1、波輪式全自動洗衣機機電系統設計一、設計任務設計一種波輪式全自動洗衣機的機電系統，要求最大洗衣質量為3.8kg，內桶直徑為400mm，洗衣轉速約為140200rmin，脫水轉速約為700800rmin。要求具有自動調節水位、根據衣服種類設定洗滌模式、自動進水、排水和自動脫水等功能。二、波輪式全自動洗衣機的總體結構目前在我國生產的洗衣機中，波輪式洗衣機占了80以上。早期生產的波輪式洗衣機波輪較小，直徑都在165185mm之間，轉速為320500rmin。現在基本都是大波輪洗衣機，其中又以碟形波輪應用最廣，波輪直徑約為300mm，轉速約為120300rmin。一般來說，波輪式全自動洗衣機具有洗滌、脫

2、水、水位自動控制，以及根據不同衣物選擇洗滌方式和洗滌時間等基本功能，其結構主要由洗滌和脫水系統、進排水系統、電動機和傳動系統、電氣控制系統、支承機構等5大部分組成，如圖所示。三、進水、排水系統全自動洗衣機的進、排水系統主要由進水電磁閥、排水電磁閥和水位開關等組成。1.水位開關水位開關又稱壓力開關。洗衣機洗滌桶進水時的水位和洗滌桶排水時的狀況是由壓力開關檢測的。當洗衣機工作在洗絳或漂洗程序時，若桶內無水或水量不夠，壓力開關則發出供水信號。當水位達到設定位置時，壓力開關將發出關閉水源的信號。微電腦全自動洗衣機工作在排水程序時，若排水系統有故障，水位開關則發出排水系統受阻信號。(1)結構波輪式全自動

3、洗衣機上使用最多的水位開關是空氣壓力式，其結構如圖所示。這類壓力開關按其功能可大致分為氣壓傳感裝置、控制裝置及觸點開關三部分。氣壓傳感裝置由氣室11、橡膠膜10、塑料盤9、頂心6等組成;控制裝置由壓力彈簧4、導套2、調壓螺釘3、杠桿l和凸輪5等組成;觸點開關由動簧片8、開關小彈簧7、動靜觸點組成，其中公共觸點COM和常閉觸點NC組成動斷觸點，公共觸點COM和常開觸點ON組成動合觸點。動簧片8是由鈹青銅板制成，其結構如圖3所示。在內動簧片和外動簧片的a、b點安裝一個小彈簧，即圖2中的開關小彈簧7。c點為內動簧片的力驅動點，位于頂心和塑料盤的軸心線上。(2)工作原理當水注入內桶時，氣室很快被封閉。

4、隨著水位上升，封閉在氣室內的空氣壓力也不斷提高，壓力經軟管12傳到水位開關氣室11，水位開關氣室內的空氣壓力向上推動橡膠膜10和塑料盤9，推動動簧片8中的內動簧片向上移動，壓力彈簧4被壓縮。當注水到了選定水位時，此時內動簧片移動到預定的力平衡位置，開關小彈簧7將拉動外動簧片，并產生一個向下的推力，使開關的常閉觸點NC與公共觸點COM迅速斷開，常開觸點NO與公共觸點COM閉合，從而發出關閉水源信號。排水時，當水位下降到規定的復位水位時，水位產生的壓力減小，壓力彈簧4回復伸長，推動頂心6，使動簧片8中的內動簧片向下移動，當移動到預定的力平穩位置時，開關小彈簧7對外動簧片產生一個向上的推力，使開關的

5、常開觸點N0與公共觸點COM迅速斷開，常5閉觸點NC與公共觸電C0M閉合，從而改變控制電路的通斷。2.進水電磁閥(1)結構進水電磁閥也稱為進水閥或注水閥，其結構如圖4所示。(2)工作原理電磁閥線圈4斷電時，鐵心6在自重和小彈簧5作用下下壓，使鐵心6下端的小橡膠塞7堵住泄壓孔B，此時如果有水進入進水腔I，水便由加壓孔A進入控制腔，使控制腔內水壓逐漸增大，最終使橡膠閥9緊壓在出水管的上端口上，將閥關閉。同時因鐵心6上面空間與控制腔相通，控制腔內水壓的增大還會使鐵心6上面空間氣體壓強增大導致橡膠閥9更緊地壓在泄壓孔B上，增加了閥關閉的可靠性。當進水電磁閥線罔4通電后，產生的電磁吸力將鐵心6向上吸起，

6、泄壓孔B被打開。控制腔內的水迅速從泄壓孔B中流入出水管，同時經加壓孔A流人控制腔的水又進行補充。但由于加壓孔A比泄壓孔B小，使控制腔內的壓力迅速下降。當控制腔中的水壓降到低于進水腔I水壓時，橡膠閥9被進水腔I中的水向上推開，水從進水腔直接進入出水管，進而流人盛水桶。水到位后，由水位開關切斷進水電磁閥線圈4的電源，進水閥重新關閉。3.排水電磁閥排水電磁閥由電磁鐵與排水閥組成，如圖5所示。電磁鐵和排水閥是兩個獨立的部件，兩者之間以電磁鐵拉桿聯接起來。(1) 結構 排水閥是由排水閥座1、橡膠閥2、內外彈簧3與4、導套5和閥蓋6等組成。排水閥門采用橡膠材料制成，內有一個由硬質塑料制作的導套5。導套5內

