CN104060443A - 平衡圈及其滚筒洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平衡圈及其滚筒洗衣机，平衡圈采用滚柱作为平衡质量，由保持架夹持滚柱构成的滚柱组设置在环形外壳中，平衡圈内轴安装在滚筒洗衣机的转桶上，结构简单紧凑，增强对转桶内偏心的平衡能力，高效降低洗衣机脱水时的振动，减小噪声；保持架分隔了滚柱，减缓撞击，减小噪声；滚柱的长径比可以改变，这使得平衡圈横截面的结构尺寸设计更灵活；保持架连接多个滚柱形成滚柱组，滚柱组的协同移动，可以把部分已经落入自锁区的滚柱拉出自锁区，增强平衡能力；保持架可以通过其结构尺寸改变被连接滚柱之间的中心距，从而改变滚柱组密排的分布夹角，当转桶内没有偏心，降低由平衡圈引起的振动。

Description

平衡圈及其滚筒洗衣机

技术领域

本发明涉及一种洗衣机，尤其是涉及一种平衡圈及其具有该平衡圈的滚筒洗衣机。

背景技术

洗衣机在脱水过程中，由于衣物分布的随机性，衣物在脱水桶内总会产生不平衡分布，也就是平常我们所说的偏心载荷。在脱水桶高速旋转时，偏心载荷产生的离心力相当于受迫振动中的激振力，会使脱水桶剧烈振动。脱水桶的振动会引起整机的剧烈振动。这些振动不仅会产生很大的噪音，给用户感官上带来很大的不舒服感，而且还会大大降低洗衣机机械与电器零部件的使用寿命。当偏心载荷较大时，甚至直接造成洗衣机部分零部件的损坏。因此，尽可能减轻偏心载荷给洗衣机所带来的损害很有必要。要减少偏心载荷对洗衣机的损害，可以从两个方面入手，减小偏心载荷，或平衡偏心载荷所产生的离心力。从前者入手，就是软件偏心保护技术；从后者入手，就是平衡圈技术。

目前常用的软件偏心保护技术是选择一个合适的转速，一般在90—120转/分，在该转速下测试电机的转速、功率等信息，通过软件分析、计算，得到偏心载荷的大小值。然后将这一值与软件预设的保护值对比，只有小于保护值时才能进入正常的高速脱水。否则就降低转速，让衣物重新分布，然后再重新测试，直到通过为止。是否重新分布衣物是随机的，重新分布衣物的次数主要取决于衣物分布均匀的难易程度，同时也取决于预设的偏心保护值，这一值设得大，通过率就高，容易实现脱水，但洗衣机振动大，使用寿命将会受到影响。反之，这一值设得小，振动小，洗衣机将被保护得更好，但不容易实现脱水，会出现不脱水的现象，或脱水延续很长时间。

平衡圈技术目前常见的分为两种，注入盐水的液体平衡圈和使用钢球的钢球平衡圈。液体平衡圈由上、下两片塑料件胶合而成的空心圈，空心圈的内部设有多个隔板，并注入液体。为增加液体比重．并保证在高寒地区使用时不会结冻，通常都采用浓度约24％的过饱和盐水，注入量约为空心圈内容积的50％左右。钢球平衡圈同样由上、下两片塑料件胶合而成，内部为空心的，但没有隔板，放入约0.5公斤重的钢球，其直径的累加长度约等于1/5到1/6的平衡圈周长，密排时的分布夹角约60到75度，还注入了适量的高粘度润滑油。在脱水时，平衡圈随着脱水桶一起旋转，平衡圈内的液体或钢球会自动移向衣物偏心载荷相对的一侧，其产生的离心力与偏心载荷产生的离心力方向相反，相互平衡，使偏心的影响降低，这样就起到了自动纠偏的作用，能有效降低洗衣机的振动。

近年来，洗衣机的洗涤容量不断扩大，脱水转速不断提高，洗衣机对控制和平衡偏心载荷的要求也越来越高，因此，软件保护技术和平衡圈技术都在不断发展进步，但总的来说，软件保护技术的发展要快于平衡圈技术。盐水平衡圈的体积大占用较大的空间，而球平衡圈在衣物分布均匀，即转桶内没有偏心时平衡圈本身反而成了偏心，使得原本并不振动的洗衣机产生了振动。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种平衡圈及其滚筒洗衣机，结构简单紧凑，增强对转桶内偏心的平衡能力，高效降低洗衣机脱水时的振动，减小噪声，进一步克服转桶内没有偏心时平衡圈本身引起的振动，同时使平衡圈的整体结构尺寸设计更为灵活。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种平衡圈，包括：

