 它是洗菜机设计中相当重要的 一部分,这部分设计主要包括进、排水电磁阀的选择、水位开关的选择等等。 -11 - 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 电路 1.当手动按面板上的程控开关时, 组电触点接通电源, A 电流经 A1-A-QK2-C2-JF —零线.当桶内水位达到预定的高度时,水位选择器 QK 内的电触点 QK-QK2 断开。 QK-QK3 接通切断了电磁进水阀 JF 的电源,使其关闭;伺时 QK1-QK3 接通 PLC 通电 Y000 输出为 1.臭氧发生器开始工作。定时器 1 开始倒计时。此时电流 回路为:A1-A-QK1-QK3-PLC-臭氧发生器-零线:五分钟过后,倒计时结束, Y001 输出为 1,Y000 输出为 0.定时器 2 开始工作。臭氧发生器停止工作,电 机开始转动。洗菜机开始洗菜。电流回路为 A1-A-QK1-QK3-PLC-电机-零线.五分钟之后,定时器 2 倒计时结束。Y002 输出为 1,Y001 输出为 0,定时器 3 开 始工 作 倒计时 。 刹车 电 磁阀开 始 工作 。 电流回 路 为 A1-A-QK1-QK3-D1-D-PLC-SF-零线.当刹车结束洗菜桶处于正中时,单向阀打开,电触点 C 转换,电磁排水阀 PF -12- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 电路导通。排水阀开启排放污水。电流回路为 A1-A-B1-B-C-C1-PF-零线.随着桶内污水的排放,水位检测器 QK 内电触点 QK1、Qk3 切断,转换为 QK1、 QK2 常闭状态。B 触电转换。电流回路 A1-A-QK1-QK2-C-C1-PF-零线 水位开关的选择及其原理 在洗菜机中,水位开关与进水电磁阀配合。进水电磁阀通电后,洗菜桶进水,达 到预设水位时水位开关动作,使进水电磁阀断电,完成进水过程。水位开关是一 个压力开关,当水注入洗菜桶后,由于洗菜桶事先被密封好,储气室口封闭,随 着水位上升,储气室水位也在上升,水位管中的空气被迅速压缩,随之压强也成 比例的增加,水位开关中塑料托盘受压而胀起,推动顶杆运动,当水位达到一定 限度值时,推动顶杆的压力大于弹簧的预压力使簧片触点改变,触点 COM 由常闭 触点 NC 转向常开触点 NO,实现水位控制。 -13- 图 3.9 水位开关示意图 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 水位开关的选择 型号:金星型 283290 型号参数:1.尺寸:R30*H20 2.电阻:15 欧 3.5. 3.5.臭氧发生器的选择 臭氧是一种极强的氧化剂,对微生物具有强大的杀伤力,是一种公认的快速、高 效、广谱的杀菌剂,其杀伤力是氯气的 300~3000 倍。围绕臭氧的产生制取,人们 经过 100 多年不懈的努力,发现臭氧产生的方法有电晕放电法、电解法、紫外光 法等多种。目前应用较多的是前两种方法,而电晕放电法的原理是利用高频高压 电流电离空气或氧气以产生臭氧。常用的有管式和板式两种,按材质分为玻璃和 陶瓷片、陶瓷管等型式。 沿面放电陶瓷片是小型臭氧发生器的核心部件。 当前陶瓷片的应用范围有逐步扩 大的趋势:由小型向中型,由空气向水处理拓展。沿面放电陶瓷片是利用陶瓷绝 缘介质表面上的沿面放电,产生低温等离子体来实现臭氧发生功能的器件。 沿面放电陶瓷片的结构特点是:电极分别布置在陶瓷基片的两边,如图所示: -14- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 正面为放电电极(一般为线状),背面为感应电极(通常为板状),并接地。将 不十分高的电压作用在两极上时, 由于陶瓷基片的良好绝缘, 很难出现放电通道。 只有两极间的电压大于某临界值,并以高频正弦交流电作用时,在放电电极附近 有限的表面上进行电晕放电。这时,陶瓷绝缘介质表面相当于一个极板,在高频 高压正弦交流电的作用下,放电电极附近表面处不断地俘获和发射电荷。当电压 达到正半周临界起晕电压 Uth 时, 开始放电, 正电荷聚向放电极附近的介质表面, 即电子被加速到很高能量从介质表面传输到放电电极。 