1、畢 業 設 計 (論文 任 務 書 摘 要隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高, 家用電器全自動化成為必然的發展 趨勢。 全自動洗衣機的產生極大的方便了人們的生活。 洗衣機是國內家電業唯一不打 價格戰的行業, 經過幾年的平穩發展, 國產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界 領先水平同步。目前在我國生產的洗衣機中,波輪式洗衣機占了 80%以上。一般來說, 全自動波輪式洗衣機具有洗滌、 脫水、 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。 此次設計主要是 對全自動

2、波輪式洗衣機的傳動裝置結構進行了設計, 傳動系統主要是由電動機和減速 離臺器兩部分組成。一臺洗衣機通過電動機要進行洗滌和脫水兩種不同的工作狀態, 這主要是由洗衣機的傳動系統來完成的。 全自動波輪式洗衣機的傳動系統的設計計算 內容較多, 但大多數零部件選用無需進行設計, 設計內容主要有:方案設計、 電動機 選用、 帶傳動設計、 行星減速器設計等。 其中, 行星減速器設計為此次設計的重點部 分,針對它進行了詳細的計算和校核。關鍵詞 :全自動洗衣機;傳動系統;離合器;行星減速器AbstractWith the social economic development and raising the l

3、evel of science and technology, fully automated home appliances become inevitable trend of development. Production of automatic washing machine is very convenient for people's lives. Washing machine is the only non-domestic appliances industry price war in the industry, after several years of st

4、eady growth, domestic washing machine in terms of quality or functionality keep up with world-leading levels. At present in China in the production of washing machines, top loading washing machine accounts for 80% or more.In general, automatic top loading washing machine with washing, dehydration, w

5、ater level automatic control, and choose according to different method of washing clothes and washing time and other basic functions, the structure mainly by the washing and dewatering system, into the system, motor and transmission , Electrical control systems, supporting institutions, five major c

6、omponents. The design of the main loading washing machine is a fully automatic transmission device structure design, drive motor and reducer mainly by the two parts away from the tuner. A washing machine through the motor to washing and dewatering two different working conditions, this basically is

7、the transmission system by washing machine to finish. Fully automatic top loading washing machinedesign calculation of more content, but most parts are selected without the need for design, design elements are: design, motor selection, belt drive design, planetary gear design. Among them, a planetar

8、y reducer design for the design of the key parts in it, a detailed calculation and checking.Keywords: automatic washing machine; transmission system; clutch; planetary reducer緒論畢業設計是大學中一個非常重要的實踐性學習環節。 作為機械設計制造及其自動 化專業的工科學生, 其畢業設計要求學生運用所學過的機械、 電子和計算機等多方面 的知識, 獨立進行一次系統性的設計訓練。 以培養學生獨立分析問題和解決問題的能 力,學習并初

9、步樹立“系統設計”的思想。本畢業設計的題目是全自動波輪式洗衣機傳動裝置結構設計。洗衣機是人們日常生活中常見的一種家電, 已經成為人們生活中不可缺少的家用 電器。 洗衣機需要更好地滿足人們的需求, 必須借助于自動化技術的發展。 自動化技 術的飛速發展使得洗衣機由初始的半自動式洗衣機發展到現在的全自動洗衣機, 又正 在向智能化洗衣機方向發展。縱觀洗衣機市場,怎樣設計出高效節能、省水、省電、 環保型洗衣機是各大品牌洗衣機生產廠商一直不懈追求的目標, 同時也促進了洗衣機 向功能更加強大, 價格更加低廉, 控制更加智能化方向的發展。 因此, 全自動洗衣機 一直在市場上占據著主導地位。 在歐美, 攪拌式洗

