全自动滚筒洗衣机

1

1引言

本篇设计说明书针对全自动滚筒洗衣机的基本整体结构、传动部分、控制部

分进行详细的计算说明，并结合数据绘制三维装配图。采用PLC为基础的主控制

电路编制程序。

该设计包括全自动滚筒洗衣机的PLC控制，主要介绍了全自动洗衣机的工作

原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系

统PLC程序。传动系统设计，主要包括带轮的设计，滚筒轴系的设计，V带的设

计。

2.全自动滚筒洗衣机的总体设计方案

2.1滚筒洗衣机的基本结构

滚筒洗衣机种类很多，但是通常情况下其大致结构可分为四部分：外观支撑部分、

给水排水部分、传动部分、电气控制和操作系统部分。

外观支撑部分主要是滚筒洗衣机的外形框架，给水排水部分主要指洗衣机的给水系

统和排水系统，传动部分主要指洗衣机的带传动及滚筒轮系的传动结构，电气控制部分

主要指洗衣机依靠各种电器元件及控制器实现的自动控制部分。

个部分具体组成如下：

（1）外观部分包括：箱体、后盖、过滤器门、底板等

（2）给水排水部分包括：进水管、排水管、储水槽、电磁阀、洗涤剂回收

槽等

（3）传动部分包括：多频电机、V带、大小带轮、滚筒轴系等

（4）控制部分包括：电脑版、电子模块、电磁阀、程控器、温控器、水位

压力开关、水加热管、恒温器、电容、定时器等

（5）操作部分包括：操作面板、程序标牌、琴键开关、琴键按钮、调温器

旋钮、程控器旋钮、指示灯等

2

2.2滚筒洗衣机各部分的设计方案

2.2.1主体部分

洗涤部分主要由内筒（不锈钢滚筒）、外筒（盛洗涤液用，又称盛水桶）、内筒叉

形架、转轴、外筒叉形架、滚动轴承等组成。

（1）内筒及内筒叉形架

内筒又称滚筒。滚筒是滚筒式洗衣机对衣物进行洗涤，洗涤效果有着直接

关系。内筒用厚度为2-3毫米的抛光不锈钢板卷制而成的。有直径为3.5-5毫

米的圆孔，孔与孔之间的距离大约为15-20毫米。圆孔自内向外冲刷，翻边向

外，内壁光滑，以防洗涤时刮伤衣物。在滚筒内壁沿轴向有三条凸筋，这三条

凸筋在洗涤过程中起举升织物的作用。凸筋的高度一般在85-95毫米，横断面

为等边三角形。

内筒叉形架是用铝合金压铸而成的，在压铸过程中主轴和轴衬套被压铸在

叉形架上成为一体，然后与内筒固定在一起，支撑内筒与外筒配合完成洗涤工

作。

（2）外筒及外筒叉形架

外筒也成盛水筒，一方面盛放洗涤液，另一方面对多速电机、加热器、温

度控制器、配重块等部件起支撑作用。外筒叉形架由铝合金压铸而成，用来支

撑外筒。外筒叉形架内装有两个轴承，用密封圈把外筒及内筒转轴联接起来，

使内外筒连成一体。

2.2.2支撑部分

支撑部分是由四个拉伸弹簧、弹性支撑减震器、外箱体及四个底角等组成。外筒使用

整体吊装形式，上盖由四个拉伸弹簧将外筒吊装在外箱体的四个顶角上，使洗衣机在工作时

有较好的随机性。外筒底部由两支弹性支撑减震器，支撑在外箱体底部，与四个拉伸弹簧一

起将外筒和外箱体连接在一起。洗衣机工作时，尤其是脱水时候，产生的震动将通过弹簧和

阻尼片衰减，使洗衣机在工作时有足够的稳定性。

外箱体是采用优质钢板冲压成型后铆、焊而成。外箱体底部有四个底脚可以调整，使整

个洗衣机有良好的稳定性。

2.2.3给排水系统

（1）进水管

是由两端带有紧固螺纹管接头的橡胶管制成，耐腐蚀，耐老化，耐高压。一端与洗衣机

的进水电磁阀连接，另一端与自来水笼头连接。内进水管，是连接电磁阀与洗涤剂的进水通

道，用普通橡胶制成。回旋进水管，是连接洗涤剂盒出水口与盛水筒进水口的橡胶管，用耐

酸碱橡胶制成，自来水由该管道进入成水系统。

（2）进水电磁阀

在自动洗衣机中，进水电磁阀起着控制水源开关的作用。因自来水本身有一定的

压力，所以，洗衣机所使用的进水阀一般为动作式无填料导阀。当电磁阀断电后阀芯

不动作，水便被控制住了。

2.2.4传动部分

滚筒洗衣机的传动系统主要由电动机、电容、皮带轮及传动带等组成。目

前的洗衣机，使用多频电机为主要驱动力，通过控制器实现不同转速。传动系统

中使用V带传动。大小皮带轮均采用铝压铸件，这种材料强度大，重量轻，使用

寿命长。电动机通过小皮带轮带动大皮带轮及内筒旋转。

2.2.5控制系统

3

滚筒式全自动洗衣机的控制系统包括程序控制器、水位控制器、水温控制器和门开关等。

洗衣机的整个工作过程的控制，是由程序控制器来控制实现的。洗衣机的控制可分为时

间控制和条件控制两部分。时间控制是指内筒每次正反转洗涤、排水、进水、加温、脱水、

结束等程序的编排和时间的控制。条件控制是指根据洗衣机所处的工作状态，例如:注水时

