空間行星輪系人力雙向滾轉(zhuǎn)洗衣機(jī)

空間行星輪系人力雙向滾轉(zhuǎn)洗衣機(jī)

關(guān)鍵詞：家庭用娛樂機(jī)械 球形洗衣桶 空間行星輪系

如今，洗衣機(jī)作為一種普及的家用產(chǎn)品，發(fā)展十分迅速，而且科技含量不斷增加。但是我們經(jīng)常面臨這樣的狀況：只需要洗小件、少量衣物，這時(shí)用大容量洗衣機(jī)就不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)了大量的電力和水資源。同時(shí)，人們經(jīng)常煩惱用手洗衣物，這樣即枯燥又累，而且洗衣粉還會(huì)傷手，很多人其實(shí)是不情愿去手洗衣服的。在這種情況下，人們就希望既能克服上述問題，又能把洗衣變成一種快樂的享受，讓樂觀的情緒去引導(dǎo)人洗衣服，讓洗衣的過程變?yōu)橐环N快樂的享受。現(xiàn)在，隨著社會(huì)的發(fā)展，洗衣技術(shù)雖然不斷發(fā)展，但是上述現(xiàn)實(shí)的問題卻被人忽視，所以我們針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)了該產(chǎn)品，使用一種全新的洗衣理念設(shè)計(jì)了集健身娛樂洗衣于一身的產(chǎn)品。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 1.洗衣桶采用透明球形外殼，美觀大方，更具視覺吸引力。 2.洗衣運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生根本性的改變，洗衣球可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的自轉(zhuǎn)，使水和衣服運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜，洗衣效果更好。 3.將LED發(fā)光條貼于球形外殼上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)洗衣球運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生LED發(fā)光地球儀，娛樂性大大增強(qiáng)。 4.實(shí)現(xiàn)了脫水和洗衣兩用功能。 5.將手的舒展運(yùn)動(dòng)和腳的運(yùn)動(dòng)作為動(dòng)力輸入，不僅帶來了更好的操作體驗(yàn)，有益健康。 6.整體外形小巧，占地面積小，適用于家庭和宿舍使用。

簡(jiǎn)介：

本作品的設(shè)計(jì)力求將運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào),視覺感受，及節(jié)能使用等因素有機(jī)的結(jié)合起來，產(chǎn)生一種全新的，原創(chuàng)的家庭用娛樂機(jī)械。 該設(shè)計(jì)不但仿真了皮劃艇運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程，而且將運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量用作洗衣與衣物脫水的能量，并且提出了新的洗衣原理與運(yùn)動(dòng)方式，同時(shí)又將特殊的運(yùn)動(dòng)方式反向應(yīng)用于娛樂，動(dòng)態(tài)模擬了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的地球。此外，作為家用機(jī)械，我們強(qiáng)調(diào)外形的美觀和操作的人性化，并將此滲透到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中。

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詳細(xì)介紹：

作品設(shè)計(jì)主要分四個(gè)部分：劃艇模擬部分，傳動(dòng)系部分，球體固定部分，ＬＥＤ地球儀顯示部分。 1.劃艇模擬部分由踏板，搖臂和傾角可調(diào)的滑動(dòng)座椅組成。使用時(shí)，雙腳并排放于踏板上，使用者坐在滑動(dòng)座椅上。搖動(dòng)搖臂時(shí)，雙腳伸展推動(dòng)座椅后移，模擬了皮劃艇對(duì)水面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)，就動(dòng)態(tài)地模擬了皮劃艇的運(yùn)動(dòng)。 2.傳動(dòng)系部分是由搖臂（踏板軸）軸，皮帶輪，單向軸承構(gòu)成。動(dòng)力經(jīng)搖臂（踏板）軸輸入經(jīng)單向軸承作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠л喌膯蜗蜻\(yùn)動(dòng)，再經(jīng)傳動(dòng)系的增速將動(dòng)力傳遞至洗衣球部分。 3.球體固定部分：主要由傳動(dòng)軸，內(nèi)凸輪，鋼珠，銷釘，彈簧組成。為方便球體打開以便裝取衣物，裝置通過內(nèi)凸輪推動(dòng)鋼珠及銷釘內(nèi)行，從而使托盤，半球脫離，這樣半球就可打開，反向操作，銷釘受彈簧作用外行，鎖死托盤與傳動(dòng)軸，這樣球體便可受力運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.ＬＥＤ地球儀顯示部分：主要由傳感器，ＳＴＣ８９Ｃ５２Ｒ４０Ｉ單片機(jī)，貼片發(fā)光二級(jí)管組成。模塊基于地球洗衣容器特殊的運(yùn)動(dòng)方式，利用ＰＯＶ視覺暫留原理，使球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)地球儀的形態(tài)。