10、衣機較為普遍; 而在亞洲, 在我國, 波輪式洗衣機占有絕對的市場。在全自動波輪式洗衣機的機電系統設計中, 不僅有機械相關部分的設計, 也有電 氣控制部分的設計, 而機械相關部分的內容包括有減速離合器的結構設計、 帶輪的設 計、 洗衣機用電動機的選取、 剎車裝置的設計及行星齒輪減速器的設計等。 電氣控制 部分所涉及的內容有單片機硬件及編程、 接口技術。 在上述眾多的技術中, 以機械相 關設計內容為重點, 控制部分為輔助, 從而形成了全自動波輪式洗衣機的雛形。 此次 設計內容主要是對其傳動系統部分進行了設計。第一章 全自動波輪式洗衣機設計方案總體分析全自動洗衣機主要由機械系統、 控制系統、 進水排

11、水系統和支撐吊桿系統等組成。 其中最主要的部分為其傳動結構部分, 其他的各個部分 (如支撐部分、 控制部分 均是 為了更好實現全自動洗衣機的功能為傳動部分服務的。1.1 全自動波輪式洗衣機的組成 圖 1 全自動洗衣機的組成簡圖1.2 全自動波輪式洗衣機工作原理全自動波輪式洗衣機輸入軸布置內桶中心處, 整個傳動系統同軸布置。 為了使洗 衣機具有良好的機械傳動性能并具有較大的傳動比, 使用 V 帶傳動作為第一級減速傳 動機構, 同時考慮到洗衣機整體結構的緊湊性與傳動的可靠性, 采用行星減速裝置作 為第二級減速裝置。洗衣機洗滌狀態與脫水狀態的切換通過離合器實現。 圖 2 全自動洗衣機的工作原理圖洗滌

12、:A 制動, B 放開,運動經電機、帶傳動、中心齒輪、行星輪、行星架、波輪 脫水:A 放開, B 制動,運動經電機、帶傳動、內齒圈(脫水桶 、中心齒輪、行 星架、波輪與脫水桶等速旋轉。第二章 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 800r /min 。因此,要對電動機 1370r /min 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 3所示。 圖 3 套桶式

13、全自動洗衣機傳動系統示意圖2.1電動機的選擇及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 JB /T3758-1996家 用洗衣機用電動機通用技術條件 。目前常用的電容運轉式電動機技術參數如表 1。 表 1 XD型洗衣機電動機技術參數 根據設計任務要求結合表 1,選用電動機功率為2.2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衣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

14、。 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。離合器主要結構如圖 4(1(2所示。離合器中部有兩根軸: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 1和離合套 20聯成了一體。輸入軸 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。 (1 這種轉

15、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 6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

16、, 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 5 離合棘輪工作原理圖圖 4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 6所示, 它由帶楔形面的外圈 7以及 利

17、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。 圖 6 單向滾針離合器工作示意圖在圖 4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

18、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

19、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 7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

20、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 4通過行星輪銷軸 5安裝在行星架7上,行星輪 4繞中心輪公轉時,將帶動行星架 7一起旋轉。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。 圖 7 減速器結構圖減速離合器脫水時的狀態及裝配戈系如圖 8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

21、開啟的同時,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

22、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,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 680800r /min 。 圖 8 脫水工作狀態示意圖如圖 9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,

23、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

24、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 140200r /min 。 圖 9 洗滌工作狀態示意圖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 2所示。 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, 所以要防止山桶出現跟轉。 因為內桶和脫水軸

25、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 6所示。 圖 10 剎車裝置工作原理示意圖 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

26、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 10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, 剎車扭簧將抱緊, 剎車裝置起作用, 剎車帶將使內桶迅 速制動。第三章 機械傳動系統設計波輪式全自動洗衣機的傳動系統的設計計算內容較多, 但大多數零部件的選用可 以無需進行設計,一般設計內容主要有:方案設計、電動機選用、帶傳動設計、行星 減速器設計等。3.1 傳動方案

27、擬定合理的傳動方案, 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。如圖 11所示為本次設計擬定的傳動方案,適于在惡劣環境下長期連續工作。 圖 11 周轉輪系a-中心輪; g-行星輪; b-內齒圈; H-行星架3.2基本參數的選擇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 3是目前常用的波輪式全自動洗衣機基本參數情況, 可供設計 時參考

