一種可更換內(nèi)筒式的洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)

洗衣機(jī)是一種常見的清潔電器。但是在洗衣機(jī)的使用過程中存在許多衛(wèi)生問題。有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果顯示：按一臺(tái)洗衣機(jī)使用10年計(jì)算，如果從不清潔，細(xì)菌的超標(biāo)率有可能達(dá)到81.3%，而霉菌檢出率高達(dá)60.2%，總大腸菌群檢出率甚至高達(dá)高達(dá)100%。如果長期不清潔外筒內(nèi)壁，污垢在空氣中經(jīng)過氧化，形成肉眼可見的黑色污垢并導(dǎo)致外筒等部位滋生大量病菌，并污染下一次清洗的衣物。[1]。

中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與衛(wèi)生相關(guān)產(chǎn)品安全所調(diào)查了民用洗衣機(jī)的污染狀況。調(diào)查顯示洗衣機(jī)內(nèi)含有多種致病菌。在洗衣機(jī)的洗滌水中平均細(xì)菌菌落數(shù)已達(dá)13206CFU/mL，真菌菌落總數(shù)達(dá)229CFU/mL[2]。

我們決定研發(fā)出一種新型洗衣機(jī)。針對(duì)于傳統(tǒng)洗衣機(jī)的痛點(diǎn)，對(duì)內(nèi)外筒進(jìn)行改造。這款洗衣機(jī)可以更換內(nèi)筒，通過更換內(nèi)筒避免一些疾病的交叉感染。

一、設(shè)計(jì)方案

（一）洗衣機(jī)整體設(shè)計(jì)

如圖1所示，我們所設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)是在滾筒式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)的。根據(jù)該洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)，該洗衣機(jī)內(nèi)筒與外筒之間是分離處理的。如圖所示，在內(nèi)筒外設(shè)計(jì)一個(gè)抽屜結(jié)構(gòu)，起到盛放和支撐內(nèi)筒的作用，我們可以將抽屜結(jié)構(gòu)拉出，這時(shí)內(nèi)筒可以自由從中取出來。這樣的結(jié)構(gòu)可以保證內(nèi)筒在預(yù)定的滑軌上按預(yù)想運(yùn)行，以此來合理地使內(nèi)筒可以通過滑軌自由出入洗衣機(jī)內(nèi)部，從而達(dá)到自由更換內(nèi)筒的效果。其次，內(nèi)筒的傾角有15°，這使這臺(tái)洗衣機(jī)有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，即方便放取衣物，節(jié)約洗衣機(jī)的用水量。洗衣機(jī)的外殼作為支撐和保護(hù)內(nèi)部組件的結(jié)構(gòu)，需要具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。我們選取強(qiáng)化塑料材料以確保其結(jié)構(gòu)牢固，并能夠承受洗衣過程中的壓力和振動(dòng)。強(qiáng)化塑料具有較輕的重量和更好的耐腐蝕性，能夠降低洗衣機(jī)的整體重量，并更加適合某些特定環(huán)境下的使用。

（二）洗衣機(jī)內(nèi)外筒構(gòu)成

如圖2，圖3所示，這是我們所設(shè)計(jì)的可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)的內(nèi)筒模塊：洗衣機(jī)內(nèi)筒本體的上端固定安裝有一限位環(huán)，在此限位環(huán)的下端均勻固定安裝著有限位塊，在內(nèi)筒本體的下端卡接有嵌合塊，同時(shí)，嵌合塊的另一端滑動(dòng)卡接有減振塊，在減振塊的另一端固定安裝有伺服電機(jī)。內(nèi)筒本體的一端均勻的排列著眾多底部漏水孔，在內(nèi)筒本體的側(cè)面均勻開設(shè)有側(cè)面漏水孔，內(nèi)筒本體通過底部漏水孔和側(cè)面漏水孔與外部相連通。內(nèi)筒本體的下部周圍均勻開設(shè)有限位槽，限位槽的一端位于底部漏水孔的之間。內(nèi)筒本體的下部開設(shè)有環(huán)形卡槽，在內(nèi)筒本體的側(cè)面均勻開設(shè)有條型卡槽，而側(cè)面漏水孔位于條型卡槽之間。內(nèi)筒本體的一端開設(shè)有嵌合卡槽，嵌合塊滑動(dòng)卡接在嵌合卡槽中，嵌合塊的另一端開設(shè)有方型卡槽。減振塊的一端固定安裝有方形卡條，方形卡條固定卡接在方型卡槽中。外筒的內(nèi)部均勻開設(shè)有限位卡槽，限位塊滑動(dòng)卡接在限位卡槽,所屬伺服電機(jī)的另一端與洗衣機(jī)內(nèi)部一端固定連接。

