1、 1 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 摘要： 本论文 主要 设计的是 一种自动 洗衣机内部的 减速 装置， 该装置采用的是 NGW 型行星齿轮传动 结构 。 它具有 体积小、 结果紧凑 、传动效率高、 抗冲击性好和噪声低等许多优点 ， 满足了人们对洗衣机的性能要求。 该 设计中 先拟定总体传动结构简图，然后通过计算选出合适的齿轮并对其进行校核， 再 选出合理的 均载机构 及行星架， 然后 设计出输入 、 输出轴 ，最后 以行星轮、内齿轮、中心轮和轴为主要对象用 AutoCAD 软件绘制出 主要的零件图和整体 装配图。 关键词： 自动洗衣机；行星齿轮传动；均载机构 ;行星轮 2 The desi
2、gn of the automatic washing machine of planetary gear reducer Abstract: This paper is mainly about the design of internal gear of a kind of automatic washing machine with the device adopts NGW modeled planetary gear transmission structure. It meets with the performance requirements of washing machin
3、e to people with many advantages of small volume, compact results, high transmission efficiency, good impact resistance and low noise and so on. The first the design of overall transmission structure diagram was proposed in, and then chose the proper gear by calculating and checking, secondly chose
4、the reasonable planet carrier are then designed input and output shaft. Finally in the center of the planetary wheel, internal gear, wheel and shaft as the main objects I use AutoCAD software drawing the main detail drawings and assembly drawing as a whole. Key words: The automatic washing machines;
5、 The planetary gear transmission; The balancing mechanism; The Planetary wheel 1 目录 1 绪论 . 1 1.1 洗衣机产品介绍 . 1 1.1.1 洗衣机产品分类 . 1 1.1.2 洗衣机的整体结构 . 1 1.1.3 自动洗衣机的工作原理 . 2 1.2 行星齿轮传动的发展 . 2 2 传动系统方案的设计及计算 . 4 2.1 行星齿轮传动方案的设计 . 4 2.2 传动方案的计算 . 5 2.2.1 行星齿轮传动比和效率的计算 . 5 2.2.2 行星齿轮传动的配齿计算 . 6 2.2.3 齿轮强度校核及几
6、何尺寸计算 . 8 2.3 行星齿轮传动的受力分析 . 14 2.4 行星齿轮传动的均载机构的设计 . 15 3 行星轮、内齿圈和行星架的结构设计 . 17 3.1 行星轮、中心轮和内齿圈的结构设计 . 17 3.2 行星架的结构设计 . 17 4 行星齿轮减速器输入、输出轴的设计 . 20 4.1 减速器输入轴的设计 . 20 4.2 减速器输出轴设计 . 21 5 结论 . 23 参考文献 . 24 附录 . 25内蒙古民族 大学学士学位论文 1 1 绪论 当前，洗衣机家电已进入我国千家万户中。它从最早的单筒桶洗衣机发展到双桶洗衣机，过渡到到全自动洗衣机，再发展到现在 模糊技术控制的全自动
7、洗衣机。伴随着现代新科技的发展发展，洗衣机工业正努力朝着智能化、两极化种类多样化、环保化、小型化等方向迈进。 洗衣机中用来降速并传递扭矩的减速离合 ，洗涤时 的传动路线 是电动机先经过皮带轮一级减速传动，再经过行星系统的二级传动将由电机输入的功率及扭矩降到适合洗衣机运行的过程 。行星齿轮减速器相较于普通齿轮减速器具有许多优点，如体积小、传动效率高、震动小及功率传动范围广等因而机械传动被广泛地应用。以此同时它也有不足，即装置材料要求较高、传动结构较复杂、不易装配，与其它普通减速器相比设计计算也比较复杂，但随着科技的发展，行星传动的结构不断完善，制造工艺水平的逐步提高及对国外相关技术的学习、引进和