随着电压升高, 放电继续, 更多的正电荷被束缚在介质表面,这一过程一直持续到峰值电压 U。放电过程停 止,介质表面正电荷并不消失。 当电压开始下降时,介质表面正电荷仍不动,放电并不发生,一直持续降到负半 周临界起晕电压-Uth,这时放电开始,介质表面的正电荷离开,负电荷积聚于表 面,即电子被加速到很高能量从放电电极传输到介质表面,这一过程持续到负半 周峰值电压-Up,放电过程停止。 当电压再次升高到正半周临界起晕电压 Uth 时,正电晕放电又开始,整个放电过 程就是这样交替进行的,因此,沿面放电过程就是介质表面的静电平衡状态反复 建立和破坏,表面气体的反复击穿而介质表面上反复充放异性电荷的过程。 第四章 各部件的设计 4.1 洗菜桶以及菜篮的设计 4.1.1 洗菜桶的基本尺寸 根据这次毕业设计的任务要求,洗菜外桶的尺寸初定为阶梯桶。上部桶直径 为 280mm, 壁厚 0.5mm, 130mm.下半部桶直径桶支承轴直径为 270mm, 高 壁厚 0.5mm, 高 150mm 桶支承轴中心与桶底的距离为 150mm,并且在桶内壁上,对称布置了四 个 24X24mm 的挂钩支架,方便洗菜内桶的安放。在洗菜时菜桶由传动机构带动工 -15- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 作,桶内的水会随着一起振动,所以桶上边沿必须与桶盖采用密封装置(如橡胶 密封圈)接触,防止水渗漏破坏电气元件的使用,同时也能够让水位开关正常工 作。 4.1.2 洗菜桶材料的选择 洗菜桶应具有强度好、耐酸碱性、耐冲击、耐热等性能。常见的洗菜桶材料 有 1、搪瓷;特点是表面光滑细密,色彩可自由选择,耐酸碱性较好,但耐冲 击性较差,容易小面积龟裂,甚至脱瓷。 2、铝合金:以纯铝或铝合金拉伸而成,具有寿命长、成形简单、对温度变 化适应性强、重量轻等特点,但是若阳极氧化处理不当,铝捅表面会产生氧化铝 使得蔬菜受到污染。 3、不锈钢;特点是使得洗菜机成本增加很多,重量也增加很多,加工难度 大,但其耐腐蚀性好,机械性能强,强度高,刚度好。 4、塑料;通常采用改性聚丙烯材料,流流动性、抗冲击性较好,且生产周 期短、重量轻、成本低、耐腐蚀性较好。 综上考虑之后,由于直接和菜接触,从食品卫生的角度考虑,对于洗菜桶的 材料应选择不锈钢。 (如图 4.1 所示) 4.1.3 洗菜桶轴的设计与计算 -16- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 洗菜桶轴材料选 45 钢, τ p 的范围是 25 ~ 45MPa,取 τ p =25 MPa, 设转轴中心离桶底的距离为 h, h1 为重心偏离转动中心的距离。假设桶中水 位为 H mm (不计桶重) 则菜桶内水的体积为 V = πr 2 × H = π × 134 2 × H m = ρ × V = 1.0 × 10 3 × π × 134 2 H × 10 ?9 = 0.0564 H Kg W = m × g = 0.0564 H × 9.8 = 0.553H N 重心偏离转动重心的距离 h1 为 H? ? h1 = ?140 ? ? × 10 3 m 2? ? 算得扭矩 H ? T = W × h1 × 10?3 = 0.553H × ?140 ? 2 ? ? ?3 2 ?3 ? × 10 = ( 77.4 H ? 0.277 H ) × 10 ? Nm 洗菜桶内的水位范围为 0 H 280 dT =0 dH 对 H 求导得 dT = 77.4 ? 0.55 H , dH 令 可求得,当 最大扭矩 N ?m 所以实心轴的直径 H = 140.7 mm 时,扭矩最大 Tmax = 77.4 × 140.7 ? 0.277 × 140.7 2 × 10 ?3 = 5.4 ( ) d = 17.23 Tmax τp = 10.3 mm 从理论上说摆桶轴直径 10mm 就可以满足要求。但考虑到在传递机构中摆桶 轴既要支撑洗菜桶的重量,又要传递扭矩使摆桶根据不同的频率摆动,所以最后 取直径 d=20mm。摆桶轴的长度具体根据箱体厚度,轴承大小以及整体传递机构 布局来定。 4.1.4 洗菜蓝的选择 洗菜篮是承载蔬菜、水果的容器,所以必须考虑到其材料,价格以及是否方 便使用等方面。