一种可更换内筒式的洗衣机的设计

洗衣机是一种常见的清洁电器。但是在洗衣机的使用过程中存在许多卫生问题。有关机构的调查结果显示：按一台洗衣机使用10年计算，如果从不清洁，细菌的超标率有可能达到81.3%，而霉菌检出率高达60.2%，总大肠菌群检出率甚至高达高达100%。如果长期不清洁外筒内壁，污垢在空气中经过氧化，形成肉眼可见的黑色污垢并导致外筒等部位滋生大量病菌，并污染下一次清洗的衣物。[1]。

中国疾病预防控制中心环境与卫生相关产品安全所调查了民用洗衣机的污染状况。调查显示洗衣机内含有多种致病菌。在洗衣机的洗涤水中平均细菌菌落数已达13206CFU/mL，真菌菌落总数达229CFU/mL[2]。

我们决定研发出一种新型洗衣机。针对于传统洗衣机的痛点，对内外筒进行改造。这款洗衣机可以更换内筒，通过更换内筒避免一些疾病的交叉感染。

一、设计方案

（一）洗衣机整体设计

如图1所示，我们所设计的洗衣机是在滚筒式洗衣机的基础上进行改造和设计的。根据该洗衣机的结构，该洗衣机内筒与外筒之间是分离处理的。如图所示，在内筒外设计一个抽屉结构，起到盛放和支撑内筒的作用，我们可以将抽屉结构拉出，这时内筒可以自由从中取出来。这样的结构可以保证内筒在预定的滑轨上按预想运行，以此来合理地使内筒可以通过滑轨自由出入洗衣机内部，从而达到自由更换内筒的效果。其次，内筒的倾角有15°，这使这台洗衣机有非常明显的优点，即方便放取衣物，节约洗衣机的用水量。洗衣机的外壳作为支撑和保护内部组件的结构，需要具备足够的强度和稳定性。我们选取强化塑料材料以确保其结构牢固，并能够承受洗衣过程中的压力和振动。强化塑料具有较轻的重量和更好的耐腐蚀性，能够降低洗衣机的整体重量，并更加适合某些特定环境下的使用。

（二）洗衣机内外筒构成

如图2，图3所示，这是我们所设计的可更换内筒式洗衣机的内筒模块：洗衣机内筒本体的上端固定安装有一限位环，在此限位环的下端均匀固定安装着有限位块，在内筒本体的下端卡接有嵌合块，同时，嵌合块的另一端滑动卡接有减振块，在减振块的另一端固定安装有伺服电机。内筒本体的一端均匀的排列着众多底部漏水孔，在内筒本体的侧面均匀开设有侧面漏水孔，内筒本体通过底部漏水孔和侧面漏水孔与外部相连通。内筒本体的下部周围均匀开设有限位槽，限位槽的一端位于底部漏水孔的之间。内筒本体的下部开设有环形卡槽，在内筒本体的侧面均匀开设有条型卡槽，而侧面漏水孔位于条型卡槽之间。内筒本体的一端开设有嵌合卡槽，嵌合块滑动卡接在嵌合卡槽中，嵌合块的另一端开设有方型卡槽。减振块的一端固定安装有方形卡条，方形卡条固定卡接在方型卡槽中。外筒的内部均匀开设有限位卡槽，限位块滑动卡接在限位卡槽,所属伺服电机的另一端与洗衣机内部一端固定连接。

内筒以不锈钢为原材料，其中长为50cm，直径为31cm。在内筒内壁上，均匀分布三个直线提升筋，每个直线提升筋高1cm，宽1cm。采用不锈钢主要因为有以下优点：

高度耐用：不锈钢内筒具有出色的耐久性，能够经受高频次的使用。

耐腐蚀：不锈钢抗腐蚀性强，不易生锈。

容易清洁：不锈钢表面光滑，容易清洁，并且不会保留异味或污渍。

选用直线提升筋主要因为这是最常见的提升筋样式之一，有助于提高洗衣效果，确保衣物的均匀清洁。

电机相连的减振块的作用是减少洗衣机在工作过程中的震动和噪音。橡胶材料具有良好的减震和吸振性能，可以有效减少洗衣机在运行过程中的震动和噪音。在实际应用过程中常用丁腈橡胶与丁苯橡胶这两种。考虑到丁腈橡胶有限的耐溶剂性，及丁苯橡胶更加优良的减振性能，我们选取丁苯橡胶材料。

方形卡条，方形卡槽，嵌合块需要能够承受洗衣机运行时的产生的高温，不同洗涤剂的腐蚀性问题，多次拆卸和安装的压力，以及洗衣机的震动和振动。聚丙烯（PP）烯是一种常见的塑料材料，具有良好的耐热性和耐腐蚀性，适合用于洗衣机内部连接件。

（三）洗衣机内筒模块设计原理及作用

可更换内筒式洗衣机的设计基于以下原理：

内筒与洗衣机外壳分离: 内筒作为独立的组件与洗衣机外壳分离，使其更换变得简单且不涉及机器其他部分。

连接机制: 设计内筒与洗衣机外壳之间或的连接机制，确保内筒能够稳固地安装在外壳内，并保证正常运行时不会发生松动。使用插销将内筒和洗衣机主体连接在一起。插销可以通过插入和拔出来实现连接和拆卸。如图二，图三所示：3限位块，11条形卡槽的凸起与16限位卡槽凹槽连接，12嵌合卡槽与4嵌合块连接，14方形卡条与13方形卡槽进行连接。当将内筒插入外壳时，通过凸起和凹槽的配合，使内筒与外壳连接稳固。这种连接方式相对简单，但需要确保插销的稳定性和可靠性。