28、。表 3 波輪式全自動洗衣機基本參數根據設計任務結合表 3要求選用電動機功率為 ,電動機滿載時轉速為 5選取洗衣機的內桶直徑為 400mm ,則外桶直徑約為 470mm ,電 動機軸與洗滌輸入軸之間中心距只能為 150mm 左右。 在此范圍內選擇合適的一級降速 傳動比和采用帶輪傳動。3.3 V 帶輪傳動設計因為 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,所以這里選用了最常用的 V 帶作為第一級降速。初步選定電動機功率 P 為 l80W ,洗衣轉速為 180r/min,脫水轉速為 760r/min, 則傳動比為 :1370/m in 1.

29、8760/m inn r i nr =滿 計算功率 Pca :由于載荷變動小,因此取工作情況系數 K A =1.0,0.18ca A P K P kW= 選擇帶型:根據小帶輪轉速為 1370r/min, 以及小帶輪安裝尺寸的大概范圍, 選取普通 V 帶 Z 型。 帶輪的基準直徑 d1和 d2:初選小帶輪的基準直徑 d d1查表選取 d d1 =56mm,大于 V 帶輪的最小基準直徑 d dmin 的要求 50mm 。大帶輪的基準直徑 d d2為:=按表 7圓整為 dd2 =100mm 驗算帶的速度 v :15613704.02/601000601000d d n v m s=滿普通 V 帶的最

30、大帶速 v max =2530m /s ,故滿足要求。 中心距 a 和帶的基準長度 L d :12120. 7(d 2(d d d d d d ad+<<+0109.2312a <<根據洗衣機桶體的安裝尺寸,初取 a 0 =140mm,基準長度:2' 122100(224d d d d dd d d d L a a +-=+2(56100(10056 214024140528m m+-=+=查表選取和 528mm 相近的標準帶的長度 L d 為 500mm ,則實際中心距為:'052850014015422d dL L a a mm-+=+=在安裝時,在

31、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。 主動輪上的包角 1:21-=-=> V 帶的根數 z :000.181.1caLP z P P K K =+式中 K L 長度系數,查表取 K L =0.94;K 包角系數,查表取 K =0.96;P 0單根 V 帶基本額定功率,查表取 P 0=0.16kW; P 0單根 V 帶額定功率增量,查表取 P 0=0.02kW 則取 z = 1 帶的預緊力 F0:V 帶單位長度的質量 q 查表得 q=0.06kg/m ,單根 V 帶所需的預緊力為:202. 5501 ca P F qv zv K =-+20.182.5500(N=-

32、+= 帶傳動作用在軸上的壓軸力 FL :10163.62sin236.91sin73.122L F F z N N=帶輪的結構設計可參考有關設計圖冊和機械設計教材。3.4 行星減速器設計行星輪系減速器較普通齒輪減速器具有體積小、 重量輕、 效率高及傳遞功率范圍 大等優點,逐漸獲得廣泛應用。同時它的缺點是:材料優質、結構復雜、制造精度要 求較高、 安裝較困難些、 設計計算也較一般減速器復雜。 但隨著人們對行星傳動技術 進一步的深入地了解和掌握以及對國外行星傳動技術的引進和消化吸收, 從而使其傳 動結構和均載方式都不斷完善, 同時生產工藝水平也不斷提高, 完全可以制造出較好 的行星齒輪傳動減速器。

33、根據負載情況進行一般的齒輪強度、 幾何尺寸的設計計算, 然后要進行傳動比條 件、同心條件、裝配條件、相鄰條件的設計計算,由于采用的是多個行星輪傳動,還 必須進行均載機構及浮動量的設計計算。行星齒輪傳動根據基本夠件的組成情況可分為:2K H 、 3K 、及 K H V 三種。 若按各對齒輪的嚙合方式,又可分為:NGW 型、 NN 型、 WW 型、 WGW 型、 NGWN 型和 N 型等。本設計的行星齒輪是 2K H 行星傳動 NGW 型,選用 4個行星輪對稱布置。123i 1固定件、 2主動件、 3從動件 齒輪 b 固定時, 2K H (NGW 型傳動的傳動比 b a H i 為b a H i

