【摘要】随着洗衣机技术的不断提高，洗衣机行业迎来了新一轮热潮。本课题是有关一种全自动洗衣机减速离合器整体结构简化和各个部件选用、布局的设计。在洗衣机中使用行星轮系减速器正是利用了行星齿轮传动：体积小、质量轻、结构紧凑、承载能力大、传动效率高、传动比较大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点。离合器采用了摩擦盘式减速离合器，取代了传统的减速离合器，取消了离合操作杆装置，一定程度上简化了结构，此机构高效的实现了洗衣机的洗涤与脱水。此外，对减速离合器与电机之间进行了改进即取消了皮带轮传动装置将动力驱动装置直接由电机驱动洗衣机波轮和脱水桶，变成“空芯”电动机，从而避免了皮带轮所出现的故障，减小了噪声的振动。

【关键词】洗衣机；减速离合器；行星轮；摩擦盘式

1 绪论1

1.1 概述1

1.2 国内外研究现状及发展趋势1

1.3 洗衣机减速器的简介2

2 减速离合器的设计方案4

2.1 有关首选参数4

2.2 系统组成框图4

2.3 减速器系统方案5

2.3.1 对减速传动方案的要求5

2.3.2 拟定减速器方案5

2.4 离合器系统方案5

2.4.1 对传统离合器的分析5

2.4.2 拟定离合器方案7

3 行星齿轮传动设计8

3.1 行星齿轮传动的传动比和效率计算8

3.2 行星轮传动的配齿8

3.3 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算9

3.4 行星齿轮传动强度计算及校核12

3.4.1 行星齿轮弯曲强度计算及校核12

3.4.2 齿轮齿面强度的计算及校核13

3.4.3 有关系数和接触疲劳强度13

3.5 行星齿轮传动的受力分析15

3.6 行星齿轮传动的均载机构及浮动量17

4 减速器齿轮输入输出轴的设计18

4.1 减速器输入轴的设计18

4.2 减速器输出轴的设计20

5 减速离合器与电机总体结构布局设计23

5.1 离合器的设计23

5.2减速离合器动力驱动装置改进25

6 减速离合器的装配26

6.1 总装配图26

6.2 总装配图设计说明26

结论27

参考文献28

附录29

致谢33

图目录

图2.1 洗衣机工作原理图4

图2.2 减速器系统组成框图4

图2.3 行星轮系图5

图2.4 带制动式减速离合器的结构示意图6

图2.5 离合器的结构示意图7

图3.1 行星轮均匀分担载荷图17

图4.1 输入轴结构简图18

图4.2 受力分析和弯矩图19

图4.3 输出轴结构简图21

图4.4 受力分析和弯矩图21

图5.1 端面摩擦盘式减速离合器结构图23

图5.2 改进装置图25

图6.1 总装配图26

附图A 内齿圈29

附图B 输入轴29

附图C 输出轴30

附图D 行星轮30

附图E 行星轮架31

附图F 行星轮架盖31

附图G 行星轮系图32

表目录

表3.1齿轮数据表11

表5.1减速离合器工作表24

2 减速离合器的设计方案

2.1 有关首选参数

　　　使用地点：自动洗衣机减速离合器内部减速装置；

　　　初步确定的参数：

　　　　　　　　　　　传动比：i=5.2

　　　　　　　　　　　输入转速：n=1600r/min

　　　　　　　　　　　输入功率：P=150w

　　　　　　　　　　　内齿圈齿数：Z=63

2.2 系统组成框图

　　　自动洗衣机的工作原理见图2.1。

　　　洗涤：刹车A制动，抱簧B放开，运动经电机、传动轴、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮。

　　　脱水：刹车A放开，抱簧B制动，运动经电机、传动轴、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星架、波轮与行星架等速旋转。