內(nèi)筒以不銹鋼為原材料，其中長為50cm，直徑為31cm。在內(nèi)筒內(nèi)壁上，均勻分布三個(gè)直線提升筋，每個(gè)直線提升筋高1cm，寬1cm。采用不銹鋼主要因?yàn)橛幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

高度耐用：不銹鋼內(nèi)筒具有出色的耐久性，能夠經(jīng)受高頻次的使用。

耐腐蝕：不銹鋼抗腐蝕性強(qiáng)，不易生銹。

容易清潔：不銹鋼表面光滑，容易清潔，并且不會(huì)保留異味或污漬。

選用直線提升筋主要因?yàn)檫@是最常見的提升筋樣式之一，有助于提高洗衣效果，確保衣物的均勻清潔。

電機(jī)相連的減振塊的作用是減少洗衣機(jī)在工作過程中的震動(dòng)和噪音。橡膠材料具有良好的減震和吸振性能，可以有效減少洗衣機(jī)在運(yùn)行過程中的震動(dòng)和噪音。在實(shí)際應(yīng)用過程中常用丁腈橡膠與丁苯橡膠這兩種。考慮到丁腈橡膠有限的耐溶劑性，及丁苯橡膠更加優(yōu)良的減振性能，我們選取丁苯橡膠材料。

方形卡條，方形卡槽，嵌合塊需要能夠承受洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)的產(chǎn)生的高溫，不同洗滌劑的腐蝕性問題，多次拆卸和安裝的壓力，以及洗衣機(jī)的震動(dòng)和振動(dòng)。聚丙烯（PP）烯是一種常見的塑料材料，具有良好的耐熱性和耐腐蝕性，適合用于洗衣機(jī)內(nèi)部連接件。

（三）洗衣機(jī)內(nèi)筒模塊設(shè)計(jì)原理及作用

可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)基于以下原理：

內(nèi)筒與洗衣機(jī)外殼分離: 內(nèi)筒作為獨(dú)立的組件與洗衣機(jī)外殼分離，使其更換變得簡單且不涉及機(jī)器其他部分。

連接機(jī)制: 設(shè)計(jì)內(nèi)筒與洗衣機(jī)外殼之間或的連接機(jī)制，確保內(nèi)筒能夠穩(wěn)固地安裝在外殼內(nèi)，并保證正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生松動(dòng)。使用插銷將內(nèi)筒和洗衣機(jī)主體連接在一起。插銷可以通過插入和拔出來實(shí)現(xiàn)連接和拆卸。如圖二，圖三所示：3限位塊，11條形卡槽的凸起與16限位卡槽凹槽連接，12嵌合卡槽與4嵌合塊連接，14方形卡條與13方形卡槽進(jìn)行連接。當(dāng)將內(nèi)筒插入外殼時(shí)，通過凸起和凹槽的配合，使內(nèi)筒與外殼連接穩(wěn)固。這種連接方式相對(duì)簡單，但需要確保插銷的穩(wěn)定性和可靠性。

（四）斜式內(nèi)筒洗衣機(jī)設(shè)計(jì)

可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)所采用的設(shè)計(jì)形式為斜式滾筒洗衣機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)。洗衣機(jī)內(nèi)筒采用斜筒設(shè)計(jì)的主要目的是為了提高洗滌效果和水的利用率以及方便操作者的使用。下面是有關(guān)斜筒設(shè)計(jì)的一些常見考慮因素和解釋：

洗滌效果：斜筒設(shè)計(jì)可以幫助更好地?fù)胶拖礈煲汉鸵挛?，增加摩擦力和沖擊力，從而提高清潔效果。斜筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以使洗滌液更好地滲透到衣物纖維中，并將污漬從衣物表面剝離。

方便操作：斜式滾筒洗衣機(jī)采用角度為15°的斜式內(nèi)筒來裝置。較小的傾角能夠提供更好的清潔效果，因?yàn)樗梢栽黾铀拖礈煲号c衣物的接觸面積和沖擊力。此角度的內(nèi)筒設(shè)計(jì)符合人體力學(xué)，便于操作者的使用與清潔，這種結(jié)構(gòu)能夠讓操作者可以以正常站立的姿勢(shì)對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行操作和放置衣物進(jìn)入其中，通過這種角度的設(shè)計(jì)可以讓操作者不需要屈膝和深度彎腰進(jìn)行使用，讓洗衣過程更加的方便和自然[3]。

二、可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)工作原理

（一）化學(xué)反應(yīng)原理

主要利用洗衣液等洗滌劑中的成分。首先衣物上的污垢被洗滌劑濕潤，然后洗滌劑中含有的表面活化劑與高分子污漬結(jié)合，并使其分散與衣物分離；通過生物酶將高分子污漬分解為小分子，最終實(shí)現(xiàn)高分子污垢與衣物的分離，達(dá)到洗滌衣物的目的。

