（機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)論文）滾筒洗衣機(jī)動(dòng)態(tài)性能研究.pdf

中文摘要 論文結(jié)合小鴨集團(tuán)產(chǎn)品滾筒洗衣機(jī)實(shí)際工程需求，在建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了關(guān)鍵零部件參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，最后通過(guò)商用c a e 軟件和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。論文取得了以下結(jié)論與成果： ( 1 ) 根據(jù)滾筒洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)，并考慮實(shí)際工況，利用矢量法建立了洗衣機(jī)的六自由 度動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，分析了洗衣機(jī)中各關(guān)鍵零部件參數(shù)對(duì)外筒振幅 的影響規(guī)律，研究了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩種平衡方式( 液壓平衡與固體平衡 器) ，并最終遴選出最佳平衡方案。 ( 2 ) 根據(jù)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程流程，在商用軟件平臺(tái)p r o e 與m s c a d a m s 上運(yùn) 用多體動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行滾筒洗衣機(jī)整機(jī)建模，分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與振動(dòng) 機(jī)理。 ( 3 ) 在對(duì)各關(guān)鍵零部件參數(shù)靈敏度分析的基礎(chǔ)上，揭示出各部件參數(shù)對(duì)外筒振幅 的影響規(guī)律。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，以滾筒洗衣機(jī)外筒徑向振動(dòng)幅值均方根值 為目標(biāo)，采用線性規(guī)劃方法對(duì)參數(shù)化樣機(jī)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 ( 4 ) 基于s i m u l i n k 和m s c a d a m s 軟件建立了滾筒洗衣機(jī)的機(jī)電一體化聯(lián)合仿 真模型，并在s i m u l i n k 環(huán)境中完成了聯(lián)合仿真計(jì)算，研究了不同工況和運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)下的控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。 ( 5 ) 以p c + n iu s b 9 2 3 3 數(shù)據(jù)采集卡為關(guān)鍵部件搭建實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)，以圖形化語(yǔ) 言l a b v i e w 為平臺(tái)搭建系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，驗(yàn)證了上述 理論與方法的正確性和有效性。 上述研究成果，不僅對(duì)滾筒洗衣機(jī)關(guān)鍵部件的參數(shù)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作 用，而且還將對(duì)物理樣機(jī)的維修提供了很好的理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞：滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)模型虛擬樣機(jī)模型機(jī)電一體化模型 a b s t r a c t i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e m a n df r o mx i a oy ag r o u pc o l t d ，t h i sd i s s e r t a t i o n d e a l sw i t ht h ed y n a m i cd e s i g no far o l l i n gw a s h i n gm a c h i n ef o rt h ev i b r a t i o na n d n o i s er e d u c t i o n t h ep a r a m e t e r sa f f e c t i n gt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e m a r eo p t i m i z e da n di t se f f e c t i v e n e s si sv e r i f i e dv i ac o m p u t e rs i m u l t a t i o na n d e x p e r i m e n t s t h em a i n sa c h i e v e m e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i e da sf o l l o w s a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r eo fr o l l i n gw a s h i n gm a c h i n g ，i t s6 - d o fd y n a m i cm o d e l i sf o r m u l a t e du s i n gt h ev e c t o rm e t h o dw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fr e a lw o r k i n g c o n d i t i o n t h ev i b r a t i o na m p l i t u d eo fo u t e rb a r r e lo fw a s h i n gm a c h i n ei s a d o p t e da ss p e c i f i c a t i o nt oi n v e s t i g a t et h el a wo fk e yp a r t so ni t t h et w o b a l a n c i n gw a y sa r ea l s od i c u s s e dh e r ei nt h er u n n i n gs t a t e ，a n dt h eo p t i m a l b a l a n c i n gf o r m a ti sc h o s e nb yt h ec o m p a r i s o n t h ev i r t u a lp r o t o t y p et e c h n i q u ei si n t r o d u c e d ，a n dp r o c e s sa n a l y s i so ni ti sa l s o s t u d i e dh e r e t h ef l o wc h a r ti sd r a w na n dm u l t i b o d ym o d e l i n gt h e o r e mi s e x p l a i n e di nt h en e x tw h i c hu s e di nt h ec o m m e r c i a lm s c a d a m ss o f t w a r e b a s e do nt h ea b o v e ，t h ep r o ea n dm s c a d a m si sa d o p t e dt ob u i l dt h ev i r t u a l p r o t o t y p eo fw a s h i n gm a c h i n ef o r t h er e s e a r c ho ni t sd y n a m i cc h a r a c t e r i s i t i c s t h es e n s i t i v i t ya n a l y s i si si n v e s t i g a t e di