CN204251886U - 一种滚波轮洗衣机的波轮组 - Google Patents

Abstract

一种滚波轮洗衣机的波轮组，包括安装在滚波轮洗衣机洗涤桶上的波轮轴及安装在波轮轴上的波轮，所述的洗涤桶下半部分在一个球面上，上半部分为圆筒；所述的波轮有3个，分布在所述洗涤桶下半部分的球面上，或等球心的球面上；所述波轮面的直径称波轮直径，当波轮轴与垂直轴夹角为90°时，波轮直径可达到最大值；所述的波轮工作面外边缘的圆所在的平面称为波轮面，两个波轮面的夹角称为波轮面夹角δ，上述波轮面夹角δ随着波轮轴角度θ的变化而变化，波轮上的衣物所受压力也随着波轮轴角度θ的变化而变化，所述滚波轮洗衣机的波轮组带动衣物团体转动或翻动时波轮的转速在20转到60转/分。

Description

一种滚波轮洗衣机的波轮组

技术领域

本实用新型涉及洗衣机领域，尤其涉及一种滚波轮洗衣机的波轮组。

背景技术

传统洗衣机分为波轮、搅拌和滚筒三类洗衣机，其中，波轮和搅拌洗衣机的洗涤桶中心轴是垂直轴，波轮或搅拌轮绕中心轴周向旋转，带动水流和衣物往复周向旋转，因此衣物完全侵入水中，由于只能周向转动，上下翻滚能力很小，其缺点明显，用水量大，洗涤不不均，磨损大，下部分或者与转动体靠近的部分，洗涤效果好，但磨损大，其他部分洗涤效果差。

而滚筒洗衣机，原理是摔打衣物，由于筒直径的限制，上下落差小，且当衣物多时，很难达到摔打效果，洗涤能力差，在垂直桶的内壁上，安装有一个或两个波轮，波轮轴与垂直轴夹角为90，或小于90°的夹角；一个波轮只能一个面受力，而另一面不受力，洗涤靠近波轮处，能够带动衣物在水量很少的情况下，翻滚，而距离波轮较远的衣物，很难受到作用力，因此只能用作空腔很扁平的洗涤腔，结构不够优化，且偏心，不能洗涤，脱水在同一个部分，因此使用受限；在轴对称的方向，安装两个波轮，且波轮轴与垂直轴夹角是90°，或小于90°锐角。根据空间结构原理，两个轮子，无论其夹角多大，为了不互相干涉，尺寸受限，波轮的包络面，也即洗涤作用面受限，两两波轮的夹角，从0逐渐变大，波轮边缘的底部相对距离变小，上部变大，下部达到积压，而上部扩散，但洗涤力只在底部一个受力点，洗涤效果不理想，且洗涤桶内部，由于波轮尺寸的限制，很大部分没有洗涤作用力，洗涤不均匀，或者衣物直接抱团转动，衣团内部无法达到洗涤效果。普通波轮洗衣机转速为150转到180转/分。

而早期的波轮洗衣机，由于波轮尺寸比较小，而速度较快，达到300转/分，衣物磨损和缠绕严重。搅拌洗衣机转速120转/分，滚筒洗衣机转速50转到60转/分，双动力波轮洗衣机的波轮转速120转/分，桶的转速50转/分。工作面越大，速度要求越低。

实用新型内容

本实用新型目的是，通过设计一种滚波轮洗衣机的波轮组，通过均匀分布的三个同球心的波轮，限制波轮与垂直轴夹角θ，两两波轮面夹角δ，最大波 轮尺寸，以及适当波轮转速，使得洗涤效果达到最佳。

根据上述目的，本实用新型的技术方案为：一种滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于，包括安装在滚波轮洗衣机洗涤桶上的波轮轴及安装在波轮轴上的波轮，以及所述的洗涤桶下半部分在一个球面上，上半部分为圆筒；

所述的波轮有3个，分布在所述洗涤桶下半部分的球面上，或同球心的球面上；

所述的洗涤桶的中心轴称为垂直轴，所述的波轮轴与垂直轴的夹角称为波轮轴角度θ，从0到90°范围，所述的波轮工作面外边缘的圆所在的平面称为波轮面，两个波轮面的夹角称为波轮面夹角δ，从180°到60°范围；

