机械毕业设计论文超声波洗碗机的设计全套图纸管理资料.docx
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机械毕业设计论文超声波洗碗机的设计全套图纸管理资料
湘潭大学兴湘学院
毕业设计说明书
题目：
超声波洗碗机的设计
专业：
机械设计制造及其自动化
学号：
2010962940
姓名：
指导教师：
完成日期：
2014年5月28日
湘潭大学兴湘学院
毕业论文（设计）任务书
全套图纸，加153893706
论文（设计）题目超声波洗碗机的设计
学号2010962940学生姓名周会琪专业机械设计制造及其自动化
指导教师姓名：
系主任：
一、主要内容及基本要求
研究洗碗机洗涤效果最好的超声波频率和强度，研究传播的介质及相关参数，设计相关的加温、喷水、进排水等装置结构，完成超声波洗碗机的内部构造和各个装置的安放位置，选用合理PLC。
基本要求如下
1．绘制洗碗机装配图1张
2．绘制洗碗机内部构造部分零件图1套
3．编写设计说明书1份
4．专业英语翻译1份
二、重点研究的问题
（1）超声波洗碗机总体方案设计
（2）洗碗机超声波系统的设计。
（3）主执行机构设计（内部结构）及其结构设计。
三、进度安排
序号
各阶段完成的内容
起止时间
1
收集资料
第1-2周
2
工艺分析，方案确定，绘制方案图
第3周
3
洗碗机结构设计，绘制总装图
第4-8周
4
绘制零件图
第9-10周
5
撰写设计说明书
第11周
6
修改设计说明书
第12周
7
外文翻译
第13周
8
毕业答辩
第14周
四、应收集的资料及主要参考文献
[1]林仲茂,方启平.超声波清洗（Ⅱ）[J].化学清洗,1998,（5）:
41-44.
[2]林仲茂,方启平.超声波清洗（Ⅲ）[J].化学清洗,1998,（6）:
44-46.
[3]任建新，物理清洗[M].北京:
化学工业出版社,2000.
[4]陈勤超，水流式与气泡式蔬菜清洗机清洗效果的比较与研究[D]．武汉：
华中农业大学，2007．
[5]阎石，数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，第五版；
[6]康光华，模拟电子技术基础.北京：
高等教育出版社，第五版.
[7]单片微型计算机原理与应用，华中科技大学出版社，第二版.
[8][M].现代制造。
2004
（2）.
[9]周里群，.
[10]，2002（6）:
72-76
[11]刘晋春、赵家齐、赵万声．特种加工[M] ．北京：
机械工业出版社：
2001
[12]成大先．机械设计手册[M]．北京：
化学工业出版社，2003：
212-224．
湘潭大学兴湘学院
毕业论文（设计）评阅表
学号2010962940姓名专业机械设计制造及其自动化
毕业论文（设计）题目：
超声波洗碗机
评价项目
评价内容
选题
，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；
、份量是否适当；
、科研、社会等实际相结合。
能力
、综合归纳资料的能力；
；
、研究方法和手段的运用能力；
；
。
论文
（设计）质量
，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；
，有无观点提炼，综合概括能力如何；
，有无创新之处。
综
合
评
价
选题符合教学计划要求，具有综合训练的目的，具有文献查阅的能力和绘制CAD工程图的能力，毕业设计技术方案可行，设计思路清晰，研究内容具有一定的实际应用价值。
同意参加答辩
评阅人：
2014年5月30日
湘潭大学兴湘学院
毕业论文（设计）鉴定意见
学号：
2010962940姓名：
专业：
机械设计制造及其自动化
毕业论文（设计说明书）23页图表9张
论文（设计）题目：
超声波洗碗机
内容提要：
1、总体方案设计：
本课题采用超声波清洗系统进行主清洗，喷臂系统进行
辅助清洗，设计有加热系统，喷臂系统，进排水系统，超声波清洗系统等。
2、研究了解了超声波清洗原理主要为超声空化作用。
3、研究了解了影响超声清洗的因素有声强、频率、清洗液。
就洗碗机而言选择水
为清洗液最环保节约，频率选择28Khz,水的空化阀一般为1/3W/cm3。
4、设计了喷臂系统，参照淋浴喷头进行设计，固定于清洗槽内下部，能很好的对
残留物进行清洗。
5、加热系统采用电阻丝加热，上面用不锈钢辐射板遮盖，底层有陶瓷隔热层，安
装在清洗槽底部，对水进行加热，以达到最佳清洗温度。
6、根据清洗槽尺寸，选用合理的超声波发生器和超声波换能器，计算功率密度，
。
根据清洗槽尺寸选择合
理功率的振子跟个数，选用配套的超声波发生器。
指导教师评语
选题明确，方案合理，分析论证正确，图纸基本规范，设计期间遵守校纪校规，态度端正，有较强的工作能力，主要设计了超声波洗碗机的内部结构，设计合理，符合要求。
同意参加答辩，推荐毕业设计成绩为“中等”
指导教师：
2014年5月30日
答辩简要情况及评语
答辩小组组长：
年月日
答辩委员会意见
答辩委员会主任：