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全自动洗衣机减速离合器设计.gif

内容简介：: 浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）任务书学生姓名叶连强学号200720070325专业班级机电一体化703题目全自动洗衣机减速离合器设计指导教师刘福庆职称讲师课题类型设计论文课题来源教师科研课题教师生产实际课题学生自立课题毕业设计（论文）起止时间2010年 11 月 1日至 2011年 6 月15日一、毕业设计（论文）的主要内容及要求1、开题报告和文献阅读（1）文献阅读：查阅文献应不少于15篇，其中外文文献不少于2篇，近5年内的文献数一般不少于文献总数的1/3，并应有近2年内的文献。（2）文献综述：3000字以上，包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等。（3）开题报告：2000字以上，包括选题的意义、可行性分析、研究的内容、研究方法、拟解决的关键问题、预期结果、研究进度计划等。（4）外文翻译：3000字以上（翻译成中文后的汉字字数）。2、课题要解决的主要问题和具体要求1）解决减速离合器整体结构简化的问题；2）解决各个部件选用、布局问题。3、论文：10000字以上（部分特殊专业根据实际情况，经教务办确认，可适当调整有关字数方面的要求），包括绪论、正文、结论、参考文献等。二、主要参考文献1.王三武，张银银，王晓军多轴摆动减速器的设计J机械，2009(8)：52-542.高晨丹基于对星轮减速器的研究谈发展前景J民营科技，2009 (9)：163.黄清世，周传喜对少齿差行星减速器结构的改进J长江大学学报(自然科学版)理工卷，2009 (1)：86-874.镡丹中全自动洗衣机的减振降噪技术J降噪专辑，2000(28)：38-405.Firoz Ali JafriAmit ShuklaDavid F. ThompsonA numerical bifurcation study of friction effects in a slip-controlled torque on-verter clutch. Nonlinear Dynamics，2007 (3)：627-638指导教师签名：年月日专业教研室意见：同意下达任务书不同意下达任务书教研室主任签章：年月日注：任务书由指导教师填写，专业教研室主任审核，要求在毕业设计（论文）工作开始前下达。毕业设计（论文）开题报告1浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）开题报告1 选题的背景和意义1.1 选题的背景随着洗衣机质量不断提高和居民购买能力的增强，洗衣机行业迎来了成熟期之后市场需求的提升。目前，国内大部分洗衣机还有中外合资企业LG、三星、松下、惠而浦、东芝、夏普等的洗衣机减速离合器技术也趋于成熟。近年来，许多新技术和新工艺开始应用于洗衣机上，新型减速离合器也在进一步研究，使其工作更平稳，噪声更小。1.2 国内外研究现状及发展趋势在世界，第一台自动洗衣机于1937年问世。这是一种“前置”式自动洗衣机。到了40年代便出现了现代的“上置”式自动洗衣机。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。在我国，80年代全自动洗衣机所使用的减速离合器为扭簧式。在其制动鼓上端采用止逆扭簧，其目的是波轮洗涤时，内桶不会受到水流跟转而影响洗涤效果（另一方向有制动带阻滞）。但随着洗衣机工业的发展，洗衣机洗涤容量的不断加大，发现止逆扭簧在大容量洗涤时（洗涤量4.5kg以上）或长期使用后，扭簧磨损等原因造成内桶跟转严重，且易发生摩擦噪声。到80年代减速离合器采用了滚珠轴承与单向滚针轴承所组成的联合轴承即单向超越轴承克服了内桶跟转现象。我国目前减速离合器绝大部分沿用以日本松下电器公司为原型的带制动式减速离合器。运用于全自动洗衣机的减速洗涤轴和以螺旋扭簧离合机构偶合脱水轴并具有机械制动和阻动功能的减速离合器。而且还存在许多不足：体积大，不利于产品小型化；同轴旋转系统由轴多个零件组成离合器，是以NGW型行星齿轮系机构减速传动，同轴度加工要求高；二个螺旋扭簧零件可靠性偏低。2005年陈水东设计了一种新型减速离合器，它有两种改进方案，一是在脱水轴的上方的外面，托盘的上面安装原刹车鼓内设的NGW型行星齿轮系，二是取消止回弹簧。目前国外尚未见到有关新型减速离合器的相关报道，国内的一些学者虽在这方面做了些工作，但现在还是处于试验阶段1。随着科学技术的高速发展和人们生活水平的不断提高，对于决定全自动洗衣机性能的减速离合器的要求也越来越高。而目前的减速离合器还是存在着体积大、结构复杂、有噪音、部件易损、耗能等缺点。