家用超聲波洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1第一章前言 3背景 3\o"CurrentDocument"1.1.1選題的依據(jù)及研究意義 3\o"CurrentDocument"1.1.2國(guó)內(nèi)外洗碗機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀 3國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的分析 41.2.1國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的特點(diǎn)與不足 4\o"CurrentDocument"第二章總體方案 6\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)要求 6\o"CurrentDocument"整體方案設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 7\o"CurrentDocument"第三章超聲波清洗原理 8\o"CurrentDocument"超聲波清洗技術(shù)簡(jiǎn)介 8超聲清洗機(jī)理 83.2.1超聲空化作用 8\o"CurrentDocument"超聲空化閥 9\o"CurrentDocument"第四章超聲清洗參數(shù)選定 10影響超聲波清洗效果的因素 10聲強(qiáng) 10\o"CurrentDocument"頻率 10\o"CurrentDocument"清洗液 11超聲場(chǎng)的研究 11空化強(qiáng)度的測(cè)量 11選取參數(shù) 11超聲清洗參數(shù) 11\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 11\o"CurrentDocument"第五章超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"整體方案設(shè)計(jì) 13各重要部件設(shè)計(jì) 13清洗槽 13\o"CurrentDocument"進(jìn)排水系統(tǒng) 13\o"CurrentDocument"水位感應(yīng)系統(tǒng) 13\o"CurrentDocument"噴臂系統(tǒng) 14\o"CurrentDocument"超聲波發(fā)生器 15超聲波換能器 16\o"CurrentDocument"加熱系統(tǒng) 17\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 18\o"CurrentDocument"第六章控制系統(tǒng) 19\o"CurrentDocument"6.1控制邏輯 196.2處理器選擇 19\o"CurrentDocument"第七章總結(jié) 21\o"CurrentDocument"致謝 22\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 23附錄 24摘要隨著中國(guó)人生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，市場(chǎng)上出現(xiàn)了更多的適合于現(xiàn)代家庭生活的新型家用電器。這些電器都具有高效、節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)。中國(guó)目前的家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，出現(xiàn)了海爾、TCL等國(guó)際企業(yè)，在一些方面也達(dá)到了國(guó)際頂尖水平。在家用電器里，彩電和洗衣機(jī)的普及率比較高，然而家用洗碗機(jī)卻一直是一個(gè)未開發(fā)但擁有極大潛力的領(lǐng)域。究其原因，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的洗碗機(jī)僅采用噴臂式?jīng)_洗的清洗結(jié)構(gòu)，不適合中國(guó)深度大的碗、盆等餐具的清洗，導(dǎo)致清洗效果差、效率低，耗能大，所以并不受歡迎。根據(jù)這些問(wèn)題，提出將超聲波的清洗功能利用在這個(gè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能的新型洗碗機(jī)。根據(jù)超聲波清洗的特點(diǎn)和餐具清洗的工藝，在洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)、清洗工藝和控制系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)方面，采用不銹鋼清洗槽，合理布置超聲波系統(tǒng)，噴臂沖水裝置和進(jìn)排水裝置等，使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，提升清洗效果。清洗工藝方面，根據(jù)鋁錫箔腐蝕法所得的結(jié)果，分析洗滌槽內(nèi)超聲波空化強(qiáng)度的分布，選擇合適的參數(shù)，確定最優(yōu)的清洗流程?？刂葡到y(tǒng)方面，選取合適的PLC，以各個(gè)部分作用的時(shí)間先后為邏輯順序，實(shí)現(xiàn)清洗過(guò)程的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞：超聲波；洗碗機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PLCAbstractWiththeimprovementofpeople'slivingstandardsandtheaccelerationofmodernlifespeed,newhouseholdelectricalequipmentwhicharemoreadaptabletothemodernfamilylifearerequiredtomeetcustomers5need.Theseappliancesaremoreefficient,energy-savingandenvironmentally-friendly.ThehouseholdappliancesindustryinChinahasbeingdevelopingrapidly.AndthereappearsomeinternationalcorporationssuchasHaier,TCLetc.Furthermore,wehavereachedintoplevelinsometechnicalfields.Amonghouseholdappliances,thepenetrationrateofcolorTVandwashingmachinearerelativelyhigher,thehouseholddishwasher,however,isanundevelopedbutgreatpotentialfield.Thereasonisbecausethetraditionaldishwasher'sflushcleaningsystemandsprayarmstructurearenotapplicabletotheChinesetablewaresuchasdeepbowls,deeppotsetc.Itwasgenerallyregardedas“badcleaningeffect,lowefficiencyandhighenergyconsumption",soitwasnotpopular.Now,Itrytotakesadvantageofthecleaningfeatureofultrasonictosolvetheseproblemsbydesigninganewefficientdishwasher.Accordingtothecharacteristicsofultrasoniccleaninganddishwashing,sprocess,Ihaveimprovedandredesignedtheoverallstructureofthedishwasher,thecleaningprocessandcontrolsystem.Thestructure:thecleaningtankismadeofstainlesssteel.Thedishwasherconsistsofreasonablelayoutoftheultrasoundsystem,thesprayarmflushdeviceandtheplumbingsystem,sothatthestructureismorecompactandreasonable,toimprovethecleaningeffect.Cleaningprocess:accordingtotheacademicresultofcorrosionofthealuminumfoilresearch,figuringoutthedistributionofultrasoniccavitations'intensityandselectingappropriateparameterstodeterminetheoptimalcleaningprocess.Controlsystem:selectingtheappropriateSCM(SingleChipMicrocomputer)andbasinglogicalorderontherunningorderofeachparttomakecleaningprocessautomatic.Keywords:ultrasonic;dishwasher;structuredesign;SCM(SingleChipMicrocomputer)第一章緒論背景1.1.1選題的依據(jù)及研究意義洗碗是一項(xiàng)必不可少的家務(wù)活動(dòng)，然而過(guò)多的油漬讓人對(duì)洗碗很是厭煩，洗碗機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)使這項(xiàng)家務(wù)活動(dòng)變得簡(jiǎn)單而有趣。有一點(diǎn)值得注意的是，普通洗碗機(jī)需要加入大量的洗滌劑才能達(dá)到洗滌干凈的要求，浪費(fèi)大量水資源且對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染。因?yàn)槌暡梢源┩腹腆w物質(zhì)，而且污染很小，因此人們想到使用超聲波來(lái)清洗餐具，于是就出現(xiàn)了現(xiàn)在的超聲波洗碗機(jī)。這種超聲波洗碗機(jī)的原理是：當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體介質(zhì)振動(dòng)，使液體分子產(chǎn)生正負(fù)交變的沖擊波。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液體中急劇生長(zhǎng)微小空化氣泡并瞬時(shí)強(qiáng)烈閉合，產(chǎn)生強(qiáng)烈的微爆炸和沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來(lái)。雖然每個(gè)空化氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個(gè)空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的潔凈度。影響超聲清洗效果的因素有很多。除了聲強(qiáng)必須大于空化閥（即使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值）外，還與被清洗物等有關(guān)。超聲清洗對(duì)聲反射強(qiáng)烈的材料，如金屬、玻璃、塑料等其清洗效果好，而對(duì)聲吸收較大的材料，如橡膠、布料等清洗效果較差，碗、盤、盆、碟等從物理學(xué)角度來(lái)看屬?gòu)椥越橘|(zhì)物體，用超聲清洗其表面再合適不過(guò)了!在洗滌液選用方面，水的粘度不大，有利于清洗，假如把水溫加熱到60r，此時(shí)的空化最活躍，效果也就最好，因而利用超聲波來(lái)洗碗是完全可以的。超聲波洗碗機(jī)作為健康環(huán)保的新家電，能夠使人們從繁瑣的家務(wù)活動(dòng)中解脫出來(lái)。超聲波洗碗機(jī)有以下特點(diǎn)：1、 節(jié)水省電、低噪音。2、 清潔度高、沒(méi)有死角。3、 不需用專用洗滌劑，環(huán)保。4、 洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)。1.1.2國(guó)內(nèi)外洗碗機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀“1929年德國(guó)的米勒公司制造出了歐洲第一臺(tái)電動(dòng)家用洗碗機(jī)。1954年美國(guó)GE公司生產(chǎn)了第一臺(tái)電動(dòng)臺(tái)式洗碗機(jī)，在洗滌性能和整機(jī)體積外形上都有所改善。1978年米勒公司又制造出了世界上第一臺(tái)微電腦控制型洗碗機(jī)，使人機(jī)關(guān)系更為密切，洗碗機(jī)的家用性得到了更好的體現(xiàn)。于是越來(lái)越多的洗碗機(jī)進(jìn)入西方家庭。在亞洲最早從事洗碗機(jī)的研究的是日本，到了九十年代中后期，日本已發(fā)展了微電腦全自動(dòng)臺(tái)式洗碗機(jī)。所代表的企業(yè)有松下（National）、三洋（SANY）、 三菱（MITSUBISHI）、東芝（TOSHIBA）等。與此同時(shí)，歐美則已經(jīng)把家用洗碗機(jī)發(fā)展成具有統(tǒng)一形象的廚房家電。歐美所代表的企業(yè)有米勒、 西門子（SIEMENS）、惠而浦（Whirlpool）等公司?！眹?guó)外很多家庭都擁有家用洗碗機(jī)，并且家用洗碗機(jī)的普及率還在不斷的增大。良好的市場(chǎng)促進(jìn)了企業(yè)對(duì)新型洗碗機(jī)的研制和開發(fā)，這種良性循環(huán)使國(guó)外的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出蓬勃的生機(jī)。目前傳統(tǒng)的噴臂式和渦輪式洗碗機(jī)在西方仍然很受歡迎，因?yàn)檫@類洗碗機(jī)制造成本低，售價(jià)不高，而且很適用于西方餐具的特點(diǎn)，有很好的清洗效率。歐美一些國(guó)家開發(fā)出的新型超聲波洗碗機(jī)有著低能耗、高效率和環(huán)保的特點(diǎn)，在注重節(jié)能環(huán)保生活的發(fā)達(dá)國(guó)家也產(chǎn)生了很大的影響。我國(guó)于80年代開始研制洗碗機(jī)，但是洗碗機(jī)在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有很好的普及。究其原因，首先是因?yàn)楹芏嗥髽I(yè)直接引進(jìn)了國(guó)外的洗碗機(jī)生產(chǎn)線，雖然在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)但是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和清洗方式仍然不太適合中餐餐具的特性。其次是因?yàn)榍逑葱实?，為了達(dá)到效果，增加洗碗機(jī)的工作時(shí)間，使耗電量太大，不適合普通家庭使用。最后，因?yàn)橄赐霗C(jī)普遍體積較大，在房?jī)r(jià)高昂寸土寸金的中國(guó)很難為其提供安放的場(chǎng)所。我國(guó)目前生產(chǎn)洗碗機(jī)的企業(yè)有海爾、小天鵝、美的等。價(jià)格一般在2000元以上。根據(jù)作者在成都市中心幾家國(guó)美和蘇寧電器的調(diào)研。商場(chǎng)里僅有海爾的一款家用洗碗機(jī)在銷售，其類型是傳統(tǒng)的噴臂式洗碗機(jī)，售價(jià)在3000元左右。整體來(lái)說(shuō)，中國(guó)的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)還處在技術(shù)落后、市場(chǎng)開發(fā)不全的狀態(tài)里。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的分析1.2.1國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的特點(diǎn)與不足以海爾洗碗機(jī)為代表分析。