年月日
摘要………………………………………………………………………1
第一章前言…………………………………………………………3
背景………………………………………………………3
………………………………3
……………………………3
国内市场上洗碗机的分析………………………………4
……………………4
第二章总体方案…………………………………………………6
设计要求…………………………………………………6
整体方案设计……………………………………………6
本章小结…………………………………………………7
第三章超声波清洗原理…………………………………………8
超声波清洗技术简介……………………………………8
超声清洗机理……………………………………………8
超声空化作用…………………………………………8
超声空化阀……………………………………………9
第四章超声清洗参数选定………………………………………10
影响超声波清洗效果的因素……………………………10
声强…………………………………………………10
频率…………………………………………………10
清洗液………………………………………………11
超声场的研究………………………………………………11
空化强度的测量……………………………………11
选取参数…………………………………………………11
超声清洗参数………………………………………11
本章小结…………………………………………………11
第五章超声波洗碗机结构设计…………………………………13
整体方案设计……………………………………………13
各重要部件设计…………………………………………13
清洗槽………………………………………………13
进排水系统…………………………………………13
水位感应系统………………………………………13
喷臂系统……………………………………………14
超声波发生器………………………………………15
超声波换能器………………………………………16
加热系统……………………………………………17
本章小结………………………………………………18
第六章控制系统…………………………………………………19
控制逻辑…………………………………………………19
处理器选择………………………………………………19
第七章总结……………………………………………………21
致谢…………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………23
附录………………………………………………………………24
摘要
随着中国人生活水平的提高和生活节奏的加快，市场上出现了更多的适合于现代家庭生活的新型家用电器。
这些电器都具有高效、节能和环保的特点。
中国目前的家用电器产业发展很快，出现了海尔、TCL等国际企业，在一些方面也达到了国际顶尖水平。
在家用电器里，彩电和洗衣机的普及率比较高，然而家用洗碗机却一直是一个未开发但拥有极大潜力的领域。
究其原因，是因为传统的洗碗机仅采用喷臂式冲洗的清洗结构，不适合中国深度大的碗、盆等餐具的清洗，导致清洗效果差、效率低，耗能大，所以并不受欢迎。
根据这些问题，提出将超声波的清洗功能利用在这个领域，设计出高效节能的新型洗碗机。
根据超声波清洗的特点和餐具清洗的工艺，在洗碗机整体结构、清洗工艺和控制系统三个方面进行改良设计。
结构方面，采用不锈钢清洗槽，合理布置超声波系统，喷臂冲水装置和进排水装置等，使结构更加紧凑合理，提升清洗效果。
清洗工艺方面，根据铝锡箔腐蚀法所得的结果，分析洗涤槽内超声波空化强度的分布，选择合适的参数，确定最优的清洗流程。
控制系统方面，选取合适的PLC，以各个部分作用的时间先后为逻辑顺序，实现清洗过程的自动化。
关键词：
超声波；洗碗机；结构设计；PLC
Abstract
With the improvement of people's living standards and the acceleration of modern life speed, new household electrical equipment which are more adaptable to the modern family life are required to meet customers’ need. These appliances are more efficient, energy-saving and environmentally-friendly. The household appliances industry in China has being developing rapidly. And there appear some international corporations such as Haier, TCL etc. Furthermore, we have reached in top level in some technical fields. Among