1.研究背景與意義

 ? 1.1研究背景 如今，洗衣機(jī)作為一種普及的家用產(chǎn)品，發(fā)展十分迅速，而且科技含量不斷增加。但是當(dāng)我們經(jīng)常面臨這樣的狀況：只需要洗小件、少量衣物，這時(shí)用大容量洗衣機(jī)就不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)了大量的電力和水資源。同時(shí)，人們經(jīng)常煩惱用手洗衣物，這樣即枯燥又累，而且洗衣粉還會(huì)傷手，很多人其實(shí)是不情愿去手洗衣服的。在這種情況下，人們就希望既能克服上述缺點(diǎn)，又能把洗衣變成一種快樂的享受，讓樂觀的情緒去引導(dǎo)人洗衣服，讓洗衣的過程變?yōu)橐环N快樂的享受。現(xiàn)在，隨著社會(huì)的發(fā)展，洗衣技術(shù)雖然不斷發(fā)展，但是上述現(xiàn)實(shí)的問題卻被人忽視。 ? 1.2市場(chǎng)調(diào)研 我們通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上還沒有能解決上述問題的洗衣器，類似的產(chǎn)品也有出現(xiàn)，不過這些設(shè)計(jì)都只是單純的拼湊，本質(zhì)的主動(dòng)娛樂方式問題并沒有得到解決，而且洗衣原理也沒有得到改進(jìn)。下面是四種有代表有固定安放的洗衣機(jī)，有路面運(yùn)動(dòng)的人力驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)。他們的共同缺點(diǎn)是：只是鏈輪與洗衣單純的拼湊；洗衣原理沒有變化，外形有些呆板，沒有美觀的效果；不能洗衣脫水兩用；最重要的是缺乏娛樂的引導(dǎo)元素，沒有娛樂的成分，這也就解決不了本質(zhì)的問題。同時(shí)這些設(shè)計(jì)占用空間大，不適合家庭的單件與少量衣服清洗。 1.3研究方案 本項(xiàng)目旨在解決上述所有問題，研發(fā)一種新式的快樂洗衣器，創(chuàng)造一種集娛樂、視覺享受、實(shí)用、方便及健康于一身的新型快樂洗衣器。本作品應(yīng)用STC89C52RC40I型的單片機(jī)對(duì)LED發(fā)光條進(jìn)行控制，以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)地球形狀（模擬地球的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)）。 該洗衣器成功通過視覺的吸引力引發(fā)用戶的好奇心；然后通過模擬皮劃艇運(yùn)動(dòng)來完成衣物的洗滌和脫水；同時(shí)對(duì)洗衣原理進(jìn)行了創(chuàng)新，而且將洗衣與脫水置于同一球內(nèi)進(jìn)行；并且是洗衣和脫水兩用；本作品占地面積小，適用于家用中單件少量衣物的清洗。本設(shè)計(jì)將對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上類似的洗衣器進(jìn)行徹底革新，創(chuàng)造一種新產(chǎn)品。該產(chǎn)品的成功研發(fā)將彌補(bǔ)被忽視的問題，成功開拓并引領(lǐng)一種新型洗衣器的設(shè)計(jì)理念。 ? 2.方案設(shè)計(jì) ? 2.1方案一 ? 2.1.1方案設(shè)計(jì)過程 首先，我們對(duì)作品進(jìn)行了定位。定位為小件、少量衣物的清洗，用于家用或宿舍內(nèi)使用。其次我們對(duì)洗衣筒運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了革新，利用錐齒輪配合，將輸入的動(dòng)力分動(dòng)為洗衣筒的繞軸自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使洗衣筒除了有繞軸自轉(zhuǎn)之外還有公轉(zhuǎn)。隨后又將洗衣桶設(shè)計(jì)為鍥入式球形外形大膽的改進(jìn)為圓潤(rùn)的球形，更加人性化，也更加具有視覺沖擊力。同時(shí)利用球殼的三個(gè)位置的相互錯(cuò)動(dòng)，便可完成裝衣→洗滌→脫水的相互轉(zhuǎn)換。除此之外，還加入了電動(dòng)機(jī)，使人力驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以互相轉(zhuǎn)換。動(dòng)力輸入完成了第一版的設(shè)計(jì)。 ? 2.1.2方案分析評(píng)價(jià) 該設(shè)計(jì)初步實(shí)現(xiàn)了我們對(duì)于產(chǎn)品的定位、洗衣球運(yùn)動(dòng)方式的改變以及操作過程人性化要求，而且該作品體型小巧、外形圓潤(rùn)，有很強(qiáng)的觀賞性。但是設(shè)計(jì)的弊端是：球面的密封難以得到有效解決；加入電動(dòng)機(jī)后，不僅需要電的供應(yīng)，而且有噪聲，不適合安裝在家庭或宿舍；齒輪對(duì)于加工精度，成本，安裝精度都有很高的要求。這次作品設(shè)計(jì)只是初步的嘗試和驗(yàn)證。 ? 2.2方案二 ? 2.2.1方案設(shè)計(jì)過程 針對(duì)方案一所存在的缺陷和設(shè)計(jì)過程中新想到的設(shè)計(jì)方式，在利用方案一優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了大幅度改動(dòng)。１．