波輪全自動洗衣機模塊化平臺的設(shè)計研究

梅江龍

（廣州擎天實業(yè)有限公司 廣州 510663）

概述

我國家電行業(yè)通過近30年的迅速發(fā)展,家電行業(yè)己經(jīng)成為我國的支柱性產(chǎn)業(yè)，同時家電行業(yè)也是我國競爭最為激烈和發(fā)展最為迅速的行業(yè)之一。隨著消費者生活品質(zhì)不斷提高和消費需求不斷升級，消費者對產(chǎn)品的差異化需求提升到空前的高度，而且消費者的需求越來越具體、個性化。消費需求的變化也快速催生了產(chǎn)品更新?lián)Q代和更具個性化特征的產(chǎn)品。為滿足多樣化的市場需求和適應(yīng)激烈市場競爭，在當(dāng)前波輪全自動洗衣機行業(yè)，多品種、批量化的生產(chǎn)模式下，建立產(chǎn)品模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、家族式的平臺設(shè)計，從而實現(xiàn)一個技術(shù)平臺派生若干個容量段系列產(chǎn)品，也可以通過工業(yè)設(shè)計和不同的技術(shù)功能配置等快速定制不同市場和個性化需求的產(chǎn)品。以最少的要素組合，構(gòu)成最多的產(chǎn)品品種，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳效益和質(zhì)量。

波輪全自動洗衣機是家用電動洗衣機中最重要的一種，其同時具有洗滌、漂洗、脫水等功能，主要依靠裝配在洗衣機內(nèi)桶底部的波輪進(jìn)行正、反旋轉(zhuǎn)，帶動水流運動，水流運動帶動洗滌物上、下、左、右翻轉(zhuǎn)，使洗滌物之間、洗滌物與內(nèi)桶壁之間，進(jìn)行柔和地磨擦，并在洗滌劑的作用下，實現(xiàn)洗滌物的去污效果。脫水時內(nèi)桶高速旋轉(zhuǎn)，衣服也隨之旋轉(zhuǎn)，利用離心運動原理，將洗滌物上的水滴從內(nèi)桶壁上的排水孔甩出，達(dá)到脫水的目的。

1 波輪全自動洗衣機的構(gòu)成

波輪全自動洗衣機的構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1所示，其按功能結(jié)構(gòu)模塊可分為四個組成部分，即1 工作臺部分、2盛水桶總成部分、3懸掛吊桿部分、4箱體總成部分。

圖1 波輪全自動洗衣機結(jié)構(gòu)圖

2 波輪全自動洗衣機模塊化平臺設(shè)計

2.1 波輪全自動洗衣機整機的模塊化平臺設(shè)計

目前市場上家用洗衣機主要的容量段分布在5～10 kg之間。根據(jù)市場需求，將重點以5～10 kg容量段為例，進(jìn)行波輪全自動洗衣機整機模塊化平臺的研究。為便于整機模塊化平臺外形尺寸的設(shè)計，首先將5～10 kg容量段分為6.0 kg/7.0 kg /8.0 kg /10 kg四個不同容量的機型，然后以6.0 kg /7.0 kg /8.0 kg /10 kg四個容量型號進(jìn)行整機模塊化平臺外形尺寸設(shè)計。

根據(jù)圖2所示，波輪全自動洗衣機整機外形尺寸主要分為寬度尺寸W（箱體寬度）、深度尺寸D（箱體深度）、整機總高尺寸H，其中整機總高尺寸H=由底座高度尺寸A+箱體高度尺寸B+工作臺高度尺寸C。根據(jù)上述整機尺寸鏈的分布規(guī)律，通過調(diào)整寬度尺寸W（箱體寬度）、深度尺寸D（箱體深度）、底座高度尺寸A、箱體高度尺寸B、工作臺高度尺寸C，可以組合構(gòu)成不同容量的波輪全自動洗衣機外形尺寸。但中、高端波輪全自動洗衣機箱體都為金屬箱體，箱體批量生產(chǎn)需要經(jīng)過模具沖壓成型、專用機械設(shè)備折彎成型、專用機械設(shè)備進(jìn)行鉚接或者其它連接方式，生產(chǎn)工序較多，參與生產(chǎn)的設(shè)備相對較多，為保證不同容量機型生產(chǎn)設(shè)備的通用性和生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試的便利性等方面因素，不同容量機型箱體高度尺寸B以及圖1中的箱體前后折彎角RD、RE以及大圓弧RF尺寸應(yīng)統(tǒng)一一致。