市場(chǎng)上相對(duì)比較受歡迎的海爾4和6系列。4系列 包括WQP4—2、WQP4—3和WQP4—2000A三個(gè)型號(hào)。采用了上下雙噴淋器使餐具上下部分同時(shí)受到噴射水流的直接沖擊，可以得到很好的清洗的效果，并且可以加快洗滌速度，整個(gè)過(guò)程只有6分鐘。切其過(guò)濾網(wǎng)外置于洗碗機(jī)前方，方便消費(fèi)者整理清潔。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的衛(wèi)生條件。在運(yùn)行有故障或門沒(méi)有關(guān)好的時(shí)候發(fā)出蜂鳴聲。此外，還提供開門保護(hù)功能。6系列洗碗機(jī) 包括WQP6—2、WQP6—2B、WQP6—3型。都采用了800MM高度的設(shè)計(jì)。內(nèi)膽為正方體，能讓噴射覆蓋的面積比例達(dá)到最大。設(shè)有上下兩個(gè)餐具架，可以分別進(jìn)行清洗，節(jié)約水電。采用的是內(nèi)循環(huán)式干燥系統(tǒng)，消除了濕熱空氣的影響。利用新型磁化技術(shù)，能防垢、除垢。設(shè)有溢水保護(hù)系統(tǒng)，可靠安全。臭氧消毒，健康環(huán)保?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)已經(jīng)基本能保證清洗效果，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和安全化。國(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)生產(chǎn)線大多從國(guó)外進(jìn)口，雖然在結(jié)構(gòu)性能上有一定的改良，但仍然不適合我國(guó)餐具的特點(diǎn)。洗滌效果并不如想象中好。這是國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)不能占領(lǐng)市場(chǎng)的主要原因。其次是耗電量和耗水量大。一臺(tái)洗碗機(jī)完成洗碗、消毒、烘干耗時(shí)長(zhǎng)。且洗碗機(jī)的功率從600W到2300W不等，消費(fèi)者將承受更多的電費(fèi)。國(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)品牌，如海爾、小天鵝、美的等，最低價(jià)格都在2000元左右，加上專用的洗滌劑，不僅價(jià)格高，而且不環(huán)保。最后是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料有缺陷。國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)多為塑料內(nèi)膽，長(zhǎng)時(shí)間使用之后，內(nèi)膽會(huì)變得有異味而且油膩難清洗，出現(xiàn)"洗碗機(jī)洗碗，人洗洗碗機(jī)”的問(wèn)題。要想在中國(guó)普及洗碗機(jī)，開拓市場(chǎng)。必須要結(jié)合中國(guó)人的飲食結(jié)構(gòu)、衛(wèi)生習(xí)慣和生活觀念等各種因素。開發(fā)出在清洗技術(shù)和結(jié)構(gòu)材料都合適的新型洗碗機(jī)。第二章總體方案設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的新型超聲波洗碗機(jī)必須滿足以下幾點(diǎn)要求：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，洗碗機(jī)能正常工作清洗后，98%的餐具能達(dá)到洗凈標(biāo)準(zhǔn)。高效率，能在30分鐘內(nèi)完成自動(dòng)清洗過(guò)程。自動(dòng)化，人工觸動(dòng)開關(guān)后，自動(dòng)工作，并有指示燈提示。2.2整體方案設(shè)計(jì)本課題將超聲波技術(shù)應(yīng)用與洗碗機(jī)，取代原有的噴臂加洗滌劑洗碗機(jī)，效率更高，更加環(huán)保。由于超聲空化作用的良好清洗性能，故能很好的將油污從餐具上清離，再采用噴臂輔助清洗，能達(dá)到很好的清洗效果。方案設(shè)計(jì)如圖2-1：自來(lái)水通過(guò)進(jìn)水電磁閥流入清洗槽，達(dá)到一定水位時(shí)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，加熱器工作，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，加熱器停止工作，超聲波系統(tǒng)開啟，進(jìn)行超聲波清洗，在超聲空化作用下，油污與餐具剝離，一定時(shí)間后超聲波系統(tǒng)關(guān)閉，排水電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行排水，當(dāng)排水到低水位時(shí)觸動(dòng)低水位開關(guān)，噴臂電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行噴臂輔助清洗，一定時(shí)間后洗滌完畢，噴臂閥關(guān)閉，剩余水量由排水閥排出。1：進(jìn)水電磁閥；2：噴臂電磁閥；3：排水電磁閥;4：超聲波振子；5：噴臂圖2-1總體方案圖2.3本章小結(jié)洗碗機(jī)最重要的為清洗系統(tǒng)。一個(gè)搞笑的清洗系統(tǒng)能打打提高清洗效果并節(jié)水節(jié)電。采用超聲波清洗既節(jié)能又環(huán)保，其關(guān)鍵技術(shù)在于確定超聲波換能器的功率和聲強(qiáng)等參數(shù)。第三章超聲波清洗原理超聲波清洗技術(shù)簡(jiǎn)介1830年，名叫Savart的科學(xué)家用一個(gè)大齒輪第一次發(fā)出了人造超聲波。1918年，名叫Langevin的科學(xué)教用石英的壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)了石英換能器。這是人類第一次設(shè)計(jì)出能控制聲波頻率和聲強(qiáng)的超聲裝置?，F(xiàn)在超聲波技術(shù)發(fā)展迅速，在軍事和工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要作用。通常將超聲技術(shù)分為檢測(cè)超聲和功率超聲兩類。檢測(cè)超聲是利用超聲的波動(dòng)特性，來(lái)采集信息，特別是物質(zhì)的內(nèi)部信息，這是一種超聲的被動(dòng)應(yīng)用，比如超聲的探傷技術(shù)。功率超聲是超聲的主動(dòng)應(yīng)用，利用超聲波本身的能量和特性來(lái)改變材料的一些有用的性質(zhì)和狀態(tài)，比如超聲波清洗技術(shù)。通常用的超聲波清洗裝置都采用20~80KHz頻率的超聲，主要應(yīng)用于機(jī)械、電子和醫(yī)療等工業(yè)，總體來(lái)說(shuō)其應(yīng)用范圍非常廣泛，發(fā)展也是非常迅速。超聲波清洗效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對(duì)形狀復(fù)雜、造型不規(guī)則的工件有著不可比擬的清洗效果，所以特別適合中餐各種各樣的餐具的洗滌。3.2超聲清洗機(jī)理3.2.1超聲空化作用超聲空化作用是超聲清洗的最主要機(jī)理。在液體中溶解有部分空氣，這些微小氣泡存在于液體中，稱為空化核。當(dāng)超聲波產(chǎn)生時(shí)，會(huì)帶動(dòng)液體振動(dòng)。在這些液體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中又會(huì)融入更多的微氣泡。液體振動(dòng)時(shí)其密度會(huì)發(fā)生變化。在液體密度大的地方會(huì)對(duì)空化核產(chǎn)生正壓力，液體密度小的地方會(huì)對(duì)空化核產(chǎn)生負(fù)壓力。