为适应经济建设的发展，更多的为人们所接受，减速离合器需从结构简化、性能优越、效率愈高、能量低损，甚至智能化方向发展。2 研究的基本内容本次研究的毕业设计所做的课题为洗衣机行星减速离合器设计，要求解决减速离合器整体结构简化和各个部件选用、布局，改善减速离合器的性能，从结构方面分析，对其中的一关键部件（减速部分）进行设计。2.1 基本框架（1）减速离合器装置的原理分析；（2）减速离合器内部行星齿轮系传动首选参数选取；（3）行星齿轮传动设计；（4）减速离合器与电机总体结构布局设计2.2 拟解决的关键问题本课题是围绕着减速离合器整体结构来进行系统设计的。主要的重点和难点为：1）行星齿轮传动首选参数选取；输入轴齿轮齿数，模数，行星轮齿数，齿宽等，各个零部件要求达到一定的寿命标准。2）行星齿轮传动设计；考虑洗衣机在洗涤和脱水两种不同状态下，输出轴所需要的转速。3）行星齿轮传动的工作原理以及其整体结构设计。要保证体积小、结构紧凑外，还要保证其高传动效率和大传动比。4）对离合器的结构设计,脱水与洗涤两种工作状态。3 研究的方法及措施课题的研究主要以理论研究为主，对减速器进行结构分析，确定其结构布局以及各部件选用。内容如下：( 1 ) 行星齿轮系传动的首选参数选取NGW型行星齿轮系机构具有传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等特点，但是如果相关参数选择不当同样会影响其减速性能，如输入轴齿轮齿数，模数，行星轮齿数，齿顶高等。其中减速器各部件中最薄弱的环节是行星齿轮，它的材料是聚甲醛，其破坏方式是典型的齿轮疲劳折断。将行星齿轮的变位系数改成正变位系数，使齿厚加大，增加抗疲劳强度。适当减小齿顶高，增加齿根弯曲强度2。图3.1 行星齿轮传动结构图( 2 ) 行星齿轮传动的传动比、效率、配齿以及几何尺寸和啮合计算减速器除了要保证体积小、结构紧凑外，还要保证其高传动效率和大传动比，必须精确计算出其传动中的相关参数。对齿根圆角与齿槽底部结构的改进，在齿根处采用非标准设计，加大圆角将齿根圆弧过渡使齿槽底变成一段小圆弧，这可以减小应力集中而带来的缺陷，并且也减小了齿轮的加工难度2-4。图3.2 周转轮系图( 3 ) 构件的材料选取与校核为了传动过程中加强抗冲击、抗振动、运动平稳等的能力，行星轮系减速器的各部件（中心轮、行星轮、内齿轮、输入轴、输出轴）必须选取合理的材料，并进行校核。行星齿轮在传动过程中的传动平稳性问题，要求齿轮传动匀载，匀载方法（如采用薄壁齿圈，靠齿圈薄壁的弹性变形以达到均载目的、在齿轮的各啮合面上加入高粘度油脂，利用油膜的强度均载）。匀载不仅可以减小噪声而且可以增加齿轮寿命5-6。( 4 ) 洗衣机减速离合器设计和总体结构设计结合传动原理和计算出的相关参数，确定其总布体局。在动力驱动装置中取消皮带传动机构，由电机直接驱动洗衣机波轮和脱水桶，变成“空芯”电动机，其特点为转矩大、效率高、噪音低。洗衣机中减速离合器采用摩擦盘式减速离合器，来有效的实现洗衣机的洗涤与脱水。图3.3 离合器结构简图4 预期成果通过分析，解决减速离合器整体结构简化和各个部件选用、布局，改善减速离合器的性能。此设计从以下几个方面着手：( 1 ) 介绍洗衣机发展的国内外现状，洗衣机减速离合器和行星齿轮的传动；( 2 ) 洗衣机减速器方案和离合器方案的设计，对整个行星齿轮传动设计，传动强度计算及校核，受力分析等，主要是保证洗衣机减速离合器能够高效稳定的运行，有一定的寿命并且控制其振动和噪声；( 3 ) 在减速离合器与电机总体结构布局的设计中，对减速器动力驱动装置的改进主要是提高了传动效率，减少了一些故障的发生，减弱了振动与噪声。完成部件零件图及整体装配图，完成设计说明书（论文）。5 研究工作进度计划2010.11.01-011.12.25 准备和阅读资料、完成外文翻译、文献综述及开题报告；2011.02.25-2011.03.07 完成文献综述的修改、定稿；开题答辩；2011.03.17-2011.04.04 机构分析与校核计算；2011.04.07-2011.04.25 机械装配图绘制；2011.04.28-2011.05.12 机械零件图绘制，论文及设计说明书撰写；2011.05.13-2011.05.20 成稿、修改、装订，准备答辩。1参考文献1 陈水东全自动洗衣机新型减速离合器J家用电器科技，2005，(8)：63-642 彭作新洗衣机减速器中行星齿轮的疲劳强度问题及相应对策J家用电器科技，1992，(8)：43 饶振纲行星传动机构设计M北京：国防工业出版社，19944 高晨丹基于对星轮减速器的研究谈发展前景J民营科技，2009，(9)：165 镡丹中全自动洗衣机的减振降噪技术J降噪专辑，2000，(5)：38-406 焦建宁行星齿轮传动的匀载J家用电器科技，2002，(5)：78-79毕业设计(论文)题目：全自动洗衣机减速离合器设计学生姓名叶连强学号200720070325专业班级机自703分院（系）机电工程分院指导教师（职称）刘福庆（讲师）2011年 6 月诚信承诺书本人谨此承诺，本人所写毕业设计（论文）均由本人独立撰写，无任何抄袭行为。