為了解決密封問題，我們將球的剖分方式改為平面剖分，極大減小了密封難度但仍保有洗滌脫水同一球的優(yōu)點(diǎn)。２．去掉了電動(dòng)機(jī)模塊。３．采用同步帶和碟式外徑可調(diào)的摩擦輪傳動(dòng)。極大地減小了加工與裝配的精度要求，成本大幅度降低。即仿照金屬ｖ形帶無級(jí)變速原理，用兩頂尖對(duì)置碟形片擠壓摩擦輪使其外徑發(fā)生變化，從而補(bǔ)償裝配或磨損產(chǎn)生的間隙。４.同時(shí)開始加入更有吸引力的娛樂元素，即LED地球儀顯示,該模塊是基于球形洗衣容器之上，應(yīng)用POV視覺暫留原理，通過STC89C52RC40I型的單片機(jī)對(duì)LED發(fā)光條的控制，使洗衣球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)出發(fā)光地球的形狀。 ?2.2.2方案分析評(píng)價(jià) 第二版設(shè)計(jì)解決了密封問題和傳動(dòng)系制造成本及精度要求高的問題，而且進(jìn)一步細(xì)化了洗滌脫水時(shí)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)（外圈不動(dòng)，圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)為洗滌；圓筒不動(dòng)，外圈轉(zhuǎn)動(dòng)為脫水）。但衍生了另外一些問題：小摩擦輪只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)半球，所以球體受力不均，兩球之間相互驅(qū)動(dòng)很可能影響密封。而且平面密封需要較大的預(yù)緊力，增加了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的難度。 ? 2.3方案三（原型定版） ? 2.3.1方案設(shè)計(jì)過程 本次改進(jìn)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)性的解決方案二中存在的問題，并且細(xì)化了結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)互補(bǔ)對(duì)置的固定摩擦環(huán)，不但解決了上下半球受力不均的問題，而且使自傳方向在一個(gè)公轉(zhuǎn)周期內(nèi)可發(fā)生換向。同時(shí)使洗滌摩擦環(huán)與脫水摩擦環(huán)脫離，細(xì)節(jié)上仿照皮帶輪與皮帶楔形增壓原理，用錐形摩擦環(huán)和圓臺(tái)形摩擦輪增加了傳動(dòng)效率，且有效地解決了由于內(nèi)外緣速差引起的摩擦輪磨損問題。考慮到注排水時(shí)的氣體排除問題，設(shè)計(jì)了排氣孔解決該問題。并且對(duì)傳動(dòng)系進(jìn)行了計(jì)算，確定了傳動(dòng)系的尺寸，確認(rèn)了該結(jié)構(gòu)的合理性。此外，設(shè)計(jì)將兩球密封端面改為錐面配合極大減少了密封所需預(yù)緊力，增強(qiáng)了密封效果，而且兩球?qū)π男愿茫\(yùn)行更平穩(wěn)。半球拆卸及預(yù)緊力提供上，采用了內(nèi)凸輪→鋼珠→銷釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)，保證既能輕松打開球體，又可傳遞扭矩（具體結(jié)構(gòu)見工作原理）。 該方案最大的改進(jìn)在于傳動(dòng)系的改進(jìn)。創(chuàng)新的使用了行星輪系將搖臂的運(yùn)動(dòng)與座椅（踏板）復(fù)合起來，既可由搖臂單獨(dú)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可由復(fù)合產(chǎn)生的力矩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，兩者產(chǎn)生的力矩是不同的。也就是說，只要手腳并用，可以產(chǎn)生更大的力矩，使洗衣球轉(zhuǎn)動(dòng)速度加快。 ? 2.3.2方案分析評(píng)價(jià) 這次設(shè)計(jì)基本上解決了前面所述的所有問題,并且利用洗衣桶球形外形，利用LED地球儀顯示和單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)生地球的七大洲的三維輪廓，娛樂成分增加。與設(shè)計(jì)意圖中“讓洗衣變成一種主動(dòng)的行為和快樂的享受”相吻合。但是此次設(shè)計(jì)對(duì)加工工藝性還不是很全面。 ? 2.4方案四（縮小定版） ? 2.4.1方案設(shè)計(jì)過程 受單位已有加工條件和機(jī)床規(guī)格所限，做出與版本相同尺寸的實(shí)物不具有可行性，所以我們嘗試對(duì)版本進(jìn)行了縮小。受標(biāo)準(zhǔn)件尺寸加工難度等問題（影響），裝配體的設(shè)計(jì)不能做線性縮小，所以不得不放棄實(shí)物模型中排氣孔和錐形密封的設(shè)計(jì)。接下來我們重新復(fù)核了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和零件加工工藝性判定，運(yùn)動(dòng)仿真，出圖，加工，裝配，調(diào)試，直至作品完成。 ? 2.4.2方案分析評(píng)價(jià) 　受加工條件所限，在保留重要設(shè)計(jì)思想的條件下，完成作品的驗(yàn)證。 ?