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，這些空化核在受負(fù)壓力的時(shí)候，會(huì)對(duì)外迅速膨脹成為較大的氣泡，在正壓力作用下會(huì)迅速閉合，產(chǎn)生巨大的沖擊和局部壓力，據(jù)估算閉合時(shí)的局部壓力能達(dá)到上千個(gè)大氣壓。閉合時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力能沖擊難溶的油污，使其從餐具上脫落。同時(shí)閉合的巨大壓力能帶動(dòng)水中的磨料粒子撞擊餐具表面，是油污脫落。超聲清洗除了空化作用，還有一系列伴隨作用，具體如下：微射流：由于空化閉合時(shí)，開始是球形，然后不對(duì)稱閉合，形成一個(gè)指向餐具表面的液體射流，其速度大于100m/s，對(duì)餐具上殘留的油污形成沖擊，同時(shí)增大了洗滌液的滲透作用，稱為聲學(xué)毛細(xì)管效應(yīng)。輻射扭力：空化核在運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的二階現(xiàn)象。在均勻洗滌液中作用于洗滌液本身，使洗滌液產(chǎn)生環(huán)流，叫做聲流，它能使振動(dòng)氣泡表面產(chǎn)生高達(dá)90Mpa的粘滯應(yīng)力。乳化作用：在超聲空化作用下，有油污包裹住的固體粒子，在兩種液體的分界面迅速分散而乳化，固體粒子自動(dòng)脫落。超聲空化閥使清洗液達(dá)到空化作用的最小聲強(qiáng)或者聲壓幅值稱為空化閥。只有當(dāng)交變聲壓幅值大于靜壓力產(chǎn)生的負(fù)壓力大于液體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生空化作用。空化閥Pc表示為：其中Po為液體的靜壓力，Pv是蒸汽壓，Ro是空氣核半徑，。是表面張力系數(shù)?？梢钥闯鲆后w含氣量越少，空化閥越高，靜壓力越大，空化閥越高，液體的沾度越大，空化閥也越高?？梢?jiàn)，不同液體的空化閥不同，同一液體在溫度、壓力和含氣量等不同的情況下，空化閥值也不同。此外，由經(jīng)驗(yàn)公式：可以得出空化閥與沾滯系數(shù)的關(guān)系?！檎礈禂?shù)。并且聲波的頻率越高空化閥也越高。當(dāng)聲波頻率超過(guò)4.8MHZ的時(shí)候，空化空化閥接近10Mpa。第四章 超聲清洗參數(shù)選定影響超聲波清洗效果的因素4.1.1聲強(qiáng)聲強(qiáng)是單位體積的聲波功率。根據(jù)對(duì)超聲空化閥的研究知道，只有交變聲壓幅值超過(guò)液體靜壓力時(shí)才能出現(xiàn)負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓超過(guò)液體強(qiáng)度時(shí)才能產(chǎn)生空化。而這個(gè)最低的聲強(qiáng)稱為空化閥。當(dāng)聲強(qiáng)越大的時(shí)候，空化強(qiáng)度也越大，此時(shí)的清洗效果更好。但是當(dāng)聲強(qiáng)過(guò)大的時(shí)候會(huì)在聲源表面產(chǎn)生過(guò)量氣泡形成阻隔聲波傳播的屏障。聲波能量在傳播的過(guò)程中會(huì)逐漸減弱。就水而言，其空化閥約1/3W每立方厘米。在超聲清洗中，聲強(qiáng)太弱不能有效將污物洗去，太強(qiáng)又會(huì)對(duì)清洗件表面造成損壞，甚至在輻射面形成聲障，使聲能不能完全輻射到整個(gè)空間，影響清洗效果。在有限的清洗空間內(nèi)，超聲波易在聲源，液面和空氣交界處來(lái)回反射，形成駐波，使波節(jié)處聲壓過(guò)小，無(wú)法發(fā)生空化，造成清洗盲區(qū)。聲強(qiáng)一般選在1W/cm2---2W/cm2之間。4.1.2頻率在同樣的液體中，聲波的頻率越高，產(chǎn)生空化作用所需的聲強(qiáng)越大。所以如果選取的超聲波頻率越低則越容易產(chǎn)生空化作用。并且在低頻的時(shí)候，空化核從膨脹到閉合的過(guò)程越長(zhǎng)，所以在閉合前能有更大的閉合半徑，這樣，閉合時(shí)能產(chǎn)生更大的閉合強(qiáng)度，對(duì)污漬的清洗效果更好。但是，當(dāng)頻率低于20KHz的時(shí)候會(huì)有噪音，對(duì)人體產(chǎn)生傷害，更重要的是，過(guò)低的頻率會(huì)讓空化核不能閉合，不能產(chǎn)生空化作用。所以，通常會(huì)選擇20KHz~40KHz作為清洗的頻率范圍。由于清洗的為陶瓷玩具，清洗槽規(guī)格為400X400X430，所以這里選擇28KHz。4.1.3清洗液選擇清洗液的時(shí)候要考慮三點(diǎn)。第一是清洗液本身的對(duì)污染物的清洗能力。第二是清洗液的粘度和表面張力對(duì)超聲空化作用的影響。最后是清洗液對(duì)環(huán)境是否有污染。在超聲空化作用中，清洗液的粘度越大，空化閥值越大，空化作用越難發(fā)生。表面張力越大，空化的強(qiáng)度越大，清洗效果越好。所以，選擇的清洗液最好有粘度小。表面張力大的特點(diǎn)，并且由于水的污染小，粘度小，表面張力大，所以綜合考慮后，選取自來(lái)水為清洗液。4.2超聲場(chǎng)的研究4.2.1空化強(qiáng)度的測(cè)量因?yàn)榭栈诉\(yùn)動(dòng)不是線性，所以在一個(gè)超聲場(chǎng)中，很難知道空化強(qiáng)度的分布情況。但同時(shí)由于空化作用產(chǎn)生的局部高溫高壓會(huì)使水分子HO分裂成離子H-和-OH，所以可以通過(guò)測(cè)量離子在清洗液中的局2部密度來(lái)間接測(cè)量空化的強(qiáng)度。由于條件限制，這里參考知網(wǎng)專利論文得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1：超聲波空化強(qiáng)度從離聲源近的地方開始逐漸增強(qiáng)，在中部的時(shí)候達(dá)到最大，隨后逐漸減弱。其原因是過(guò)多的空化氣泡會(huì)形成聲波屏障，會(huì)影響聲波的傳遞，所以在遠(yuǎn)的地方，空化強(qiáng)度反而減弱。2：無(wú)掃頻作用的清洗效果差。因?yàn)樵谇逑床鄣挠邢蘅臻g內(nèi)，為避免超聲波在交界面或者洗滌槽壁的時(shí)候反射形成駐波造成某些地方聲壓小某些地方聲壓大，從而使清洗不均。而掃頻可以避免駐波形成。只要使超聲頻率在合理的范圍內(nèi)變化。3、 相同情況下。雙面作用強(qiáng)度比單面作用低。因?yàn)?，雙面的時(shí)候超聲波會(huì)發(fā)生干涉，影響清洗效果。4、 單面掃頻的清洗效果最好。4.3選取參數(shù)4.3.1超聲清洗參數(shù)超聲功率、清洗時(shí)間、水溫是影響超聲清洗的主要因素。超聲功率密度： P二發(fā)射功率（W）/發(fā)射面積（cm2）；通常PN0.3W/cm2,在液體中傳播的超聲波能對(duì)物體表面的污物記性清洗，其原理用空化閥表示，超聲波振動(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)打到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為0.35W/cm2，這是超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可打到真空或者負(fù)壓，但實(shí)際上無(wú)負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力。綜上，功率密度應(yīng)選在0.35—1W/cm2之間。超聲清洗時(shí)間：一般根據(jù)污垢的的不同，單次清洗時(shí)間為3—10分鐘不等，鑒于中國(guó)人飲食習(xí)慣偏向油膩，這里將超聲清洗時(shí)間定為10分鐘。水溫：這里將清洗水溫定在50°C本章小結(jié)經(jīng)上述對(duì)超聲空化強(qiáng)度及對(duì)基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，該家用超聲波洗碗機(jī)的基本參數(shù)被確定為：工作溫度為50°C，清洗時(shí)間為10min,功率密度為0.35—1W/cm2之間，頻率為28Khz，超聲單面放射，采用掃頻，餐具朝向超聲波發(fā)射面。