34、=1-H a b i =1+b z /a z =p i =4可得 H a b i =1-b a H i =1-p i =1-4=-3 則 =b z /a z =3 輸出轉速:Hn =a n /p i =n/p i =760/4=190r/min 行星齒輪傳動的效率計算:=1-|a n -H n /H n (H a b i -1|·HH=H H Ha b B +式中 H a a 、 g 嚙合的損失系數,Hb b 、 g 嚙合的損失系數,HB軸承的損失系數, H總的損失系數,一般取 H=0.025按 a n =760 r/min, H n =190r/min, H a b i =-3可得

35、=1-|a n -H n /H n (H a b i -1|·H=1-|760-190/190×(-3-1|·0.025=98.13%選取洗衣轉速為 190r /min ,脫水轉速為 760r /min 。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,因此由洗滌狀態來進行行星減速器的設計計算。 傳動比的要求傳動比條件 即11bb a aH paHz n i i z n =+=+=初選中心輪齒數 z a =18,由上式計算得內齒圈齒數 z b =54。 可得547601418190baH pi i

36、=+=所以,中心輪 a 和內齒輪 b 的齒數滿足給定傳動比的要求。 保證中心輪、內齒輪和行星架軸線重合同軸條件為保證行星輪 g z 與中心輪 a z 、 內齒圈 b z 同時正確嚙合, 要求外嚙合齒輪 a g 的 中心距等于內嚙合齒輪 b g 的中心距,即w (a a g -=( w b g a -=m(a z +g z /2=m(18+18/2=18m 所以,滿足同軸條件。 保證多個行星輪均布裝入兩個中心輪的齒間裝配條件 相鄰兩個行星輪所夾的中心角 H =2/w n中心輪 a 相應轉過 1角, 1角必須等于中心輪 a 轉過 個(整數齒所對的中心角, 即1=·2/a z式中 2/a

37、z 為中心輪 a 轉過一個齒(周節所對的中心角。p i =n/H n =1/H =1+b z /a z 將 1和 H 代入上式,有2·/a z /2/w n =1+b z /a z 經整理后 =a z +b z =(18+54 /4=18所以,滿足兩中心輪的齒數和應為行星輪數目的整數倍的裝配條件。 保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰鄰接條件在行星傳動中, 為保證兩相鄰行星輪的齒頂不致相碰, 相鄰兩行星輪的中心距應 大于兩輪齒頂圓半徑之和。即 2w a ·sin(180/ o w n >( a g d可得 2×m (a z +g z /2·sin 60o

38、( a g d =d+2a h =18m+2m=20m 所以,滿足鄰接條件。 按齒面接觸強度初算小齒輪分度圓直徑 d1: 小齒輪分度圓直徑 d1的初算公式為 :1min d d K =式中 1T 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉矩,根據公式算出 (行星輪數 n p =4:11295490.55834760a pp T P T N mn n n =K d 算式系數,對于直齒輪傳動 K d =768; K A 使用系數,查表得 K A =1.0; K H 綜合系數,查表得 K H =2.5;K Hp 接觸強度載荷分布不均勻系數,算得 K Hp =1.1; d 小齒輪齒寬系數,查表得 d =0.75; u

39、 齒數比,算得 u=z g /z a =1; Hlim 齒輪的接觸疲勞極限,查圖選取 Hlim =530N/mm ²代入得:1min 76817.49d m m = =則模數為 m =d1/z a =17.49/18=0.97 按齒根彎曲強度初算齒輪模數 m : 齒輪模數 m 的初算公式為:min m m K =式中 1T 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉矩,根據公式算出:11295490.55834760a pp T P T N mn n n =m K 算數系數,對于直齒輪傳動 m K =12.1;AK 使用系數,查表得 A K =1.0;F K 綜合系數,查表得 F K =2.0; F