no r d e rt oa c h i e v et h ei n f l u e n c i n gd e g r e e o fd i f f e r e n tp a r a m e t e r so nv i b r a t i o na m p l i t u d eo fo u t e rb a r r e lo fr o l l i n gw a s h i n g m a c h i n e f u r t h e r m o r e i t sm e a ns q u a r er o o tv a l u eo fv i b r a t i o ni su s e da sc o s t f u n c t i o n ，a n dl i n e a rp r o g r a m m i n gm e t h o di sa c q u i r e dt oo p t i m i z et h ep a r a m e t e r s o fk e yp a r t s t h em e c h a t r o n i cm o d e lo fr o l l i n gw a s h i n gm a c h i n ei se s t a b l i s h e du s i n gt h e c o m m e r c i a lm a t l a b s i m u l i n ka n dm s c a d a m ss o f t w a r ef o rf u t h e r i n v e s t i g a t i o no fi t sq u a li t y t h ec o s i m u l a t i o ni st h e nf i n i s h e di nt h es i m u li n k e n v i r o n m e n tt oa c h i e v et h el a wo fc o n t r o l l e r p a r a m e t e r s o n d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e m t h ep c + n iu s b 9 2 3 3a c q u r i n gb o a r di su t i l i z e df o rh a r d w a r ep l a t f o r mo f e x p e r i m e n t ，a n dg r a p h i cl a n g u a g el a b v i e wi su s e df o ra c q u i r i n gs o f t w a r e b a s e do nt h i sp l a t f o r m ，t h ea b o v et h e o r ya n da p p r o a c h e sa r ev a li d a t e d t h ea b o v er e s e a r c h e s ，n o to n l yg i v eg u i d et op a r a m e t e rd e s i g no fk e yp a n so f - i v - 、歹、，、，、，、， 0 q 0 r o l l e rw a s h i n gm a c h i n e ，b u ta l s oo f f e rg o o dt h e o r yg i s tf o rt h ed e v e l o p m e n to f p h y s i c a lp r o t o 夠p e k e yw o r d s ：r o l l e rw a s h i n gm a c h i n e ，d y n a m i cm o d e l ，v i r t u a lp r o t o t y p e ， m e c h a t r o n i cm o d e l 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得丕鲞盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中 作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者 簽字日期：二馘年p 月華日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解苤盜盤鱟有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán)苤盜盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢 索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校 向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明) 學(xué)位論文作者簽磊蕊! f 新始鉑 新簽名：1 諺 簽字日期夕孑年g ! 月午日 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 1 1 洗衣機(jī)發(fā)展概述 1 1 1 洗衣機(jī)的發(fā)展歷程 第一章緒論 從古到今，紡織品的洗滌過(guò)程一直是難于逃避的勞動(dòng)，手工操作不僅增加了 人們的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，而且洗衣過(guò)程中藥量越來(lái)越大化學(xué)試劑也將會(huì)對(duì)人的皮膚造成 越來(lái)越大的傷害。因此，機(jī)器代替手工操作成為必然。洗衣機(jī)的歷史可以追溯到 1 9 世紀(jì)。l8 7 4 年美國(guó)人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗農(nóng)機(jī)，如圖1 - 1 所示。 該洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單在木筒里簡(jiǎn)單的裝上6 塊葉片，手柄和齒輪作為傳動(dòng)裝 置，衣服便可在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到“凈衣”的目的。該裝置雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且洗 滌效果及質(zhì)量也不好，但是布萊克斯的洗衣機(jī)開(kāi)發(fā)構(gòu)思使得人們對(duì)洗衣機(jī)的改進(jìn) 進(jìn)程大大加快。 固1 - 1 第一臺(tái)洗農(nóng)機(jī)( 草圖) 在第一次工業(yè)革命后，1 8 8 0 年美國(guó)出現(xiàn)了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣作為動(dòng)力開(kāi)始 取代人工。此外，水力和內(nèi)燃機(jī)也作為動(dòng)力在洗衣機(jī)裝置中得一嘗試，但旨因動(dòng) 力不穩(wěn)定且使得裝置龐大，致使性價(jià)比低而遭到淘汰。1 9 1 0 年，美國(guó)人菲舍爾 試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自 動(dòng)化的開(kāi)端。 進(jìn)入電氣化時(shí)代之后，洗衣機(jī)的功能日益增強(qiáng)。電動(dòng)洗衣機(jī)幾經(jīng)完善，在 第一章緒論 1 9 2 2 年迎來(lái)一種嶄新的洗衣方式，即攪拌式。攪拌式洗衣機(jī)由美國(guó)瑪依塔格公 司研制成功，該洗衣機(jī)的特點(diǎn)是在筒中心裝上一個(gè)立軸，在立軸下端裝有攪拌翼， 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)立軸，進(jìn)行周期性的正反擺動(dòng)，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦， 以此滌蕩污垢。1 0 年后，美國(guó)本德克斯航空公研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣 機(jī)，洗滌、漂洗、脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。這意味著電動(dòng)洗衣機(jī)的型式躍上了 一個(gè)新臺(tái)階，其自動(dòng)化程度又前進(jìn)了一大步。直至今日，滾筒式洗衣機(jī)在歐美國(guó) 家乃至全世界仍得到了廣泛應(yīng)用。 