主要流程為：進(jìn)水---加熱至工作水溫---超聲清洗10min---噴臂清洗1min第五章超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮幾方面的問(wèn)題，首先是清洗槽及管路的密封問(wèn)題，再有就是超聲波振子的、電磁閥、加熱器等元器件的選型。家用超聲波洗碗機(jī)主要有進(jìn)排水系統(tǒng)、噴臂系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)組成。進(jìn)排水系統(tǒng)：電磁閥，水位感應(yīng)開關(guān)，過(guò)濾網(wǎng)等組成。噴臂系統(tǒng)：噴臂，壓力泵等組成。加熱系統(tǒng)：水槽加熱管等。超聲清洗系統(tǒng)：超聲波發(fā)生器，超聲波換能器等組成。其他：清洗槽，箱體，碗籃，底座等。各重要部件設(shè)計(jì)5.2.1清洗槽清洗槽材質(zhì)為201不銹鋼板，內(nèi)箱尺寸400X400X430mm，各個(gè)平面過(guò)度的地方倒圓角。由于超聲水化腐蝕的影響，所以對(duì)洗滌槽的槽壁會(huì)有一定的損耗，長(zhǎng)時(shí)間積累后會(huì)使超聲清洗的一些參數(shù)發(fā)生變化，所以選擇耐腐蝕性好的3mm不銹鋼板。清洗槽內(nèi)焊接一個(gè)凸臺(tái)，用于噴臂的固定。清洗槽底部與箱體有一定距離，用于安裝洗碗機(jī)電源等其他部件。清洗完成的殘余手工清理。5.2.2進(jìn)排水系統(tǒng)進(jìn)排水系統(tǒng)主要由電磁閥，過(guò)濾芯，水位感應(yīng)系統(tǒng),進(jìn)水管，排水管等組成。打開二位二通閥后，自來(lái)水流入清洗槽，在達(dá)到一定水位后，水位感應(yīng)開關(guān)啟動(dòng)，清洗完畢后，廢水經(jīng)過(guò)濾芯，排水口排出。水管材料選PVC管。5.2.3水位感應(yīng)系統(tǒng)選最為簡(jiǎn)單易控制的方式來(lái)進(jìn)行水位的感應(yīng)和控制，根據(jù)超聲波洗滌的情況，選連桿式浮球液位開關(guān)來(lái)控制。這種方式的技術(shù)核心是干簧管。干簧管可以作為磁接近開關(guān)或者繼電器使用，比一般機(jī)械開關(guān)體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng)，與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，工作可靠性很高。干簧管結(jié)構(gòu)具體如圖5-1：

圖5-1干簧管結(jié)構(gòu)示意圖水位感應(yīng)器外部套有一個(gè)帶磁鐵的浮力小球，當(dāng)水位上升下降的時(shí)候，浮力小球會(huì)隨之升降，當(dāng)浮力小球到達(dá)高低水位開關(guān)的時(shí)候會(huì)使干簧管中的兩個(gè)簧片接觸導(dǎo)通，從而導(dǎo)通開關(guān)，觸發(fā)下一步。當(dāng)浮力小球第一次到達(dá)高水位開關(guān)時(shí)，會(huì)接通高水位開關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使加熱器工作。排水時(shí)，當(dāng)浮力小球到達(dá)低水位開關(guān)時(shí)，會(huì)接通低水位開關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使噴臂泵工作。其示意圖如下圖5-2水位感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖5.2.4噴臂系統(tǒng)管道用PVC材料的管和接頭，并用PVC膠進(jìn)行密封。PVC也稱為聚氯乙烯，它的特點(diǎn)是造價(jià)低、可回收利用、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、安全衛(wèi)生。超聲波結(jié)束后的噴臂清洗是很重要的一個(gè)步驟?？梢詫⒊暻逑春髿埩舻挠臀蹚氐浊宄．?dāng)水在噴臂泵的帶動(dòng)下會(huì)從噴臂孔中噴出，水流沖擊到碗具上，利用水的沖擊對(duì)殘留進(jìn)行沖洗。噴臂系統(tǒng)參照淋浴噴淋頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用圓形噴頭，噴孔密集排布于噴頭之上。噴臂水管與進(jìn)水管之間采用水管接頭連接，連接處采用尼龍擋水圈密封，防止水露出。清洗槽內(nèi)焊接有凸臺(tái)，用于固定噴臂與進(jìn)水管。圖5-3噴臂結(jié)構(gòu)示意圖5.2.5超聲波發(fā)生器超聲波最主要的兩個(gè)部分就是超聲發(fā)生器和超聲換能器。其中超聲發(fā)生器是產(chǎn)生電磁振蕩信號(hào)并提供能量的工作部分，而超聲換能器才是最終實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)的工作部分。超聲發(fā)生器是一個(gè)大功率的信號(hào)發(fā)生器，它的作用就是給超聲換能器一個(gè)一定頻率的電磁振蕩能量，當(dāng)此頻率與超聲換能器的諧振頻率相等時(shí)，就產(chǎn)生共振。為了能讓超聲發(fā)生器更好的為超聲換能器提供頻率準(zhǔn)確、功率較高的信號(hào)和能量。為了使超聲波發(fā)生器發(fā)揮最大效能，需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：頻率自動(dòng)跟蹤問(wèn)題：因?yàn)閾Q能器的諧振頻率會(huì)隨著工作過(guò)程發(fā)生變化，所以發(fā)生器的輸出電信號(hào)的頻率必須具有跟隨其變化而變化的特點(diǎn)，這就要求發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤功能。配備末級(jí)放大器，將微小的信號(hào)轉(zhuǎn)化為大功率的信號(hào)。功率合成器：?jiǎn)蝹€(gè)放大器不足以滿足需要時(shí)，利用功率合成器將單一的放大信號(hào)相加，獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)的功率輸出。功率放大器的保護(hù)：由于受電源電壓、外界干擾脈沖及換能器負(fù)載、回路參數(shù)等影響，末級(jí)功率放大器電路往往會(huì)失效。針對(duì)不同的故障原因，末級(jí)功放保護(hù)措施有:過(guò)壓保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，負(fù)載開路，短路保護(hù)，雙管導(dǎo)通保護(hù)，激勵(lì)信號(hào)源的誤觸發(fā)保護(hù)等。（5）與換能器匹配：一是通過(guò)匹配使超聲發(fā)生器向換能器輸出額定的電功率，這是由于發(fā)生器需要一個(gè)最佳的負(fù)載才能輸出額定功率所致，把換能器的阻抗變換成最佳負(fù)載，也就是阻抗變換作用；二是通過(guò)匹配使發(fā)生器功率效率最高，這是由于換能器靜電抗的原因，造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定的相位差，從而使輸出功率得不到期望的最大輸出，使發(fā)生器的輸出效率降低。因此在發(fā)生器輸出端并上或串上一個(gè)相反的抗，使發(fā)生器負(fù)載為純電阻，也就是諧調(diào)作用。所以匹配的好壞直接影響到功率超聲源的產(chǎn)生和效率。根據(jù)要求，確定超聲波設(shè)計(jì)參數(shù)：保險(xiǎn)座:在輸出過(guò)載或超聲換能器工作異常時(shí)及時(shí)斷開電源，保護(hù)超聲波發(fā)生器；頻率微調(diào):超聲波輸出頻率為28K，但在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在不同的工況條件下調(diào)整微調(diào)使換能器始終工作在最佳狀態(tài)下，換能效率達(dá)到最大；掃頻:在清洗過(guò)程中使超聲頻率在合理范圍內(nèi)往復(fù)掃動(dòng)，帶動(dòng)清洗液形成細(xì)微回流，使工件污垢在被超聲剝離的同時(shí)迅速帶離工件表面，大大縮短工件清洗時(shí)間，提高清洗效率，以達(dá)到快速清洗的目的。