圖2 波輪全自動洗衣機整機模塊化平臺外形尺寸設(shè)計

根據(jù)圖2 波輪全自動洗衣機整機外形尺寸所示，6.0 kg /7.0 kg /8.0 kg /10 kg四個機型可分為2個平臺，6.0 kg /7.0 kg一個平臺P1，通用一個工作臺部分和箱體；8.0 kg /10 kg一個平臺P2。通用一個工作臺部分和箱體。

2.2 波輪全自動洗衣機工作臺部分的模塊化設(shè)計

2.2.1 控制面板部分的模塊化設(shè)計

波輪全自動洗衣機1 工作臺部分是直接與用戶進(jìn)行人機交互的部分，是體現(xiàn)整機ID效果的重要部件，也是整機的大腦，裝配有各種功能部件。因此，采用模塊化設(shè)計思路來規(guī)范波輪全自動洗衣機1 工作臺部分的設(shè)計，可以使1 工作臺部分各種功能部件物料的采購?fù)ㄓ没?biāo)準(zhǔn)化，提高物料的生產(chǎn)組織效率，提高整機售后維修性。

根據(jù)圖3 波輪全自動洗衣機工作臺部分結(jié)構(gòu)圖所示，1工作臺部分主要是由控制面板和工作臺兩大部分構(gòu)成，其模塊化設(shè)計主要在于控制面板的模塊化設(shè)計。通過模塊化設(shè)計解決5機械按鍵式、6觸摸按鍵式、7 LCD液晶顯示屏三種不同類型控制面板的通用化問題。通過不同類型控制面板的靈活配置使用，延伸出5機械按鍵式、6觸摸按鍵式、7 LCD液晶顯示屏等各種功能配置的波輪全自動洗衣機型號，滿足低端、中端、高端不同類型市場的需求。

圖3 波輪全自動洗衣機工作臺部分模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 PCB電腦板的模塊化設(shè)計

控制面板部分的模塊化設(shè)計，能使產(chǎn)品快速在低端、中端、高端不同類型市場形成差異性、多樣性、家族式系列機型，可快速占領(lǐng)低端、中端、高端不同類型的市場，也可大大降低產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)制造成本，提高產(chǎn)品的市場核心競爭力。

根據(jù)圖4 波輪全自動洗衣機PCB電腦板模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)圖所示，控制面板部分的模塊化設(shè)計關(guān)鍵是9 PCB電腦板模塊的通用化設(shè)計，即共用一個8 PCB膠盒條件下的10 PCB線路板的兼容性設(shè)計。不同配置情況下，快速實現(xiàn)產(chǎn)品的模塊化切換，快速化生產(chǎn)。

圖4 波輪全自動洗衣機PCB電腦板模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2.3 波輪全自動洗衣機箱體部分的模塊化設(shè)計

根據(jù)圖5所示，波輪全自動洗衣機4箱體總成部分由11箱角、12箱體、13底座組件三大主要部分構(gòu)成。根據(jù)波輪全自動洗衣機整機的模塊化平臺設(shè)計部分所述，為保證不同容量機型生產(chǎn)設(shè)備的通用性和生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試的便利性等方面因素，不同容量機型箱體高度尺寸B應(yīng)一致。通過調(diào)整13底座組件的高度尺寸，實現(xiàn)不同規(guī)格容量段的整機高度差異，如圖6所示，6.0 kg波輪全自動洗衣機配置80 mm高的13底座組件，7.0 kg波輪全自動洗衣機配置100 mm高的13底座組件，從而實現(xiàn)6.0 kg和7.0 kg兩個不同容量機型的高度差異。