與此同時(shí)，英國(guó)還研制推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠簡(jiǎn)體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波 輪產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。1 9 5 5 年， 在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪 式洗衣機(jī)。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初 步形成。 2 0 世紀(jì)6 0 年代以后，洗衣機(jī)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的消費(fèi)市場(chǎng)開(kāi)始形成系列，家 庭普及率迅速上升，其中日本的洗衣機(jī)行業(yè)發(fā)展最為典型。6 0 年代的日本出現(xiàn) 了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，被稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”。7 0 年代，波輪式套桶全 自動(dòng)洗衣機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)在家庭中。7 0 年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)橫空 出世。到8 0 年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡(jiǎn)便，功能更完備，洗 衣程序更隨人意，外觀造型更為時(shí)尚。進(jìn)入9 0 年代，由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高， 洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。此后，隨著 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪 傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。 洗衣機(jī)的誕生和發(fā)展，本身就是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和 控制技術(shù)的不斷發(fā)展，有理由相信洗衣機(jī)的發(fā)展會(huì)更加迅速，它必將給人類的生 活帶來(lái)全新的感受i 卜3 | 。 1 1 2 洗衣機(jī)的分類與發(fā)展趨勢(shì) 自從1 9 1 0 年美國(guó)菲舍爾發(fā)明第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)以來(lái)，各國(guó)的技術(shù)人員不斷 開(kāi)拓進(jìn)取，研制出許多不同洗滌方式的洗衣機(jī)。這些洗衣機(jī)各具所長(zhǎng)，各有所短， 相互之間彼此競(jìng)爭(zhēng)與融合，逐漸形成當(dāng)今流行的三大類型滾筒式洗衣機(jī)、波 輪式洗衣機(jī)和攪伴式洗衣機(jī)。除此以外，雖然也出現(xiàn)過(guò)噴流式洗衣機(jī)、噴射式洗 衣機(jī)、電磁式洗衣機(jī)、振動(dòng)式洗衣機(jī)、高壓式洗衣機(jī)等其它類型，但由于種種原 因目前市場(chǎng)上已難覓蹤影。 各種洗衣機(jī)各有特色，下面對(duì)其中三大主要類型洗衣機(jī)的功能特點(diǎn)，即滾筒 式、攪拌式、波輪式，進(jìn)行對(duì)比討論。 天律大學(xué)博士學(xué)位論文 ( 1 ) 波輪洗衣機(jī) 俗稱日本式，流行于日本、中國(guó)、東南亞等地區(qū)。洗衣筒底部波輪帶動(dòng)衣物 正反向轉(zhuǎn)動(dòng)( 標(biāo)準(zhǔn)洗滌時(shí)波輪轉(zhuǎn)動(dòng)大于3 6 0 0 r p m ) ，由于相互搓揉力較大，濕的衣 物壓在高速旋轉(zhuǎn)的波輪上，故損衣率較高，洗滌均勻性較差，纏繞率也較大。如 圖1 - 2 ( a ) 所示i ?！?。 ( 2 ) 攪拌式洗衣機(jī) 俗稱美國(guó)式，流行于美洲地區(qū)。立軸，攪拌葉作原動(dòng)力，帶動(dòng)衣物正反向擺 動(dòng)( 小于2 7 0 0 r p m ) ，互相搓揉。由于洗衣簡(jiǎn)底不轉(zhuǎn)動(dòng)，洗凈度、損衣率等性能居 中f i b l 2 1 。 ( 3 ) 滾筒洗衣機(jī) 發(fā)源于歐洲的洗衣機(jī)是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計(jì)，利用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械做功 使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)衣物在滾筒中不斷地被提升捧下，再提升再摔下，做重復(fù)運(yùn)動(dòng)，加 h 洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。但洗衣時(shí)，需用熱水才能洗凈衣物， 耗電量大、損衣率低。若用冷水洗農(nóng)。洗凈度則會(huì)受到影響。如圖1 2 ( b ) 所, t j l3 + 】。 ( a )( b ) 圖i 一2 滾筒洗衣機(jī)與波輪洗衣機(jī) 各種洗衣機(jī)特點(diǎn)不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。波輪式洗衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作 可靠、洗凈率高、洗滌時(shí)間短，省電但存在對(duì)衣物磨損大、用水量多、纏繞率高、 洗凈的均勻性差等缺點(diǎn)。由于適合我國(guó)國(guó)情，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位6 】。 攪拌式洗衣機(jī)發(fā)源于美國(guó)，在美國(guó)流行，但在中國(guó)市場(chǎng)上也己出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廠 家只有海爾、榮事達(dá)推出過(guò)這種洗衣機(jī)，但反響并不很好。倚而言之，攪拌式洗 衣機(jī)與渡輪洗衣機(jī)最大的區(qū)別就是渡輪旋轉(zhuǎn)只有2 7 0 度，不像波輪洗衣機(jī)的渡輪 是旋轉(zhuǎn)3 6 0 度所以攪拌式洗衣機(jī)的各項(xiàng)性能介于滾筒洗衣機(jī)與波輪洗衣機(jī)之 間。 第一章緒論 滾筒洗衣機(jī)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是洗衣范圍廣，能夠洗滌羊毛、絲綢之類的高檔 衣物，洗好的衣物不纏繞，對(duì)衣物磨損小；轉(zhuǎn)速快，最高每分鐘可達(dá)1 0 0 0 轉(zhuǎn)以 上：同時(shí)利用特有的減振、平衡系統(tǒng)，將噪聲降到了最低，因?yàn)榧夹g(shù)先進(jìn)、做工 精湛，使用壽命大約是波輪洗衣機(jī)的2 倍。另外，滾筒洗衣機(jī)相比攪拌式與波輪 式洗衣機(jī)，不僅能節(jié)省一半以上的水，還能節(jié)約大量洗滌劑，減少生活污水的排 放。滾筒式洗衣機(jī)的缺點(diǎn)是耗電量大，價(jià)位相對(duì)較高，而且一旦前端關(guān)閉，洗衣 過(guò)程中將無(wú)法打開(kāi)。 從世界的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，滾筒洗衣機(jī)日漸成為洗滌行業(yè)的主流，且有如下幾 個(gè)發(fā)展趨判1 7 。2 4 1 。 智能化。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)只有進(jìn)水一漂洗一出水一甩干這幾個(gè)工作過(guò)程，并通 過(guò)合理組合來(lái)進(jìn)行工作。而智能洗衣機(jī)除了實(shí)現(xiàn)上述的功能之外，還能對(duì)洗滌衣 物的衣質(zhì)、衣量、衣物的污臟性質(zhì)以及污濁度進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)具體的情況選擇 合適的洗滌劑、水量和水流狀態(tài)進(jìn)行有針對(duì)性的洗滌。