（二）物理反應(yīng)原理

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械做功運(yùn)動(dòng)使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在洗衣機(jī)中與內(nèi)筒內(nèi)壁相互摩擦，對(duì)衣物產(chǎn)生類似于揉搓的效果，同時(shí)衣物在隨內(nèi)筒運(yùn)動(dòng)到高處的時(shí)候，從高處落下，產(chǎn)生類似于拍打的作用。這些都與手工清洗衣物類似，既可以將衣物清洗干凈，又可以降低衣物的磨損。

（三）工作過程及原理

當(dāng)洗衣機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，水位傳感器先開始工作，控制洗衣機(jī)進(jìn)水，隨著水流的進(jìn)入，洗衣機(jī)內(nèi)部氣壓增加，水位開關(guān)中氣室口處氣壓增加，當(dāng)水位上升至設(shè)計(jì)的水位時(shí)，水位開關(guān)控制進(jìn)水閥所在電路斷路，停止進(jìn)水，使衣物部分浸入水中。之后進(jìn)行洗滌，洗滌主要通過滾筒定時(shí)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)等實(shí)現(xiàn)的。在洗滌過程中，內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是由電路板所控制的。因此，洗衣機(jī)的使用者可以通過在操作面板選擇不同的模式，使洗衣機(jī)內(nèi)筒以不同的轉(zhuǎn)速，不同的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。洗滌結(jié)束后，開始排水，污水通過排水泵到達(dá)排水口，進(jìn)而排出洗衣機(jī)，在排水過程中，水位開關(guān)的氣壓降低，，觸碰程序控制器后，切斷了排水泵的電路，排水泵停止工作。

在以上步驟進(jìn)行完畢之后，洗衣機(jī)接著會(huì)進(jìn)行脫水。在洗衣機(jī)脫水時(shí)，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，衣物所包含的水分會(huì)被隨之甩出衣物，同時(shí)在支撐減震系統(tǒng)中的平衡塊會(huì)保持滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)平衡；而支撐減震系統(tǒng)中的吊裝彈簧和減振器，可以有效減輕內(nèi)筒的晃動(dòng)，以此來保證滾筒的穩(wěn)定性，保證洗衣機(jī)工作的正常運(yùn)行。

當(dāng)洗衣機(jī)處于正常工作狀態(tài)的時(shí)候，外筒由下端半連接裝置帶動(dòng)內(nèi)筒的正常工作，使洗衣機(jī)的運(yùn)行達(dá)到正常的工作要求，而在此時(shí)，作為斜筒洗衣機(jī)，此時(shí)在洗衣機(jī)內(nèi)部內(nèi)筒同時(shí)會(huì)被作為斜置的支撐點(diǎn)所抬持，由此可以通過固定裝置固定內(nèi)筒方位，在這種情況下，從而可以保證洗衣機(jī)內(nèi)筒在洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)的正常運(yùn)作；

當(dāng)洗衣機(jī)呈非工作狀態(tài)，位于洗衣機(jī)內(nèi)部的內(nèi)筒可以通過抽屜式的結(jié)構(gòu)從斜筒式洗衣機(jī)的內(nèi)部將內(nèi)筒連同固定裝置一同拉出，從而達(dá)到可更換內(nèi)筒的工作需求，而作為可換的內(nèi)筒，其內(nèi)筒，此時(shí)可以在從洗衣機(jī)其中被取下之后作為獨(dú)立部分被使用。

（四）換筒過程

當(dāng)內(nèi)筒出現(xiàn)損壞或需要更換時(shí)，用戶可以通過以下步驟進(jìn)行更換：

①關(guān)閉洗衣機(jī)，并斷開電源。

②打開洗衣機(jī)門，取下舊的內(nèi)筒。

③ 將新的內(nèi)筒插入外殼，并使用相應(yīng)的連接機(jī)制（嵌合卡槽和嵌合塊的連接）進(jìn)行安裝。

④確保連接穩(wěn)固后，關(guān)閉洗衣機(jī)門，接通電源。

⑤測試新更換的內(nèi)筒是否正常工作。

三、結(jié)語

可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)的內(nèi)筒可以被我們?nèi)〕?，取出之后?nèi)筒可以作為盛衣筒，方便學(xué)生等群體在學(xué)校等公共場所的使用，取出之后便于清理洗衣機(jī)外筒內(nèi)壁附著的污垢。采用斜筒式洗衣機(jī)的構(gòu)造，方便我們添加衣物?？偠灾?，可更換內(nèi)筒式洗衣機(jī)相較于傳統(tǒng)洗衣機(jī)，具有很大優(yōu)勢(shì)。

本文來源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》http://12-baidu.cn/w/kj/32519.html