功率可調(diào):根據(jù)所確定的清洗槽的尺寸，確定最大功率為800W，可實(shí)現(xiàn)本機(jī)輸出功率的10%—100%連續(xù)可調(diào)（但通過(guò)試驗(yàn)，選擇洗碗機(jī)的功率為30OW）。根據(jù)以上要求，綜合考慮選用東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的KMD—300型超聲波發(fā)生器，其規(guī)格為220X210X100mm，功率為300W，清洗溫度50°C，頻率可調(diào)28Khz5.2.6超聲波換能器超聲波換能器是一種將機(jī)械能，高頻電能轉(zhuǎn)化為聲能的裝置。超聲發(fā)生器產(chǎn)生的的高頻電信號(hào)引起換能器內(nèi)換能材料中電磁場(chǎng)的變化，對(duì)換能器的機(jī)械振動(dòng)部分產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)力，使之進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，接著導(dǎo)致與機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相連的介質(zhì)振動(dòng)，向介質(zhì)中輻射聲波。換能器一般分成兩個(gè)部分，第一部分是換能器材料部分，第二部分是機(jī)械振動(dòng)放大部分，又叫變幅桿。變幅桿的作用是將比較小的機(jī)械振動(dòng)幅度轉(zhuǎn)化為較大的振幅，提高振速比，減少換能器的諧振阻抗，有效地提高效率，降低發(fā)熱量，延長(zhǎng)換能器壽命，可固定整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)從而盡可能的減少機(jī)械能量的損失，能使換能器和工作媒質(zhì)之間獲得熱學(xué)和化學(xué)上的隔絕。換能器示意圖如圖5-4：圖5-4超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖換能器有電動(dòng)式、電磁式、磁致伸縮式、電容式、壓電式等，其中，壓電式因其轉(zhuǎn)換效率高，功率容量大以及結(jié)構(gòu)形狀等可以根據(jù)實(shí)際要求自行設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用。超聲波振子參數(shù)設(shè)定：根據(jù)清洗槽側(cè)面積為400X430=172000mm2=1720cm2，由于功率密度應(yīng)在0.35—1W/cm2,所以在側(cè)面安裝9個(gè)超聲波振子，振子功率選擇 100W。功率密度可達(dá)900W/1720cm2=0.52W/cm2。頻率選28Khz。綜上，這里選擇東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的HS—3828型超聲波換能器，其規(guī)格為：59X68mm，阻抗W20Q，頻率28Khz正負(fù)0.5Khz可調(diào)，功率為100W，最高可用溫度120°C。分別將換能器和清洗槽壁粘結(jié)處進(jìn)行噴沙處理，清洗干凈后，按一定工藝進(jìn)行粘結(jié)，要求粘合平整，粘合面有足夠的強(qiáng)度。5.2.7加熱系統(tǒng)在清洗槽底部均勻布置加熱器，在自來(lái)水進(jìn)入清洗槽后，控制面板控制加熱器啟動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定加熱器功率加熱到50C的時(shí)間為4分鐘左右，所有加熱4分鐘后加熱器停止工作。加熱器內(nèi)有電阻絲構(gòu)成，上面用不銹鋼輻射板遮蓋，下面設(shè)置一層陶瓷纖維隔熱層。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖

陶瓷隔熱板圖5-5加熱器結(jié)構(gòu)圖本章小結(jié)對(duì)洗碗機(jī)各個(gè)重要部件的材料、型號(hào)、大小、位置進(jìn)行了選取和設(shè)計(jì)，畫出A0號(hào)裝配圖。結(jié)構(gòu)基本合理，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但很多地方的設(shè)計(jì)比較粗糙，比如排水頭的設(shè)計(jì)。第六章控制系統(tǒng)6.1控制邏輯由方案設(shè)計(jì)可得出洗碗機(jī)工作流程圖：進(jìn)水加熱超聲清洗---排水---噴臂清洗---排水。編輯控制邏輯圖如下：?jiǎn)?dòng)開關(guān)LJL指示燈亮導(dǎo)通進(jìn)刀岔磁閥?位開關(guān)是否導(dǎo)通關(guān)閉進(jìn)水電磁閥打開加執(zhí)器（4min）礦 夭E啟動(dòng)i二器（.lOmin）關(guān)閉超『波發(fā)生器—打升排*電磁閥-關(guān)是否導(dǎo)誦吝 1，壬-開噴臂怕「嘖臂泵（lmin）美才」嘖皆W「項(xiàng)臂泉:刃展己磁閥|rT青洗結(jié)束圖6-1清洗流程圖6.2處理器選擇根據(jù)邏輯圖選擇PLC控制器，這里選用西門子CPU224其參數(shù)為：100—230VAC電源；24VDC輸入；繼電器輸出；本機(jī)集成14輸入/10輸出；共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊；最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn);13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30KHZ高數(shù)計(jì)數(shù)器；2個(gè)獨(dú)立的20KHZ高數(shù)脈沖輸出；具有PID控制器；1個(gè)RS485通訊/編程口；具有PPI通訊協(xié)議。第七章總結(jié)本文是以“新型超聲波洗碗機(jī)”課題為研究背景的。洗碗機(jī)生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)比較成熟，但它主要適合國(guó)外以碟、盤等扁平狀的餐具。而我國(guó)是以碗為主要餐具的國(guó)家，碗具類型、規(guī)格、式樣五花八門，碗的凹度大，且比較油膩?，F(xiàn)有洗碗機(jī)大多采用噴臂式，水流較強(qiáng)，但是沖刷點(diǎn)還是有可能不能遍布碗壁各處，洗滌效果并不如洗碗機(jī)生產(chǎn)廠家標(biāo)榜的那樣好，且均需專用的洗滌劑。迄今為止，超聲波清洗技術(shù)在家用洗碗機(jī)的應(yīng)用在我國(guó)還屬空白。在世界上人口最多的中國(guó)，洗碗機(jī)有很廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，尤其是無(wú)需任何洗滌劑的超聲波洗碗機(jī)。因此，本課題所作的研究工作具有非常重要的意義。本文完成了預(yù)定的所有任務(wù)?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)中具有的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新之處總結(jié)如下洗滌方式獨(dú)特。采用超聲波清洗，在洗滌過(guò)程中不需加入任何洗滌劑，避免了洗滌劑對(duì)環(huán)境的污染，省去了沖洗洗凈劑和購(gòu)買專用洗滌劑的麻煩，節(jié)約時(shí)間，也省電。同時(shí)，除超聲清洗外，還配備噴臂沖洗，使清洗更加徹底，避免了清洗死角。此外，在超聲清洗的排水過(guò)程中，加上噴臂，這解決了超聲清洗存在的油污會(huì)重新勃附餐具的缺點(diǎn)。這是本設(shè)計(jì)最突出的優(yōu)點(diǎn)。選材新穎。采用不銹鋼清洗槽。長(zhǎng)期使用洗碗機(jī)也不易有異味，且容易清洗。設(shè)計(jì)缺陷：對(duì)于洗碗過(guò)程中的食物殘?jiān)?，雖洗碗機(jī)中設(shè)有過(guò)濾裝置，但最終還是需要人工把它拿出，這并不能體現(xiàn)出洗碗機(jī)的全自動(dòng)化。