甚至滾筒洗衣機(jī)還會(huì)將衣 物烘干，整個(gè)洗衣的過(guò)程完成以后還會(huì)用動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)聲提醒用戶，用戶可在洗衣 的過(guò)程做其它工作，從而節(jié)省大量時(shí)間。洗衣機(jī)智能化技術(shù)有賴于微處理器和傳 感器的發(fā)展。 高效節(jié)能。不可再生能源的日益減少和人類對(duì)能源要求量日益增加的矛盾， 決定了節(jié)能成為整個(gè)社會(huì)活動(dòng)的趨勢(shì)。對(duì)于洗衣機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)，要在保證洗凈度的 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)省電、節(jié)水。高效節(jié)能已經(jīng)成為洗衣機(jī)行業(yè)發(fā)展必然的趨勢(shì)。 靜音。噪音容易使人疲勞，造成神經(jīng)系統(tǒng)緊張，從而影響睡眠、休息和工作。 減少噪音污染對(duì)提高生活質(zhì)量具有相當(dāng)?shù)闹匾?。生活水平的提高，家用電器?益增多，家用電器的噪音已經(jīng)成為提高生活質(zhì)量的一個(gè)負(fù)面因素。所以，靜音洗 衣機(jī)也是洗衣機(jī)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 健康化?，F(xiàn)代人對(duì)健康格外的重視，對(duì)洗衣機(jī)也提出了更高的要求，有的洗 衣機(jī)廠家采用納米內(nèi)桶，減少污垢附著，有的洗衣機(jī)設(shè)置有改進(jìn)型漂洗程序，徹 底漂凈衣物上殘留的洗滌劑，防止對(duì)人體的侵害。還有一些洗衣機(jī)采用臭氧進(jìn)行 殺菌，達(dá)到徹底滅菌的目的。 大容量和微型化。為獲得寬敞的空間，推出了超小型或超薄型的洗衣機(jī)，比 較有代表性的有小鴨的迷你滾筒洗衣機(jī)，海爾的小小神童波輪洗衣機(jī)，惠爾浦的 維納斯系列上開(kāi)門立式滾筒洗衣機(jī)，西門子的4 0 厘米超薄滾筒洗衣機(jī)滿足了對(duì) 占地空間的要求。 品種多樣化。從洗滌形式上分波輪式、滾筒式洗衣機(jī)，從洗滌容量上自2 公 斤到7 公斤有很多等級(jí)，高中低檔洗衣機(jī)在功能上，還有很多不同，品種多樣化 的洗衣機(jī)滿足了不同偏好的消費(fèi)者的需求。 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 現(xiàn)在已經(jīng)有廠家開(kāi)發(fā)出了不需要使用洗滌劑的洗衣機(jī)，還有的廠家開(kāi)發(fā)出了 更迷你的旅行洗衣機(jī)，小到可以在出外旅行的時(shí)候隨身攜帶，為了更方便的操作 有的廠家還開(kāi)發(fā)出了可以遠(yuǎn)程控制的洗衣機(jī)。方便、加節(jié)能、個(gè)性化將是洗衣機(jī) 行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 1 2 洗衣機(jī)減振降噪技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究概況 隨著社會(huì)物質(zhì)文明的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量日益提高，家電產(chǎn)品的高品位已 成為人們生活追求的熱點(diǎn)。其中，對(duì)洗衣機(jī)的要求具體表現(xiàn)在，要求洗衣機(jī)在洗 凈率高的同時(shí)，還要求整機(jī)裝配安全可靠、運(yùn)行自動(dòng)化程度高，工作狀態(tài)下的振 動(dòng)、噪音更小【2 5 - 2 9 。 全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)是依靠熱力、機(jī)械力、化學(xué)力去除衣物上的灰塵，以其特 有的洗滌方式、對(duì)衣物較小的損傷和可以加熱消毒等優(yōu)勢(shì)而深受消費(fèi)者喜愛(ài)，但 其較大的振動(dòng)一直是困擾洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家的一個(gè)難題【14 1 。由于洗滌衣物在滾筒中 的不均勻分布，形成旋轉(zhuǎn)偏心負(fù)載，便產(chǎn)生了周期作用的激振力，從而導(dǎo)致洗衣 機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。尤其是在高速脫水階段，洗衣機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題更加突出。這個(gè)問(wèn)題直 接影響了洗衣機(jī)質(zhì)量的提高，限制了洗衣機(jī)進(jìn)一步向高轉(zhuǎn)速發(fā)展 3 0 - 3 4 1 。 減小滾筒洗衣機(jī)振動(dòng)的最終目的也就是減少洗衣機(jī)外箱體的振動(dòng)【3 5 3 7 1 。根據(jù) 以往生產(chǎn)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要包括以下三方面的工作：一是減少內(nèi)筒的不平衡，及 其他各項(xiàng)干擾因素，控制內(nèi)外筒總成的振動(dòng)；二是采用振動(dòng)隔離技術(shù)，切斷振動(dòng) 波的傳遞路徑，避免內(nèi)外筒總成的振動(dòng)傳遞給外箱體；三是改進(jìn)外箱體的設(shè)計(jì)， 提高外箱體的抗振能力，控制振動(dòng)的響應(yīng)，減輕內(nèi)外筒總成的振動(dòng)對(duì)它的影響。 具體方法有1 3 8 - 4 1 】： ( 1 ) 減小衣物的偏心量； ( 2 ) 減少衣物的含水量，快速通過(guò)共振區(qū)； ( 3 ) 分段進(jìn)行脫水； ( 4 ) 增加內(nèi)外筒總成的重量，配平衡； ( 5 ) 增加平衡環(huán)； ( 6 ) 內(nèi)外筒總成與箱體之間采用彈簧連接； ( 7 ) 內(nèi)外筒與箱體之間加裝阻尼減振器； ( 8 ) 內(nèi)外筒總成與外箱體隔離； ( 9 ) 優(yōu)化設(shè)計(jì)門密封圈及進(jìn)排水管，減少其它部件對(duì)箱體振動(dòng)的影響； ( 1 0 ) 加強(qiáng)外箱體本身的剛性； ( 1 1 ) 箱體內(nèi)部粘貼吸振材料； 第一章緒論 ( 1 2 ) 增加箱體底腳與地面的摩擦。 根據(jù)我國(guó)對(duì)洗衣機(jī)行業(yè)振動(dòng)和噪音水平提出的新要求，依據(jù)g b 4 2 8 8 9 2 標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定，洗衣機(jī)在額定工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，用測(cè)振儀測(cè)量箱體前后左 右各側(cè)面中央部位，其振幅應(yīng)滿足：額定洗滌容量5 k g 和5 k g 以下應(yīng)不大于 0 8 m m ；洗滌容量5 k g 以上應(yīng)不大于1 0 m m ；洗衣機(jī)上蓋中央部位，其振幅應(yīng)滿 足：額定洗滌容量5 k g 和5 k g 以下應(yīng)不大于l0 m m ，洗滌容量5 k g 以上應(yīng)不大于 1 2 m m 。 為此，國(guó)內(nèi)各洗衣機(jī)廠商的科技人員都在進(jìn)行洗衣機(jī)的振動(dòng)分析，以及對(duì)洗 衣機(jī)減振、降噪技術(shù)進(jìn)行研究，相關(guān)領(lǐng)域的研究方法基本可以分為以下三大類。 ( 1 ) 實(shí)驗(yàn)法 文獻(xiàn) 4 2 中，申秀敏、左言言等將現(xiàn)代測(cè)試手段與模態(tài)分析技術(shù)相結(jié)合，應(yīng) 用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法對(duì)某全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)機(jī)箱進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)，得到其固有頻 率，模態(tài)振型等模態(tài)參數(shù)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)機(jī)箱做出了一定程度的改進(jìn)。 