波轮全自动洗衣机模块化平台的设计研究

梅江龙

（广州擎天实业有限公司 广州 510663）

概述

我国家电行业通过近30年的迅速发展,家电行业己经成为我国的支柱性产业，同时家电行业也是我国竞争最为激烈和发展最为迅速的行业之一。随着消费者生活品质不断提高和消费需求不断升级，消费者对产品的差异化需求提升到空前的高度，而且消费者的需求越来越具体、个性化。消费需求的变化也快速催生了产品更新换代和更具个性化特征的产品。为满足多样化的市场需求和适应激烈市场竞争，在当前波轮全自动洗衣机行业，多品种、批量化的生产模式下，建立产品模块化、通用化、标准化、家族式的平台设计，从而实现一个技术平台派生若干个容量段系列产品，也可以通过工业设计和不同的技术功能配置等快速定制不同市场和个性化需求的产品。以最少的要素组合，构成最多的产品品种，从而实现产品的最佳效益和质量。

波轮全自动洗衣机是家用电动洗衣机中最重要的一种，其同时具有洗涤、漂洗、脱水等功能，主要依靠装配在洗衣机内桶底部的波轮进行正、反旋转，带动水流运动，水流运动带动洗涤物上、下、左、右翻转，使洗涤物之间、洗涤物与内桶壁之间，进行柔和地磨擦，并在洗涤剂的作用下，实现洗涤物的去污效果。脱水时内桶高速旋转，衣服也随之旋转，利用离心运动原理，将洗涤物上的水滴从内桶壁上的排水孔甩出，达到脱水的目的。

1 波轮全自动洗衣机的构成

波轮全自动洗衣机的构成结构如图1所示，其按功能结构模块可分为四个组成部分，即1 工作台部分、2盛水桶总成部分、3悬挂吊杆部分、4箱体总成部分。

图1 波轮全自动洗衣机结构图

2 波轮全自动洗衣机模块化平台设计

2.1 波轮全自动洗衣机整机的模块化平台设计

目前市场上家用洗衣机主要的容量段分布在5～10 kg之间。根据市场需求，将重点以5～10 kg容量段为例，进行波轮全自动洗衣机整机模块化平台的研究。为便于整机模块化平台外形尺寸的设计，首先将5～10 kg容量段分为6.0 kg/7.0 kg /8.0 kg /10 kg四个不同容量的机型，然后以6.0 kg /7.0 kg /8.0 kg /10 kg四个容量型号进行整机模块化平台外形尺寸设计。

根据图2所示，波轮全自动洗衣机整机外形尺寸主要分为宽度尺寸W（箱体宽度）、深度尺寸D（箱体深度）、整机总高尺寸H，其中整机总高尺寸H=由底座高度尺寸A+箱体高度尺寸B+工作台高度尺寸C。根据上述整机尺寸链的分布规律，通过调整宽度尺寸W（箱体宽度）、深度尺寸D（箱体深度）、底座高度尺寸A、箱体高度尺寸B、工作台高度尺寸C，可以组合构成不同容量的波轮全自动洗衣机外形尺寸。但中、高端波轮全自动洗衣机箱体都为金属箱体，箱体批量生产需要经过模具冲压成型、专用机械设备折弯成型、专用机械设备进行铆接或者其它连接方式，生产工序较多，参与生产的设备相对较多，为保证不同容量机型生产设备的通用性和生产设备调试的便利性等方面因素，不同容量机型箱体高度尺寸B以及图1中的箱体前后折弯角RD、RE以及大圆弧RF尺寸应统一一致。

图2 波轮全自动洗衣机整机模块化平台外形尺寸设计

根据图2 波轮全自动洗衣机整机外形尺寸所示，6.0 kg /7.0 kg /8.0 kg /10 kg四个机型可分为2个平台，6.0 kg /7.0 kg一个平台P1，通用一个工作台部分和箱体；8.0 kg /10 kg一个平台P2。通用一个工作台部分和箱体。

2.2 波轮全自动洗衣机工作台部分的模块化设计

2.2.1 控制面板部分的模块化设计

波轮全自动洗衣机1 工作台部分是直接与用户进行人机交互的部分，是体现整机ID效果的重要部件，也是整机的大脑，装配有各种功能部件。因此，采用模块化设计思路来规范波轮全自动洗衣机1 工作台部分的设计，可以使1 工作台部分各种功能部件物料的采购通用化、标准化，提高物料的生产组织效率，提高整机售后维修性。

根据图3 波轮全自动洗衣机工作台部分结构图所示，1工作台部分主要是由控制面板和工作台两大部分构成，其模块化设计主要在于控制面板的模块化设计。通过模块化设计解决5机械按键式、6触摸按键式、7 LCD液晶显示屏三种不同类型控制面板的通用化问题。通过不同类型控制面板的灵活配置使用，延伸出5机械按键式、6触摸按键式、7 LCD液晶显示屏等各种功能配置的波轮全自动洗衣机型号，满足低端、中端、高端不同类型市场的需求。