（四）斜式内筒洗衣机设计

可更换内筒式洗衣机所采用的设计形式为斜式滚筒洗衣机的相关设计。洗衣机内筒采用斜筒设计的主要目的是为了提高洗涤效果和水的利用率以及方便操作者的使用。下面是有关斜筒设计的一些常见考虑因素和解释：

洗涤效果：斜筒设计可以帮助更好地掺和洗涤液和衣物，增加摩擦力和冲击力，从而提高清洁效果。斜筒的旋转运动可以使洗涤液更好地渗透到衣物纤维中，并将污渍从衣物表面剥离。

方便操作：斜式滚筒洗衣机采用角度为15°的斜式内筒来装置。较小的倾角能够提供更好的清洁效果，因为它可以增加水和洗涤液与衣物的接触面积和冲击力。此角度的内筒设计符合人体力学，便于操作者的使用与清洁，这种结构能够让操作者可以以正常站立的姿势对洗衣机进行操作和放置衣物进入其中，通过这种角度的设计可以让操作者不需要屈膝和深度弯腰进行使用，让洗衣过程更加的方便和自然[3]。

二、可更换内筒式洗衣机工作原理

（一）化学反应原理

主要利用洗衣液等洗涤剂中的成分。首先衣物上的污垢被洗涤剂湿润，然后洗涤剂中含有的表面活化剂与高分子污渍结合，并使其分散与衣物分离；通过生物酶将高分子污渍分解为小分子，最终实现高分子污垢与衣物的分离，达到洗涤衣物的目的。

（二）物理反应原理

电动机的机械做功运动使滚筒旋转，衣物在洗衣机中与内筒内壁相互摩擦，对衣物产生类似于揉搓的效果，同时衣物在随内筒运动到高处的时候，从高处落下，产生类似于拍打的作用。这些都与手工清洗衣物类似，既可以将衣物清洗干净，又可以降低衣物的磨损。

（三）工作过程及原理

当洗衣机开始运转工作时，水位传感器先开始工作，控制洗衣机进水，随着水流的进入，洗衣机内部气压增加，水位开关中气室口处气压增加，当水位上升至设计的水位时，水位开关控制进水阀所在电路断路，停止进水，使衣物部分浸入水中。之后进行洗涤，洗涤主要通过滚筒定时的正转，反转等实现的。在洗涤过程中，内筒的旋转是通过电动机带动的，电动机的运转速度是由电路板所控制的。因此，洗衣机的使用者可以通过在操作面板选择不同的模式，使洗衣机内筒以不同的转速，不同的旋转方向进行旋转。洗涤结束后，开始排水，污水通过排水泵到达排水口，进而排出洗衣机，在排水过程中，水位开关的气压降低，，触碰程序控制器后，切断了排水泵的电路，排水泵停止工作。

在以上步骤进行完毕之后，洗衣机接着会进行脱水。在洗衣机脱水时，洗衣机电动机高速转动，在离心力的作用下，衣物所包含的水分会被随之甩出衣物，同时在支撑减震系统中的平衡块会保持滚筒的转动平衡；而支撑减震系统中的吊装弹簧和减振器，可以有效减轻内筒的晃动，以此来保证滚筒的稳定性，保证洗衣机工作的正常运行。

当洗衣机处于正常工作状态的时候，外筒由下端半连接装置带动内筒的正常工作，使洗衣机的运行达到正常的工作要求，而在此时，作为斜筒洗衣机，此时在洗衣机内部内筒同时会被作为斜置的支撑点所抬持，由此可以通过固定装置固定内筒方位，在这种情况下，从而可以保证洗衣机内筒在洗衣机运行时的正常运作；

当洗衣机呈非工作状态，位于洗衣机内部的内筒可以通过抽屉式的结构从斜筒式洗衣机的内部将内筒连同固定装置一同拉出，从而达到可更换内筒的工作需求，而作为可换的内筒，其内筒，此时可以在从洗衣机其中被取下之后作为独立部分被使用。

（四）换筒过程

当内筒出现损坏或需要更换时，用户可以通过以下步骤进行更换：

①关闭洗衣机，并断开电源。

②打开洗衣机门，取下旧的内筒。

③ 将新的内筒插入外壳，并使用相应的连接机制（嵌合卡槽和嵌合块的连接）进行安装。

④确保连接稳固后，关闭洗衣机门，接通电源。

⑤测试新更换的内筒是否正常工作。

三、结语

可更换内筒式洗衣机的内筒可以被我们取出，取出之后内筒可以作为盛衣筒，方便学生等群体在学校等公共场所的使用，取出之后便于清理洗衣机外筒内壁附着的污垢。采用斜筒式洗衣机的构造，方便我们添加衣物。总而言之，可更换内筒式洗衣机相较于传统洗衣机，具有很大优势。

本文来源：《产品可靠性报告》https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html