文獻(xiàn) 4 3 】中，陸國(guó)強(qiáng)等從滾筒洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行過(guò)程的力學(xué)特性出發(fā)，結(jié)合 滾筒洗衣機(jī)噪聲測(cè)量的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了衣物隨機(jī)形成的不平衡質(zhì)量是滾筒洗衣機(jī)噪 聲測(cè)試結(jié)果具有不確定性的原因，并提出了改進(jìn)滾筒洗衣機(jī)噪聲測(cè)量與評(píng)價(jià)方法 的建議。但這種優(yōu)化方式必須建立在豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，這勢(shì) 必會(huì)極大限制洗衣機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)周期，而且稍有不慎就將得到錯(cuò)誤的結(jié)果。 文獻(xiàn) 4 4 】中，鄭紅梅、劉正士等采用實(shí)驗(yàn)的方式，對(duì)洗衣機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻 譜分析，得出其產(chǎn)生振動(dòng)的真正原因。并根據(jù)分析結(jié)果，借助于正交理論，以有 效值為指標(biāo)，對(duì)洗衣機(jī)懸架系統(tǒng)上的吊簧剛度，減振器阻尼系數(shù)，上、下配重質(zhì) 量等各結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而有效地降低了洗衣機(jī)甩干時(shí)的振動(dòng)。這種優(yōu)化方 式雖然有效，但未免太繁瑣，而且對(duì)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確性的要求較高，因此很難找 到關(guān)鍵部件的最優(yōu)參數(shù)組合。 文獻(xiàn) 4 5 中，鄧寅晶、陳慧寶等采用分步運(yùn)行和頻譜分析等方法對(duì)全自動(dòng)洗 衣機(jī)噪聲進(jìn)行分析識(shí)別，逐一找出噪聲源，并對(duì)噪聲源有針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)，降 低了噪聲值。該文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)方式可行，但不得不提的是所創(chuàng)建的振動(dòng)模型簡(jiǎn)化 太多，較難準(zhǔn)確反映洗衣機(jī)的真實(shí)振動(dòng)情況。 文獻(xiàn) 4 6 】中，w e ic h e n h a i 等建立了洗衣機(jī)的數(shù)學(xué)模型，研究與分析洗衣機(jī) 的動(dòng)特性。采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真兩種方式，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。 文獻(xiàn) 4 7 】中，f m e n t e s 等采用實(shí)驗(yàn)的方式，采集洗衣機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)振 動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，在頻譜中提取信號(hào)特征，識(shí)別系統(tǒng)的振動(dòng)源。對(duì)減振降噪的有 效措施進(jìn)行了深入研究。 另外，p d m a l l i b a n d 4 引，y y o k o i 4 9 1 ，j c r u c q 5 0 】等人也通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析的方 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 式對(duì)洗衣機(jī)的振動(dòng)做了研究分析。 ( 2 ) 數(shù)學(xué)建模分析法 文獻(xiàn) 1 4 1 d ? ，劉慶亮首先對(duì)滾筒洗衣機(jī)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單描 述與系統(tǒng)分析，在對(duì)平面運(yùn)動(dòng)情況下三自由度分析方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建 了滾筒洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)的六自由度空間運(yùn)動(dòng)模型與運(yùn)動(dòng)方程，最后對(duì)該模型進(jìn) 行了數(shù)值仿真計(jì)算。該方法在理論上是完備的，且具備較好的應(yīng)用性，此研究結(jié) 果具備理論與實(shí)踐兩方面的意義。 文獻(xiàn)【5 1 5 5 】中，t u r k a y 、k i r a y 等建立了用于優(yōu)化彈簧剛度和阻尼器系數(shù)的滾 筒洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，提出了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程，并且進(jìn)行了理論 和實(shí)驗(yàn)分析。 文獻(xiàn)【5 6 】中，b a e 等在研究了液壓平衡器的工作原理和動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ) 上，建立了帶液壓平衡器的波輪式洗衣機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并分析了影響洗衣機(jī)振 動(dòng)的主要因素。通過(guò)對(duì)該模型的數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，該模型能 較準(zhǔn)確的反映洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。本文擬對(duì)帶液壓平衡器的滾筒洗衣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力 學(xué)建模，因此，該工作具有很好的借鑒意義。 文獻(xiàn) 5 7 1 中，p a p a d o p o u l o s 等提出了輕便式滾筒洗衣機(jī)的一個(gè)簡(jiǎn)化三維動(dòng)力 學(xué)模型。該模型對(duì)研究洗衣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性以及減小振幅方面具有一定的 借鑒意義。 文獻(xiàn)1 5 8 】中，b a g e p a l l i 等研究了垂直軸式波輪洗衣機(jī)的振動(dòng)模型，并對(duì)懸掛 系統(tǒng)提出了兩個(gè)設(shè)計(jì)概念，即無(wú)轉(zhuǎn)換固定節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)( n t f n ) 和轉(zhuǎn)換自由節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) ( t f n ) 。該工作對(duì)今后洗衣機(jī)的理論研究提供一定的理論依據(jù)。 除以上典型建模方式以外，g u a n g 5 9 1 ，g u1 6 0 1 ，a r g e n t i n i 6 1 ，q i a n 6 2 1 ， k a r s e n 6 3 j 等人的研究成果同樣具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。 ( 3 ) 軟件仿真分析法 文獻(xiàn) 6 4 6 5 中，鄭毅、趙國(guó)群等采用有限元技術(shù)模擬洗衣機(jī)的振動(dòng)過(guò)程，以 洗衣機(jī)工作過(guò)程的振動(dòng)為例，研究了彈性固定機(jī)構(gòu)的振動(dòng)規(guī)律。