上述波轮面夹角δ随着波轮轴角度θ的变化而变化，波轮上的衣物所受压力也随着波轮轴角度θ的变化而变化；

所述波轮面的直径称波轮直径，洗涤桶下半部分为球面的一半，上半部分圆筒的内径为圆柱形，球面的半径与圆柱的半径相同，波轮在球面的内表面转动，当波轮轴与垂直轴夹角为90°时，波轮直径可达到最大值；

所述滚波轮洗衣机的波轮组带动衣物团体转动或翻动时波轮的转速在20转到60转/分。

三波轮交汇处有三个挤压部位，静态时，衣物重力为G分解为对波轮面的压力N和沿波轮面下滑的力F，当波轮轴与垂直轴夹角为θ，则F＝G*sinθ，N＝G*cosθ，因此，波轮轴与垂直轴夹角，从0到90°过渡时，N则从G变化到0，而F则从0变化到G。

波轮之间的最小间距为相互间不干涉尺寸长度，波轮组的三个波轮的波轮直径大小相同，与垂直轴同夹角时，各相对夹角为120°，波轮的轴心线交汇到洗涤桶球体的中心点。

波轮轴与垂直轴夹角为0时，波轮直径为0，在与垂直轴夹角为90°时，波轮可做最大直径，2*R*sin60°＝1.73R，其中R为洗涤桶半径。

所述的滚波轮洗衣机，波轮的转速在30转/分。

所述的波轮面两两的夹角δ，发生变化，当θ从0过度到90°时，两两波轮的波轮面夹角δ则由180°变化到60°，波轮面夹角δ优选为100°到70°之间。

所述的波轮轴与垂直轴的夹角θ是50°到70°之间。

所述的波轮转动时，衣物受力与波轮夹角θ的关系，衣物随波轮在波轮面运动，主要受波轮垂直波轮面的反抗压力，以及波轮的摩擦力，摩擦力f＝N* μ，N为衣物对波轮面的压力，与波轮的反抗压力相同，μ为波轮面的摩擦系数，与波轮上的筋和光洁度有关，衣物随波轮面上升时，摩擦力f和下滑力F的方向发生改变，在衣物到达波轮最近处，衣物的受力状态，G为衣物的重力，N1、N2为波轮的反抗压力，F1，F2为波轮的摩擦力，摩擦力带动衣物翻滚，反抗压力则直接挤压衣物，当波轮面夹角越大，N1，N2的合力就越小，当两两波轮面的夹角越小时，N1，N2的合力就越大。

所述的波轮轴与洗涤桶下半部分球面的交点为球面上三个均布的点，波轮的半径R′＝R*cos(δ/2)，以及

当θ等于50°，δ＝97°时，R′＝0.66R，

当θ等于70°，δ＝71°时，R′＝0.84R，及

波轮直径在0.66R到0.84R之间，R为洗涤桶球体半径，R′为波轮所在球面的半径，确保波轮不干涉的状态，间隙在5到10毫米之间。

三波轮且其中两个波轮同向转，另一个波轮反向，波轮组的三个波轮共同带动衣物松散、不结团、均匀地翻转。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果：