一般的洗菜篮的材料为塑料。考虑到水的流动性以及食品卫生要 -17- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 求,本次设计中选择无污染且抗冲击性好的不锈钢材料。考虑到在一次洗涤中要 清洗不同种类蔬菜和水果,所以菜篮采用双层布置,并且在菜篮的侧壁上开适当 大小的孔以充分发挥水流的流动性, 使蔬菜和水流之间在摆动过程中的相对运动 能够更明显,尽可能多的带走蔬菜表面的残留物,提高一次清洗的洁净度。在洗 菜篮上边缘设计了半圆状把手以方便蔬菜、水果在清洗前后洗菜篮的拿取和安 放。另外还在菜篮外壁上安装了挂钩,便于在洗菜桶内的定位安放。 (如图 4.2 所示) 洗菜内桶尺寸:内捅半径 126mm、壁厚 1mm、桶高 122mm 4.2 排水机构的功能设计 本次设计中碰到的另外一个难点就是如何顺利的排水,由于特殊机构的设 置,洗菜桶在摇摆的过程中是不稳定的,所以在洗菜桶上不能设置任何的电子元 件,于是在这考虑到了使用单向阀排水。主要设置为在洗菜桶下部放置单向阀, 在底板上设置了一容水箱,方便排水时水量的容纳,再将容水箱与排水电磁阀通 过管道连接,使水流通过排水电磁阀经由电磁阀下部管道排出箱体外。这样就形 成了一个完整的排水系统。由于水流的流动情况为非恒定流动情况,比较复杂, 我们在此考虑在恒定流动情况下进水电磁阀的流量选择 Q = 5 L min (由前面已 -18- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 知) 在极限状态下菜桶出水口水流速度与进水口水流速度相等, , 由公式 q = vA 可 知: 5 × 10 ?3 q 60 v= 2 = = 0.47 m s , (其中 r 为进水 πr π ? (0.0075)2 电磁阀进水口半径,A 为进水口截面积) 单向阀出水口流速为 单向阀出水口处流量 所设计的容水机构尺寸为 v1 = 0.47 m s , (恒定流动状态) q1 = v1 A1 = 0.47 × π ? (0.005) = 3.7 × 10 ?5 m 3 s , 2 V=长 × 宽 × 高=0.12 × 0.10 × 0.12=0.00144 m 3 , t= V 0.00144 = = 38.9 s ≈ 39 s 。 q1 3.7 × 10 ?5 要注满容水箱的时间 这种状态是在容水机构不排水的情况下计算得到的。 通过计算我们可以看出 容水箱的大小能够满足在一定时间内一定污水排放量得容纳, 再加上所设计的容 水机构排水管道通孔的直径大于单向阀排水管道通孔直径, 所以更能够保证水不 会溢流出来。在非恒定状态下,根据公式 mgh = 1 2 mv ,水的流速是变化的,且 2 是随着水位的下降速度的数值越来越小,直到 v = 0 m s ,所以在 t 时间内的流出 的水量一定小于在恒定状态下的水量, 容水箱依然能够满足使用要求。 如图 4.13 所示。 -19- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 图 4.13 洗涤桶排水示意图 4.3 刹车机构的设计 本次洗菜机设计中遇到的难点就是如何在结束洗菜, 电机停止转动后到洗菜 桶完全停止摆动时,怎么样能够保证洗菜桶重心落在垂直于底板的轴线上,并且 在洗菜桶停下以后, 放置在下部的顶杆电磁阀能够起到打开洗菜桶排水通道从而 顺利排水,在这里我考虑了使夹紧与上顶这两个操作同时联动。如下图所示中, 在顶杆电磁阀未工作前,顶杆与洗菜桶底部电磁阀活塞底部位置距离为 40mm, 刹车机构中间的圆形曲面配合来实现洗菜桶重心落在垂直于底板轴线上, 刹车杆 上部的圆弧状刹车块必须富有弹性。 -20- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 顶杆电磁阀通电开始工作,顶杆由于受到电磁力的作用向右运动,同时推动 滑块 1 向右运动。 滑块 1 向右运动通过曲柄摇杆机构转换为滑块 2 的向上运 动此时刹车杆、刹车块与半圆形曲面接触,实现夹紧的功能。当顶杆电磁阀 断电,同时排水电磁阀也断电,由于本身电磁阀具有复位功能,顶杆连同刹 车杆恢复到原位置。 