凡涉及他人的观点材料，均作了注释。如出现抄袭或侵犯他人知识产权的情况，愿承担由此引起的任何责任，并接受相应的处分。学生签名：叶连强2011年 6月 12日浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）中文摘要全自动洗衣机减速离合器设计【摘要】随着洗衣机技术的不断提高，洗衣机行业迎来了新一轮热潮。本课题是有关一种全自动洗衣机减速离合器整体结构简化和各个部件选用、布局的设计。在洗衣机中使用行星轮系减速器正是利用了行星齿轮传动：体积小、质量轻、结构紧凑、承载能力大、传动效率高、传动比较大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点。离合器采用了摩擦盘式减速离合器，取代了传统的减速离合器，取消了离合操作杆装置，一定程度上简化了结构，此机构高效的实现了洗衣机的洗涤与脱水。此外，对减速离合器与电机之间进行了改进即取消了皮带轮传动装置将动力驱动装置直接由电机驱动洗衣机波轮和脱水桶，变成“空芯”电动机，从而避免了皮带轮所出现的故障，减小了噪声的振动。【关键词】洗衣机；减速离合器；行星轮；摩擦盘式V浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）英文摘要Design of Decelerating Clutch for Fully-automatic Washing Machine【Abstract】 With the continuously improve of the washing machine technology, washing machine industry ushered in a new round of boomThis subject is related to the simplification of the overall structure for the reducer in fully-automatic washing machine, and the design for various parts of the selection and layoutThe use of the planetary gear reducer in washing machine just take the advantage of the planetary gear drive: small size, light weight, compact structure, bearing capacity, transmission efficiency, transmission relatively large, smooth motion, shock and vibration resistant and, and low noise characteristicsThe clutch with the form of friction tray gear clutch, replacing the traditional gear clutch, canceled the clutch operating plot device, simplified the structure to some extent, this institutions efficiently to achieve the washing and dehydration of the washing machineIn addition, it has some improvement between the gear clutch and the motor that cancel the pulley driving device and change the power driving device which is driven by the motor-driven washing machine pulsator and dehydration barrel to the “hollow” motor, so as to avoid the failure of the pulley, reducing the noise of vibration【Key Words】 Washing