40、PK 計算彎曲強度的行星輪間載荷分布不均勻系數, FP K =1.15;1Fa Y 小齒輪齒形系數,查圖選取 1Fa Y =3.15;d 小齒輪齒寬系數,查表得 d =0.75;1z 齒輪副中小齒輪齒數, 1z =a z =18;lim F 試驗齒輪彎曲疲勞極限,選取 lim F =1902N mm 代入得:= =結合 1、 2,再根據 GB/T 1357-87圓整后,取模數 m =1mm 分度圓直徑 d :11818a a d m z m m = 11818g g d m z m m= 15454b b d m z m m= 齒頂圓直徑 da : 齒頂高 ha : 外嚙合 :1111a a

41、h h m m m*=內嚙合 :227. 55( (110. 86a a h h h m m m z *=-=-=則 :2182120aa a a d d h mm =+=+=2182120ag g a d d h m m=+=+=-=-= 齒根圓直徑 df : 齒根高 hf:( (10.25 11.25f a h h c m mm*=+=+=則 :=+=+= 齒寬 b : 選取 d =0.750. 751813. 5a dab dm m =5/213. 55/216b g b b m m =+=+= 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

42、:1a g 為外嚙合齒輪副ag a =(a z +g z m/2=(18+18×1/2=18mm 2b g 為內嚙合齒輪副bg a =(a z +b z m/2=(54-18×1/2=18mm 所以,行星齒輪參數列為:(單位:mm 表 4 行星齒輪參數 1H =0H 2H =0 H 0H =H E Z Z Z Z 許用接觸應力為 H p 許用接觸應力可按下式計算,即H p =lim lim /H H S ·N T L V R w x Z Z Z Z Z Z 強度條件校核齒面接觸應力的強度條件:大小齒輪的計算接觸應力中的較大 H 值均應不 大于其相應的許用接觸應力為

43、 H p ,即 H H p 或者校核齒輪的安全系數:大、小齒輪接觸安全系數 H S 值應分別大于其對應的 最小安全系數 lim H S ,即 H S >lim H S 查參考文獻二表 6 11可得 lim H S =1.3 所以 H S >1.3 有關系數和接觸疲勞極限 1 使用系數 A K查參考文獻二表 6 7 選取 A K =1.0 2 動載荷系數 V K查參考文獻二圖 6 6可得 V K =1.02 3 齒向載荷分布系數 H K 對于接觸情況良好的齒輪副可取 H K =1 4 齒間載荷分配系數 H a K 、 F a K由參考文獻二表 6 9查得 1H a K =1F a K

44、 =1.1, 2H a K =2Fa K =1.2 5 行星輪間載荷分配不均勻系數 H p K由參考文獻二式 7 13 得 '10.5(1 HpHp K K =+-由參考文獻二圖 7 19 得 ' H pK =1.5所以 '110.5(1 10.5(1.51 1.25HpHp K K =+-=+-=仿上 2H p K =1.75 6 節點區域系數 H Z由參考文獻二圖 6 9查得 H Z =2.06 7 彈性系數 E Z由參考文獻二表 6 10查得 E Z =1.605 8 重合度系數 Z 由參考文獻二圖 6 10查得 Z =0.82 9 螺旋角系數 Z Z 10 試驗

45、齒的接觸疲勞極限 lim H 由參考文獻二圖 6 11圖 6 15查得 lim H =520MPa 11 最小安全系數 lim H S 、 lim H F由參考文獻二表 6-11可得 lim H S =1.5, lim H F =2 12 接觸強度計算的壽命系數 N T Z由參考文獻二圖 6 11查得 N T Z =1.38 13 潤滑油膜影響系數 L Z 、 V Z 、 R Z由參考文獻二圖 6 17、圖 6 18、圖 6 19查得 L Z =0.9, V Z =0.952, R Z =0.82 14 齒面工作硬化系數 w Z由參考文獻二圖 6 20查得 w Z =1.2 15 接觸強度計算