1、本实用新型采用同球心的三个均布的波轮，可以把球面大部分都覆盖，作用面大，而且两两波轮都有一个渐近处，总共有三个受力点，起到积压效果，洗涤效果好；

2、本实用新型在三个波轮同大小，与垂直轴同夹角时，波轮的直径各相对夹角为120°，三波轮在洗涤桶球体部分保持互不干涉的最小间距，使其达到衣物洗涤的最大功效；

3、本实用新型波轮可做成适合洗涤桶球体的最大直径，波轮越大，作用面越大，洗涤效果越好；

4、三波轮且其中有两个波轮同向转，另一个波轮反向，使得波轮翻转时，不是直接上下翻滚，而是旋转者翻滚，达到松散衣物的作用，使衣物洗涤不结团，均匀，节水；

5、两两波轮面的夹角δ，与波轮与垂直轴的夹角θ有关，因此衣物所受的压力与θ有关；θ越小压力越小，θ越大压力越大，洗涤效果越好；θ在50°到70°之间为宜。

附图说明

图1为本实用新型三波轮交汇处示意图；

图2为本实用新型静态时重力G对波轮面压力N和沿波轮面下滑力F分解 示意图；

图3为本实用新型三波轮相对夹角为120°及两两波轮面夹角δ示意图；

图4为本实用新型衣物的受力状态示意图(G为衣物的重力，N1、N2为波轮的反抗压力，F1，F2为波轮的摩擦力)；

图5为本实用新型波轮轴与垂直轴夹角为90°时，波轮直径可达到最大值示意图；

图6为本实用新型波轮轴与垂直轴夹角θ变化与两两波轮面的夹角δ变化的关系示意图一；

图7为本实用新型波轮轴与垂直轴夹角θ变化与两两波轮面的夹角δ变化的关系示意图二。

具体实施方式

结合图1-图4，为本实用新型滚波轮洗衣机的波轮组实施例结构示意图，两个波轮与三个波轮的效果比较，两个波轮交会处，即波轮最近的位置只有一个，该处是挤压衣物的部分。而三个波轮交汇处有三个，因此挤压的部位有三处，效力大大提高。

衣物重力为G，静态时重力G分解为对波轮面的压力N和沿波轮面下滑的力F。当波轮轴与垂直轴夹角为θ，则F＝G*sinθ，N＝G*cosθ。因此，波轮轴与垂直轴夹角，从0到90过度，时，N则G变化到0，而F则从0变化到G。

波轮尺寸，保持波轮不干涉的最小间距，波轮的直径，在三个波轮同大小，与垂直轴同夹角时，各相对夹角为120°，在其与垂直轴夹角为0时，波轮直径为0，在与垂直轴夹角为90°时，波轮可做最大直径，2*R*sin60＝1.73R，其中R为洗涤桶球体半径。波轮面两两的夹角δ，发生变化，当θ从0过度到90°时，两两波轮面的夹角δ则由180°变化到60°。

波轮转动时，衣物受力与波轮夹角θ的关系。当波轮转动，衣物随波轮在波轮面运动，主要受波轮垂直波轮面的反抗压力，以及波轮的摩擦力。摩擦力f＝N*μ，N为衣物对波轮面的压力，与波轮的反抗压力相同，μ为波轮面的摩擦系数，与波轮上的筋和光洁度有关，衣物随波轮面上升时，摩擦力f和下滑力F的方向发生改变，在衣物到达波轮最近处，衣物的受力状态，G为衣物的重力，N1、N2为波轮的反抗压力，F1，F2为波轮的摩擦力。摩擦力带动衣物翻滚，反抗压力则直接挤压衣物，当波轮面夹角越大，N1，N2的合力就越小，当两两波轮面的夹角越小时，N1，N2的合力就越大。

两两波轮面的夹角δ，与波轮与垂直轴的夹角θ有关。因此衣物所受的压力与θ有关。θ越小压力越小，θ越大压力越大，洗涤效果越好。但压力过大时，机器容易过载，出现不良问题。综合考虑θ在50°到70°之间为宜。

三波轮且其中两个波轮同向转，另一个波轮反向，波轮翻转时，衣物松散、不结团，洗涤均匀。

波轮轴与垂直轴夹角θ变化与两两波轮面的夹角变化的关系。

假设波轮为平面，三个平面与水平面夹角与波轮轴与垂直轴夹角相同，为θ角。简化理论结构：

如图6所示，平面OAB，平面OAC，平面OBC，分别代表三个波轮的理论平面，由于这三个平面是均匀分布，且与水平面夹角相同，因此这三个平面的三角形相同，也是等边三角形，OA＝OB＝OC。而这三个平面的三角形的一个边，又组成一个等边三角形ABC，AB＝BC＝CA。这个三角形面是水平的。等边三角形ABC的各个边的中点分别是A′，B′，C′。连接AA′，BB′，CC′，OA′，OB′，OC′。则AA′与OA′的夹角，即为波轮面与水平面的夹角θ。

现在根据夹角θ，推算三角形OBC的一个角α，即OB与BC的夹角。假设等边三角形ABC的边长是X，AB＝BC＝AC＝X。O′是等边三角形ABC的重心。

如图7所示，等边三角形OAB、OAC、OBC，的底角都是α，上述已经论述。在根据α，推导平面OAB、OBC、OAC相互的平面夹角。以平面OAC和平面OBC论述。以A点和B点分别向直线OC引垂直线，应交于同一点D，即AD在平面OAC中垂直于OC，BD在平面OBC中垂直于OC。