环形壳体，内部中空，同轴地固定安装在洗衣机的转桶上；

若干个滚柱组，设置在环形壳体内腔，并在环形壳体内腔中沿着圆周方向移动，所述滚柱组由保持架及至少2个滚柱构成，所述滚柱可转动设置在所述保持架内，所述滚柱的中心线与所述环形壳体的中心线平行；若干个所述滚柱组密集排列时的夹角在105°~135°之间；

润滑油，充满所述环形壳体的内腔中。

进一步的：

若干个所述滚柱组密集排列时的夹角为120°。

每个所述滚柱组的所述滚柱的数量为2~6个。

所述保持架由高强度塑料材料制成。

所述润滑油为极压润滑油。

一种具有上述的平衡圈的滚筒洗衣机，包括外箱，2根吊簧将桶部装悬挂在所述外箱上，减振器连接底座与所述桶部装；所述桶部装包括同轴安装的外桶及转桶，所述外桶上设有平衡块，其特征在于：所述平衡圈同轴设置在所述转桶上。

进一步的：

所述平衡圈安装在所述转桶开口端的内壁上。

本发明的技术效果在于：

本发明公开的一种平衡圈及其滚筒洗衣机，平衡圈采用滚柱作为平衡质量，由保持架夹持滚柱构成的滚柱组设置在环形外壳中，结构简单紧凑，增强对转桶内偏心的平衡能力，高效降低洗衣机脱水时的振动，减小噪声；保持架分隔了滚柱，滚动过程中发生撞击时是保持架之间的撞击，而不是滚柱之间撞击，因而减缓撞击，并减小噪声；滚柱的长径比可以改变，这使得平衡圈横截面的结构尺寸设计更灵活，可以根据转桶结构设计的需要来选择适当的尺寸；保持架连接多个滚柱形成滚柱组，滚柱组的协同移动，可以把部分已经落入自锁区的滚柱拉出自锁区，增强平衡能力；保持架可以通过其结构尺寸改变被连接滚柱之间的中心距，从而改变滚柱组密排的分布夹角，当转桶内没有偏心，滚柱组密排时，可以使滚柱组密排的分布夹角大于自锁区夹角，使部分滚柱组落在自锁区以外并最终滚向另一边，降低转桶内没有偏心时由平衡圈引起的振动。

附图说明

图1为平衡圈的结构示意图。

图2为滚柱组的结构示意图。

图3为图2的B－B剖视图。

图4为滚筒洗衣机的结构示意图。

图5为滚筒洗衣机的桶部装的结构示意图。

图6为滚柱平衡圈滚柱滑移分力—摩擦力曲线图。

图7：滚柱平衡圈自锁区示意图。

图8：不同位置滚柱组移动趋势示意图。

图9：具有保持架的滚柱组密排时与无保持架的滚柱的对比。

图10：滚柱不同长径比平衡圈结构尺寸的变化示意图。

图11：转桶内有较大偏心时滚柱平衡圈平衡过程示意图。

图12：转桶内有较小偏心时滚柱平衡圈平衡过程示意图。

图13：转桶内没有偏心时滚柱平衡圈平衡过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、2、3所示，平衡圈6包括环形壳体7及若干个滚柱组8，环形壳体7内部中空，同轴地固定安装在洗衣机的转桶上；滚柱组8设置在环形壳体7内腔中，并在环形壳体7内腔中沿着圆周方向移动，滚柱组8由保持架802及至少2个滚柱801构成，通常一个滚柱组8中的滚柱801的数量在2~6个。滚柱801可转动设置在保持架802内，滚柱801的中心线与环形壳体7的中心线平行，若干个滚柱组8密集排列时的夹角C（如图9a）在105°~135°之间，若干滚柱组8密集排列时的夹角C最佳为120°，滚柱组8的数量由其密集排列时的夹角来确定，图1的实施例中设有4个滚柱组8。润滑油充满环形壳体7的内腔中。