7、裝有內彈簧3，它一端卡在導套左邊槽口，另一端鉤掛在電磁鐵拉桿7上，內彈簧3處于拉緊狀態。在導套5外裝有一個外彈簧4，它的剛度比內彈簧3小,它的一端與閥蓋6接觸另一端與導套5的基座接觸外彈簧4處在壓縮變形狀態。電磁鐵有交流和直流兩種，機械式全自動洗衣機一般采用交流電磁鐵，而電腦式全自動洗衣機一般采用直流電磁鐵。交流電磁鐵的主要技術參數如表1所示，直流電磁鐵的主要技術參數如表2所示。 (2) 工作原理洗衣機處在進水和洗滌時，排水閥處于關閉狀態。此時主要由外彈簧4把橡膠閥2緊壓在排水閥座1的底部。排水時，排水電磁鐵通電工作，銜鐵13被吸入，牽動電磁鐵拉桿7。由于拉桿7位移，在它上面的擋套16撥動制動

8、裝置的剎車扭簧伸出端17，使制動裝置處于非制動狀態(脫水狀態)。另一方面隨著電磁鐵拉桿7的左端離開導套5，外彈簧4被壓縮，使排水閥門打開正常排水時，橡膠閥2離開排水閥座l密封面的距離應不小于8mm，排水電磁鐵的牽引力約為40N。四、傳動系統的結構及其工作原理傳動系統主要由電動機、減速離臺器組成。套桶式全自動洗衣機使用一臺電動機來完成洗滌和脫水工作。洗滌時，波輪轉速較低(140200r/min)；而脫水時，脫水桶轉速較高(約800rmin)。因此，要對電動機1370rmin的輸出轉速進行減速處理，以適應兩項工作的不同要求，這主要由洗衣機的傳動系統來完成，傳動系統的工作示意如圖6所示。1.電動機的

9、技術參數電動機是整個洗衣機工作的動力來源。我國現階段生產的套桶式洗衣機大多采用的是電容運轉式電動機，產品遵循中華人民共和國機械行業標準JBT3758-1996家用洗衣機用電動機通用技術條11件。目前常用的電容運轉式電動機技術參數如表3所示.2.減速離合器的結構和工作原理早期設計的小波輪全自動洗農機的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉速相同。新型大波輪全自動洗衣機的離合器都具有洗滌減速功能，稱為減速離合器，其種類很多，但主要結構和工作原理基本相同。目前應用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。(1)單向軸承式減速離合器1)基本結構離合器主要結構如圖7(1)(2)所示。離合器

10、中部有兩根軸：輸入軸l和脫水軸l8。輸人軸1的下端加工成四方形，與之相配的帶輪3和離合套20的內孔也是方形。離合套20和帶輪3被螺母2固定在輸人軸1上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪3、輸入軸I和離合套20聯成了一體。輸入軸1圖7(1)的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內孔配合聯接。輸入軸l的外部是脫水軸18。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉；而洗滌結束后，脫水軸應將帶輪3的高轉速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉換功能是由方絲離合彈簧4完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。由于脫水軸18和離合套20的外徑比方絲離合彈簧的內徑略大，在自由狀態時，方絲離合彈

11、簧就抱緊在離合套20和脫水軸18的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉時，通過方絲離合彈簧就將帶輪3的轉動由離合套20傳遞到脫水軸18，這就是“合”時的脫水狀態。在洗滌時，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內徑變大，從而與離合套20脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態。實現彈簧旋松的機構是棘輪棘爪裝置，圖8是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉動。圖7中的8是單向滾針軸承部件，它的內圈與脫水軸18相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架19中，支撐架用螺栓和離合器外罩14固定在

12、一起。在單向滾針軸承8的作用下，脫水軸l8只能向一個方向自由旋轉。單向滾針軸承是滾針軸承產品領域中一種科技含量較高的產品，其結構緊湊，徑向截面小。因為其外圈工作面是楔形所以只允許一個方向的轉動可以起到單向離合器的作用。洗衣機單向滾針離合器的工作原理如圖所示，它由帶楔形面的外圈7以及利用保持架3隔開的一系列滾針6組成，軸承直接套在脫水軸5上。當脫水軸5順時針轉動時，滾針落入楔形槽的大端中，此時脫水軸可順時針轉動；而當脫水軸逆時針轉動時，滾針則卡緊在楔彤槽的小端處，這時脫水軸將無法轉動。在圖7中，剎車裝置外罩9、剎車扭簧lO、剎車帶15、剎車盤16和十寧軸套17等組成了脫水軸18的剎車裝置。十字軸