则AD＝sin(α)*X，BD＝sin(α)*X；

三角形ADB也是等腰三角形，C′为AB的中点；

因此面OAC与面OBC的夹角，即为AD与BD的夹角；

δ＝2*arcsin(AC′/AD)＝2*arcsin(0.5/sin(α))；

分析：当θ等于0，α＝arccos(A′B/OB)＝arccos(0.5/(1/3+tan(θ)^2/12)^0.5)＝30°；

δ＝2*arcsin(0.5/sin(α))＝180°；

当θ趋向于90，tan(θ)趋向于无穷大；

α＝arccos(A′B/OB)＝arccos(0.5/(1/3+tan(θ)^2/12)^0.5)趋向于90。

δ＝2*arcsin(0.5/sin(α)趋向于60°；

当θ等于50°，α＝arccos(A′B/OB)＝arccos(0.5/(1/3+tan(θ)^2/12)^0.5)＝41.93°；

δ＝2*arcsin(0.5/sin(α))＝97°；

当θ等于70°，α＝arccos(A′B/OB)＝arccos(0.5/(1/3+tan(θ)^2/12)^0.5)＝59.35°；

δ＝2*arcsin(0.5/sin(α))＝71°。

两波轮面之间的夹角，与洗涤效果有关，当波轮转动时，两两波轮边缘最小距离处的夹角，即为波轮理论平面的夹角，夹角越小，夹持衣物的能力越大，当然，波轮堵转和卡死的风险越大。根据试验验证，两两波轮的夹角在70°到100之间时比较理想。反算得波轮轴与垂直轴的夹角在50°到70°之间。

波轮直径，洗涤桶下半部分为球体的一半，上半部分是圆柱形，球体的半径与圆柱的半径相同，波轮在球体的内表面转动，当波轮轴与垂直轴夹角为90°时，波轮直径可达到最大值。

根据前面论述，当波轮轴与垂直轴夹角为90°时，两两波轮面夹角是60°。波轮最外缘接触上时，波轮最大。直径D＝2*R*sin(60)，其中R为球体半径。根据实际洗涤效果，波轮越大，作用面越大，洗涤效果越好，在不干涉的基础上，波轮尽量做大，但是根据前述，波轮大小，还受波轮轴角度影响。

假设波轮轴与垂直轴夹角为θ，则两两波轮面的夹角为δ，波轮轴与洗涤桶理论球面的交点为球面上三个均布的点，波轮的半径R′＝R*cos(δ/2)。

当θ等于50°，δ＝97°时，R′＝0.66R；

当θ等于70°，δ＝71°时，R′＝0.84R；

因此波轮直径在0.66R到0.84R之间，R为洗涤桶球体的半径，R′为波轮所在球面的半径。确保波轮不干涉的状态，间隙在5到10毫米之间，因此上述尺寸应减去5到10。

A′B＝0.5*X；

O′A′＝tan(30)*A′B＝tan(30)*0.5*X；

O′B＝0.5*X/sin(60)＝X/3^0.5；

OO′＝tan(θ)*O′A′＝tan(θ)*tan(30)*0.5*X＝3^0.5/6*tan(θ)*X；

OA＝OB＝OC＝(O′B^2+OO′^2)^0.5＝(1/3+tan(θ)^2/12)^0.5*X；

直角三角形OBA′中，已知A′B，OB，则夹角α＝arccos(A′B/OB)＝arccos(0.5/(3+tan(θ)^2/12)^0.5)。

再演变上述几何模型：

图5所示，0点是波轮所在球面的球心，O1、O2分别是两个波轮轴线与波 轮理论平面的交点。D点是上述两个波轮的交汇处。根据上述O1D和O2D的夹角为δ，O1O和O2O分别垂直于两个波轮的理论平面，因此O1O和O1D的夹角是90°，OD是波轮所在球面的半径，O1D和O2D是波轮的理论半径。根据直角三角形原理，可由波轮所在球面半径和波轮轴与垂直轴角度，推算出最佳波轮直径。R为洗涤桶球体半径，R′为波轮半径。

滚波轮洗衣机的工作原理，洗涤力除了波轮带动衣物翻滚摔打、搓洗外，还有一个挤压的作用，在两两波轮交会处都会产生一个挤压的作用力。每个旋转周期有两次挤压，松散的过程。