水位不到额定水位，条件不具备，水位开关不动作，加热时，洗涤液达不到所设定的额定值，

温度条件不具备。温度控制器不动作。则洗衣机不能进入下一程序。

2.2.6操作系统

程控器旋钮是用来操作程控器的。通过对程控器和操作来实现进排水、洗涤、脱水、烘

干、结束报警等程序。调温器旋钮是用来操纵调温器的。通过对调温器的操作实现对洗涤液

的加热，调节洗涤温度。

3.传动系统设计

3.1电机选择及电机参数

电机型号：YVP801-4

额定功率：550W

额定电流：1.8A

额定电压：220V

额定转速：1420r/min

额定频率：50HZ

绝缘等级：E级

3.2洗衣机V带设计

3.2.1V带结构

洗衣机V带由包布、顶胶、线绳、底胶组成，如下图所示

3.2.2V带型号

按截面尺寸分，可分为M、Z、SPZ、A四种

3.2.3常见V带尺寸如下表

4

3.2.4V带设计计算

根据设计任务书中方案8，可初选电动机功率为P=180W，洗衣转速为180r/min，脱

水转速800r/min，则总传动比i=1

2

n

n

=

1370

800

=1.7

计算功率

由于载荷变动微小，因此取工作情况系数

ca

p=

A

k

p=0.18KW(

A

k=1)

带型的选择

根据小带轮转速为1370r/min，以及小带轮的安装尺寸的大概范围选取V带Z型

带轮的基准直径

1

d

d

和

2

d

d

初选小带轮的基准直径

1

d

d=55mm，大于V带轮的最小基准直径

min

d=50mm，从动轮

的基准直径

2

d

d=i

1

d

d=1.7x55=93.5mm，圆整为

2

d

d=94mm

验证V带轮速度

V=1

1

601000

d

nd



=

3.14551370

601000





=3.95m/s

普通V带的最大带速

max

V=25~30m/s，故满足要求。

中心距a和带的基准长度

d

L

0.7（

1

d

d

+

2

d

d）《

0

a

《2（

1

d

d

+

2

d

d）

104.3mm《

0

a《298mm

根据洗衣机桶体的安装尺寸，取

0

a=140mm,

5

基准长度

d

L=2

0

a+

2



（

1

d

d+

2

d

d）+21

2

0

(d)

4

dd

d

a



=280+233.93+2.72

=516.65mm

查表8-2和516.65mm相近的标准带的长度为530mm，

则实际中心距

a

0

a+

2

dd

LL

=140+

530516.65

2



147mm（

L

k=0.94）

在安装时，在结构上保持V型带有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。

主动轮上的包角

=180-2157.3dd

dd

a





=180-

9455

57.3

147





=164.8

V带的根数

长度系数、包角系数、单根V带基本额定功率、单根V带额定功率增量，

查表可得：

0.95k





0

0.16p

0.02pkw

0.94

L

k

Z=

0

(pp)k

ca

L

p

k





=

0.18

(0.160.02)0.950.94

=1.11

所以取Z=1

V带的预紧力

V带单位长度的质量，查表可得0.06/mmqkg，单根V带所需的预紧力为

0

F2

2.5

500(1)qvca

p

zvk

=2

0.182.5

500(1)0.063.9538.1

13.950.95

N



2.4.9V带传动作用在轴上的力

F

r

圆周力

t

F紧边拉力

1

F松边拉力

2

F

2

1

2

22026.3

43.1

94t

d

T

FN

d





1

F

=

1

3.928

45.5761.13

2.928

r

t

r

k

FN

k





21

61.1345.5715.56

t

FFFN

F

r

=1

0

164.8

2sin()238.11sin()75.5N

22

Fz





6

3.3计算各轴的功率

10

==0.180.95=0.17kwpp

带

（输入轴）

21

==0.170.95=0.16kwpp

带

（输出轴）

3.4计算轴扭矩及轴的最小直径

min

d

66

0

()

