滾筒洗衣機塑膠后筒組件設計

張國杰

摘 要：滾筒洗衣機以滾筒部件為核心。滾筒部件以塑膠外桶為支撐，而塑膠后筒為主要支撐件，塑膠后筒組件設計要素體現了滾筒部件強度可靠性。通過塑膠外桶材料選型、料厚、加強筋條設計、軸承座包膠、軸承座模具快換等相應設計要素的分析，給出滾筒部件塑膠外桶的設計思路及參考。

關鍵詞：全自動滾筒洗衣機;洗衣機設計;塑件后筒設計

1塑膠外筒設計

1.1塑膠外筒材料選型

因滾筒洗衣機塑膠外桶外形復雜，需要溶膠具有較好的流動性。再者，滾筒洗衣機為熱水洗滌，加熱溫度可達至沸水溫度，因此，所用材料需能承受較高溫度而不發生形變。PP因無毒無味，流動性良好、耐腐蝕性好、耐熱性好，可在沸水中長期使用等優點而被使用在滾筒外桶上。現有市場洗衣機塑膠外筒使用PP填充玻纖或是礦物填充來減少零件變形、增加零件強度，填充比例因廠家制造工藝的不同而略有不同，通常添加比例為20%—30%。填充比例過少，無法改善零件變形的缺陷，填充比例太高，則影響材料在模具中的流動性。而填充玻纖可分為長纖和短纖的區別，長纖較短纖能更大程度的提升材料的韌性、剛強度等力學性能，但較短纖流動性差，且價格昂貴。長短纖維的選用應結合整機參數、模具設計等因素。

1.2塑膠后筒側壁厚度及筋條設計

外筒側壁厚度及筋條影響產品出模、剛強度。一般情況下，側壁厚度控制在2.5mm—5mm范圍內，側壁料厚與整機最終脫水轉速相關，脫水轉速越高，側壁料厚越厚，反之亦然。而側壁筋條主要有切向筋條、軸向筋條。軸向筋條與零件出模方向一致，模具上易實現。而環向筋條與出模方向垂直，需在模具上增設滑塊等輔助結構，模具結構較為復雜。具體料厚及筋條布置方向，需要嚴格根據整機容量及最終脫水轉速來設計。筋條設計應對稱分布，有利于模具結構布置及產品的尺寸、形狀精度。

1.3塑膠外筒筒底筋條設計

塑膠外筒筋條對滾筒部件的剛強度貢獻值較大，一般情況下，后筒筋條設置為環、徑向筋條相互交錯分布。因軸承座周圍需承受較大離心力載荷，環向筋條距滾筒中心越遠，料厚逐漸減薄，筋條高度逐漸降低。筋條最大厚度不能超過筒底料厚的140%，根部料厚越厚，筒底因料厚差距過大收縮不均出現較為嚴重的縮水，筋條高度不宜過高，否則影響出模行程，且筋條高度對滾筒部件剛強度貢獻量較小。

2軸承座設計

2.1軸承座材料選型、壁厚設計

現有市場滾筒洗衣機軸承座材料主要有鑄鐵、鑄鋁兩大類。鑄鐵以灰口鑄鐵為主，鑄鋁采用ADC12鋁制品。軸承座將軸承施加的壓力載荷傳遞到塑膠外筒，因此，軸承座需要足夠的強度來支撐軸承的壓力。軸承座壁厚設計與整機脫水轉速、外筒軸承座包膠厚度、外筒筒底直徑相關。整機設計脫水轉速越高，軸承座所承受的軸承離心力載荷越大，相應的壁厚就越厚。軸承座為模內注塑成型，軸承座壁厚包膠越厚，注塑成型壓力越高，軸承座受到的成型壓力越大。在不均勻的壓力下，軸承座外形發生形變，相應的軸承室也將變橢。而軸承座越軸承之間的孔軸配合要求高，軸承室形狀公差超標，軸承外圈無法完全與軸承室貼合，造成整機洗滌脫水時產生異響，長時間使用使得軸承失效，導致整機報廢。一般情況下，軸承座最小壁厚不能小于5mm，

2.2軸承座形狀設計

滾筒洗衣機工作時，電機帶動旋轉軸驅動內筒實現繞軸旋轉。軸承承受旋轉軸施加的彎矩載荷傳遞至軸承座，軸承座外壁增設軸向加強筋來抵抗負載施加的彎矩。而軸承座因電機驅動內型的不同，其外形差異較大。對于直驅電機來講，軸承座需要設計固定直驅電機定子的螺釘固定孔，其外形較BLDC電機軸承座復雜。軸承室間距是軸承座設計的重要參數之一，軸承室間距根據整機大小軸承中心距來確定。整機設計轉速越大、軸承型號越大，軸承室間距越大，反之亦然。