Machine, Decelerating Clutch, Planetary Gear, The Form of Friction Tray浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）目录目录1 绪论11.1 概述11.2 国内外研究现状及发展趋势11.3 洗衣机减速器的简介22 减速离合器的设计方案42.1 有关首选参数42.2 系统组成框图42.3 减速器系统方案52.3.1 对减速传动方案的要求52.3.2 拟定减速器方案52.4 离合器系统方案52.4.1 对传统离合器的分析52.4.2 拟定离合器方案73 行星齿轮传动设计83.1 行星齿轮传动的传动比和效率计算83.2 行星轮传动的配齿83.3 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算93.4 行星齿轮传动强度计算及校核123.4.1 行星齿轮弯曲强度计算及校核123.4.2 齿轮齿面强度的计算及校核133.4.3 有关系数和接触疲劳强度133.5 行星齿轮传动的受力分析153.6 行星齿轮传动的均载机构及浮动量174 减速器齿轮输入输出轴的设计184.1 减速器输入轴的设计184.2 减速器输出轴的设计205 减速离合器与电机总体结构布局设计235.1 离合器的设计235.2减速离合器动力驱动装置改进256 减速离合器的装配266.1 总装配图266.2 总装配图设计说明26结论27参考文献28附录29致谢33浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）图目录图目录图2.1 洗衣机工作原理图4图2.2 减速器系统组成框图4图2.3 行星轮系图5图2.4 带制动式减速离合器的结构示意图6图2.5 离合器的结构示意图7图3.1 行星轮均匀分担载荷图17图4.1 输入轴结构简图18图4.2 受力分析和弯矩图19图4.3 输出轴结构简图21图4.4 受力分析和弯矩图21图5.1 端面摩擦盘式减速离合器结构图23图5.2 改进装置图25图6.1 总装配图26附图A 内齿圈29附图B 输入轴29附图C 输出轴30附图D 行星轮30附图E 行星轮架31附图F 行星轮架盖31附图G 行星轮系图32浙江工业大学之江学院毕业设计（论文）表目录表目录表3.1齿轮数据表11表5.1减速离合器工作表24浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 1 绪论1.1 概述随着洗衣机质量不断提高和居民购买能力的增强，洗衣机行业迎来了成熟期之后市场需求的提升。目前，国内大部分洗衣机还有中外合资企业LG、三星、松下、惠而浦、东芝、夏普等的洗衣机减速离合器技术也趋于成熟。近年来，许多新技术和新工艺开始应用于洗衣机上，新型减速离合器也在进一步研究，使其工作更平稳，噪声更小。1.2 国内外研究现状及发展趋势在世界，第一台自动洗衣机于1937年问世。这是一种“前置”式自动洗衣机。到了40年代便出现了现代的“上置”式自动洗衣机。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。在我国，80年代全自动洗衣机所使用的减速离合器为扭簧式。在其制动鼓上端采用止逆扭簧，其目的是波轮洗涤时，内桶不会受到水流跟转而影响洗涤效果（另一方向有制动带阻滞）。但随着洗衣机工业的发展，洗衣机洗涤容量的不断加大，发现止逆扭簧在大容量洗涤时（洗涤量4.5kg以上）或长期使用后，扭簧磨损等原因造成内桶跟转严重，且易发生摩擦噪声。到80年代减速离合器采用了滚珠轴承与单向滚针轴承所组成的联合轴承即单向超越轴承克服了内桶跟转现象。我国目前减速离合器绝大部分沿用以日本松下电器公司为原型的带制动式减速离合器。运用于全自动洗衣机的减速洗涤轴和以螺旋扭簧离合机构偶合脱水轴并具有机械制动和阻动功能的减速离合器。而且还存在许多不足：体积大，不利于产品小型化；同轴旋转系统由轴多个零件组成离合器，是以NGW型行星齿轮系机构减速传动，同轴度加工要求高；二个螺旋扭簧零件可靠性偏低。2005年陈水东设计了一种新型减速离合器，它有两种改进方案，一是在脱水轴的上方的外面，托盘的上面安装原刹车鼓内设的NGW型行星齿轮系，二是取消止回弹簧。目前国外尚未见到有关新型减速离合器的相关报道，国内的一些学者虽在这方面做了些工作，但现在还是处于试验阶段1。随着科学技术的高速发展和人们生活水平的不断提高，对于决定全自动洗衣机性能的减速离合器的要求也越来越高。而目前的减速离合器还是存在着体积大、结构复杂、有噪音、部件易损、耗能等缺点。为适应经济建设的发展，更多的为人们所接受，减速离合器需从结构简化、性能优越、效率愈高、能量低损，甚至智能化方向发展。