該方法以機(jī)械結(jié) 構(gòu)的整體模型為分析對(duì)象，綜合考慮結(jié)構(gòu)的振動(dòng)原因與振動(dòng)形式，使其分析數(shù)據(jù) 接近系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而可以分析研究激勵(lì)、結(jié)構(gòu)等因素對(duì)振動(dòng)過(guò)程的影 響。 文獻(xiàn) 6 6 】中，楊曉文，趙曉明等針對(duì)滾筒式洗衣機(jī)復(fù)雜非線性振動(dòng)特點(diǎn)，結(jié) 合洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以洗衣機(jī)工作過(guò)程的振動(dòng)為研究對(duì)象，采用a n s y s 有限 元技術(shù)分析滾筒式洗衣機(jī)在工作過(guò)程中的振動(dòng)情況，獲得洗衣機(jī)模型振動(dòng)模態(tài)的 數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，將模態(tài)仿真分析結(jié)果與實(shí)際測(cè)試值比較，具有很好的符合性。 該研究為滾筒式洗衣機(jī)振動(dòng)分析提供了一種有效可行的理論分析方法。 第一章緒論 文獻(xiàn) 6 7 】中，左言言、申秀敏等結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)與有限元理論模態(tài)分析，對(duì)全 自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)的機(jī)箱進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性研究。首先，在p r o e 中建立機(jī)箱的三維 實(shí)體模型；然后導(dǎo)入a n s y s 中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到其有限元模型；再采用蘭索 斯迭代法進(jìn)行模態(tài)求解，得到前5 0 階計(jì)算模態(tài)參數(shù)。另外，用脈沖激勵(lì)法在實(shí)驗(yàn) 室對(duì)機(jī)箱進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)。通過(guò)對(duì)理論模態(tài)與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)的 進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，二者結(jié)果吻合較好。該研究對(duì)滾筒洗衣機(jī)機(jī)箱振動(dòng)特性的改善提 供了一定的參考依據(jù)。 文獻(xiàn) 6 8 】中，h o m s i 等采用a n s y s 軟件創(chuàng)建了某型號(hào)工業(yè)洗衣機(jī)的有限元模 型，對(duì)其結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析計(jì)算，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型 的準(zhǔn)確性。 文獻(xiàn) 6 9 7 0 】中，顧力強(qiáng)，曹群豪等針對(duì)某型號(hào)工業(yè)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用 n a s t r a n 軟件建立洗衣機(jī)的有限元模型，對(duì)洗衣機(jī)在高速脫水工況下偏心激振 力的大小和分布規(guī)律進(jìn)行分析。計(jì)算所得結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)分析結(jié)果，與振動(dòng)測(cè)試結(jié) 果對(duì)比吻合較好。 文獻(xiàn)【7 1 】中，張建明，徐飛等采用三維制圖軟件p r o e 與多體動(dòng)力學(xué)軟件m s c a d a m s 建立了洗衣機(jī)的虛擬樣機(jī)。在m s c a d a m s 環(huán)境中，對(duì)該虛擬樣機(jī)進(jìn)行 動(dòng)力學(xué)仿真分析，并對(duì)不同的彈性剛度和阻尼系數(shù)分別進(jìn)行了仿真，最后得出了 設(shè)計(jì)的合理參數(shù)選擇?？梢?jiàn)，采用m s c a d a m s 建立的洗衣機(jī)虛擬樣機(jī)模型， 可以方便的對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算，進(jìn)一步分析樣機(jī)的各方面性能，從而為優(yōu)化設(shè)計(jì) 提供依據(jù)。 文獻(xiàn) 7 2 】中，s h e l l e y 和t o m 詳細(xì)闡述了m s c a d a m s 軟件在洗衣機(jī)設(shè)計(jì)中的 成功應(yīng)用案例。文獻(xiàn) 7 3 中，h u t c h i n s o n 等利用a n s y s 軟件仿真分析的方式，成 功解決了洗衣機(jī)的減速問(wèn)題。 1 3 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文緊密結(jié)合小鴨集團(tuán)對(duì)滾筒洗衣機(jī)減振降噪及可靠性的需求，從理論、虛 擬樣機(jī)和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面開(kāi)展洗衣機(jī)系統(tǒng)動(dòng)特性的研究，文章章節(jié)安排如下。 第一章闡述洗衣機(jī)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，綜述國(guó)內(nèi)外在滾筒洗衣機(jī)振動(dòng)研究 領(lǐng)域的進(jìn)展，并提出主要研究?jī)?nèi)容。 第二章利用矢量法建立洗衣機(jī)的六自由度動(dòng)力學(xué)模型，分析系統(tǒng)的振動(dòng)響 應(yīng)特性與振動(dòng)機(jī)理，并研究影響其振動(dòng)的關(guān)鍵因素。此外，理論上探討液壓平衡 與固體平衡兩種平衡方式的可行性。 第三章采用三維造型軟件p r o i s 和多體動(dòng)力學(xué)軟件m s c a d a m s 創(chuàng)建滾筒 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 洗衣機(jī)的虛擬樣機(jī)模型。通過(guò)模型仿真，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，研究其振動(dòng)機(jī)理， 確定影響振動(dòng)的關(guān)鍵因素。 第四章在a d a m s v i e w 環(huán)境中建立滾筒洗衣機(jī)的參數(shù)化樣機(jī)模型，對(duì)該模 型中各關(guān)鍵部件參數(shù)的靈敏度進(jìn)行計(jì)算，以確定各部件參數(shù)對(duì)外筒振幅的影響規(guī) 律。在此基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，提出關(guān)鍵部件參數(shù)的最優(yōu)整定方案。 第五章借助前兩章已建立的虛擬樣機(jī)模型，在m a t l a b 中創(chuàng)建洗衣機(jī)的機(jī)電 一體化模型。在s i m u l i n k 仿真環(huán)境中，通過(guò)控制軟件接口實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化模型 的聯(lián)合仿真。 第六章開(kāi)發(fā)用于洗衣機(jī)信號(hào)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用圖形化語(yǔ)言軟件 l a b v i e w 開(kāi)發(fā)采集系統(tǒng)的軟件部分，以p c + n iu s b 9 2 3 3 數(shù)據(jù)采集卡為關(guān)鍵部 件搭建實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)。 第七章采集洗衣機(jī)洗滌及甩干工作狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)，然后對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理，獲取系統(tǒng)的幅頻特性曲線，并分析了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 第八章匯總?cè)闹饕Y(jié)論，并提出今后工作展望。 