8、消化吸收，使得行星传动的方式和均载装置都逐渐得以改善，我们有信心能够设计出结构更合理 、性能更好的行星减速器。 1.1 洗衣机产品介绍 1.1.1 洗衣机产品分类 洗衣机是帮助我们完成洗涤衣物过程的一种便捷的家用电器，在现代繁忙快速地生活中帮助减轻洗衣物的家庭劳动，迅速地得到了消费者的青睐。随着世界电子科技的飞速发展，洗衣机经过了快速的更新换代并将迈入更新的发展行列中。目前，国内外洗衣机的种类很多并且有不同的分类方法。 根据控制方式的不同洗衣机有 普通、半自动型和全自动型三种洗衣机； 根据洗涤方式的不同分为 搅拌式洗衣机、滚筒式洗衣机及波轮式洗衣机。根据洗衣机内部构造方式的不同洗衣机还可分为单
9、筒、双 桶和套筒三种。现在市场上出售的洗衣机还有我国生产的 LG 熊猫、海尔、小天鹅、荣事达等以及国外的惠而浦水仙、西门子和日立好等洗衣机 1 。 1.1.2 洗衣机的整体结构 取常见的波轮式全自动洗衣机为例来介绍洗衣机的整体结构。位于同一中中心线安装的洗衣桶和脱水桶，洗衣桶是固定的，用来盛放衣物和水，而脱水1 绪论 2 桶在轴的带动下旋转将水甩出去。有很多小孔分布在脱水桶周围，使得洗衣 桶和脱水桶的水流相连通。进水和排水电磁阀控制着进水和排水程序。洗涤衣物时将进水阀打开并将进水管放到 洗衣桶中。当甩干衣物时，将排水阀打开，水被排到洗衣机外。洗涤衣物时，波盘被电动机驱动使其正、反转，此时脱水桶
10、是固定的。将衣物甩干时关上离合器，脱水桶就会在电动机的带动下转动将衣物甩干。高、 低水位是通过水位开关来控制的；当使用时按洗衣机启动按钮；排水时安 排水按钮将水排出去。 1.1.3 自动洗衣机的工作原理 洗衣机洗涤衣物时动力是由电动机提供的。衣物上的污垢在水的摩擦和洗涤液的作用下被祛除。其工作过程是，首先将波轮间的充满洗涤液，波轮转动时，洗涤液由于受到离心离的作用会被甩向洗衣桶壁。波轮被甩出处压力减小，波 轮附近的洗涤液就会流回原位，这样，以波轮轴线为中心的涡轮就会在波轮周围形成。当涡流作螺旋转动时衣物就随其旋转，在涡流中心和桶壁之间不断运动，而且位于波轮中心的衣物会不断地摩擦波轮，就像人工洗
11、衣物的过程，使衣物干净。还有，被洗涤液浸泡的衣物运动缓慢，由于衣物和水流的速度会发生相对运动水流便会摩擦衣物，使衣服上的污垢被带走。再者因为洗衣涌不是规则的形状，水流在离心力的作用下被甩向桶壁，它的运转方向和速度都会改变，水流的不断旋转形成湍流。在湍流的带动下，衣物不断地旋转、翻滚、摩擦，使得衣物的作用面积变大，能更有效 地洗净衣物。 1.2 行星齿轮传动的发展 行星齿轮传动是用来传递运动和动力齿轮机构，它不仅可以作匀速运动或按预定规律变化的运动，还可以改变运动的形式。在周转轮系中， 绕着固定 轴线 回转的 齿轮叫太阳轮，在太阳轮边上有轴线变动的齿轮，既做自传又做公转的齿轮叫行星轮，行星轮 的
12、 支持构件叫行星架，通过行星架将动力传到轴上，再传给其它齿轮。 这种由多个齿轮所组成且只有一个中心轮是固定的系统称为行星轮系。 这种 轮系 包含 三个基 本 构 件 ，即 行星架 、中心 轮和内齿轮 。它们均能与 其他构件 连 结承受外加力矩， 并且 绕共同的固定轴线回转。 当三个构件均转动时 ，确定 其中两个构件的转动速度则 机构 的运动形式就可以确定 ，这种 结构 称 为 差动轮系； 当中心轮和 内齿轮 中有一个固定时成为 行星轮系。 一般称这内蒙古民族 大学学士学位论文 3 两种轮系 为 行星齿轮传动 2 。 行星齿轮传动 的原理不仅应用于 洗衣机中 ，还用在一些需要大功率和高低速传动机
13、械装置中。它不仅可以增速、减速和变速传动中，更能够使用在其他一些特殊场合中，如运动的合成和分解，对我国现代机械的发 展起着重要的作用，被广泛应用在矿山机械、工业纺织、医疗设备、仪表仪器、化工机械及航空航天等各工业部门中甚至渗透到我们的日常生活中。 2 传动系统方案的设计及计算 4 2 传动系统方案的设计及计算 2.1 行星齿轮传动方案的设计 本课题设计的是自动洗衣机中用来减速的装置。在设计传动方案时，传动系统必须满足体积小、运行平稳、结构紧凑、传动效率高、抗冲击性能好、重量轻、工艺性好、便于 使用和维护等要求 ；还有传动系统的扭矩和转速、输入输出功率必须满足需要 。但是要设计出满足上述所有的要
14、求的传动结构是十分困难的 ，必须综合考虑，选出最合理的传动结构。通过查阅相关的文献资料我选择了 NGW 型行星齿轮传动系统来设计洗衣机的减速装置。 行星齿轮传动根据基本 构 件 的 情况可分为 三种 ： 2K H、 3K 及 K H V。按 其啮合方式的不同 可分为： NGW 型、 NW 型 、， NN 型 、 WW 型 、 NGWN 型 。 上面字母所代表的含义为： K 是中心轮， H 是行星架， V 是输出构件， N 是内啮合齿轮副， W是外啮合齿轮副， G是同时与两个中心轮相啮合的公共齿轮 2。 经 查阅 参考文献 2表 13-5-1选择行星齿轮数目 pn =3。我设计的行星齿轮传动方式