3 工作原理 ? 3.1工作過程描述 3.1.1裝衣：轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)凸輪，凸輪推動(dòng)鋼珠與銷釘內(nèi)行，無孔托盤滑入軸內(nèi)部，這樣無孔托盤與半球脫開。打開半球，裝入衣物。　 3.1.2合球：繼續(xù)（或反向）轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)凸輪，鋼珠與銷釘被彈簧推出，下拉無孔托盤，銷釘通過滑槽滑向軸的銷孔處，鎖死軸與無孔托盤，傳遞扭矩。　　 3.1.3注水：將洗衣球的自傳軸與有孔軸端轉(zhuǎn)至漏水擋板斜側(cè)，打開軸端注水孔，注入適量水后，關(guān)閉軸端注水孔。 3.1.4娛樂過程：將左右踏板調(diào)整至重合位置（軸端有定位平面），操作者雙腳踩在踏板上，坐在滑動(dòng)座椅，雙手抓扶左右搖臂。伸展雙腳同時(shí)扳動(dòng)搖臂，搖臂軸通過單向軸承向皮帶輪輸入轉(zhuǎn)矩，皮帶輪增速帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)球體自傳，洗衣過程開始。座椅下滑，搖臂前移，完成了一個(gè)劃艇動(dòng)作周期，如此反復(fù)。 3.1.5脫水過程：將洗衣球有孔端對(duì)準(zhǔn)側(cè)向孔，打開軸端注水孔（也為出水孔）,旋緊脫水摩擦輪,將洗衣球出水孔旋至豎直向下出水端。將踏板重新?lián)Q至對(duì)位，踏動(dòng)踏板，洗衣球在豎直方向發(fā)生自轉(zhuǎn)，水分由內(nèi)球殼流向外球殼后滑至出水口端流出。此過程中，可見旋轉(zhuǎn)的發(fā)光地球圖案。 ? 3.2細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明 3.2.1劃艇模擬部分：該部分主要形象的模擬了皮劃艇運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)主要由踏板，搖臂，滑動(dòng)座椅三部分組成。踏板仿真了船體內(nèi)腳部施力的地方。　　滑板的頂絲平面可滿足搖臂由踏板功能向飛輪功能的轉(zhuǎn)換。　　搖臂模擬了船槳的作用，并通過單向軸承向系統(tǒng)輸入力矩，防止了執(zhí)行系統(tǒng)反向向搖臂施力。　　滑動(dòng)座椅主要由光桿和直線軸承相互配合構(gòu)成，通過光桿的傾角提供座椅回復(fù)時(shí)所需力，并且傾角可調(diào)，以適應(yīng)不同人群不同力量與身材要求。 3.2.2傳動(dòng)系部分：主傳動(dòng)系主要由皮帶輪，平帶，單向軸承，軸構(gòu)成。系統(tǒng)在為滿足皮帶輪包角要求的情況下，采用了二級(jí)增速機(jī)構(gòu)，以匹配傳動(dòng)系力和速度的要求。 分動(dòng)部分：該部分主要通過錐形摩擦環(huán)圓臺(tái)形摩擦輪和傳 動(dòng)軸構(gòu)成。該傳動(dòng)系將輸入的力分動(dòng)為繞傳動(dòng)軸的自傳和繞筒中心的公轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)上采用了錐形摩擦環(huán)與圓臺(tái)形摩擦輪以增加傳動(dòng)效率，同時(shí)補(bǔ)償裝配（磨損）間隙。同時(shí)互補(bǔ)對(duì)稱的摩擦環(huán)不但使球體受力更加均勻，而且防患了波輪洗衣機(jī)問題正反向運(yùn)動(dòng)的過程。 3.2.3球體固定部分：該部分主要由摩擦輪傳動(dòng)軸，托盤傳動(dòng)軸，彈簧，銷釘構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)凸輪時(shí)，凸輪推動(dòng)鋼珠內(nèi)行，鋼珠推動(dòng)銷釘內(nèi)行，這樣，銷釘從銷孔內(nèi)脫出，隨托盤順滑槽上行，這樣半球就可以被打開了。反向上述操作，半球球殼就可以被合并固定了。 閉合狀態(tài) 打開狀態(tài) 3.2.4 LED地球儀顯示部分：主要由傳感器，ＳＴＣ８９Ｃ５２Ｒ４０Ｉ單片機(jī)，貼片發(fā)光二級(jí)管組成。模塊基于地球洗衣容器特殊的運(yùn)動(dòng)方式，利用ＰＯＶ視覺暫留原理，使球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)地球儀的形態(tài)。 ?