各章均以引言開(kāi)始，簡(jiǎn)要介紹本章研究?jī)?nèi)容和目的；以小節(jié)結(jié)尾，簡(jiǎn)要?dú)w納 該章所得結(jié)論。 第二章滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模及仿真 2 1 引言 第二章滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模及仿真 本章首先以某型號(hào)全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)為例，簡(jiǎn)要描述滾筒洗衣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 和工作原理，然后利用矢量法建立系統(tǒng)的六自由度動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而分析各零部 件參數(shù)對(duì)內(nèi)筒振幅的影響規(guī)律。此外，還將探討液壓與固體兩種平衡方式。本章 目的旨在為滾筒洗衣機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)和減振降噪提供奠定理論基礎(chǔ)。 2 2 滾筒洗衣機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)介 2 2 1 滾筒洗衣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖2 - i 滾筒洗袁機(jī)內(nèi)外筒裝配圖 滾筒洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2 - 1 所示，圖中l(wèi) 吊裝體( 內(nèi)外筒合成體) 、2 前 門、3 排水管、4 進(jìn)水管、5 配重塊、6 吊簧支架、7 皮帶輪、8 電機(jī)、9 減振器。 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 吊裝體通過(guò)吊簧與減振器與箱體連接，外筒的下面固定有電動(dòng)機(jī)，上面和前 面固定有配重塊，外筒前蓋通過(guò)密封圈與洗衣機(jī)前門相連，洗衣機(jī)外筒用鋼板或 塑料制成；自來(lái)水通過(guò)洗滌劑盒和內(nèi)進(jìn)水管進(jìn)入洗衣機(jī)外筒：洗滌劑盒用來(lái)盛放 洗滌劑和香料；減振器將洗衣機(jī)外筒與箱體底部連在一起；洗衣機(jī)外筒中的廢水 經(jīng)內(nèi)排水管和排水泵及外排水管排出。 吊裝體上的配重塊固定在外筒上，起到平衡和增加重量的作用；內(nèi)筒放置在 外筒中，用不銹鋼板制成，筒上有小孔和提升筋，內(nèi)筒中裝被洗滌的衣物；電動(dòng) 機(jī)通過(guò)大小皮帶輪帶動(dòng)內(nèi)筒在外筒中旋轉(zhuǎn)；內(nèi)簡(jiǎn)鉚接中的主軸由兩個(gè)軸承支撐并 通過(guò)螺釘與外叉、皮帶輪緊固在一起。 2 2 2 滾筒洗衣機(jī)的工作原理 ( a )( b ) 圖2 - 2 滾筒洗衣機(jī)工作原理示意圖 滾筒洗衣機(jī)是將被洗衣物裝在一個(gè)多孔的滾筒( 即內(nèi)筒) 內(nèi)，內(nèi)筒置于浸放洗 滌液的外桶里。洗滌時(shí)，洗滌液液面低于內(nèi)筒半徑的1 2 高度，由于內(nèi)筒壁上有 許多小孔，內(nèi)筒和外筒的洗滌液是相通且液面高度一致。 ，洗滌的機(jī)械作用是靠?jī)?nèi)筒作周期性的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。在內(nèi)筒的內(nèi)壁沿長(zhǎng)度方向 裝置有三條筋，稱為舉升筋。內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，由于衣物與帶小孔的筒壁及舉升 筋之間的摩擦，使得衣服與筒壁及舉升筋貼近的部分同較遠(yuǎn)部分發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 見(jiàn)圖2 2 ( a ) ，產(chǎn)生與手工洗滌的搓揉動(dòng)作極為相似的效果。 當(dāng)滾筒以一定速度旋轉(zhuǎn)，如圖2 - 2 ( b ) 所示時(shí)，當(dāng)舉升筋和衣物升高到快要接 近頂端的時(shí)候，由于內(nèi)筒的轉(zhuǎn)速比較慢，產(chǎn)生的離心力不足以克服衣服收到的重 力，所以衣服斜著落下來(lái)，這種跌落會(huì)產(chǎn)生錘擊作用，把衣服里面所含的水，以 較高的速度擠出來(lái)，使洗滌液與衣服纖維之間有較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。衣服在旋轉(zhuǎn)到 內(nèi)筒底部時(shí)，又重新吸進(jìn)較多的洗滌液，舉升筋又將衣服帶起來(lái)。如此反復(fù)循環(huán)。 第二章滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模及仿真 洗滌液中的化學(xué)物質(zhì)溶解了織物上的污垢，洗滌劑的效力越高，去污能力越 強(qiáng)，污垢就越容易剝落。另外，滾筒洗衣機(jī)裝有加熱器，可對(duì)洗滌液自動(dòng)加溫， 最高溫度可達(dá)9 0 。c 。洗滌液溫度的提高加速了分子的運(yùn)動(dòng)速度，加強(qiáng)了洗滌劑 溶解污垢的化學(xué)作用。總之，滾筒洗衣機(jī)充分利用了機(jī)械力、化學(xué)力、熱力三種 力的作用達(dá)到了洗凈衣物的目的。 脫水的時(shí)候，內(nèi)簡(jiǎn)往一個(gè)方向做高速旋轉(zhuǎn)，靠慣性離心力的作用，衣服里的 水往外甩出，經(jīng)內(nèi)壁上的小孔拋散到外筒里，達(dá)到脫水的目的。 2 3 滾筒洗衣機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與分析 2 3 1 系統(tǒng)描述 滾筒洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)主要由內(nèi)筒、外筒、吊簧以及減振器等組成，其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖如圖2 3 所示。 ( a )( b ) 圖2 - 3 洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中m 6 為內(nèi)筒質(zhì)量，m ，為外筒質(zhì)量( 包括水) ，m 。為不平衡質(zhì)量( 衣物) ， k 為吊簧的剛度，c 為減振器的阻尼系數(shù) 該系統(tǒng)的外筒通過(guò)吊簧和減振器與箱體連接，外筒下面固定有電動(dòng)機(jī)，外筒 前蓋通過(guò)門密封圈與洗衣機(jī)前門相連。內(nèi)筒通過(guò)連接主軸與外筒連接定位，被置 于外筒中。內(nèi)筒與電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)連接，受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行洗衣或脫水操 作。 通過(guò)上節(jié)的分析可知，造成系統(tǒng)振動(dòng)的主要原因是內(nèi)外筒和衣物的不平衡， 由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)外筒不僅會(huì)產(chǎn)生3 個(gè)方向的平動(dòng)，還會(huì)產(chǎn)生3 個(gè)方 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 向的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中將會(huì)有哥氏力的產(chǎn)生，另外還將會(huì)產(chǎn)生3 平動(dòng)和 3 轉(zhuǎn)動(dòng)之間以及各自身之間的相互耦合。因此，坐標(biāo)系的建立和位置坐標(biāo)表示對(duì) 動(dòng)力學(xué)模型以及動(dòng)力學(xué)方程的建立至關(guān)重要。 