如图4、5所示，滚筒洗衣机包括外箱1，2根吊簧2将桶部装3悬挂在外箱1上，3或4个减振器4连接底座5与桶部装3。桶部装3包括转桶302、平衡圈6、外桶303和平衡块301等，平衡块301设置在外桶303上，平衡圈6同轴安装在转桶302开口端的内壁上，跟随在转桶302一起转动。在脱水时，转桶302高速转动，转桶302内的衣物分布不均匀就会形成偏心载荷，桶部装3在偏心载荷产生的离心力激励下振动，振动轨迹是一个圆。当脱水转速高于桶部装3的共振频率所对应的转速时，振动位移方向就会逐步移到偏心所在位置的相反方向。对于转桶302而言，相当于在围绕着朝偏心方向偏移的偏心轴旋转，偏心轴的偏移距离为一个桶部装振动的振幅。平衡圈6装在转桶302上并随转桶302一起绕偏心轴旋转，平衡圈6的环形壳体7内的平衡物质—－滚柱会向回转半径大的方向（偏心载荷相反的方向）产生移动趋势。移动趋势是否转化为实际的移动，取决于滑移分力是否大于摩擦力。图6中水平横线代表摩擦力，上凹的曲线代表滑移分力。水平轴表示的是滚柱在环形壳体7中的位置，原点是偏心位置，180°是偏心的相反方向位置。从图6可见，滑移分力的大小和振幅、环形壳体半径及滚柱在环形壳体中的位置有关。在偏心位置和其相反方向位置存在2个滚柱不能滚动的自锁区。

本发明中的平衡圈，保持架802把3个滚柱801连在一起，形成一个滚柱组8。滚柱组8装在环形壳体7内。滚柱801是由结构钢制成的直径为D（约10—25毫米），长度为L（约10—40毫米）的圆柱体，表面具有很高的光洁度以降低摩擦系数，可以根据平衡圈整体结构尺寸的需要来选择合适的长径比L/D。保持架802用重量轻、强度高的高强度塑料制作。保持架802把滚柱801分隔开，并夹持滚柱801，使滚柱801只能转动（滚动），不能扭动（偏斜）。保持架802与滚柱801接触的表面有很高的光洁度以降低摩擦系数。可以通过改变保持架802的结构尺寸A来改变被连接滚柱的中心距，从而改变滚柱组密排（密集排列）时的分布夹角C（如图9a）。一个保持架802连接2--6个滚柱801形成滚柱组8。一个滚柱组8具体含有滚柱801的数量取决于滚柱直径，滚柱直径大，所含滚柱就少，滚柱直径小，所含滚柱就多。

保持架802的作用是保持滚柱在滚动过程中不产生偏斜并减缓撞击，保持架还可以使得多个滚柱协同移动，有利于减小自锁区，增加平衡能力。除此以外，保持架还可以调节滚柱在环形壳体7中密排时的分布角度，使其大于自锁区，以克服或减小转桶302内没有偏心时由平衡圈本身引起的振动。

环形壳体7由高强度塑料制成。环形壳体7的内腔—滚道有很高的光洁度以降低摩擦系数。环形壳体7有一定的整体刚度，以抵抗圆周方向的变形。环形壳体7内充有一定粘度的极压润滑油，环形壳体7的内腔的摩擦系数越小越好，离心力作用下为使油膜不挤破，极压润滑油会比普通润滑油更好。

从图6可见，滑移分力的大小和振幅与环形壳体半径的比值有关，自锁区的范围大小除了和该比值有关外，还和摩擦力有关。环形壳体半径和摩擦系数确定后（例如环形壳体半径250毫米和摩擦系数0.01），振幅大小就决定了自锁区的范围。振幅大自锁区范围就小，振幅小自锁区范围就大。与图6相对应，图7a表示的是振幅为5.0时（B/R=0.02）的自锁区范围，而图7b表示的是振幅为12.5时（B/R=0.05）的自锁区范围。

脱水刚开始时，转速较低，桶部装的振动位移与偏心在同一方向。当脱水转速达到桶部装共振频率对应转速时，振动位移与偏心相差90度。当脱水转速进一步提高到大约300转/分（各个系统有所不同，要试验确定）时，桶部装的振动位移就基本和偏心方向相反了，而这时桶部装的振幅却比1000转/分左右的高速脱水时大许多。因此本发明采用了在300转/分左右的转速短暂保持约30秒时间，让滚柱组在该转速时移动到偏心的相反位置或合适的平衡位置。