无论那种洗衣机，都有一个或多个旋转体直接或间接带动衣物转动，为了达到相同的驱动力，作用面越大，需要的转速越小，相反，作用面越大，速度要求越低。较快的速度，会使每一个衣物团体单元，内外速度差越大，洗涤搓洗效果越好，但是缠绕、结团的能力也大。洗涤不均匀。从洗涤经验看，衣物团体转动(翻动)即波轮转速在20转到60转/分为佳。

三轮滚波洗衣模式，衣物随波轮翻转过程中，每一圈有两个挤压和松散的过程。根据经验，一般衣物被挤压到自由恢复松散状态，周期为1秒种，因此，三波轮滚波洗衣机，波轮的转速在30转/分钟为佳。试验效果已验证。本实用新型技术，在于确定滚波轮洗衣机的波轮转速在20转/分到60转/分。

相关试验数据说明：

1、同一机器，调整波轮转速。

洗涤桶直径为450mm，波轮直径为330mm，调整波轮转速测试的结果如下：

洗涤转速与洗净比关系

转速(转/分钟)	洗净度(100％)	洗涤功率(W)	缠绕度(大结率)	备注
					15	19.9	55	18
20	20.3	71	20
					25	21.3	84	22
30	22.1	88.5	20
					35	16.9	96.5	25
40	15.6	101	25
					45	15	120	30
50	15	130	32
					60	15	140	32

从上述表格中可以看出，洗涤功率与洗涤转速成正比，洗净率与洗涤转速 的变化而变化，在每分钟30转左右时，洗涤效果最好。打结率与速度成正比，但同等波轮情况下，变化不大。

2、不同机器，即波轮大小变化的情况下，当洗涤到达最佳效果时的波轮转速，以及衣物打结率的变化。

洗涤桶直径450mm，波轮的直径变化下，试验状况如下：

从上述表格中可以看出，同样洗涤桶直径的情况下波轮越大，实际有效的洗涤转速越低，而实际消耗功率变化不大，主要变化在衣物的缠绕度和磨损上，缠绕度越大，磨损也越大。波轮直径在300到330之间时，衣物的打结率比较小。当波轮尺寸减少到一定程度时，波轮作用面小和较高的波轮转速使得衣物打结率明显提高。

从上述试验结果情况看，本实用新型确定的滚波轮洗衣机的波轮组是一种优化的组合。

以上具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护范围内。

Claims (5)

1.一种滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于：包括安装在滚波轮洗衣机洗涤桶上的波轮轴及安装在波轮轴上的波轮，以及所述的洗涤桶下半部分在一个球面上，上半部分为圆筒；

所述的波轮有3个，分布在所述洗涤桶下半部分的球面上，或同球心的球面上；

所述的洗涤桶的中心轴称为垂直轴，所述的波轮轴与垂直轴的夹角称为波轮轴角度θ，从0到90°范围，所述的波轮工作面外边缘的圆所在的平面称为波轮面，两个波轮面的夹角称为波轮面夹角δ，从180°到60°范围；

上述波轮面夹角δ随着波轮轴角度θ的变化而变化，波轮上的衣物所受压力也随着波轮轴角度θ的变化而变化；

所述波轮面的直径称波轮直径，洗涤桶下半部分为球面的一半，上半部分圆筒的内径是圆柱形，球面的半径与圆柱的半径相同，波轮在球面的内表面转动，当波轮轴与垂直轴夹角为90°时，波轮直径可达到最大值；

所述滚波轮洗衣机的波轮组带动衣物团体转动或翻动时波轮的转速在20转到60转/分。

2.根据权利要求1所述的滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于，波轮之间的最小间距为相互间不干涉尺寸长度，波轮组的三个波轮的波轮直径大小相同，与垂直轴同夹角时，各相对夹角为120°，波轮的轴心线交汇到洗涤桶球体的中心点。

3.根据权利要求1所述的滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于，所述的滚波轮洗衣机，波轮的转速在30转/分。

4.根据权利要求1所述的滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于，所述的波轮轴与垂直轴的夹角θ是50°到70°之间。

5.根据权利要求1所述的滚波轮洗衣机的波轮组，其特征在于，所述的波轮有3个，其中两个波轮同向转，另一个波轮反向转。