15、是 NGW 型 2K H 行星传动中的单排内外啮合。如下图 2-1所示是拟定的传动方案简图，包括有中心论 a,内齿圈 b 和装有 3个行星轮 g 的星架 H 三个构件。 a-中心轮； b-内齿轮； g-行星轮； H-行星架 图 2-1 2K-H 行星传动 NGW 型 为了方便设计的进行，假设减速器工作寿命为 20 年（设每年有 300 天），每天工作 2 小时。根据 参考文献 1得到行星齿轮减速器设计的一些数据如下 : g H a b 内蒙古民族 大学学士学位论文 5 表 2-1有关固定数据 传动比（ pi ） 5 输入转速 pn （ r/min） 3000 输入功率 tP （ w） 300
16、行星轮数目 pn 3 2.2 传动方案的计算 2.2.1 行星齿轮传动比和效率的计算 行星齿轮传动比符号及角标含义为： baHi ，其中 b为固定件、 a 为主动件、H为从动件。 1.行星齿轮传动比 当内齿圈 b 固定时， 2K-H 传动的传动比 baHi 为： = =5.0baH pii 输出转速： 3000= 6 0 0 / m in5 .0aH pnnri（ 2-1） 2.行星齿轮转动的效率计算 由参考文献 3中式 12-13可知行星齿轮传动效率的计算公式为： HHHabHa ni nn 11 （ 2-2） 由 : HabbaH ii 1 得 : 51 Habi 其中 : HBHbHaH
17、 式中 aH 为 a-g 啮合的损失 系数； Hb 为 b-g 啮合的损失系数； HB 为轴承的损失系数； H 为总的损失系数 ； 一般取 =0.025Hb 。 根据 min/3000rnp ， min/600rnH ， 51 Habi 可得： 111 HHHab Ha ni nn %98025.06005 60003000 由计算结果可知， 2K-H 型行星轮系负号机构的啮合效率比较高，故在传动中多用负号机构。 2 传动系统方案的设计及计算 6 2.2.2 行星齿轮传动的配齿计算 1.在行星齿轮传动中要确定各齿轮齿数，不仅要满足齿轮齿数的选取原则，同时还要保证传动比条件、装配条件、同心条件和
18、邻接条件得到满足。 （ 1）传动比条件 进行 配齿计算时必须保 证满足给定的传动比，此行星齿轮传动为内齿圈 b 固定的 NGW 型行星齿轮传动，主动轮为中心轮 a，从动轮为行星架 H，所以 中心轮 a 和内齿轮 b 的齿数 必 须满足以下计算： abHab zzi 1（ 2-3） 式中 az 为中心轮 a 的齿数； bz 为内齿轮 b的齿数 （ 2）同心条件 为了保证正确的啮合，各对啮合齿轮之间的中心距必须相等，即行星轮 g 和中心轮 a 间的中心距aga等于内齿圈 b和行星轮 g的中心距bga,即为同心条件：bgag aa 。 （ 2-4） 由上式可以导出 ( + )= ( - )a g b
19、 gm z z m z z，即 + = -a g b gz z z z （ 3）装配条件 保证各行星轮能够均匀地安装于两个中心齿轮之间并且与两个中心齿轮啮合良好，没有错齿现象。 本设计中的 NGW 型传动，为了简化计算和装配，应使内齿轮和中心轮齿数和是行星轮数目的整数倍，即： pbanzz 为整数或pabaHnzi 为整数 （ 2-5） （ 4）邻接条件 机构中两相邻行星轮的齿顶互不相碰，并且它们间的间隙大于 0.5被模数，即 行星齿轮间的中心距大于其齿顶圆半径之和，如下图所示： 图 2-2 邻接条件 内蒙古民族 大学学士学位论文 7 即 2( )g a gLr或 2 sin ( )agpad
20、n （ 2-6） 上式中： pn表示行星轮数目； A表示 a、 g 啮合时两齿轮间中心距； gar)(、gad)(分别表示行星轮 c的齿顶圆半径和直径 gL表示两相邻行星轮间的中心距。 2.配齿的计算 根据装配条件可得： 30.5 apabaH Znzi 为整数。 因传动为闭式齿轮传动，为了使系统的冲击振动小及传动的平稳，一般选取小齿轮的齿数可取为 az =20 30。由上式可知， az 只要取 3的倍数即可使上式成立，故取 az =24。 根据传动比公式可得： 511 abHabbaH ZZii 即： 9624)15()1( abaHb Ziz 若不变位，根据同心条件即， az +gz=bz -gz可得 9 6 -2 4() = =3 622bag zzz 由邻接条件可知： 2 sin ( )agpadn 即： mmmzzmna gap 96.513303s i n)3624(3s i n)(s i n2 根据 GB1356-88可知齿顶高系数 ah 标准值为 1ah 。 mmhzmd agga 38)1236()2()( 所以 2 sin ( )agpadn ， 所以各齿轮齿数满足连接条件 。故齿轮齿数分别为： 24az ， 36gz， 96bz 。