9.55109.55100.18

==1254.7N

n1370

Tmm



•

（电机轴）

电机

滚筒轴系上的扭矩

10

=1254.71.70.95=2026.3NTTimm•

带带

滚筒轴系所受的切向力

2

1

2

22026.3

43.1

94t

d

T

FN

d





根据扭转强度可得

min

d=2

3

0

2

p

A

n

，确定轴的最小直径，查设计手册得

0

112A

min

d3

0.16

1126.55

800

mm

，圆整并增加直径后，取10mm

轴系如上图所示，经校核，符合要求。

带轮零件图：

7

3.5.三维部分装配图

8

滚筒

电机和小带轮

外筒及大带轮

9

Y型支架

4.控制系统的设计

4.1主控电路设计

洗涤电动机电路工作原理如图所示，接通电源，当开关S的1与2触点接通

时，由于电容器C的作用，是通过副绕组的电流超前主绕组90度相位差，形成两

相旋转磁场，电动机启动运转，当开关的S的1与3触点接通时，由于电容器C

的作用，是通过主绕组的电流超前副绕组90度相位差，这时所形成的两相磁场与

上述磁场方向相反，电动机反向运转，当开关S的1端既不与2接通，也不与3

接通时，电动机没电而停转。如果1与2、3不断交替接通，则电动机便一会正

转，一会反转，这就是洗涤电动机正、反向旋转的工作原理。

10

4.2PLC外部接线图

4.3元器件的选择

程序控制器

11

程序控制器相关简称为程控器，它可分为机械式程控器，机电混合式程控器和全电脑控

器程控器三类。

机械式程控器是由一只5W，16极永磁单相罩极同步电机TM为动力，通过齿轮减速机构，

带动一根快轴和一根慢轴运转，快轴和慢轴上均有若干个凸轮，凸轮在旋转过程中控制触点

开关中间簧片动作，进而控制簧片是的触点闭合和断开。程控器每跳动一格，所有的触点变

化一次，程控器所有触点的变化组合控制着洗衣机完成工作过程。如：XQG50-6006，

XQG60-8006等。程控器代码为“T”。

机电混合式程控器也是采用同步电机进行驱动，控制大电流器件工作，同时，采用单片

机对电机及其它外围器件进行控制，完成洗衣机工作过程。如：XQG50-6010，XQG60-8010。

全电脑控制程控器是采用单片机对系统所有器件进行控制，同时用数码管或其它显示器

件显示所有洗衣机运行过程中的相关信息，具有直观、美观，操作方便的特点。如：XQG50-1208，

XQG50-1210，XQG50-1212等。

进水阀

进水阀是由电磁线圈、壳体、阀芯及安装板组成。当电磁线圈上加上220V，50Hz电压

时，其周围产生电磁场，从而牵引阀芯动作，打开阀门，开始进水；当线圈上没有电压时，

阀芯会在弹簧的作用下，将阀门关上，停止进水。进水阀有单头、双头和多头之分。单头进

水阀用于普通滚筒洗衣机，如XQG50-6006，XQG60-8006等；双头进水阀用于具有烘干功能

（一只阀上带有限流器，用来控投影烘干进水）或采用电子配水的滚筒洗衣机如：XQG50-6010，

XQG50-1208，XQG50-1210，XQG50-1212，XQG60-8010等；多头电磁阀主要用于带有热水进

水的、具有烘干功能或采用电子配水的滚筒洗衣机。

水位开关

水位开关分为两种：机械式水位开关和电子式水位开关

机械式水位开关是通过内部气囊内空气的变化来改变开关的状态。当水注入洗衣机时，

水位开关上连接的气管内的空气被封闭压缩，随着水位的提高，空气会被进一步压缩，压强

会增大。当达到一定的值后，水位开关的常闭触点会被顶开，常开点会闭合，切断进水。洗

衣机会自动进入洗涤程序。而一旦水位下降，如排水，封闭的空气压强减小，常闭触点会重