household appliances, the penetration rate of color TV and washing machine are relatively higher, the household dishwasher, however, is an undeveloped but great potential field. The reason is because the traditional dishwasher’s flush cleaning system and spray arm structure are not applicable to the Chinese tableware such as deep bowls, deep pots etc. It was generally regarded as “bad cleaning effect, low efficiency and high energy consumption”, so it was not popular. Now, I try to takes advantage of the cleaning feature of ultrasonic to solve these problems by designing a new efficient dishwasher. According to the characteristics of ultrasonic cleaning and dishwashing’s process, I have improved and redesigned the overall structure of the dishwasher, the cleaning process and control system. The structure:
the cleaning tank is made of stainless steel. The dishwasher consists of reasonable layout of the ultrasound system, the spray arm flush device and the plumbing system, so that the structure is more compact and reasonable, to improve the cleaning effect. Cleaning process:
according to the academic result of corrosion of the aluminum foil research, figuring out the distribution of ultrasonic cavitations’ intensity and selecting appropriate parameters to determine the optimal cleaning process. Control system:
selecting the appropriate SCM（Single Chip Microcomputer）and basing logical order on the running order of each part to makecleaning process automatic.
Key words:
ultrasonic; dishwasher; structure design; SCM（Single Chip Microcomputer）
第一章绪论
背景
洗碗是一项必不可少的家务活动，然而过多的油渍让人对洗碗很是厌烦，洗碗机的出现将会使这项家务活动变得简单而有趣。
有一点值得注意的是，普通洗碗机需要加入大量的洗涤剂才能达到洗涤干净的要求，浪费大量水资源且对环境构成污染。
因为超声波可以穿透固体物质，而且污染很小，因此人们想到使用超声波来清洗餐具，于是就出现了现在的超声波洗碗机。
这种超声波洗碗机的原理是：
当超声波经过液体介质时，将以极高的频率压迫液体介质振动，使液体分子产生正负交变的冲击波。
当声强达到一定数值时，液体中急剧生长微小空化气泡并瞬时强烈闭合，产生强烈的微爆炸和冲击波使被清洗物表面的污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。
虽然每个空化气泡的作用并不大，但每秒钟有上亿个空化气泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的洁净度。
影响超声清洗效果的因素有很多。
除了声强必须大于空化阀（即使液体产生空化的最低声强或声压幅值）外，还与被清洗物等有关。
超声清洗对声反射强烈的材料，如金属、玻璃、塑料等其清洗效果好，而对声吸收较大的材料，如橡胶、布料等清洗效果较差，碗、盘、盆、碟等从物理学角度来看属弹性介质物体，用超声清洗其表面再合适不过了!