4 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析 ? 4.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 ? 4.1.1 洗衣傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 按照實(shí)際設(shè)計(jì)的洗衣器的尺寸進(jìn)行分析。傳動(dòng)裝置如下圖4.1.1 此時(shí)，根據(jù)洗衣服的需要，總傳動(dòng)比為i=0.278，即增速比3.6。輸入軸即輪一的轉(zhuǎn)速設(shè)為r,則分配一級(jí)傳動(dòng)比 =0.5，則輪二轉(zhuǎn)速為2r。由于輪三與輪二在同一軸上，則輪三轉(zhuǎn)速為2r。分配二級(jí)傳動(dòng)比 =5.2，則輪四轉(zhuǎn)速為0.385r。分配三級(jí)傳動(dòng)比為 =0.107,則摩擦輪的轉(zhuǎn)速為3.6r，摩擦輪轉(zhuǎn)速即洗衣桶轉(zhuǎn)速。這樣在洗衣過程中，洗衣桶繞一個(gè)軸轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為3.6r，繞另一個(gè)軸轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為0.385r。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自轉(zhuǎn)方向的運(yùn)動(dòng)。 ? 4.1.2脫水傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)裝置如圖。此時(shí)，根據(jù)洗衣服的需要，總傳動(dòng)比為i=0.111，即增速比9。輸入軸即與踩板相聯(lián)的輪一轉(zhuǎn)速設(shè)為r，則分配一級(jí)傳動(dòng)比 =0.2，則輪二轉(zhuǎn)速為5r。由于輪三與輪二在同一軸上，則輪三轉(zhuǎn)速為5r。分配二級(jí)傳動(dòng)比為 =5.17，則輪四（最大輪）轉(zhuǎn)速為0.967r。綠色軌道與摩擦輪傳動(dòng)比為 =0.107，則摩擦輪轉(zhuǎn)速為9r。此時(shí)，洗衣桶只有一個(gè)高速自轉(zhuǎn)方向，以實(shí)現(xiàn)脫水功能。 ? 4.2運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 ? 4.2.1洗衣狀態(tài)參數(shù)計(jì)算 由實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)洗衣時(shí)，人（使用者）驅(qū)動(dòng)搖桿的功率約為30W，其大小隨人力大小的變化而變化。由于為單程驅(qū)動(dòng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)知，則驅(qū)動(dòng)輸入平均轉(zhuǎn)速約為12r/min，大小隨人力的大小變化而變化。由上分析知，一級(jí)傳動(dòng)比為0.5，二級(jí)傳動(dòng)比為5.2，三級(jí)傳動(dòng)比為0.107。 由表查得平帶有張緊輪的效率為0.97，滾動(dòng)軸承0.99，摩擦輪0.89。 表1 洗衣時(shí)皮帶輪及摩擦輪各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸名 功率P/W 轉(zhuǎn)矩T/(N?mm) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 傳動(dòng)比i 效率η 輸入軸 30 23.88 12 0.5 0.96 高速軸 28．8 11.46 24 5.2 0.96 自轉(zhuǎn)軸1 27.66 57.17 4.62 0.107 0.88 自轉(zhuǎn)軸2 24.37 5.39 43.18 ? 4.2.2脫水狀態(tài)參數(shù)計(jì)算 由實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)脫水時(shí)，人踩動(dòng)腳踏板的功率約為35W，大小隨人力大小的變化而變化。平均轉(zhuǎn)速為72r/min，大小隨人力大小的變化而變化。由上分析知，一級(jí)傳動(dòng)比為0.2，二級(jí)傳動(dòng)比為5.17，三級(jí)傳動(dòng)比為0.107。由表查得平帶有張緊輪的效率為0.97，滾動(dòng)軸承0.99，摩擦輪0.89。 表2 脫水時(shí)皮帶輪及摩擦輪各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸名 功率P/W 轉(zhuǎn)矩T/(N?mm) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 傳動(dòng)比i 效率η 輸入軸 35 4.64 72 0.2 0.96 高速軸 33.61 0.89 360 5.17 0.96 低速軸 32.28 4.42 69.63 0.107 0.88 自轉(zhuǎn)軸 28.44 0.42 650.75 ? 