平衡圈在平衡过程中，随着滚柱组位置的改变，桶部装的振幅也是在不断改变的。一开始平衡圈还未起作用，振幅较大，自锁区较小。不在自锁区内的滚柱组都会不断向偏心相反方向移动。随着滚柱组的移动，偏心被逐步平衡，振幅减小。在振幅减小的同时，自锁区的范围不断扩大，可移动的滚柱组越来越少。直到所有滚柱组落入自锁区，不再移动，滚柱平衡圈的平衡过程结束。如果偏心较大，被平衡后振幅仍较大，自锁区仍较小，滚柱组在偏心相反方向密排，平衡过程结束。

以环形壳体7的半径为250毫米，摩擦系数0.01，振幅恰为5毫米时为例来说明滚柱组的移动状态。从图6看0到30度和150到180度为自锁区。对应到图8中，角度β以内为自锁区。图8中的第一滚柱组已落入自锁区，不再移动。第四滚柱组的一个滚柱也已经落入自锁区，如果没有保持架，这一滚柱也不会移动。由于该滚柱处于靠近偏心的位置，非但起不到平衡作用，还会加剧不平衡。这时保持架开始发挥作用，同一组的另外2个滚柱在非自锁区，整组滚柱的平均滑移分力大于摩擦力时就可以把自锁区的滚柱拉出自锁区，向偏心相反的方向移动，提高了滚柱平衡圈的平衡能力。

图8中的第三滚柱组和第二滚柱组在非自锁区，在滑移分力的作用下向偏心相反方向动。根据图6，第三滚柱组的滑移分力大于第二滚柱组，所以其移动速度也可能大于第二滚柱组，并且追上第二滚柱组而产生撞击。第二滚柱组移往自锁区时也可能撞上已经在自锁区内不再移动的第一滚柱组。塑料结构的保持架802可以减缓撞击。

如果转桶302内的衣物分布很均匀，没有偏心存在，本不该振动，但由于平衡圈内的滚柱组可能分布不均匀，也会引起振动。如果滚柱组分布比较均匀，桶部装振动的振幅很小，自锁区很大，所有滚柱组都落入自锁区，没有滚柱组滚动，平衡圈产生的振动也不大，但这种状态并不多见。最为常见的是所有滚柱组都密排在平衡圈的一边，滚柱的重量成了偏心，桶部装产生较大的振动。

可以通过改变保持架802的结构尺寸A（图2）来改变被连接滚柱801的中心距，从而改变滚柱组密排的分布夹角（图9 a）。滚柱组密排的分布夹角C为120度左右是合适的（图9a），如果没有保持架802，滚柱直接密排夹角会小得多（图9b），这将改善转桶302内没有偏心时平衡圈的工作状态。在本实施例中，滚柱801的总重量在0.5公斤左右，太轻起不到好的平衡作用，太重则对平衡圈滚道（环形壳体）的强度和刚度要求会变得很高。

转桶302内如果没有偏心，滚柱组密排是最常见的状态，这时滚柱组本身成了偏心，使桶部装产生振动，振幅一般会大于5毫米，自锁区会小于±30（60）度。有了保持架以后，密排角度变大，使得一部份滚柱组落在非自锁区。非自锁区的滚柱组将向密排的相反方向移动，随着可移动滚柱组的不断移动，滚柱产生的偏心总和变小，桶部装振动的振幅变小，自锁区变大，可移动的滚柱组最终都落入自锁区变得不可移动，从而使桶部装的振动被控制在一个较小状态。

滚柱的长径比可以改变，这使得平衡圈横截面的结构尺寸设计更灵活，可以根据转桶结构设计的需要来选择适当的尺寸。例如，当转桶留给平衡圈的空间在径向尺寸较宽裕但轴向尺寸较小时，可选择较小的长径比（图10a）。反之，当转桶留给平衡圈的空间在径向尺寸很小但轴向尺寸较宽裕时，可选择较大的长径比（图10b）。

为了进一步说明滚柱平衡圈的工作原理及过程，下面我们分为转桶内有较大偏心、较小偏心和转桶内无偏心三种状态，结合实例和图示来描述如下：

1、转桶内有较大偏心：滚筒洗衣机进入脱水过程，转速增加到300转/分，这时滚柱组随机分布，如图11a所示。由于偏心较大，并且没有得到平衡，桶部装振动的振幅较大，相应的自锁区也较小，绝大多数滚柱组会落在非自锁区。