此洗碗機(jī)僅作為洗碗，可適當(dāng)考慮讓其與洗瓜果蔬菜結(jié)合起來(lái)，達(dá)到一機(jī)多用，這樣更易得到消費(fèi)者的認(rèn)可，有利于此類產(chǎn)品的普及。洗滌程序不完善。對(duì)于一臺(tái)經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的智能洗碗機(jī)，除具有標(biāo)準(zhǔn)洗滌程序外，還要具備可以根據(jù)用戶的不同要求設(shè)置不同的洗滌方式。如果沒(méi)有消費(fèi)者的高度認(rèn)同和接受，家用洗碗機(jī)事業(yè)很難發(fā)展，消費(fèi)者期待更便宜的價(jià)格，更節(jié)約的清洗方式，更人性化的操作方式，更符合，更具有中國(guó)特色的家用洗碗機(jī)產(chǎn)品，家用超聲波洗碗機(jī)的出現(xiàn)，無(wú)疑為洗碗機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展探索提供了另一種具有前途的方式。致謝本設(shè)計(jì)是在李玉平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，李玉平老師在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作過(guò)程中，嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，對(duì)我不清楚的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真的解答，并為我指出更正了設(shè)計(jì)中的不當(dāng)之處，使我在整個(gè)過(guò)程中少走了很多彎路，在這里，對(duì)李玉平老師表示特別感謝。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作過(guò)程中，各位同學(xué)也給予了我很大的的幫助，使我感受到了合作和信息共享的重要性。參考文獻(xiàn)：:1]林仲茂，方啟平.超聲波清洗(II)[J].化學(xué)清洗，1998,:41-44.[2] 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processinequalmeasuretothegoalofdecreasingworkproductioncosts.Previouspressdesignshavenotsimultaneouslymetthesetechnologicalandeconomicalrequirementstoasufficientextent,ortheyareverycostlytodesignandmanufacture,suchaspresseswithlinkdrives[6].Thismakesitnecessarytolookforinnovativesolutionsforthedesignofthepress.Itsdesignshouldbelargelystandardizedandmodularizedinordertoreducecosts[6].Fig1.PrototypepressPressDrivewithNoncircularGearsPrincipleTheuseofnon-circulargearsinthedriveofmechanicalcrankpressesoffersanewwayofmeetingthetechnologicalandeconomicdemandsonthekinematicsofthepressram.Apairofnon-circulargearswithaconstantcenterdistanceisthuspoweredbytheelectricmotor,orbytheflywheel,anddrivesthecrankmechanismitself.Theuniformdrivespeedistransmittedcyclicallyandnon-uniformlytotheeccentricshaftbythepairofnoncirculargears.Ifthenon-circulargearwheelsaresuitablydesigned,thenon-uniformdriveofthedrivengearleadstothedesiredstroke-timebehaviouroftheram.InvestigationsattheInstituteforMetalFormingandMetalFormingMachineTools(IFUM)ofHanoverUniversityhaveshownthatinthissimplemanneralltherelevantuninterruptedmotionsoftheramcanbeachievedforvariousformingprocesses[2].Apartfrom,theadvantagesofthenewdrive,whichresultfromthekinematicsandtheshortenedcycletime,thedriveconceptisdistinguishedbythefollowingfavourablepropertties.Becauseitisamechanicalpress,highreliabilityandlowmaintenancemaybeexpected.Incomparisiontolinkagepressesthenumberofpartsandbearingsisclearlyreduced.Aboveall,abasicpresstypecanbevariedwithoutfurtherdesignchangesbyinstallingdifferentpairsofgears,designedaccordingtothedemandsofthecustomer.Unlikelinkdrives,bearinglocationsandinstallationsdonotchangewithinoneloadclassasaresultofdifferentkinematics.ThustheabovementionedrequirementofmodularizationandstandardizationistakenintoaccountReductionsintimeandcostsarepossibleforthedesignandpressmanufacture.3.2PrototypeAttheInstituteforMetalFormingandMetalFormingMachineTools(IFUM)aC-framepresshasbeenremodeledandapairofnon-circulargearswasinstalled.Thepreviousbackgearswerereplacedbyaplanetarygearsetforthispurpose.Theworkcarriedoutshowsthatremodelingofexistingpressesforthenewdriveispossible.Thestateofthepressattheendoftheremodellingisshowninfiqure1.Thepressisdesignedforanominalramforceof1,000kNand200kNofthediecushion.Thecenterdistanceofthenon-circulargearsis600mm.Thepairofnon-circulargearshasanaveragetransmissionratioof1.Eachgearwheelhas59gearteeth,straight-toothed,module10mm(fiaure2).Thefacewidthis150mm.Thegearshaveinvolutegearteeth.Weassumeanon-circularbasecurveforthedesignoftheflankgeometry.Asaresultthetoothgeometryofanon-circulargearvariesalongthecircumference.Inspiteofthis,itcanbederivedfromthewell-knowntrapeziumrack,however[4,51.Analgorithmforthecomputation,whichtakestheaddendumanddedendumintoaccountexactly,hasbeendeveloped.