具体的机构示意图请参照以下的机构简图: -21- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 1. 自由度 在本顶杆刹车机构简图中中我们可以看到主动件为顶杆, 从动件包括两个滑 块,两个刹车杆。在顶杆顶的过程中,机构的自由度是确定的,欲使机构具有确 定的运动,则其原定件数目必须等于该机构的自由度数目。每个自由构件具有三 个自由度, 每个平面低副提供两个约束, 每个平面高副提供一个约束。 根据公式: 机构的自由度 F = 3n ? (2 p1 + p h ) , 此机构简图中有 3 个活动构件,低副为:2 个滑动副,2 个转动副,没有高 副,所以此机构的自由度为: F = 3 × 3 ? (2 × 4 + 0) = 1 , 由此可以知道此机构具有确定的运动,符合要求。 4.4 桶托架设计 桶托架如下图所示, -22- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 本洗菜机的工作原理是与洗菜机相连的轴的转动带动洗菜桶的左右摆动。 桶托架 的作用就是连接桶和驱动轴。 轴与桶采用螺纹连接。 托架通过螺栓与洗菜桶连接。 托架采用不锈钢制作,保证了托架具有足够的刚度。 4.5 密封盖设计 在洗菜桶工作中,洗菜桶是左右摆动的。为了防止桶内的水溅出来,我特地制作 了个密封盖。密封盖如图所示,通过上面两个把手旋转密封盖使密封盖与洗菜桶 紧密的配合,再加上密封垫圈,可以起到封闭作用 结论 -23- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 这次毕业设计让我们利用我们在学校所学习到的知识去解决实际中出现的 问题,通过这次毕业设计不仅培养了我独立思考的能力,独立进行创新设计的能 力,还将我所学知识与实际问题结合了起来,这不仅仅是一个简单的设计,而是 对于我们的一个即将步入社会前的一次操练。 这次的毕业设计不仅让我终于做出了最后比较满意的作品, 同时也让我从中 也体会了许多东西。首要的就是我学会了合作、全方位地思考问题,这一点是最 重要的。而且,通过这次设计让我巩固了利用三维造型软件画图的能力,也让我 体会到了在设计每一个部件的时候不仅仅要参考书本的知识, 而且还需要考虑到 实际情况的需要,以及在解决较困难问题的时候要建立起全方位考虑的思想,不 要轻易的下结论,也不要轻易的草草了事。 致谢 在这里我要感谢我的导师赵晴老师。在毕业设计之前,我并不知道我们在学 校学的知识可以干什么。 通过这次老师的细致指导让我运动所学的知识真正的运 用到了实际生活中。在这里我要感谢赵老师的认真负责。在选择导师之前我就认 识到赵老师对教学的负责态度。在我学习不是很优秀的情况下,我迫切需要找到 一个认真负责的老师。所以我选择了赵老师。三个月过去了,事实证明我选择对 了。从毕业设计开始,赵老师就对我们要求严格,让我产生了紧迫了感觉。也许 选择其他导师我也许会轻松很多。但我认为我的选择是正确的。在赵老师的指导 下我学会了很多东西,也温习了很多以前的知识。虽然我做的不是很让您满意。 但我还是要在这里对您深深的说一声“谢谢” 。我会永远因为做您的学生为荣。 -24- 薛进堂 家用洗菜机的改进设计 参考文献 1、安子军. 机械原理[M]. 北京:机械工业出版社,1998 年 2、曹士鑫. 机械设计[M]. 北京:高度教育出版社,1996 年 3、张春林. 高等机构学[M]. 北京:北京理工大学出版社,2005 年 4、廖念钊. 互换性与测量技术基础[M].中国计量出版社,2002 5、谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉:华中理工大学出版社,1994 年 6、邹慧君,殷鸿梁.间歇运动机构设计与应用创新[M].北京:机械工业出版社, 2008 年 7、成大先.机械设计手册(机构)[M].北京:化学工业出版社,2004 年 8、成大先.机械设计手册(机械制图?极限与配合)[M].北京:化学工业出版社, 2004 年 -25-

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