非自锁区的滚柱组向偏心相反的方向滚动，偏心得到了一些平衡，振幅随之减小，相应的自锁区就会扩大，一部分滚柱组进入了偏心对面的自锁区，不再滚动（图11b）。

非自锁区的滚柱组进一步向偏心相反的方向滚动，刚进入自锁区的滚柱组在动能的推动下不会立即停止滚动，原来已落入自锁区滚柱组可能会在刚进入自锁区的滚柱组的推动下继续作少量滚动，最终滚柱组密排在偏心相反方向。偏心得到了最大限度的平衡。振幅随之减小，相应的自锁区进一步扩大（图11c）。

2、转桶内有较小偏心：滚筒洗衣机进入脱水过程，转速增加到300转/分，这时滚柱组随机分布，如图12a所示。由于偏心较小，虽然没有得到平衡，桶部装的振动振幅并不太大，相应的自锁区也较实例1刚开始时大一些，但大多数滚柱组会落在非自锁区，只会有较少的滚柱组落入自锁区。

非自锁区的滚柱组向偏心相反的方向滚动，原来已落入自锁区的滚柱组可能在刚进入自锁区的滚柱组的推动下继续作少量滚动。偏心得到了一些平衡，振幅随之减小，相应的自锁区就会扩大，更多的滚柱组进入了偏心对面的自锁区，不再滚动（图12b）。

非自锁区的滚柱组进一步向偏心相反的方向滚动，原来已落入自锁区并不再滚动的滚柱组在刚进入自锁区的滚柱组的推动下继续作少量滚动，最终滚柱组基本上分布在偏心相反方向，但不密排。偏心得到了最大限度的平衡，振幅随之减小，相应的自锁区进一步扩大（图12c）。

3、转桶内没有偏心，滚柱组分布杂散：滚筒洗衣机进入脱水过程，转速增加到300转/分，这时滚柱组分布杂散，如图13a所示。由于转桶内没有偏心，滚柱分布杂散而没有形成较大偏心，桶部装的振动振幅并不大，相应的自锁区也较大，大部分滚柱组已经落在自锁区。非自锁区的滚柱组向滚柱组较稀少的方向滚动。振幅随之减小，相应的自锁区相应扩大，直到所有的滚柱组进入了自锁区，不再滚动（图13b）。

转桶内没有偏心，滚柱组密排：滚筒洗衣机进入脱水过程，转速增加到300转/分，由于滚柱组密排，滚柱本身形成了较大的偏心，桶部装产生了一定的振动，形成的自锁区（图13c）远比分布杂散时小。由于保持架增加了密排角度，密排两端的滚柱组已经落在了自锁区以外。自锁区以外的滚柱组向密排滚柱组对面滚动，滚柱形成的偏心变小，由此产生的振动振幅减小，自锁区相应增大（图13d）。滚柱组继续滚动，自锁区进一步扩大，最终如图13e所示所有滚柱组落入自锁区，滚柱形成的偏心被控制在较小水平，相应的振动也得到了有效控制。

Claims (7)

1.一种平衡圈，其特征在于包括：

环形壳体，内部中空，同轴地固定安装在洗衣机的转桶上；

若干个滚柱组，设置在环形壳体内腔，并在环形壳体内腔中沿着圆周方向移动，所述滚柱组由保持架及至少2个滚柱构成，所述滚柱可转动设置在所述保持架内，所述滚柱的中心线与所述环形壳体的中心线平行；若干个所述滚柱组密集排列时的夹角在105°~135°之间；

润滑油，充满所述环形壳体的内腔中。

2.按照权利要求1所述的平衡圈，其特征在于：若干个所述滚柱组密集排列时的夹角为120°。

3.按照权利要求1或2所述的平衡圈，其特征在于：每个所述滚柱组的所述滚柱的数量为2~6个。

4.按照权利要求1所述的平衡圈，其特征在于：所述保持架由高强度塑料材料制成。

5.按照权利要求1所述的平衡圈，其特征在于：所述润滑油为极压润滑油。

6.一种具有权利要求1~5任一项所述的平衡圈的滚筒洗衣机，包括外箱，2根吊簧将桶部装悬挂在所述外箱上，减振器连接底座与所述桶部装；所述桶部装包括同轴安装的外桶及转桶，所述外桶上设有平衡块，其特征在于：所述平衡圈同轴设置在所述转桶上。

7.按照权利要求6所述的滚筒洗衣机，其特征在于：所述平衡圈安装在所述转桶开口端的内壁上。