Fig.2ViewofthegearsfromtherearThepressisdesignedfordeepdrawingofflatpartsinsinglestrokeoperationmode.Themaximumramstrokeis180mm,thenumberofstrokes32/min.Atastrokeof140mmtheramvelocityalmostremainsconstant71mmlsfrom60mmbeforelowerdeadcenteruntillowerdeadcenter,seefiqure3.Thusthevelocitycorrespondstotheworkingvelocityofhydraulicpresses.Thevelocityofincidenceofacrankmechanismwiththesamenumberofstrokeswouldbe220mmls,incomparison.Inordertokeepthesameaveragevelocitywithacrankpress,thenumberofstrokeswouldhavetobehalved.Theshortcycletimeoftheremodelledmachineresultsfromthefastupwardmotion.Becausethepressisruninsinglestrokeoperationmode,noparticularrequirementsweremadeconcerninghandlingtimeduringdesign.Thedrivemechanismoftheprototypewithnon-circulargearshasinadditionafavourableeffectontheramforcesandthedrivingtorques(ficlure4).Foracrankpressthenominalforceisnormallyavailableat30"rotationofthecrankshaftbeforethelowerdeadcenter.Thiscorrespondstoasectionundernominalforceofonly75%relativetothestroke.Toreachthenominalforceof1,000kN,thedrivehastosupplyatorqueof45kNmatthecrankshaft.Theprototypeonlyrequires30kNmonaccountoftheadditionaltransmissionofthenon-circulargears.Theyaretransmittedtoacyclic.non-uniformcrankshafttorque,resultinginanominalforcerangefrom60"tothelowerdeadcenter.Thiscorrespondsto27.5%ofthestroke.Wealwaysfindsimilarconditionsifthepairofnon-circulargearsissteppeddownintheoperatingrangeofthepress.Thiswillalmostalwaysbethecasewithsheetmetalformingandstamping.Itisthuspossibletodesignsomemachinepartsinaweakerformandtosavecoststhisway.FurtherDesignExamplesUsingtheexamplesoftwostroke-timebehavioursthedesignisillustratedinthefollowing.Arangeofpartsisassumedwhicharetobemanufacturedbythepress.Forthispurposetheramvelocityrequirementsandtheformingsectionoftheassumedstrokeneedtobequantified.Furthermore,thetimeneededforthehandlingofthepartneedstobedetermined,andalsotheminimumheightwhichtheramhastoassumeduringthehandling.Fromthis,wedesignthesequenceofmovements,andwedescribeitmathematically.AttheIFUM,asoftwareprogramdevelopedbytheinstituteisused.Fromthismathematicaldescriptionofthestroke-timebehaviourwecancalculatethespeedratioofthenon-circulargearsneeded.Fromthisweobtaintherollcurvesofthegears[l,2,7].Inafirstexampletheramvelocityindeepdrawingissupposedtobeconstantduringthesheetmetalformingatleastover100mmbeforethelowerdeadcenteranditissupposedtobeabout400mm/s.Letthenumberofstrokesbefixedat30/min.Above450mmsectionofstroke,letthetimeforthehandlingofthepartbethesameasforacomparablecrankpresswith25strokesperminute.Fiqure5showsthestroke-timebehaviour,whichisattainedbythesketchedpairofgears.Thegearwheelsarerepresentedbytheirrollcurves.Theconventionalcosinecurveat25/minisgivenforcomparison.Inadditiontothereductionofcycletimeby20%,theramvelocityofimpactontothesheetisalsoconsiderablyreduced.110mmbeforethelowerdeadcenter,thevelocityofimpactis700mmlswhenusingthecrankmechanismandonly410mm/swhenoperatedwithnon-circulargears.Asecondexampleshowsadrivemechanismasisusedforforging.Infioure6,stroke-timebehaviourofaconventionalforgingcrankpressiscomparedwiththekinematicsofthepresswithnon-circulargearsillustratedinthepicture.Thecycletimeofthecrankpressis0.7s,thenumberofstrokesis85/minandthenominalforceis20MN.Itspressuredwelltimeis86mswithaformingsectionof50mm.Thepressuredwellofthepressdepictedwithnon-circulargearsdecreasesby67%to28ms.Itthusreachesthemagnitudefamiliarfromhammers.Byincreasingthenumberofstrokesbyafactorof1.5,thecycletimedecreasesby33%to46ms.Inspiteofthis,thehandlingtimeremainsthesamecomparedtoconventionalcrankpressonaccountofthekinematicsofthenon-circulargears.Inordertoachieve