13、套17用兩顆緊定螺釘和脫水軸18固定在一起，剎車盤16又和十字軸套17用螺栓固定在一起，所以剎車盤16和脫水軸18聯成了一體。剎車裝置外罩9安裝在脫水軸18上，為間隙配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧10控制。剎車扭簧10套裝在剎車裝置外罩9的外圓上，其下端固定在離合器外罩上，它的上端則嵌在拉桿21的一個方孔中，由排水電磁鐵帶動拉桿控制其狀態。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態。當脫水軸18順時針旋轉時，由于剛性剎車帶15緊緊抱住剎車盤16，而其一端又卡在剎車裝置外罩9的方槽中，所以剎車盤、剎車帶以及剎車裝置外罩9都將一起順時針旋轉。剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，剎車扭簧10

14、將被迅速旋緊，強大的摩擦力使剎車裝置外罩9無法動作，此時剎車帶15和剎車盤16將發生劇烈摩擦，對脫水軸18產生制動作用，防止脫水桶產生跟轉現象。在脫水時，排水閥通電，排水電磁鐵帶動拉桿使剎車扭簧處于放松狀態。由于剎車裝置外罩9在順時針旋轉過程中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩9、剎車盤16、剎車帶15都將與脫水軸18一起高速旋轉，完成脫水功能。行星減速器結構如圖10所示。減速器外罩8和減速器底蓋10用螺釘緊固在一起，再安裝在法蘭盤12上，法蘭盤12和脫水軸2通過鎖緊塊13固定在一起，因為法蘭盤12和脫水桶相聯接，所以減速器外罩8、減速器底蓋10、法蘭盤12和脫

15、水桶成一整體。減速器底蓋10有上、下兩個止口，從而保證了減速器和脫水軸2安裝時的同心度。對行星減速器來說，輸入軸1是動力的傳入軸，其花鍵端插人中心輪l1的內孔中。行星輪4其有4個，與中心輪11以及內齒圈6相嚙合。內齒圈6通過其圓周槽卡在減速器底蓋10上，與之聯成一體。行星輪通過銷軸5安裝在行星架7上，當行星輪繞中心輪公轉時，將帶動行星架一起旋轉。波輪軸9兩端都加工成齒形花鍵，其下端與行星架7聯接，上端與波輪相聯，從而使波輪以低速旋轉洗滌衣物。2)工作原理脫水狀態減速離合器脫水時的狀態及裝配戈系如圖11所示，脫水狀態下，排水電磁鐵通電吸合，牽引拉桿移動約13mm，使排水閥開啟。拉桿在帶動閥門開啟

16、的同時，一方面撥動旋松剎車彈簧，使其松開剎車裝置外罩，這時剎車盤隨脫水軸5一起轉動，剎車不起作用；另一方面又推動撥叉旋轉，致使棘爪18脫開棘輪4，棘輪被放松，方絲離合彈簧3在自身的作用力下回到自由旋緊狀態，這時也就抱緊了離合套2。大帶輪l在脫水時是順時針旋轉的，由于摩擦力的作用，方絲離合彈簧3將會越抱越緊。這樣脫水軸5就和離合套2聯在一起，跟隨大帶輪1一起做高速運轉。由于此時脫水軸5做順時針運動，和單向滾針軸承7的運動方向一致，因此單向滾針軸承7對它的運動無限制。由于脫水軸5通過鎖緊塊與法蘭盤9聯接，而內桶12與行星減速器10均固定在法蘭盤9上，所以脫水軸5帶動內桶12以及減速器內齒圈的轉速，

17、與輸入軸帶動減速器中心輪的轉速相同，這樣致使行星輪無法自轉而只能公轉，從而行星架的轉速與脫水軸是一樣的，即波輪與脫水桶以等速旋轉，保證了脫水桶內的衣物不會發生拉傷。脫水狀態傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6離合套2方絲離合彈簧3脫水軸5法蘭盤9內桶12。由于電動機輸出轉速只經帶輪一級減速所以內桶轉速較高，約680800rmin。洗滌狀態如圖12所示，洗滌狀態下，排水電磁鐵斷電，排水閥關閉，拉桿復位。這時剎車扭簧16被恢復到自然旋緊狀態，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車裝置8起作用；同時撥叉回轉復位，棘爪18伸入棘輪4，將棘輪撥過一個角度，方絲離合彈簧3被旋松，其下端與離臺套2脫離，這時離合套只

18、是隨輸入軸空轉。大帶輪1帶動輸入軸6轉動，經行星減速器減速后，帶動波輪軸11轉動，實現洗滌功能。輸入軸至波輪軸的傳動稱為二級減速，其工作過程為：輸人軸通過中心輪驅動行星輪，行星輪既繞自己的軸自轉又沿著內齒圈繞輸人軸公轉，因為行星輪固定在行星架上，所以行星輪的公轉21 也將帶動行星架轉動；行星架以花鍵孔與波輪軸下端的花鍵相聯接，帶動波輪軸和波輪轉動。行星減速器的減速比i計算公式為：i=1+內齒圈齒數中心輪齒數。洗滌狀態傳動路線是：電動機小帶輪大帶輪l輸入軸6中心輪行星輪行星架波輪軸11波輪。其間，電動機輸出轉速經帶輪一級減速后，再經減速比約為4的行星減速器減速，所以轉速約為140200rmin。

