滚筒洗衣机塑胶后筒组件设计

张国杰

摘 要：滚筒洗衣机以滚筒部件为核心。滚筒部件以塑胶外桶为支撑，而塑胶后筒为主要支撑件，塑胶后筒组件设计要素体现了滚筒部件强度可靠性。通过塑胶外桶材料选型、料厚、加强筋条设计、轴承座包胶、轴承座模具快换等相应设计要素的分析，给出滚筒部件塑胶外桶的设计思路及参考。

关键词：全自动滚筒洗衣机;洗衣机设计;塑件后筒设计

1塑胶外筒设计

1.1塑胶外筒材料选型

因滚筒洗衣机塑胶外桶外形复杂，需要溶胶具有较好的流动性。再者，滚筒洗衣机为热水洗涤，加热温度可达至沸水温度，因此，所用材料需能承受较高温度而不发生形变。PP因无毒无味，流动性良好、耐腐蚀性好、耐热性好，可在沸水中长期使用等优点而被使用在滚筒外桶上。现有市场洗衣机塑胶外筒使用PP填充玻纤或是矿物填充来减少零件变形、增加零件强度，填充比例因厂家制造工艺的不同而略有不同，通常添加比例为20%—30%。填充比例过少，无法改善零件变形的缺陷，填充比例太高，则影响材料在模具中的流动性。而填充玻纤可分为长纤和短纤的区别，长纤较短纤能更大程度的提升材料的韧性、刚强度等力学性能，但较短纤流动性差，且价格昂贵。长短纤维的选用应结合整机参数、模具设计等因素。

1.2塑胶后筒侧壁厚度及筋条设计

外筒侧壁厚度及筋条影响产品出模、刚强度。一般情况下，侧壁厚度控制在2.5mm—5mm范围内，侧壁料厚与整机最终脱水转速相关，脱水转速越高，侧壁料厚越厚，反之亦然。而侧壁筋条主要有切向筋条、轴向筋条。轴向筋条与零件出模方向一致，模具上易实现。而环向筋条与出模方向垂直，需在模具上增设滑块等辅助结构，模具结构较为复杂。具体料厚及筋条布置方向，需要严格根据整机容量及最终脱水转速来设计。筋条设计应对称分布，有利于模具结构布置及产品的尺寸、形状精度。

1.3塑胶外筒筒底筋条设计

塑胶外筒筋条对滚筒部件的刚强度贡献值较大，一般情况下，后筒筋条设置为环、径向筋条相互交错分布。因轴承座周围需承受较大离心力载荷，环向筋条距滚筒中心越远，料厚逐渐减薄，筋条高度逐渐降低。筋条最大厚度不能超过筒底料厚的140%，根部料厚越厚，筒底因料厚差距过大收缩不均出现较为严重的缩水，筋条高度不宜过高，否则影响出模行程，且筋条高度对滚筒部件刚强度贡献量较小。

2轴承座设计

2.1轴承座材料选型、壁厚设计

现有市场滚筒洗衣机轴承座材料主要有铸铁、铸铝两大类。铸铁以灰口铸铁为主，铸铝采用ADC12铝制品。轴承座将轴承施加的压力载荷传递到塑胶外筒，因此，轴承座需要足够的强度来支撑轴承的压力。轴承座壁厚设计与整机脱水转速、外筒轴承座包胶厚度、外筒筒底直径相关。整机设计脱水转速越高，轴承座所承受的轴承离心力载荷越大，相应的壁厚就越厚。轴承座为模内注塑成型，轴承座壁厚包胶越厚，注塑成型压力越高，轴承座受到的成型压力越大。在不均匀的压力下，轴承座外形发生形变，相应的轴承室也将变椭。而轴承座越轴承之间的孔轴配合要求高，轴承室形状公差超标，轴承外圈无法完全与轴承室贴合，造成整机洗涤脱水时产生异响，长时间使用使得轴承失效，导致整机报废。一般情况下，轴承座最小壁厚不能小于5mm，

2.2轴承座形状设计

滚筒洗衣机工作时，电机带动旋转轴驱动内筒实现绕轴旋转。轴承承受旋转轴施加的弯矩载荷传递至轴承座，轴承座外壁增设轴向加强筋来抵抗负载施加的弯矩。而轴承座因电机驱动内型的不同，其外形差异较大。对于直驱电机来讲，轴承座需要设计固定直驱电机定子的螺钉固定孔，其外形较BLDC电机轴承座复杂。轴承室间距是轴承座设计的重要参数之一，轴承室间距根据整机大小轴承中心距来确定。整机设计转速越大、轴承型号越大，轴承室间距越大，反之亦然。