4.3運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析論證 ? 4.3.1洗衣狀態(tài)分析論證 從原理分析中可以看到，洗衣時(shí)，人通過手驅(qū)動(dòng)搖桿，此時(shí)模仿劃船動(dòng)作，手臂既可以向前后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以向外伸展。同時(shí)為了能讓運(yùn)動(dòng)范圍更大以及達(dá)到運(yùn)動(dòng)腿部的目的，將座椅設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)的，座椅相對(duì)于底面有一個(gè)向前的傾斜角，以便當(dāng)腿部伸直后，能靠重力勢(shì)自動(dòng)下滑，恢復(fù)到腿部彎曲狀態(tài)，這樣反復(fù)交替。考慮到手搖為單程驅(qū)動(dòng)，單程擺動(dòng)約為80度。手向后拉時(shí)為加速過程，手向前推動(dòng)時(shí)為減速過程。這樣使輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周平均需要約5秒,計(jì)算得手搖平均轉(zhuǎn)速約為0.2r/s,即12r/min，大小隨人力大小的變化而變化。然后通過一級(jí)增速機(jī)構(gòu)，此時(shí)轉(zhuǎn)速 =24 r/min；通過二級(jí)減速機(jī)構(gòu)，此時(shí)轉(zhuǎn)速變?yōu)?/span> =4.62 r/min，這是洗衣球一個(gè)自轉(zhuǎn)速度；通過三級(jí)增速機(jī)構(gòu)，此時(shí)摩擦輪轉(zhuǎn)速即洗衣球另一個(gè)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 =43.18 r/min。 又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用創(chuàng)新的摩擦輪兩邊交換互補(bǔ)的摩擦方式，使洗衣器能正反轉(zhuǎn)，其中一個(gè)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，洗衣球一半順時(shí)針轉(zhuǎn)，一半逆時(shí)針轉(zhuǎn)。根據(jù) =4.62 r/min，算得順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)七秒，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)七秒。 根據(jù)歐洲式標(biāo)準(zhǔn)：洗衣時(shí)，滾桶以每分鐘25-60轉(zhuǎn)向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)十五秒、停六秒，再向反時(shí)針方向轉(zhuǎn)十五秒，不斷重復(fù)直至完成洗衣。現(xiàn)在設(shè)計(jì)的快樂洗衣器一個(gè)轉(zhuǎn)速為 =4.62 r/min，另一個(gè)為 =43.18 r/min，順、逆時(shí)針各轉(zhuǎn)動(dòng)七秒，基本符合洗衣的要求。加上有兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，洗衣效果更好。 ? 4.3.2脫水狀態(tài)分析論證 從原理分析中可以看到，脫水時(shí)，搖桿不動(dòng)，通過踩動(dòng)腳踩板驅(qū)動(dòng)洗衣球高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)脫水。腳踩時(shí)是一個(gè)連續(xù)的過程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得到踩板輪處的平均轉(zhuǎn)速為1.2r/s左右，即72r/min左右，具體可以根據(jù)人力的變化而變化。通過一級(jí)增速機(jī)構(gòu)，此時(shí)轉(zhuǎn)速約為 =360 r/min；通過二級(jí)減速機(jī)構(gòu)，此時(shí)轉(zhuǎn)速變?yōu)?/span> =69.63 r/min；通過三級(jí)增速機(jī)構(gòu)，即摩擦輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到 =650.75 r/min。 這時(shí)即為洗衣球脫水的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)資料得到：根據(jù)滾筒洗衣機(jī)脫水轉(zhuǎn)速，其中大部分產(chǎn)品集中在800 r/min -1200 r/min，最低位400 r/min。所以本設(shè)計(jì)基本上能滿足脫水的轉(zhuǎn)速要求。 根據(jù)向心力公式 ,其中 則洗衣機(jī)脫水時(shí)的加速度 ,本設(shè)計(jì)中，脫水轉(zhuǎn)速為651 r/min，球形直徑340mm,則脫水時(shí)最大加速度為 ,則 ,脫水時(shí)最大加速度約為162倍重力加速度。因?yàn)橄匆峦盀榍蛐蔚模云骄铀俣?/span> ，則 ，則脫水平均加速度約為80倍重力加速度。 ?