在洗涤液选用方面，水的粘度不大，有利于清洗，假如把水温加热到60℃，此时的空化最活跃，效果也就最好，因而利用超声波来洗碗是完全可以的。
超声波洗碗机作为健康环保的新家电，能够使人们从繁琐的家务活动中解脱出来。
超声波洗碗机有以下特点：
1、节水省电、低噪音。
2、清洁度高、没有死角。
3、不需用专用洗涤剂，环保。
4、洗碗机结构简单、使用寿命长。
“1929年德国的米勒公司制造出了欧洲第一台电动家用洗碗机。
1954年美国GE公司生产了第一台电动台式洗碗机，在洗涤性能和整机体积外形上都有所改善。
1978年米勒公司又制造出了世界上第一台微电脑控制型洗碗机，使人机关系更为密切，洗碗机的家用性得到了更好的体现。
于是越来越多的洗碗机进入西方家庭。
在亚洲最早从事洗碗机的研究的是日本，到了九十年代中后期，日本已发展了微电脑全自动台式洗碗机。
所代表的企业有松下（National）、 三洋（SANY）、 三菱（MITSUB ISHI）、东芝（TOSHIBA）等。
与此同时，欧美则已经把家用洗碗机发展成具有统一形象的厨房家电。
欧美所代表的企业有米勒、 西门子（SIEMENS）、 惠而浦（Whirlpool）等公司。
”国外很多家庭都拥有家用洗碗机，并且家用洗碗机的普及率还在不断的增大。
良好的市场促进了企业对新型洗碗机的研制和开发，这种良性循环使国外的洗碗机产业焕发出蓬勃的生机。
目前传统的喷臂式和涡轮式洗碗机在西方仍然很受欢迎，因为这类洗碗机制造成本低，售价不高，而且很适用于西方餐具的特点，有很好的清洗效率。
欧美一些国家开发出的新型超声波洗碗机有着低能耗、高效率和环保的特点，在注重节能环保生活的发达国家也产生了很大的影响。
我国于80年代开始研制洗碗机，但是洗碗机在国内并没有很好的普及。
究其原因，首先是因为很多企业直接引进了国外的洗碗机生产线，虽然在结构上有所改进但是其结构特点和清洗方式仍然不太适合中餐餐具的特性。
其次是因为清洗效率低，为了达到效果，增加洗碗机的工作时间，使耗电量太大，不适合普通家庭使用。
最后，因为洗碗机普遍体积较大，在房价高昂寸土寸金的中国很难为其提供安放的场所。
我国目前生产洗碗机的企业有海尔、小天鹅、美的等。
价格一般在2000元以上。
根据作者在成都市中心几家国美和苏宁电器的调研。
商场里仅有海尔的一款家用洗碗机在销售，其类型是传统的喷臂式洗碗机，售价在3000元左右。
整体来说，中国的洗碗机产业还处在技术落后、市场开发不全的状态里。
国内市场上洗碗机的分析
国内市场上洗碗机的特点与不足
以海尔洗碗机为代表分析。
市场上相对比较受欢迎的海尔4和6系列。
4系列 包括WQP4—2、WQP4—3和WQP4—2000A三个型号。
采用了上下双喷淋器使餐具上下部分同时受到喷射水流的直接冲击，可以得到很好的清洗的效果，并且可以加快洗涤速度，整个过程只有6分钟。
切其过滤网外置于洗碗机前方，方便消费者整理清洁。
而且采用了臭氧消毒，提供了很好的卫生条件。
在运行有故障或门没有关好的时候发出蜂鸣声。
此外，还提供开门保护功能。
6系列洗碗机 包括WQP6—2、WQP6—2B、WQP6—3型。
都采用了800MM高度的设计。
内胆为正方体，能让喷射覆盖的面积比例达到最大。
设有上下两个餐具架，可以分别进行清洗，节约水电。
采用的是内循环式干燥系统，消除了湿热空气的影响。
利用新型磁化技术，能防垢、除垢。
设有溢水保护系统，可靠安全。
臭氧消毒，健康环保。
总体来说，国内的洗碗机已经基本能保证清洗效果，并实现了自动化和安全化。
国内的洗碗机生产线大多从国外进口，虽然在结构性能上有一定的改良，但仍然不适合我国餐具的特点。
洗涤效果并不如想象中好。
这是国内洗碗机不能占领市场的主要原因。
其次是耗电量和耗水量大。
一台洗碗机完成洗碗、消毒、烘干耗时长。
且洗碗机的功率从600W到2300W不等，消费者将承受更多的电费。