2.3軸承室精度設計

軸承座軸承室尺寸及形狀位置公差是滾筒部件尺寸設計的重點，包括軸承室圓柱度公差、軸承安裝端軸肩垂直度、軸承室表面粗糙度等一系列重要參數。按照滾筒洗衣機軸承座模內注塑的特點，軸承座注塑前與注塑后尺寸及相應的形位公差會發生相應的變化，實際生產時，要按照注塑后軸承座相應參數作為生產、檢驗依據。要根據實際情況來調整模具注塑成型時的相應注塑參數及產品放置周期。軸承座為壓鑄成型，在成型的過程中避免出現裂痕、沙眼、縮孔等缺陷，成型缺陷將會嚴重軸承座、軸承使用壽命，在機床加工完軸承室后，務必清除軸承金屬碎屑等雜質。

2.4軸承室包膠厚度

軸承座與塑膠外筒模內注塑成型，熔融塑件在注塑機注塑壓力下緊貼鑄鐵軸承座。包膠厚度提供支撐來抵抗內筒部件形成的偏心載荷。因此軸承座包膠不能太薄，否則無法滿足強度要求。同時，包膠厚度亦不能太厚，為滿足強度要求，軸承軸包膠位置常設置足夠數量的筋條來滿足強度及剛度要求。為加快產品生產周期，均衡模具冷卻，軸承座包膠位置鑲拼換熱較好的鈹銅作來加速模具降溫。筋條過厚，產品質量增加，浪費成本。且模具成型緩慢，冷卻不均，對成品的形狀尺寸精度造成影響。筋條過薄，強度不足，造成產品失效。因此，軸承座包膠厚度要根據軸承座自身壁厚及整機設計脫水轉速相關。一般情況下，軸承座包膠厚度推薦值為5mm—10mm。

2.5軸承座位置模具鑲塊快換設計

滾筒洗衣機滾筒部件開發需要巨額的模具費用，因此，生產廠家為了節省成本，一般采用多個機型共用塑膠前筒或塑膠后筒的情況。而不同容量的機型設計轉速不同，所選擇的軸承型號不同，因此軸承座需要軸承型號來匹配，為解決通用設計而選擇不同的軸承座的做法是將后筒組件軸承座位置做鑲拼來實現不同機型軸承座的切換。這樣就節約了模具成本，從而降低整機開發成本。需要注意的是，共用后筒筒底仿形需要一致，目的是保證模具動模側共用而不發生改變，在不同的產品間切換只需要在靜模側更換軸承座鑲塊即可

3結論

（1）塑膠后筒選用聚丙烯填充玻纖或礦物填充材料。

（2）塑膠后筒主壁厚要控制在3.0mm—7mm范圍內，具體值要參照整機轉速設計，在滿足強度及剛要要求的前提下，盡可能減少料厚，節約成本。

（3）外筒側壁厚度控制在2.5mm—5mm范圍，筋條應盡可能均勻布置，厚度、高度不宜太厚，筋條高低影響模具出模。

（4）塑膠外筒筋條厚度采用環向筋條與徑向筋條相互交錯的方式布置，環向筋條對塑件后筒剛強度貢獻值大，根部厚度沿徑向向外逐步減薄，以節約成本。環向及徑向筋條高度共享小，不宜過高，否則影響出模具形成。

（5）軸承座材料及壁厚設計應該以整機設計、剛強度校核為設計依據，軸承座壁厚選擇要抵御較大的注塑壓力而不發生較大的形變。

（6）軸承座形狀應按照電機形式來確定，軸承座外壁增設軸向筋條來防止軸承座與塑件外筒在扭矩的作用下發生相對移動，造成產品失效。

（7）軸承室生產檢驗要按照注塑后塑件后筒為依據，注塑后軸承室及形狀會在大的注塑壓力材料收縮的情況下發生尺寸及形狀位置精度的改變。

（8）軸承座包膠厚度要合理，在滿足強度的前提下盡可能減薄厚度以減少模具成型的時間，均衡模具冷卻。

（9）模具鑲塊快換是降低產品開發成本的有效措施，應該在保證動模側仿形不變的情況下更換靜模側鑲塊，達到不同產品模具的快換。

參考文獻

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[2]戴相花，楊凱，黃圣祥.基于Hyperworks的洗衣機內部系統輕量化設計[J].中國家用電器技術大會，2018.