圖5 波輪全自動洗衣機箱體部分結(jié)構(gòu)圖

圖6 波輪全自動洗衣機底座結(jié)構(gòu)尺寸圖

2.4 波輪全自動洗衣機盛水桶總成部分的模塊化設(shè)計

2.4.1 盛水桶部分的模塊化設(shè)計

波輪全自動洗衣機的動力系統(tǒng)及排水系統(tǒng)等部分均全部裝配在盛水桶部分，導(dǎo)致其盛水桶部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，特別是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度。如果按洗衣機的使用功能性進(jìn)行區(qū)分，盛水桶部分的主要作用是盛放洗滌溶液，所以盛水桶部分的結(jié)構(gòu)尺寸決定了內(nèi)桶部分的結(jié)構(gòu)尺寸和有效容積，也就間隙決定了波輪洗衣機的容量。盛水桶部分的結(jié)構(gòu)尺寸與4箱體總成部分的結(jié)構(gòu)尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，盛水桶部分是由3懸掛吊桿部分懸掛在4箱體總成部分內(nèi)，由于三者之間均屬于柔性連接，波輪全自動洗衣機在工作過程中，2盛水桶總成部分是運動的（非圓周性的往復(fù)晃動），所以2盛水桶總成部分與4箱體總成部分需要保留一定的安全間距，4箱體總成部分與2盛水桶總成的安全間距一般設(shè)計為30～35mm，對于小體積、大容量的波輪全自動洗衣機4箱體總成部分與2盛水桶總成的安全間距可以設(shè)計為20～25mm。當(dāng)4箱體總成部分與2盛水桶總成的安全間距較小時，可在4箱體總成部分內(nèi)側(cè)粘貼防撞海綿塊，當(dāng)4箱體總成部分與2盛水桶總成碰撞時，起到緩沖作用。

根據(jù)本文上述的分析與研究，當(dāng)4箱體總成部分的寬度（W）和深度（D）尺寸確定以后，減去4箱體總成部分與2盛水桶總成的安全間距，其15盛水桶的直徑尺寸也就確定了，然后根據(jù)設(shè)計目標(biāo)容量和4箱體總成部分的高度尺寸（A+B）確定盛水桶部分的高度尺寸（G）。根據(jù)圖7所示，波輪全自動洗衣機盛水桶部分主要由14盛水桶蓋和15盛水桶構(gòu)成。圖8 波輪全自動洗衣機盛水桶部分模塊化尺寸設(shè)計所示，盛水桶部分的高度尺寸（G）等于14盛水桶蓋的有效高度尺寸（E）與15盛水桶有效高度尺寸（F）之和。由于15盛水桶體積較大，其注塑模具制造成本較高，波輪全自動洗衣機盛水桶部分模塊化尺寸設(shè)計時，應(yīng)充分考慮15盛水桶的通用性，通過調(diào)整14盛水桶蓋的有效高度尺寸（E），從而實現(xiàn)不同容量段的需要。

圖7 波輪全自動次一級盛水桶結(jié)構(gòu)圖

圖8 波輪全自動洗衣機盛水桶部分模塊化尺寸設(shè)計

2.4.2 內(nèi)桶部分的模塊化設(shè)計

波輪全自動洗衣機內(nèi)桶部分主要由16平衡環(huán)、內(nèi)桶圈、17內(nèi)桶底等部分構(gòu)成。其主要功能是用來盛放洗滌物，洗滌時協(xié)助波輪進(jìn)行洗滌，脫水時成為離心式脫水桶。波輪全自動洗衣機在工作過程中，內(nèi)桶部分主要是作圓周性旋轉(zhuǎn)運動，所以盛水桶部分內(nèi)壁與內(nèi)桶部分16平衡環(huán)直徑方向需要保留一定的安全間距，以及與14盛水桶蓋下端面的垂直方向也應(yīng)保留一定的安全間距，盛水桶部分內(nèi)壁與內(nèi)桶部分16平衡環(huán)直徑方向的安全間距應(yīng)該設(shè)計為20 mm以上，14盛水桶蓋內(nèi)端面與16平衡環(huán)頂面垂直方向的安全間距應(yīng)該設(shè)計為12 mm左右（建議不要低于8 mm）。對于7.0 kg以上容量波輪全自動洗衣機，平衡環(huán)建議采用內(nèi)、外雙層平衡環(huán)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本文上述的分析與研究，當(dāng)15盛水桶的直徑（ΦDO）和盛水桶部分總高（G）尺寸確定以后，減去與盛水桶部分內(nèi)壁直徑方向和14盛水桶蓋下端面垂直方向的安全間距，其內(nèi)桶部分的直徑尺寸也就確定了。根據(jù)圖7所示，波輪全自動洗衣機盛水桶部分主要由14盛水桶蓋和15盛水桶構(gòu)成。圖9波輪全自動洗衣機內(nèi)桶部分模塊化尺寸設(shè)計所示，相同內(nèi)桶直徑的情況下，主要是通過設(shè)計不同的17內(nèi)桶底高度尺寸（B），實現(xiàn)17內(nèi)桶底的有效高度尺寸（h）的變化，從而得到不同高度尺寸（L）的內(nèi)桶部分，滿足不同容量段的設(shè)計需要。