图3 波轮全自动洗衣机工作台部分模块化设计结构图

2.2.2 PCB电脑板的模块化设计

控制面板部分的模块化设计，能使产品快速在低端、中端、高端不同类型市场形成差异性、多样性、家族式系列机型，可快速占领低端、中端、高端不同类型的市场，也可大大降低产品设计研发和生产制造成本，提高产品的市场核心竞争力。

根据图4 波轮全自动洗衣机PCB电脑板模块设计结构图所示，控制面板部分的模块化设计关键是9 PCB电脑板模块的通用化设计，即共用一个8 PCB胶盒条件下的10 PCB线路板的兼容性设计。不同配置情况下，快速实现产品的模块化切换，快速化生产。

图4 波轮全自动洗衣机PCB电脑板模块化设计结构图

2.3 波轮全自动洗衣机箱体部分的模块化设计

根据图5所示，波轮全自动洗衣机4箱体总成部分由11箱角、12箱体、13底座组件三大主要部分构成。根据波轮全自动洗衣机整机的模块化平台设计部分所述，为保证不同容量机型生产设备的通用性和生产设备调试的便利性等方面因素，不同容量机型箱体高度尺寸B应一致。通过调整13底座组件的高度尺寸，实现不同规格容量段的整机高度差异，如图6所示，6.0 kg波轮全自动洗衣机配置80 mm高的13底座组件，7.0 kg波轮全自动洗衣机配置100 mm高的13底座组件，从而实现6.0 kg和7.0 kg两个不同容量机型的高度差异。

图5 波轮全自动洗衣机箱体部分结构图

图6 波轮全自动洗衣机底座结构尺寸图

2.4 波轮全自动洗衣机盛水桶总成部分的模块化设计

2.4.1 盛水桶部分的模块化设计

波轮全自动洗衣机的动力系统及排水系统等部分均全部装配在盛水桶部分，导致其盛水桶部分的结构设计至关重要，特别是产品的结构强度。如果按洗衣机的使用功能性进行区分，盛水桶部分的主要作用是盛放洗涤溶液，所以盛水桶部分的结构尺寸决定了内桶部分的结构尺寸和有效容积，也就间隙决定了波轮洗衣机的容量。盛水桶部分的结构尺寸与4箱体总成部分的结构尺寸是相互关联的，盛水桶部分是由3悬挂吊杆部分悬挂在4箱体总成部分内，由于三者之间均属于柔性连接，波轮全自动洗衣机在工作过程中，2盛水桶总成部分是运动的（非圆周性的往复晃动），所以2盛水桶总成部分与4箱体总成部分需要保留一定的安全间距，4箱体总成部分与2盛水桶总成的安全间距一般设计为30～35mm，对于小体积、大容量的波轮全自动洗衣机4箱体总成部分与2盛水桶总成的安全间距可以设计为20～25mm。当4箱体总成部分与2盛水桶总成的安全间距较小时，可在4箱体总成部分内侧粘贴防撞海绵块，当4箱体总成部分与2盛水桶总成碰撞时，起到缓冲作用。

根据本文上述的分析与研究，当4箱体总成部分的宽度（W）和深度（D）尺寸确定以后，减去4箱体总成部分与2盛水桶总成的安全间距，其15盛水桶的直径尺寸也就确定了，然后根据设计目标容量和4箱体总成部分的高度尺寸（A+B）确定盛水桶部分的高度尺寸（G）。根据图7所示，波轮全自动洗衣机盛水桶部分主要由14盛水桶盖和15盛水桶构成。图8 波轮全自动洗衣机盛水桶部分模块化尺寸设计所示，盛水桶部分的高度尺寸（G）等于14盛水桶盖的有效高度尺寸（E）与15盛水桶有效高度尺寸（F）之和。由于15盛水桶体积较大，其注塑模具制造成本较高，波轮全自动洗衣机盛水桶部分模块化尺寸设计时，应充分考虑15盛水桶的通用性，通过调整14盛水桶盖的有效高度尺寸（E），从而实现不同容量段的需要。

图7 波轮全自动次一级盛水桶结构图

图8 波轮全自动洗衣机盛水桶部分模块化尺寸设计

2.4.2 内桶部分的模块化设计

波轮全自动洗衣机内桶部分主要由16平衡环、内桶圈、17内桶底等部分构成。其主要功能是用来盛放洗涤物，洗涤时协助波轮进行洗涤，脱水时成为离心式脱水桶。波轮全自动洗衣机在工作过程中，内桶部分主要是作圆周性旋转运动，所以盛水桶部分内壁与内桶部分16平衡环直径方向需要保留一定的安全间距，以及与14盛水桶盖下端面的垂直方向也应保留一定的安全间距，盛水桶部分内壁与内桶部分16平衡环直径方向的安全间距应该设计为20 mm以上，14盛水桶盖内端面与16平衡环顶面垂直方向的安全间距应该设计为12 mm左右（建议不要低于8 mm）。对于7.0 kg以上容量波轮全自动洗衣机，平衡环建议采用内、外双层平衡环结构。