 5 LED地球儀顯示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ? 5.1工作原理與可行性分析 LED地球儀顯示模塊是基于球形洗衣容器之上，應(yīng)用POV視覺暫留原理，通過STC89C52RC40I型的單片機(jī)對(duì)LED發(fā)光條的控制，使洗衣球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)出發(fā)光地球的立體形狀。 我們的LED發(fā)光條，每次顯示地圖時(shí)間的都在0.1s內(nèi)（根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度定，顯示的時(shí)間為球體轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間）。并且發(fā)光條每次經(jīng)過標(biāo)志磁鐵時(shí)，都開始重新顯示圖形，磁鐵的位置不變，圖像顯示的起始位置不變，與上次顯示的圖形重合。那么在視神經(jīng)對(duì)移動(dòng)物體的印象持續(xù)的最短時(shí)間0.1s內(nèi)，多次顯示圖像，對(duì)效果沒有明顯影響。 因?yàn)槭澜绲貓D有64*32個(gè)像素點(diǎn)，發(fā)光條上有32個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管，每次顯示32個(gè)像素點(diǎn)，即一列。在每轉(zhuǎn)一整圈的過程中，依次輸出64列。那么發(fā)光條每次顯示需0.1s/64。而LED屬于冷光源，其數(shù)十千的頻閃頻率，即0.01微秒級(jí)的最短顯示時(shí)間，明顯滿足使用要求。我們使用的STC89C52RC40I型的單片機(jī)。最高支持40MHz的晶振，我們選用12MHz的晶振。機(jī)器周期為1微秒，每列顯示的指令周期為2微秒，亦滿足要求。所顯示的64*32世界地圖形狀如圖，電路的驅(qū)動(dòng)程序由Keil uVision4編寫，程序編寫部分代碼截圖如圖。 ? 5.2原理圖設(shè)計(jì)及PCB圖 我們選用的是LQFP44分裝的STC89C52RC芯片，控制器電路板尺寸僅為32mm*27mm，可以直接貼在球殼上。電源選用兩塊CR2032紐扣電池串聯(lián)，進(jìn)一步節(jié)約空間。?