圖9 波輪全自動洗衣機內(nèi)桶部分模塊化尺寸設(shè)計

2.5 波輪全自動洗衣機動力系統(tǒng)的模塊化設(shè)計

波輪全自動洗衣機的動力系統(tǒng)主要由19離合器底板、20減速離合器、21皮帶、22風(fēng)葉輪、電動機（23 BLDC電機或者24感應(yīng)電機）等零部件構(gòu)成。電動機（23 BLDC電機或者24感應(yīng)電機）同時作為洗滌和脫水時的動力源，主要分為變頻電機和定頻電機兩種。電動機（23 BLDC電機或者24感應(yīng)電機）裝配在19離合器底板上，可以實現(xiàn)23 BLDC電機與24感應(yīng)電機的模塊化切換，無需更換其它傳動部分的零部件。

波輪全自動洗衣機用20減速離合器是一種內(nèi)外軸復(fù)合為一體的結(jié)構(gòu)，20減速離合器的內(nèi)軸（洗滌軸），一端與波輪連接固定，另一端與20減速離合器離合套連接，離合套與20減速離合器大帶輪連接固定，完成電動機（23 BLDC電機或者24感應(yīng)電機）動力到波輪的傳遞，實現(xiàn)波輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運動，完成洗滌過程。20減速離合器外軸（離心軸）的一端與內(nèi)桶部分（脫水桶）連接固定，另一端通過抱簧與離合套連接，完成電動機（23 BLDC電機或者24感應(yīng)電機）動力到內(nèi)桶部分（脫水桶）的傳遞，實現(xiàn)內(nèi)桶部分的旋轉(zhuǎn)運動，完成脫水過程。波輪全自動洗衣機用減速離合器主要分為松下型和夏普型兩種，波輪全自動洗衣機用夏普型減速離合器集成有19離合器底板，即19離合器底板與20減速離合器集成在一起，其構(gòu)成成本相對較低，但售后維修性較差，維修成本較高，波輪全自動洗衣機用松下型減速離合器19離合器底板與20減速離合器采用獨立分開結(jié)構(gòu)，即本文圖10中所示結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成成本相對較高，但售后維修性較好，維修成本較低，以及模塊化設(shè)計的兼容性更好，采購?fù)ㄓ眯愿选?/p>

圖10 波輪全自動洗衣機動力系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)圖

2.6 波輪全自動洗衣機懸掛吊桿的模塊化設(shè)計

波輪全自動洗衣機2盛水桶總成部分采用3懸掛吊桿懸掛式固定在4箱體總成部分內(nèi)，即在4箱體總成部分四個角上分別布置一根3懸掛吊桿，3懸掛吊桿主要由25 阻尼橡膠碗、26 彈簧、27 彈簧套、28 吊桿、29 吊桿掛耳等部分構(gòu)成，波輪全自動洗衣機工作時通過壓縮3懸掛吊桿內(nèi)的26 彈簧和25 阻尼橡膠碗與27 彈簧套產(chǎn)生的摩擦阻尼起到減振效果。盛水桶部分的結(jié)構(gòu)尺寸與4箱體總成部分的結(jié)構(gòu)尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，盛水桶部分是由3懸掛吊桿部分懸掛在4箱體總成部分內(nèi)，由于三者之間均屬于柔性連接，波輪全自動洗衣機在工作過程中，2盛水桶總成部分是運動的（非圓周性的往復(fù)晃動），所以1工作臺部分和2盛水桶總成部分應(yīng)設(shè)計一定的安全間距，1工作臺部分洗滌物放入和取出開口處下端面（最低處）與2盛水桶總成部分的14盛水桶蓋上端面（最高處）安全間距一般保持25 mm左右。

圖11 波輪全自動洗衣機懸掛吊桿結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)本文上述研究，可以通過設(shè)計不同的28吊桿長度M和26彈簧的剛度，來滿足不同4箱體總成部分的高度尺寸（A+B）或者不同容量段的機型使用，實現(xiàn)懸掛吊桿的模塊化。

3 結(jié)語

隨著消費者生活品質(zhì)不斷提高和消費需求不斷升級，快速催生了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，為滿足多樣化的市場需求，特別是在市場競爭白熱化的家電行業(yè)，建立產(chǎn)品模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、家族式的設(shè)計平臺，可以快速的以最少的要素組合，構(gòu)成最多的產(chǎn)品系列，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期，降低新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)風(fēng)險，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)品的最佳效益。