19、對于洗衣機傳動系統三種工作情況，各零部件工作狀態如表所示。內桶跟轉現象的解決洗滌時防止內桶出現跟轉是設計中一個非常重要的問題。洗滌時，波輪將傳動力矩傳遞給水和洗滌物，而轉動的水和洗滌物又將轉矩傳遞給內桶。因此，內桶如果不固定或固定不可靠，就要隨之轉動，這就是跟轉現象。洗滌時，內桶跟轉現象將減弱洗滌效果并對洗衣機不利，所以要防止內桶出現跟轉。因為內桶和脫水軸是連成一體的，所以只要將脫水軸可靠固定，就可使內桶不跟轉。為此除了剎車裝置外，在脫水軸上還安裝有單向滾針軸承，其工作原理如圖9所示。當波輪逆時針方向旋轉時，內桶有逆時針方向跟轉的傾向，這時與內桶成一體的脫水軸被單向滾針軸承卡住，不能轉動，所以

20、內桶也就不能轉動。但在波輪順時針力向轉動時，單向滾針軸承允許轉動的方向與之致，所以對脫水桶沒有制動作用。當波輪順時針方向轉動時，內桶有順時針方向跟轉的傾向，這時自然狀態的剎車扭簧將被旋緊，緊緊抱住剎車裝置外罩的軸端，相互之間產生足夠的摩擦力使兩者成為一整體。剎車裝置外罩的順時針旋轉摩擦力將剎車帶拉緊，剎車帶對剎車盤轉動產生摩擦阻力，這樣就阻止了內桶跟轉。剎車裝置工作原理如圖13所示。綜合所述，當波輪逆時針轉動時，依靠單向滾針軸承來防止內桶跟轉；當波輪順時針方向轉動時，依靠剎車裝置來防止內桶跟轉。脫水過程中突然打開洗衣機上蓋，排水電磁鐵失電，方絲離合彈簧恢復到洗滌狀態，由于脫水是順時針旋轉，剎車

21、扭簧將抱緊，剎車裝置起作用，剎車帶將使內桶迅速制動。1方案設計波輪式全自動洗衣機的整個傳動系統基本上與套筒同軸布置，電動機則偏置一邊。為保持平衡，可將排水系統與電動機對稱布置，必要時也可加平衡塊。根據設計任務中給出的內桶直徑為400mm，則外桶直徑約為470mm，電動機軸與傳動軸之間中心距只能為150mm左右。傳動系統主要由電動機、減速離臺器組成。波輪式全自動洗衣機使用一臺電動機來完成洗滌和脫水工作。洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為750r/min。因此，要對電動機的轉速進行減速處理，以適應兩項工作的不同要求，這主要由洗衣機的傳動系統來完成，傳動系統的工作示意如圖10所示。圖10 傳統系

22、統工作示意圖2電動機選用電動機是整個洗衣機工作的動力來源。我國現階段生產的波輪式洗衣機大多采用的是電容式電動機，產品遵循中華人民共和國機械行業標準JBT3758-1996家用洗衣機用電動機通用技術條件。目前，洗衣機的洗衣量、電動機功率、內桶直徑等基本參數，大多數企業是通過實驗進行設計選用的。表1是常用波輪式全自動洗衣機的基本參數情況。表1 常用波輪式全自動洗衣機的基本參數根據設計任務要求，最大洗衣量為3.8kg，參照圖2選用電動機功率為180w，電動機滿載時轉速為1370rmin。3帶傳動設計V帶傳動允許的傳動比較大，結構較緊湊。在同樣的張力下，V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力，所以選用V

23、帶作為第一級降速。一級傳動比為： i=n1n2=1370750=1.83（1）確定計算功率Pca由于載荷變動小，因此取工作情況系數KA=1.0。所以 Pca=KA*P=0.18Kw（2）選擇帶型表2 普通V帶選型根據小帶輪轉速為1370r/min，以及計算功率Pca為0.18 kW，參照表2，選取普通V帶Z型。 （3）帶輪的基準直徑dd1和dd2 根據表3，Z型普通V帶的最小基準直徑查表為50mm，初選小帶輪的基準直徑dd1，選取dd1=56mm，滿足大于V帶輪的最小基準直徑ddmin的要求50mm。大帶輪的基準直徑dd2為dd2=idd1=l.83×56=102.48mm，按表4圓