根据本文上述的分析与研究，当15盛水桶的直径（ΦDO）和盛水桶部分总高（G）尺寸确定以后，减去与盛水桶部分内壁直径方向和14盛水桶盖下端面垂直方向的安全间距，其内桶部分的直径尺寸也就确定了。根据图7所示，波轮全自动洗衣机盛水桶部分主要由14盛水桶盖和15盛水桶构成。图9波轮全自动洗衣机内桶部分模块化尺寸设计所示，相同内桶直径的情况下，主要是通过设计不同的17内桶底高度尺寸（B），实现17内桶底的有效高度尺寸（h）的变化，从而得到不同高度尺寸（L）的内桶部分，满足不同容量段的设计需要。

图9 波轮全自动洗衣机内桶部分模块化尺寸设计

2.5 波轮全自动洗衣机动力系统的模块化设计

波轮全自动洗衣机的动力系统主要由19离合器底板、20减速离合器、21皮带、22风叶轮、电动机（23 BLDC电机或者24感应电机）等零部件构成。电动机（23 BLDC电机或者24感应电机）同时作为洗涤和脱水时的动力源，主要分为变频电机和定频电机两种。电动机（23 BLDC电机或者24感应电机）装配在19离合器底板上，可以实现23 BLDC电机与24感应电机的模块化切换，无需更换其它传动部分的零部件。

波轮全自动洗衣机用20减速离合器是一种内外轴复合为一体的结构，20减速离合器的内轴（洗涤轴），一端与波轮连接固定，另一端与20减速离合器离合套连接，离合套与20减速离合器大带轮连接固定，完成电动机（23 BLDC电机或者24感应电机）动力到波轮的传递，实现波轮的往复回转运动，完成洗涤过程。20减速离合器外轴（离心轴）的一端与内桶部分（脱水桶）连接固定，另一端通过抱簧与离合套连接，完成电动机（23 BLDC电机或者24感应电机）动力到内桶部分（脱水桶）的传递，实现内桶部分的旋转运动，完成脱水过程。波轮全自动洗衣机用减速离合器主要分为松下型和夏普型两种，波轮全自动洗衣机用夏普型减速离合器集成有19离合器底板，即19离合器底板与20减速离合器集成在一起，其构成成本相对较低，但售后维修性较差，维修成本较高，波轮全自动洗衣机用松下型减速离合器19离合器底板与20减速离合器采用独立分开结构，即本文图10中所示结构，其构成成本相对较高，但售后维修性较好，维修成本较低，以及模块化设计的兼容性更好，采购通用性更佳。

图10 波轮全自动洗衣机动力系统模块化结构图

2.6 波轮全自动洗衣机悬挂吊杆的模块化设计

波轮全自动洗衣机2盛水桶总成部分采用3悬挂吊杆悬挂式固定在4箱体总成部分内，即在4箱体总成部分四个角上分别布置一根3悬挂吊杆，3悬挂吊杆主要由25 阻尼橡胶碗、26 弹簧、27 弹簧套、28 吊杆、29 吊杆挂耳等部分构成，波轮全自动洗衣机工作时通过压缩3悬挂吊杆内的26 弹簧和25 阻尼橡胶碗与27 弹簧套产生的摩擦阻尼起到减振效果。盛水桶部分的结构尺寸与4箱体总成部分的结构尺寸是相互关联的，盛水桶部分是由3悬挂吊杆部分悬挂在4箱体总成部分内，由于三者之间均属于柔性连接，波轮全自动洗衣机在工作过程中，2盛水桶总成部分是运动的（非圆周性的往复晃动），所以1工作台部分和2盛水桶总成部分应设计一定的安全间距，1工作台部分洗涤物放入和取出开口处下端面（最低处）与2盛水桶总成部分的14盛水桶盖上端面（最高处）安全间距一般保持25 mm左右。

图11 波轮全自动洗衣机悬挂吊杆结构图

根据本文上述研究，可以通过设计不同的28吊杆长度M和26弹簧的刚度，来满足不同4箱体总成部分的高度尺寸（A+B）或者不同容量段的机型使用，实现悬挂吊杆的模块化。

3 结语

随着消费者生活品质不断提高和消费需求不断升级，快速催生了产品更新换代的速度，为满足多样化的市场需求，特别是在市场竞争白热化的家电行业，建立产品模块化、通用化、标准化、家族式的设计平台，可以快速的以最少的要素组合，构成最多的产品系列，缩短新产品的设计开发周期，降低新产品的设计开发风险，提高产品的质量，实现产品的最佳效益。