新型健身洗衣機創新設計

如今大部分家務勞動都可利用自動化機械設備完成，極大程度地解放了人們的雙手，然而，人們在家務勞動中消耗的卡路里卻更少了。很多人更愿意躺在沙發上刷短視頻，而不是自己動手清洗一套衣物。如果有這樣一款洗衣機，不僅能在洗衣服的同時鍛煉身體，還能改善學生、出租房租戶、外出務工人員等因設備占空間較大、不方便購買洗衣機的情況。這款洗衣機的外形就像一部滾軸加大的自行車，運行的全部能量都來自運動健身時產生的機械能，如蹬踏。洗衣服的時候，先得“騎”上它，然后手扶扶手、雙腳踩在腳踏板上，像平時使用健身器材一樣。踩踏踏板進行健身時，洗衣機就開始工作了。不用出門、無須插電就可以在家里實現鍛煉身體的同時清洗衣服。洗衣服的同時對操作者最易發胖的部位進行鍛煉，可達到較好的塑身效果。

這款健身洗衣機還可進行拆裝，方便攜帶和清洗，椅子和扶手都可調節，適用于不同身高的人群；還可實現洗滌、漂洗和脫水三個流程在同一個桶內進行，達到多功能的統一，簡單、方便、易操作；在洗衣過程中還能夠對人體各部位的肌肉進行鍛煉，相信會有很多潛在的需求。

洗衣機的研究現狀

（一）國內研究現狀

如今，我國洗衣機年產量約占世界年產量的四分之一，居世界首位。然而，我國對洗衣機技術的研究較少，甚至很多企業目前仍然依靠引進國外的技術。通過整理文獻發現，我國學術界對大型工業洗衣機進行了深入研究，構建了滾筒式洗衣機動特性設計的整機系統振動計算模式，提出了計算方法，并把有限元法引入了框架結構研究。未來洗衣機將向環保方面發展，無聲、無水洗衣機都成為發展的趨勢，同時，互聯網科技的蓬勃發展為網絡化洗衣機帶來了實現的機會。

滾筒洗衣機的普及率穩步上升，其在清潔度、磨損、使用壽命和能耗等方面，均高于波輪洗衣機。滾筒洗衣機工作時，提升機將洗滌物提升到特定高度，然后落到水面并發生碰撞，產生類似搓洗的效果。滾筒的內部尺寸決定了被清洗物品的重量和下落高度對水面反作用力的影響，由于滾筒洗衣機的內筒與衣物直接接觸，其質量直接影響衣物的潔凈程度。因此，內筒的質量非常重要，規格更需嚴格把握，內筒的沖孔越多，水流越大，沖洗得就越干凈。內筒的沖孔邊緣要平滑，凸出的部分圓滑無棱角，以防磨損或剮擦到衣物。

（二）國外研究現狀

1 8 5 8年，美國人漢密爾頓·史密斯在匹茲堡制成了世界上第一臺洗衣機。從傳統洗衣機的發明，到全自動洗衣機問世，研究人員主要集中于研究和解決與洗衣機控制、洗滌程序和機器結構有關的問題。幾十年來，洗衣機的研究在許多方面取得了進展，其中洗衣機降噪、洗衣機結構設計、洗衣機水流動態分離技術、洗衣機功能與洗衣機控制方面的研究處于領先地位。隨著半導體技術和計算機軟件的研究和應用，洗衣機的功能得以極大提高，通過設計新型波輪、改變洗滌水流，產生了不纏繞、不破壞洗滌物的“新水流”洗衣機。洗衣機的控制、排水工藝和二者的結合也因此得到快速發展。

在海外貿易的影響下，各國大廠家主要研發洗衣機的結構機理，極大完善了洗衣機的洗滌功能。三星電子株式會社開發了一款滾筒洗衣機，帶有清潔劑供給裝置，清潔劑供給裝置并不是被放置在主體上部分的前表面上，而是與洗衣機門一體形成，進一步提高了洗衣機的量產，也更容易投放清潔劑。三星電子有限公司還通過對波輪式洗衣機波輪的設置改善洗衣機的特性，設計的波輪包括：設置于洗衣機筒下部的主體，具有葉輪室以及多個葉輪軸承沿徑向延伸扇葉的噴水葉輪，該噴水葉輪相比于主體轉動而形成向上的清潔水流，可在徑向和軸向旋轉支撐葉輪軸承的支撐部件，以及使噴水葉輪轉動的元件，因此在洗衣機工作時會形成合力的垂直向上的流動水，減少衣物的扭曲和纏結。

大宇電子株式會社也對波輪式洗衣機的波輪開展了廣泛的研發，設計了一個在洗滌筒內產生渦輪式水流來清潔被洗物的洗衣機波輪，具體結構如圖1所示。基板放置在洗衣機軸上，在洗衣機擺輪中隨軸旋轉。在基質的底面上，許多攪拌葉片呈扇形排列，從中心向外緣延伸。在相鄰的攪拌葉片之間，有一些葉片用于干燥基底。洗衣機擺渡器在洗滌筒內形成渦輪式水，并使水流形成的摩擦力均勻分布到被洗滌物品上。這種狀態下，洗滌水流在洗滌筒內是不均勻的，減少了被洗滌物品的扭結量，提高了洗滌效率。