24、整為dd2=100mm。表3 V帶輪最小基準直徑表4 V帶輪的基準直徑系列（4）驗算帶的速度v=dd1n160*1000=*56*137060*1000=4.02m/s一般地，普通V帶的最大帶速Vmax=2530ms，故滿足要求。 （5）確定中心距a和選擇帶的基準長度Ld根據，得到109.2<a0<312。再根據洗衣機桶體的安裝尺寸，初步選定中心距a0=145mm。基準長度：Ld=2a0+2dd1+dd2+dd1-dd224a0 =2*145+256+100+100-5624*145 =538mm查表5選取和545mm相近的標準帶的長度Ld為560mm。則實際中心距為：aa0+Ld

25、-Ld'2=140+560-5382mm=146mm在安裝時，在結構上要保持V帶有一定的張緊力，安裝中心距會略有所變化。 表 5 V帶的基準長度系列及其長度系數KL主動輪上的包角1=180°-dd2-dd1a*57.3°=162.7°>120° （7）帶的根數查表5、表6、表7和表8，確定長度系數KL、包角系數K、單根V帶基本額定功率P、單根V帶額定功率增量。取KL=0.94、K=0.95、P0=0.16kW、P0=0.02kW。 表6 包角系數K表7 單根普通V帶的基本額定功率P0表8 單根普通V帶額定功率的增量z=Pca(P0+P0)K

26、KL=0.180.16+0.02*0.95*0.94=1.11選取z=1（8）帶的預緊力F0V帶單位長度的質量q。查表9得q=0.06kgm。單根V帶所需的預緊力為：F0=500Pcazv2.5K-1+qv2 =500*0.181*4.022.50.95-1+0.06*4.022 =37.5N表9 V帶單位長度的質量（9）帶傳動作用在軸上的力FL：FL=2F0zsin12=2*37.5*1*sin162.7°2=74.1N(10) 帶輪的設計： 帶輪寬B=（z-1）e*2f 輪螬數z=1 查表取z型槽 f=7，則B=2f=14mm 小帶輪bd=8.5mm 打帶輪bd=8.5mm4傳動

27、軸設計（1）材料：45#鋼（2）轉矩的計算P=180W，n=750r/min=12.5r/s ，T=P0n=180*97%12.5=13.968 Nm(3)查表可知45#鋼的抗扭強度40MPa. 計算輸入軸尺寸dmin=35T=35*13.968Nm40MPa=12.04mm取d0=12mm.計算脫水軸尺寸D=35T-311-(d0d)4d=D (=0.50.6)脫水軸內徑d=13mm,外徑D=25mm. 5行星減速器設計已知洗衣轉速為180rmin，脫水轉速為750rmin。由于脫水時行星減速器中心輪與內齒圈順時針等速旋轉，故中心輪與行星架的傳動比為l，波輪與內桶順時針等速旋轉，因此由洗滌狀

28、態來進行行星減速器的設計計算。（1）洗滌狀態傳動比洗滌輸入軸與波輪的傳動比為：iBAx=750180=4.17 （2）初選中心輪和內齒圈齒數洗滌時中心輪旋轉，內齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比按以下公式計算： 初選中心輪齒數ZA=19，則計算得內齒圈齒數ZB=61。 （3）計算行星輪齒數 由于洗衣機工作扭矩不大，選擇齒輪模數為1mm，如選4個行星輪對稱布置，則可計算出行星齒輪齒數為： 取 調整內齒圈齒數 中心輪與行星架的實際傳動比 洗衣轉速為 最終確定中心輪齒數ZA為19，內齒圈齒數ZB為61，行星齒輪齒數Zx為21，實際傳動比iBAX為4017，洗衣轉速為l80 r/min。 6棘爪與棘輪機

29、構直接選用8根據輸入軸、脫水軸尺寸選擇相應軸承、設計相應套筒。 圖2-1 自動洗衣機的組成簡圖 第四章 傳動系統的方案設計傳動方案的分析與擬定1）對傳動方案的要求 合理的傳動方案，首先應滿足工作機的功能要求，還要滿足工作可靠、傳動精度高、體積小、結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、成本低、工藝性好、使用和維護方便等要求。2）擬定傳動方案任何一個方案，要滿足上述所有要求是十分困難的，要統籌兼顧，滿足最主要的和最基本的要求。例如圖1-1所示為作者擬定的傳動方案，適于在惡劣環境下長期連續工作。圖4-1 周轉輪系 a-中心輪；g-行星輪；b-內齒圈；H-行星架行星齒輪傳動的幾何尺寸和嚙合參數計算按齒根彎曲強度

30、初算齒輪模數m齒輪模數m的初算公式為m=式中 算數系數，對于直齒輪傳動=12.1； 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉矩，N*m ； =/=9549/n=9549×0.15/3×1600=0.2984N*m 使用系數，由參考文獻二表67查得=1； 綜合系數，由參考文獻二表65查得=2； 計算彎曲強度的行星輪間載荷分布不均勻系數，由參考文獻二公式65得=1.85； 小齒輪齒形系數，圖622可得=3.15；， 齒輪副中小齒輪齒數，=15； 試驗齒輪彎曲疲勞極限，按由參考文獻二圖6-266-30 選取=120所以 m=12.1×=0.77取m=0.81）分度圓直徑d=m*=0.