2.3轴承室精度设计

轴承座轴承室尺寸及形状位置公差是滚筒部件尺寸设计的重点，包括轴承室圆柱度公差、轴承安装端轴肩垂直度、轴承室表面粗糙度等一系列重要参数。按照滚筒洗衣机轴承座模内注塑的特点，轴承座注塑前与注塑后尺寸及相应的形位公差会发生相应的变化，实际生产时，要按照注塑后轴承座相应参数作为生产、检验依据。要根据实际情况来调整模具注塑成型时的相应注塑参数及产品放置周期。轴承座为压铸成型，在成型的过程中避免出现裂痕、沙眼、缩孔等缺陷，成型缺陷将会严重轴承座、轴承使用寿命，在机床加工完轴承室后，务必清除轴承金属碎屑等杂质。

2.4轴承室包胶厚度

轴承座与塑胶外筒模内注塑成型，熔融塑件在注塑机注塑压力下紧贴铸铁轴承座。包胶厚度提供支撑来抵抗内筒部件形成的偏心载荷。因此轴承座包胶不能太薄，否则无法满足强度要求。同时，包胶厚度亦不能太厚，为满足强度要求，轴承轴包胶位置常设置足够数量的筋条来满足强度及刚度要求。为加快产品生产周期，均衡模具冷却，轴承座包胶位置镶拼换热较好的铍铜作来加速模具降温。筋条过厚，产品质量增加，浪费成本。且模具成型缓慢，冷却不均，对成品的形状尺寸精度造成影响。筋条过薄，强度不足，造成产品失效。因此，轴承座包胶厚度要根据轴承座自身壁厚及整机设计脱水转速相关。一般情况下，轴承座包胶厚度推荐值为5mm—10mm。

2.5轴承座位置模具镶块快换设计

滚筒洗衣机滚筒部件开发需要巨额的模具费用，因此，生产厂家为了节省成本，一般采用多个机型共用塑胶前筒或塑胶后筒的情况。而不同容量的机型设计转速不同，所选择的轴承型号不同，因此轴承座需要轴承型号来匹配，为解决通用设计而选择不同的轴承座的做法是将后筒组件轴承座位置做镶拼来实现不同机型轴承座的切换。这样就节约了模具成本，从而降低整机开发成本。需要注意的是，共用后筒筒底仿形需要一致，目的是保证模具动模侧共用而不发生改变，在不同的产品间切换只需要在静模侧更换轴承座镶块即可

3结论

（1）塑胶后筒选用聚丙烯填充玻纤或矿物填充材料。

（2）塑胶后筒主壁厚要控制在3.0mm—7mm范围内，具体值要参照整机转速设计，在满足强度及刚要要求的前提下，尽可能减少料厚，节约成本。

（3）外筒侧壁厚度控制在2.5mm—5mm范围，筋条应尽可能均匀布置，厚度、高度不宜太厚，筋条高低影响模具出模。

（4）塑胶外筒筋条厚度采用环向筋条与径向筋条相互交错的方式布置，环向筋条对塑件后筒刚强度贡献值大，根部厚度沿径向向外逐步减薄，以节约成本。环向及径向筋条高度共享小，不宜过高，否则影响出模具形成。

（5）轴承座材料及壁厚设计应该以整机设计、刚强度校核为设计依据，轴承座壁厚选择要抵御较大的注塑压力而不发生较大的形变。

（6）轴承座形状应按照电机形式来确定，轴承座外壁增设轴向筋条来防止轴承座与塑件外筒在扭矩的作用下发生相对移动，造成产品失效。

（7）轴承室生产检验要按照注塑后塑件后筒为依据，注塑后軸承室及形状会在大的注塑压力材料收缩的情况下发生尺寸及形状位置精度的改变。

（8）轴承座包胶厚度要合理，在满足强度的前提下尽可能减薄厚度以减少模具成型的时间，均衡模具冷却。

（9）模具镶块快换是降低产品开发成本的有效措施，应该在保证动模侧仿形不变的情况下更换静模侧镶块，达到不同产品模具的快换。

参考文献

[1]杨光，胡磊.滚筒洗衣机外桶的设计要素[J].家电技术，2014.

[2]戴相花，杨凯，黄圣祥.基于Hyperworks的洗衣机内部系统轻量化设计[J].中国家用电器技术大会，2018.