健身洗衣機的介紹

本產品針對已有科技的缺點，提供寢室用可換內膽式健身洗衣機，洗衣機的座椅和扶手均可調節，適用于不同身高的人群；將洗滌、漂洗和脫水三個流程集中在同一桶內進行，使得本產品的功能多元化的同時還保證了產品的自動化和一體化，極大地提高了洗衣機的效率，增加了使用年限。

（一）工作原理

如圖2所示，在洗滌和漂洗時，操作者坐在桌子旁，將自動離合器撥在洗滌檔，手扶著扶手，旋轉靠背架，同時推動齒輪做往復運動，通過變速后再經錐齒輪傳入波輪軸（可鍛煉腹肌、胸肌、屈肌等）。脫水時，將自動離合器撥到脫水檔上，只需蹬足踏板，推動帶輪旋轉，傳動到同軸齒輪，變速后再經錐齒輪傳動到脫水桶（可鍛煉骨肌、股四頭肌等）。手動離合器由滑塊機構原理設計，可以實現錐齒輪離合與脫水桶和洗滌桶的聯動切換。

清潔和整理時，可以將機箱部位的滾筒拆卸下來，進行單獨的清洗和整理，可根據操作者使用的頻率適當清理機器內部，對機箱下方的齒輪和機械結構進行定期的維修和保養。

健身洗衣機的優勢：兼顧健康，洗衣時可進行全面鍛煉；高度可調，適合于不同身高的群體；洗滌與脫水功能集于一起，方便快捷；可拆裝，便于清理；綠色環保，無須電源，經濟實惠；可以單獨清洗內膽、檢修內部結構，提高洗滌質量和使用年限。

（二）產品設計關鍵點

1洗滌模塊傳動比計算

洗滌模塊采用齒輪傳動機械，經變速后從錐傳動到洗衣桶上，由人機工程學人體參數得知，手與腳的最大運動次數約為每分鐘4 3 1次，見表1。

充分考慮到9 5 %的人的運動頻率，以及長期的運動負荷，選擇運動頻率為6 0次/分鐘，即每分鐘人運動4 5次，齒條來回運動6 0次。波輪式洗衣機清洗的波輪轉速通常小于每分鐘8 0轉，在此處選波輪速度為每分鐘8 0轉。波輪轉速由錐齒輪傳動獲得，考慮錐齒輪傳動情況，選用錐齒輪傳動比為！3 = 2，得出齒條輪轉速\"= 4 0轉/分鐘，因此在齒輪運行一整套時間后，齒輪轉動2周。于是，齒條輪轉速\"5 = 4 0轉/分鐘；錐齒輪的轉動速度\"6 = \"5·！3 = 4 0×2 = 8 0轉/分鐘。

2波輪形狀的選擇

選用有特殊造型和結構的波輪，其目的是獲取適當的水流。就目前所掌握的波輪洗衣機來說，各種類型的波輪所對應的各種水流都不同，常用的波輪類型如圖3所示。

基于上述造型，對三維水流形式加以改良，增強水流的沖擊力，減輕對服裝的磨損的同時增加洗滌量。改進后進行三維建模圖，如圖4所示。

3洗衣機箱體尺寸設計

確定洗衣機箱體規格前，要設定洗衣機的洗凈容積，本洗衣機按照人的運動功率和其他參數，即消費者的體能和可以洗滌的衣物，設定洗衣機的洗凈容積為1～2千克。本產品的機箱規格：高6 1 5毫米，寬3 3 0毫米，長3 4 0毫米（裝水部分尺寸高4 1 0毫米，寬3 1 0毫米，長3 2 0毫米）。洗滌容量：2千克。該洗衣機（樣機）最多能容納2 0升。而一般洗凈中小于等于1 .5升的水，按洗一次，漂洗一次算，總用水不足4 0升。三維模型如圖5所示。

結語

現代發展日新月異，而高科技的生活讓人逐漸變得懶散，健身成為我們生活中不可或缺的一部分，合理的健身方式和健身器材的需求量也變得越來越大。普通的健身器材不免單調，經常重復性的運動枯燥乏味，去健身房也需要大量的時間，經常導致學生和上班族無法堅持；日常洗衣同樣也會占據我們生活中的大部分時間，單純手洗衣服浪費時間和精力，使用公共洗衣機也會耗費金錢，還存在各種各樣的衛生問題，而本產品的寢室用可換內膽式健身洗衣機可將存在的問題迎刃而解。與此同時，目前國內健身洗衣機工藝還有待完善，行業空間巨大，為生產企業提供了較大的發展空間。

綠色低碳發展是當今時代科技革命和產業變革的方向，綠色經濟已成為全球產業競爭制高點，推動綠色低碳發展是國際潮流所向、大勢所趨。最新數據顯示，2 0 2 3年，在國家層面建成綠色工廠5 0 9 5家，產值占制造業總產值的比重超過1 7 %。寢室用可換內膽式健身洗衣機就是在如今綠色環保的大環境下應運而生。

雖然健身洗衣機工作原理和產品設計已經有了初步模型，但是在使用過程中，產品防漏水等細節方面還有待完善，希望本產品能為今后設計新型健身洗衣機提供理論參考。

項目獲得遼寧科技大學2 0 2 3年大學生創新創業訓練計劃資助