国内的洗碗机品牌，如海尔、小天鹅、美的等，最低价格都在2000元左右，加上专用的洗涤剂，不仅价格高，而且不环保。
最后是结构设计、材料有缺陷。
国内洗碗机多为塑料内胆，长时间使用之后，内胆会变得有异味而且油腻难清洗，出现“洗碗机洗碗，人洗洗碗机”的问题。
要想在中国普及洗碗机，开拓市场。
必须要结合中国人的饮食结构、卫生习惯和生活观念等各种因素。
开发出在清洗技术和结构材料都合适的新型洗碗机。
第二章 总体方案
设计要求
设计的新型超声波洗碗机必须满足以下几点要求：
（1）结构设计合理，洗碗机能正常工作
（2）清洗后，98％的餐具能达到洗净标准。
（3）高效率，能在30分钟内完成自动清洗过程。
（4）自动化，人工触动开关后，自动工作，并有指示灯提示。
整体方案设计
本课题将超声波技术应用与洗碗机，取代原有的喷臂加洗涤剂洗碗机，效率更高，更加环保。
由于超声空化作用的良好清洗性能，故能很好的将油污从餐具上清离，再采用喷臂辅助清洗，能达到很好的清洗效果。
方案设计如图2-1：
自来水通过进水电磁阀流入清洗槽，达到一定水位时，进水电磁阀关闭，加热器工作，当达到一定温度时，加热器停止工作，超声波系统开启，进行超声波清洗，在超声空化作用下，油污与餐具剥离，一定时间后超声波系统关闭，排水电磁阀导通进行排水，当排水到低水位时触动低水位开关，喷臂电磁阀导通进行喷臂辅助清洗，一定时间后洗涤完毕，喷臂阀关闭，剩余水量由排水阀排出。
1：
进水电磁阀；2：
喷臂电磁阀；3：
排水电磁阀；
4：
超声波振子；5：
喷臂
图2-1总体方案图
本章小结
洗碗机最重要的为清洗系统。
一个搞笑的清洗系统能打打提高清洗效果并节水节电。
采用超声波清洗既节能又环保，其关键技术在于确定超声波换能器的功率和声强等参数。
第三章超声波清洗原理
超声波清洗技术简介
1830年，名叫Savart的科学家用一个大齿轮第一次发出了人造超声波。
1918年，名叫Langevin的科学教用石英的压电效应设计了石英换能器。
这是人类第一次设计出能控制声波频率和声强的超声装置。
现在超声波技术发展迅速，在军事和工业生产中扮演着重要作用。
通常将超声技术分为检测超声和功率超声两类。
检测超声是利用超声的波动特性，来采集信息，特别是物质的内部信息，这是一种超声的被动应用，比如超声的探伤技术。
功率超声是超声的主动应用，利用超声波本身的能量和特性来改变材料的一些有用的性质和状态，比如超声波清洗技术。
通常用的超声波清洗装置都采用20~80KHz频率的超声，主要应用于机械、电子和医疗等工业，总体来说其应用范围非常广泛，发展也是非常迅速。
超声波清洗效率高，易于实现自动控制。
对形状复杂、造型不规则的工件有着不可比拟的清洗效果，所以特别适合中餐各种各样的餐具的洗涤。
超声清洗机理
超声空化作用
超声空化作用是超声清洗的最主要机理。
在液体中溶解有部分空气，这些微小气泡存在于液体中，称为空化核。
当超声波产生时，会带动液体振动。
在这些液体运动的过程中又会融入更多的微气泡。
液体振动时其密度会发生变化。
在液体密度大的地方会对空化核产生正压力，液体密度小的地方会对空化核产生负压力。
当声压达到一定值时，这些空化核在受负压力的时候，会对外迅速膨胀成为较大的气泡，在正压力作用下会迅速闭合，产生巨大的冲击和局部压力，据估算闭合时的局部压力能达到上千个大气压。
闭合时产生的巨大压力能冲击难溶的油污，使其从餐具上脱落。
同时闭合的巨大压力能带动水中的磨料粒子撞击餐具表面，是油污脱落。
超声清洗除了空化作用，还有一系列伴随作用，具体如下：
微射流：
由于空化闭合时，开始是球形，然后不对称闭合，形成一个指向餐具表面的液体射流，其速度大于100m/s，对餐具上残留的油污形成冲击，同时增大了洗涤液的渗透作用，称为声学毛细管效应。
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