新接通，常开触点断开。采用机械式程控器及机电一体程控器的洗衣机，所使用的水位开关

均为机械式水位开关，如XQG50-6006，XQG60-8006，XQG50-6010。

全电脑控制的洗衣机，其使用的水位开关为电子式水位开关。当水位上升时，水位开关

会产生一定的频率的脉冲，单片机将该频率的脉冲进行放大，处理，从而判断当前的水位是

否达到设定水位。如达到设定水位，机器将进行下一步操作。如：XQG50-1208，XQG50-1210，

XQG50-1212等。

加热器

为提高洗衣机的洗涤效果，通常滚筒洗衣机要用加热洗涤。加热器外壁采用不锈钢管制

成，中心装有加热丝，中间加镁粉绝缘。洗涤电加热管功率为1700W，安装在外筒的下部，

加热部分在水中。烘干电加热管功率为1200W（或1000W），安装在外筒风道上。由于不锈钢

材料的差异，所以，此加热管耐温高，可干烧使用。烘干时，烘干风机将加热管产生的热量

吹入洗衣机内，将衣物中的水分烘出来。

12

温控器及恒温器

滚筒洗衣机多具有加热功能，因此需要用温控器（或恒温器）对温度进行控制和选择。

恒温器是一种温度值不可调的温控器。它是一种金属膨胀式温控器，它是利用双金属片

受热后发生变形，从而带动触点工作。

温控器是采用线性可调的液体膨胀式温控器。它是利用感温器内的液体在受热后发生膨

胀，从而推动执行部件动作，控制加热管的工作。如洗衣机采用机械式程控器，只要有加热，

必然要用温控器和恒温器。如洗衣机采用电脑板控制，则加热温度通过温度传感器反馈给控

制板上的单片机，单片机则根据程序要求来控制加热管的工作。

电动门锁

电动门锁固定在洗衣机前门右侧的箱体内，其引出脚串接在电源电路中。当洗衣机门关

上后，接通电源，门锁内的PTC加热元件开始加热，将主电路接通，同时将弹出“门锁舌”

将洗衣机门锁死，以防洗衣机在运行时门被打开引起危险。当断开电源时，PTC加热元件开

始降温，直至由原先高阻状态恢复到低阻状态（此过程一般需要1.5~2min），此时，“门锁

舌”弹回，门就可以被打开了。

琴键开关

琴键开关是一种功能开关，此开关安装在操作面板上，用来选择洗衣机的各项功能，如

电源、经济洗、防皱缩、高温洗、免脱水等。

排水泵

滚筒洗衣机大都采用上排水方式排水，因此要用排水泵进行排水

烘干定时器

烘干定时器用于设置烘干衣物的时间。以同步微电机为驱动，通过减速齿轮组变速后，

带动两片凸轮转动，从而控制两对触点：控制烘干系统电源、低温烘干动作。

当定时器工作在0~120min时，两对触点同时工作，电机和加热器同时工作。用于烘干

加热；当设定时间还剩余12min时，定时器会切断B-B1触点，使烘干系统进行低温烘干。

当定时器工作在0~80min时，A-A1触点工作，B-B1触点不工作，系统只进行低温烘干。

4.4控制流程图

4.4.1总流程图

20

5总结

通过本次课程设计，使我对滚筒洗衣机的工艺也有了更全面清晰的学习和了

解。围绕此次设计，我们把理论与实践相结合，丰富了自己的经验。在这三周的

实习里，我学到了许多以前没有学到的知识和技能，锻炼了自己的独立思考能力

和实际操作能力。

通过对滚筒洗衣机的设计操作和传动系统的设计学习，掌握了设计分析机械

传动系统和操作系统的基本方法，巩固了所学的理论知识。提高了实际设计能力，

为今后的走上工作岗位奠定坚实的基础。

但是由于课程设计时间较短，所以设计考虑还不够全面，还存在一些问题，

这些都有待于进一步完善。希望老师提出宝贵意见，总结不足之处，为本次课程

设计完成圆满的总结。

6参考文献

1.濮良贵陈国定吴立言机械设计高等教育出版社

2.李国厚杨青杰洪源PLC原理与应用设计化学工业出版社

3.孙桓陈作模葛文杰机械原理高等教育出版社

4.丛晓霞机械设计课程设计高等教育出版社

5.徐科军传感器与检测技术电子工业出版社