6 強(qiáng)度校核 ? 6.1踏板輸出軸校核 由表2查得：踏板輸出軸的輸入功率為33.61W，轉(zhuǎn)速為360r/min，轉(zhuǎn)矩 。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6.1（a）： 由以上可以求得支反力 36.44N； 12.36N； 55N； 7N 2）水平彎矩 圖和垂直彎矩 圖 3）畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖： 軸的受力情況見表3. 表3 軸受力情況 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 5）按照下式求當(dāng)量彎矩并畫當(dāng)量彎矩圖 在這里扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)所以取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度 。 6）校核軸的強(qiáng)度 由于輪上的力通過單向軸承傳給軸，所以取彎矩最大，截面直徑較小的右輪處為危險(xiǎn)截面。截面處的強(qiáng)度條件為： 結(jié)論：按照彎扭合成強(qiáng)度校核踏板輸出軸即踏板雙聯(lián)軸的強(qiáng)度足夠安全。 ?

7產(chǎn)品制作過程 初期裝配 錐形摩擦環(huán) 球殼中心找正 轉(zhuǎn)桶的特殊卷制方法 ? 8 創(chuàng)新點(diǎn)、成本分析及應(yīng)用前景 ? 8.1主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 1. 洗衣桶采用透明球形外殼，美觀大方，更具視覺吸引力。 2. 洗衣運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生根本性的改變，洗衣球可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的自轉(zhuǎn)，使水和衣服運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜，洗衣效果更好。 3. 將LED發(fā)光條貼于球形外殼上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)洗衣球運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生LED發(fā)光地球儀，娛樂性大大增強(qiáng)。 4. 實(shí)現(xiàn)了脫水和洗衣兩用功能。 5. 將手的舒展運(yùn)動(dòng)和腳的運(yùn)動(dòng)作為動(dòng)力輸入，不僅帶來了更好的操作體驗(yàn)，有益健康。 6. 整體外形小巧，占地面積小，適用于家庭和宿舍使用。 ? 8.3應(yīng)用前景 本設(shè)計(jì)是一款全新概念的作品，它集視覺享受、娛樂體驗(yàn)、有效實(shí)用、健康運(yùn)動(dòng)于一身，解決了被市場(chǎng)忽視的問題，加上較低的成本和小巧的外形，同時(shí)有屬于家用的大眾化產(chǎn)品，所以這款作品將有良好的市場(chǎng)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。 ? 參考文獻(xiàn) [1] 榮輝，付鐵，楊夢(mèng)辰．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［Ｍ］．北京：北京理工大學(xué)出版社，2006．7． [2] 王大康,盧頌峰.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第2版）.北京工業(yè)大學(xué)出版社,2010.3. [3] 王晶．機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課外實(shí)踐選題匯編——第二屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽決賽作品集［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2007．7． [4] 濮量貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.高等教育出版社,2006.5. [5] 夏路易，單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教程與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.1 [6] 黃智偉,全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程第二版[M].北京：電子工業(yè)出版社. [7] 維基百科，視覺暫留[OL].(2012-3-6)[2012-04-20] 

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

將衣物裝入洗衣桶注水之后，便可以坐姿一邊健身一邊洗衣，清洗和脫水一氣呵成，簡(jiǎn)單方便實(shí)用。革新了原有洗衣機(jī)的洗衣原理，洗衣桶自傳與公轉(zhuǎn)同時(shí)存在，洗滌更充分，節(jié)省能源，集視覺享受、娛樂體驗(yàn)、有效實(shí)用、健康運(yùn)動(dòng)于一身，適合家庭與學(xué)生宿舍中使用，占地面積小，學(xué)生使用需求量很大，在家庭中也有其不可替代的功能，解決了被市場(chǎng)忽視的問題，加上較低的成本和小巧的外形，所以這款作品將有良好的市場(chǎng)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。如能投入生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

同類課題研究水平概述

目前市場(chǎng)上有腳踏動(dòng)力洗衣器、腳踏式洗衣器、人力驅(qū)動(dòng)洗衣器、人力洗衣器等。他們的共同缺點(diǎn)是：只是鏈輪與洗衣單純的拼湊；洗衣原理沒有變化，外形有些呆板，沒有美觀的效果；不能洗衣脫水兩用；最重要的是缺乏娛樂的元素，沒有娛樂的成分，這也就解決不了本質(zhì)的問題。同時(shí)這些設(shè)計(jì)占用空間大，不適合家庭的單件與少量衣物清洗。 目前在已經(jīng)有人申請(qǐng)的專利“人力洗衣機(jī)”，在達(dá)到洗凈衣物的的同時(shí)，達(dá)到小型化易攜帶、無需電力、任何人任何地方都可以使用。能兩腳操作，更具有實(shí)用性。它只需要不停的踩踏板，即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)漂洗，漂洗之后打開排水管后，可轉(zhuǎn)換成脫水功能。但是這個(gè)過程過于機(jī)械，重復(fù)相同的動(dòng)作會(huì)使人產(chǎn)生疲勞感。