31、8×19=15.2mm=m*=0.8×21=16.8mm=m*=0.8×61=48.8mm2) 齒頂圓直徑 齒頂高：外嚙合=*m=m=0.8內嚙合 =（-）*m=(1-7.55/)*m=0.7 =+2=15.2+1.6=16.8mm=+2=16.8+1.6=18.4mm=-2=48.8-1.4=47.4mm 3) 齒根圓直徑 齒根高=（+）*m=1.25m=1=-2=15.2-2=13.2mm=-2=16.8.6-2=14.8mm=+2=48.8+2=50.8mm 4）齒寬b選取=1=*=1×15.2=15.2mm=*+5=15.2+5=20.2mm=1

32、5.2+(5-10)=10.2mm5) 中心距a 對于不變位或高變位的嚙合傳動，因其節圓與分度圓相重合，則嚙合齒輪副的中心距為： 1、ag為外嚙合齒輪副=m/2(+)=0.8/2×(19+21)=10mm 2、bg為內嚙合齒輪副=m/2(+)=0.8/2×(61-21)=10mm中心輪a行星輪g內齒圈b模數m0.80.80.8齒數z192161分度圓直徑d15.216.848.8齒頂圓直徑16.818.447.4齒根圓直徑13.214.850.8齒寬高b15.220.210.2中心距a=10mm =10mm （四）行星齒輪傳動強度計算及校核1、行星齒輪彎曲強度計算及校核（1

33、）選擇齒輪材料及精度等級中心輪a選選用45鋼正火，硬度為162217HBS，選8級精度，要求齒面粗糙度1.6行星輪g、內齒圈b選用聚甲醛（一般機械結構零件，硬度大，強度、鋼性、韌性等性能突出，吸水性小，尺寸穩定，可用作齒輪、凸輪、軸承材料）選8級精度，要求齒面粗糙度3.2。（2）轉矩 =/=9549/n=9549×0.18/4×750=0.2984N*m=572.94N*mm；（3）按齒根彎曲疲勞強度校核如【】則校核合格。（4）齒形系數查表得=3.15，=2.7，=2.29；（5）應力修正系數查表得=1.49，=1.58，=1.74；（6）許用彎曲應力=180MPa，=16

34、0 MPa ；=1； 可得 =*/=180/1.3=138 MPa =*/=160/1.3=123.077 MPa=2K/b*=(2×1.1×572.94/15.2×0.64×19)×3.15×1.49=31.98 Mpa< =138 MPa=*/=31.98×2.7×1.587/3.15×1.74=75.36<=123.077 MPa 齒根彎曲疲勞強度校核合格。2、齒輪齒面強度的計算及校核（1）、齒面接觸應力=（2）、許用接觸應力為許用接觸應力可按下式計算，即 =*（3）、強度條件校核齒面接

35、觸應力的強度條件：大小齒輪的計算接觸應力中的較大值均應不大于其相應的許用接觸應力為，即 或者校核齒輪的安全系數：大、小齒輪接觸安全系數值應分別大于其對應的最小安全系數，即 >查參考文獻二表611可得 =1.3所以 >1.33、有關系數和接觸疲勞極限（1）使用系數查表選取=1（2）動載荷系數查表可得=1.02（3）齒向載荷分布系數對于接觸情況良好的齒輪副可取=1（4）齒間載荷分配系數、 =1.1 =1.2（5）行星輪間載荷分配不均勻系數=1+0.5（-1）=1.5 =1+0.5（-1）=1+0.5×（1.5-1）=1.25=1.75（6）節點區域系數=2.06（7）彈性系數

36、=1.605（8）重合度系數=0.82（9）螺旋角系數 =1（10）試驗齒的接觸疲勞極限=520Mpa（11）最小安全系數、=1.5、=2（12）接觸強度計算的壽命系數 =1.38（13）潤滑油膜影響系數、=0.9、=0.952、=0.82（14）齒面工作硬化系數=1.2（15）接觸強度計算的尺寸系數 =1所以 =2.06×1.605×0.82×1×=2.95 =2.95×=3.5 =2.95×=4.32 =*=520/1.3×1.38×0.9×0.95×0.82×1.2×1

37、=464.4所以 齒面接觸校核合格（五）行星齒輪傳動的受力分析在行星齒輪傳動中由于其行星輪的數目通常大于1，即>1,且均勻對稱地分布于中心輪之間；所以在2HK型行星傳動中，各基本構件（中心輪a、b和轉臂H）對傳動主軸上的軸承所作用的總徑向力等于零。因此，為了簡便起見，本設計在行星齒輪傳動的受力分析圖中均未繪出各構件的徑向力，且用一條垂直線表示一個構件，同時用符號F代表切向力。為了分析各構件所受力的切向力F，提出如下三點：在轉矩的作用下，行星齒輪傳動中各構件均處于平衡狀態，因此，構件間的作用力應等于反作用力。如果在某一構件上作用有三個平行力，則中間的力與兩邊的力的方向應相反。為了求得構件上