2 3 2 坐標(biāo)系與動(dòng)力學(xué)建模 圖2 4 滾筒洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 以洗衣機(jī)箱體坐下點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)d 建立固定坐標(biāo)系，x 軸豎直向上，墨 軸( 水平方向) 垂直指向洗衣機(jī)前面板，x ，軸垂直x ，d x 3 面。以內(nèi)筒的質(zhì)心位 置為坐標(biāo)原點(diǎn)o 。建立隨體( 轉(zhuǎn)動(dòng)) 坐標(biāo)系，坐標(biāo)系同內(nèi)筒一起運(yùn)動(dòng)，黽軸( 水平方 向) 指向洗衣機(jī)前面板，五o 。x ，面垂直矗軸。 在此坐標(biāo)系中，建立滾筒洗衣機(jī)的振動(dòng)模型如圖2 4 所示。圖中，h ，為在隨 體坐標(biāo)系下不平衡質(zhì)量質(zhì)心到面五o 。x ，的距離，尺。為不平衡質(zhì)量質(zhì)心到x ，的 距離。 2 3 3 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 2 3 3 1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的向量描述 向量x 和矽分別表示在世界坐標(biāo)系下的平移和旋轉(zhuǎn)向量，上標(biāo)b 、t 、甜、s ，、 c ，分別表示內(nèi)筒、外筒、不平衡質(zhì)量、減振器( 彈簧) 與外筒的位置結(jié)點(diǎn)，減振器 ( 彈簧) 與箱體的位置結(jié)點(diǎn)。 假定運(yùn)動(dòng)較小，由外筒質(zhì)心、不平衡物體質(zhì)心坐標(biāo)變換關(guān)系為： 第二章滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模及仿真 x 。= x o + q r x 。= x “+ q r ” 廠1繡一破 卟l 一彳- j 式中，r = k 7 巧r ，r ”：【r 。c o s o 兄s i n 秒 示從隨體坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。 內(nèi)筒和外筒的角速度可表示為： 、i ，“= q 毒+ 中= q 毒 式中，= 【o 0 6 r 為內(nèi)筒相對(duì)外筒角速度。 2 3 3 2 動(dòng)力學(xué)方程描述 ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) 九r ，r u 、吃已知。其中，q 表 ( 2 4 ) ( 2 - 5 ) 丁= r o b 護(hù)1 1 2 + 扣u 戈，1 1 2 + 吉m p 沁“) t i 。、j ，“+ 抄) t i 。、i ，( 2 - 6 ) 式中，i 。和i 。分別表示內(nèi)、外筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。不平衡質(zhì)量( 衣物) 隨著內(nèi)筒一起旋 轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)慣量應(yīng)包含衣物。 系統(tǒng)的重力勢(shì)能表達(dá)： 名= b 。x ? + 腳，x ；+ 歷。x ? k( 2 。7 ) 彈簧和阻尼器產(chǎn)生的外力為： = 耋m 參一蚤2 叩，參( j ：1 ，2 ，3 ) ( 2 - 8 ) 一= 塾巧參一著2 吼研o l , ( i = l ，2 ，3 ) ( 2 - 9 ) 式中，三，- - h “一x “4 ，4 = 三，一三d ，_ = 戈盯p ，后，和c ，分別為彈簧強(qiáng)度和阻尼 系數(shù)，三。，為彈簧( 阻尼器) 的初始長(zhǎng)度和終了長(zhǎng)度：p 為阻尼器( 彈簧) 單元 方向向量。 利用拉格朗日方磐易得洗衣機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為： 耕象卜萬(wàn)cotdto + 篝：，( j = l ，2 3 )(2-10)x o xi 獻(xiàn)? j ? 。? 1 鼢， u1 一 畢叫w 瓢暑1 - 石c o t + 著o v ：b - 一( j = 1 1 ，2 ，3 ) ( 2 11 dt ) 一i i 一一+ 工= fi = 氣1，、 8 幣j ) a 妒j8 妒j 乩嗲 。一、h 。 寫成矩陣形式：a j = b 1 4 ( 2 1 2 ) 式中， x = i x ：戈：b x ；氟歡九r 為 元素如下為： 狀態(tài)向量。矩陣a 是一個(gè)對(duì)稱矩陣，各 qj2 口2 22 朋 + m ，+ m u 1 2 3 32 聊 + 晰，+ m h 0 1 22q 32a 1 420 u 52 研，巧+ 肋。吃 q 1 62 一m ，一m 。r 。s i n 0 3 2 32a 2 520 a 2 4 2 - 口1 5 2 2 62 m ，吖+ m 。r 。c o s l 9 7 3 42 - - 0 1 6 a 3 52 - a 2 6 吩6 = 0 = 脅，艇) 2 + ) 2 + 0 ：s i n ：秒+ 貿(mào)) + ， ( 1 4 5 = 一m t r i r i - - m 。r 。2c o s o s i n 0 一i n 口4 62 一一一聊。r 吃e o s o - , 3 口5 ，= 聊，如) 2 + g 守 + q ：c 。s z 秒+ 貿(mào)) + ： 口5 65 7 色吃一聊。r 九s i n o - t 2 = 聊，亨+ ) 2 ) + 硝+ 1 , 3 向量b 各元素為： b ，1 = f s , g x ，+ m u 見(jiàn)夠2 ，2 元寶+ 九矽) c ? s 秒+ ( _ 織痧2 + 0 ，) s i n 口) 一 。+ 聊，+ 聊。) 6 z2 ：棚。r 。黻矽2 一痧) c o s 鄉(xiāng)+ p z + 2 a p + 蓯幽n p “ 6 ，2 m ，u 色敞矽2 + 2 j 0 + 辦痧) c o s 秒+ ( - 辦矽z + 2 灰矽+ 矽，痧) s i n 鄉(xiāng) 6 = 糾一l 了，+ 歷。月。s i no g + m 。r 吃缸疙痧2 + 痧) c 。s 秒一p z + 2 z 矽+ 以痧) 。i n 秒 - m 。s 們?nèi)纾何? + 2 蔬痧+ 秭矽) c o s 口+ ( - 辦痧z + 2 元矽+ 矽：粕n 、秒 ”7 6 s2 聲島礦2 + m ，t r l t + 聊n r “c o s 秒捃+ 聊。r 。吮始2 + 2 元矽+ 織痧) c o s 0 一侈，痧2 一痧) s i n 秒 + 聊“砰c o s 9 敞痧2 + 2 荔矽+ 琺痧) c o s 秒+ ( _ 。矽z + 2 ：矽+ 矽，痧) s i n 秒 。 b s = ，南。+ 腳。礙( 織矽2 一痧) 一，。痧 。 1 5 第二章滾筒洗衣機(jī)動(dòng)力學(xué)建模及仿真 2 4 考慮液壓平衡器的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與分析 2 4 1 系統(tǒng)描述 液壓平衡器 圖2 - 5 考慮液壓平衡器的吊裝體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中聊6 為內(nèi)筒質(zhì)量，所，為外筒質(zhì)量( 包括水) ，聊。為不平衡質(zhì)量( 衣物) k 為吊簧的剛度，c 為減振器的阻尼系數(shù) 圖2 5 為系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 2 4 2 坐標(biāo)系與動(dòng)力學(xué)建模 x 圖2 - 6 考慮液壓平衡器時(shí)吊裝體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 x 3 方法同上節(jié)，分別建立世界坐標(biāo)系與隨體坐標(biāo)系。考慮液壓平衡器，所創(chuàng)建 1 6 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 的滾筒洗衣機(jī)吊裝體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖2 - 6 所示。 2 4 3 液壓平衡器結(jié)構(gòu)分析 2 4 3 1 平衡器工作原理簡(jiǎn)介 目前常用的平衡方式主要有兩種，一種是液壓平衡器，一種是固體平衡器。 前者為盛有一定液體的圓環(huán)，安裝在內(nèi)筒上，后者是兩個(gè)大的質(zhì)量塊分別安裝外 筒的兩端。 圖2 7 液壓平衡器的轉(zhuǎn)動(dòng)模型 液壓平衡器的減振原理【