46、的尺寸系數 x Z 由參考文獻二圖 6 21查得 x Z =1H H E Z Z Z Z = 則 H H p 所以,齒面接觸疲勞強度校核合格。 行星齒輪彎曲強度計算及校核 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 a R 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 a R 3.2 轉矩 1T1129549558.34760a pp T P T N m mn n n = 按齒根彎曲疲勞強度校

47、核由參考文獻三式 8 24得出 F , F F 則校核合格。 齒形系數 F Y由參考文獻三表 8 12得 F a Y =3.15, Fg Y =2.7, F b Y =2.29 應力修正系數 s Y由參考文獻三表 8 13得 sa Y =1.49, sg Y =1.58, sb Y =1.74 許用彎曲應力 F 由參考文獻三圖 8 24得 lim 1F =180MPa, lim 2F =160 MPa 由表 8 9得 F s =1.3 由圖 8 25得 1N Y =2N Y =1 由參考文獻三式 8 14可得1lim 11/1180/1.3138F N F F Y s M Pa = 2lim

48、22/1160/1.3123F N F F Y s M Pa =22F 所以,齒根彎曲疲勞強度校核合格。最終確定模數 m =1mm ,中心輪齒數z a=18,內齒圈齒數 z b=54,行星齒輪齒數z g =18, 實際傳動比 i p 為 4, 洗滌轉速為 l90r /min , 脫水轉速為 760r /min 。 這樣既滿足了齒面接觸疲勞強度,有滿足了齒根彎曲疲勞強度。在行星齒輪傳動中由于其行星輪的數目通常大于 1,即 p n >1,且均勻對稱地分布 于中心輪之間;所以在 2H K 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

49、, 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 r F ,且用一條垂直線表示一個構 件,同時用符號 F 代表切向力 r F 。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。2H K 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 。由于在

50、輸入件中心輪 a 上受有 w n 個行星輪 g 同時施加的作用力 ga F 和輸入轉矩 AT 的作用。當行星輪數目 w n 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 p k 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11295490.55834760a pp T P T N mn n n =1P 輸入件所傳遞的名義功率, kW 圖 12 傳動簡圖按照上述提示進行受力分析計算,則可得行星輪 g 作用于中心輪 a 的切向力為 ga F =20001T /' a d =2000a T /p

51、 n ' a d =2000×0.5583/18=62N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 ag F =-ga F =-62N 內齒輪作用于行星輪 g 的切向力為bg F =ag F =-62N 轉臂 H 作用于行星輪 g 的切向力為H gF =2ag F =-124N轉臂 H 上所受的作用力為gHF =-H g F =4000a T /w n ' a d =124N轉臂 H 上所受的力矩為H T =p n gH F x r =4×124×18=8.928N·m 在內齒輪 b 上所受的切向力為

52、gb F =-bg F =62N 在內齒輪 b 上所受的力矩為bT =p n gb F ' b d /2000=a T ' b d /' a d =2.232×18/18=2.232N·m式中 ' a d 中心輪 a 的分度圓直徑, ' b d 內齒輪 b 的分度圓直徑, x r 轉臂 H 的回轉半徑,根據參考文獻二式(6 37得/1/1/(1 1/(1bHa H aH ab T T i i -=-=+轉臂 H 的轉矩為(1 H a T T =-+=-2.232×4=-8.928N·m仿上/1/(1 /(1bHb

53、H aH ab T T i i -=-=+內齒輪 b 所傳遞的轉矩,/(1 b H T T =-+=-3/4×(-8.928=6.696N·m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(p n 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。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

54、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: 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 P K 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

55、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:a. 基本構件浮動的均載機構中心輪 a 浮動 內齒輪 b 浮動 轉臂 H 浮動 中心輪 a 與轉臂 H 同時浮動 中心輪 a 與內齒輪 b 同時浮動 組成靜定結構的浮動 b. 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。因兩齒輪均為鋼質齒輪,可應用參考文獻四式 10 22求出 1d 值。確定有關 參數與系數。 轉矩 1T11295490.55834760a pp T P T N mn n n = 載荷系數 K A查參考文獻四表 10 11,選取 K A =1.0 齒數 1z 和齒寬系數 d 行星輪架內齒