38、兩個平行力的比值，則應研究它們對第三個力的作用點的力矩。在2HK型行星齒輪傳動中，其受力分析圖是由運動的輸入件開始，然后依次確定各構件上所受的作用力和轉矩。對于直齒圓柱齒輪的嚙合齒輪副只需繪出切向力F，如圖13所示。由于在輸入件中心輪a上受有個行星輪g同時施加的作用力和輸入轉矩的作用。當行星輪數目2時，各個行星輪上的載荷均勻，（或采用載荷分配不均勻系數進行補償）因此，只需要分析和計算其中的一套即可。在此首先確定輸入件中心輪a在每一套中（即在每個功率分流上）所承受的輸入轉矩為 (a) (b) 圖5-2傳動簡圖（a）傳動簡圖 (b)構件的受力分析按照上述提示進行受力分析計算，則可得行星輪g作用于中

39、心輪a的切向力為 =2000/=2000/=2000×0.573/15.2=75.4N而行星輪g上所受的三個切向力為中心輪a作用與行星輪g的切向力為=-=-2000/=-75.4N內齒輪作用于行星輪g的切向力為=-2000/=-75.4N轉臂H作用于行星輪g的切向力為=-2=-4000/=-150.8N轉臂H上所的作用力為=-2=-4000/=-150.8N轉臂H上所的力矩為 =-4000/*=-4000×2.292/15.2×10=-6031.58 N*m 在內齒輪b上所受的切向力為=-=2000/=75.4N在內齒輪b上所受的力矩為=/2000=/=2.292

40、×16.8/15.2=2.533 N*m式中 中心輪a的節圓直徑， 內齒輪b的節圓直徑， 轉臂H的回轉半徑，根據參考文獻二式（637）得-/=1/=1/1-=1/1+P轉臂H的轉矩為=-*（1+P）= -2.292×（1+3.17）=-9.577N*m 仿上-/=1/=1/1-=p/1+P內齒輪b所傳遞的轉矩，=-p/1+p*=-3.17/4.17×(-9.577)=7.27 N*m（六）行星齒輪傳動的均載機構及浮動量行星齒輪傳動具有結構緊湊、質量小、體積小、承載能力大等優點。這些是由于在其結構上采用了多個（2）行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使

41、用了多個行星輪來分擔載荷，形成功率分流，并合理地采用了內嚙合傳動；從而，才使其具備了上述的許多優點。（七）輪間載荷分布均勻的措施為了使行星輪間載荷分布均勻，起初，人們只努力提高齒輪的加工精度，從而使得行星輪傳動的制造和轉配變得比較困難。后來通過實踐采取了對行星齒輪傳動的基本構件徑向不加限制的專門措施和其他可進行自動調位的方法，即采用各種機械式的均載機構，以達到各行星輪間載荷分布均勻的目的。從而，有效地降低了行星齒輪傳動的制造精度和較容易轉配，且使行星齒輪傳動輸入功率能通過所有的行星輪進行傳遞，即可進行功率分流。在選用行星齒輪傳動均載機構時，根據該機構的功用和工作情況，應對其提出如下幾點要求：（

42、）載機構在結構上應組成靜定系統，能較好地補償制造和轉配誤差及零件的變形，且使載荷分布不均勻系數值最小。（）均載機構的補償動作要可靠、均載效果要好。為此，應使均載構件上所受力的較大，因為，作用力大才能使其動作靈敏、準確。（）在均載過程中，均載構件應能以較小的自動調整位移量補償行星齒輪傳動存在的制造誤差。（）均載機構應制造容易，結構簡單、緊湊、布置方便，不得影響到行星齒輪傳動性能。均載機構本身的摩擦損失應盡量小，效率要高。（）均載機構應具有一定的緩沖和減振性能；至少不應增加行星齒輪傳動的振動和噪聲。為了使行星輪間載荷分布均勻，有多種多樣的均載方法。對于主要靠機械的方法來實現均載的系統，其結構類型可

43、分為兩種：1、靜定系統該系統的均載原理是通過系統中附加的自由度來實現均載的。2、靜不定系統均載機構：1、基本構件浮動的均載機構(1) 中心輪a浮動 （2）內齒輪b浮動 （3）轉臂H浮動 （4）中心輪a與轉臂H同時浮動 （5）中心輪a與內齒輪b同時浮動 （6）組成靜定結構的浮動2、杠桿聯動均載機構本次所設計行星齒輪是靜定系統，基本構件中心輪a浮動的均載機構。 第六章 行星輪架與輸出軸間齒輪傳動的設計輪材料及精度等級行星輪架內齒圈選用45鋼調質，硬度為220250HBS，齒輪軸選用45鋼正火，硬度為170210HBS，選用8級精度，要求齒面粗糙度3.26.3。行星輪系減速器齒輪輸出軸的設計1、選擇

44、軸的材料，確定許用應力由已知條件： 齒輪軸選用45鋼正火,由參考文獻四表144查得強度極限=600MPa,再由表142得許用彎曲應力=55MPa2、按扭轉強度估算軸徑=P=0.18×97.98%=0.175kw根據參考文獻四表141 得C=118107。又由式142得 d3、確定各軸段的直徑軸段1(外端)直徑最少=8.9m考慮到軸在整個減速離合器中的安裝所必須滿足的條件，初定：=12mm,=11.3mm, = =12mm。4、確定各軸段的長度齒輪輪廓寬度為20.5mm,為保證達到軸于行星齒輪安裝的技術要求及軸在整個減速離合器中所必須滿足的安裝條件，初定：L=136.5mm, =19.

45、2mm, =1.1mm, =74.5mm, =1.5mm, =15.8mm, =1.2mm, =23.2mm。六、控制系統設計本次使用得是與8051單片機兼容的AT89C51芯片來實現對波輪式全自動洗衣機的控制。設計系統方框圖如圖所示。單片機控制系統電機控制電路按鍵控制電路進水閥控制電路報警電路排水閥控制電路1. 全自動洗衣機的功能要求洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。全自動洗衣機中，這四個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結束。全自動洗衣機控制要求能實現“正常運行”和“強制停止”控制要求。（1）啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位時停止進水開始洗滌正轉（2）洗滌

46、時，正轉30秒，停兩秒，然后反轉30秒，停2秒（3）如此循環5次，總共320秒開始排水（4）水位下降到低水位時開始脫水并繼續排水，脫水30秒（5）開始清洗，重復（1）到（4），清洗兩遍（6）清洗完成，報警3秒并自動停機（7）若按下排水按扭可以實現手動排水 （8）若按下停車按扭，可實現手動停止進水，排水，脫水及報警。2.硬件電路設計洗衣機需要控制的工作部件主要有進水閥、排水閥和電動機。進、排水閥僅有開啟和關閉兩種狀態，電動機則有正轉、反轉、停止三種狀態。根據功能要求和AT89C51芯片的性能特點，設計出洗衣機的電氣控制電路如圖所示。本次設計采用模塊化設計，主要模塊有如下幾種：AT89C51單片機

47、以及8255擴展電路。本 塊主要有8255擴展的主體電路設計模塊、開關設計模塊、蜂鳴器設計模塊以及其它電路。LED燈提示模塊。本模塊由8個LED燈和一塊74HC373鎖存器構成，負責系統的提示功能。電機驅動模塊。本模塊負責電機的驅動，使用的是異步電動機以及三極管。電磁閥控制模塊。本模塊控制電磁閥得得失電以及狀態提示功能。數碼管顯示模塊。本模塊由4個單個數碼款和4片74HC373鎖存器組成，負責顯示時間。液晶顯示模塊。本模塊由一塊液晶顯示器和相應的驅動芯片組成。負責顯示說明內容。3.程序流程圖4.程序設計#include<reg52.h> #include<absacc.h&g

48、t;#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define PA XBYTE0x8000#define PB XBYTE0x8001#define PC XBYTE0x8002#define CON XBYTE0x8003#define EXT P0#define SEG P1#define MOT P2#define OU P3sbit motorR=P20;sbit motorL=P21;sbit waterI=P22;sbit waterO=P23;sbit buzzer=P30;sbit launch=P10;sbit w

49、ater_top=P11;sbit water_bottom=P12;sbit wash_stand=P13;sbit wash_fast=P14;sbit wash_only=P15;sbit wash_dry=P16;sbit wash_out_water=P17;sbit P24=P24;sbit P25=P25;sbit P26=P26;sbit P32=P32;sbit P33=P33;sbit P35=P35;uint time,number=10;uint code figure=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f ,0x6f

50、,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00; int led_ctrl(uint z,uint x);void init_time0(int t);void stop_time0();void dry();int delay(uint z,uint r) uint x,y,b;b=100*z;for(x=b;x>0;x-)if(r=1&time=0)return 0;for(y=112;y>0;y-)if(r=1&time=0)return 0;return 1;void motor_for()motorL=1;motorR=0;void

51、 motor_rev()motorL=0;motorR=1;void motor_stop()motorL=0;motorR=0;void water_in()led_ctrl(5,1);waterI=1;waterO=0;void water_out()led_ctrl(6,1);waterI=0;waterO=1;void water_stop()led_ctrl(5,0);led_ctrl(6,0);waterI=0;waterO=0;void set_beep()buzzer=0;void clr_beep()buzzer=1;void init_8255()CON=0x80;PC=0

52、xff;PB=0x00;PA=0xff;int led_ctrl(uint z,uint x)switch(z)case 1:if(x=1)PC=PC&0xfe;return 1;elsePC|0x01;return 0;break;case 2:if(x=1)PC=PC&0xfd;return 1;elsePC=PC|0x02;return 0;break;case 3:if(x=1)PC=PC&0xfb;return 1;elsePC=PC|0x04;return 0;break;case 4:if(x=1)PC=PC&0xf7;return 1;elsePC=PC|0x08;return 0;break;case 5:if(x=1)PC=PC&0xef;return