1.3 洗衣机减速器的简介减速器是用于电动机和波轮之间的独立传动装置，其主要功能是减速增力，带动波轮工作。减速器可分为三部分减速部分、离合部分、制动部分。减速部分主要整机对转速包括脱水和洗涤的要求不同，其周转轮系的减速比的设计不同，现有i=4，5，5.2， 5.6等系列减速比，基本满足主机厂的要求，为了得到较大的减速比和较小的结构空间，减速器采用二级减速传动，第一级为皮带减速，第二级为行星轮系减速；离合部分主要考虑到整机容量的不同，轴类设计也相应有所变化，其与“空杯”转子挖空间有关，从而也决定电机整机设计的优先，电机设计体积最小化，有利提高材料的利用率和进一步降低生产成本由于离合部件旋转中心的变化，制动部分也相应变化，不过与传统减速器基本相同，采用带弹性制动机构。用于波轮式双桶洗衣机的减速器按结构分为两种，一种是行星齿轮减速器（又称同心齿轮箱），另一种是偏心齿轮减速器（又称偏心齿轮箱）。偏心齿轮减速器由于结构大、传动比小、稳定性差、噪音高等缺点将渐渐被淘汰。行星齿轮减速器以其结构紧凑、传动比大、稳定性好、噪音低等特点越来越广泛地应用在洗衣机上。除了以上的还有一些其他的减速器，如少齿差行星减速器2和多轴摆动减速器3。渐开线少齿差行星齿轮减速器具有结构紧凑、体积小、重量轻传动比范围大运转平稳、制造容易、运转可靠的特点，已在轻工、化工、食品、纺织、冶金、建筑、军事装备等方面得到广泛应用。但由于其结构上的原因，也还存在承载能力不高及传动效率偏低的缺点，一般只宜用于轻载及短时工作的场合4-6。多轴摆动减速器是为了达到机械传动技术提出的新要求而改进的一种新型传动装置，结构简单、紧凑。对现有的三环减速器结构进行了分析和讨论，充分利用了少齿差传动的原理，采用了多轴旋转带动内齿轮高速平动以便输入动力、外齿轮轴低速自转直接将转矩输出的结构方式。通过相对角速度法和虚位移原理分别计算出传动比和外齿轮的输出转矩，得出该减少器可以实现降低转速，增加转矩的功能，是符合现代机械对传动技术的新要求的一种新型传动装置。但它也存在缺陷：在某些部件装工艺难度增加，传动机构振动大、噪声高，还有外形尺寸也过大，难以缩小7-9。34浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 2 减速离合器的设计方案2.1 有关首选参数使用地点：自动洗衣机减速离合器内部减速装置；初步确定的参数：传动比：i=5.2输入转速：n=1600r/min输入功率：P=150w内齿圈齿数：Z=632.2 系统组成框图自动洗衣机的工作原理见图2.1。洗涤：刹车A制动，抱簧B放开，运动经电机、传动轴、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮。脱水：刹车A放开，抱簧B制动，运动经电机、传动轴、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星架、波轮与行星架等速旋转。图2.1 洗衣机工作原理图图2.2 减速器系统组成框图浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 2.3 减速器系统方案2.3.1 对减速传动方案的要求合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，还要满足工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求。2.3.2 拟定减速器方案任何一个方案，要满足上述工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑等要求都必须统筹兼顾，至少要满足最主要的结构简化和最基本的工作机功能的要求。如图2.3所示的行星轮传动方案。图2.3 行星轮系图a-中心轮，b-内齿圈，g-行星轮，H-行星架2.4 离合器系统方案2.4.1 对传统离合器的分析目前市场上所见到的减速离合器基本上的结构类型为带制动式，如图2.4所示。图2.4 带制动式减速离合器的结构示意图这种离合器目前使用的比较普遍，但是它有一个致命的弱点，即其带式制动器(刹车带)不能提供足够的刹车力矩来防止洗涤过程中的内桶跟转。在洗涤过程中，波轮作用在水和洗涤物上的最大转矩可达1112Nm(在4公斤左右的洗衣机上)，而刹车带所能提供的制动力矩，从理论计算上看在9Nm左右，实际上由于摩擦表面接触不理想，往往只有56Nm，有的甚至不足3Nm。由此而产生的跟转会造成洗涤物的缠绕，使得洗涤性能下降。为了解决此问题必须要提高刹车力矩，此处有三条途径：增大刹车带摩擦系数，增大包角，增大松边预紧拉力。但是它们都有一些缺陷：( 1 ) 摩擦系数值的提高往往受刹车带(石棉橡胶板中含有其他填料)材料磨耗的限制，因值增大后磨耗也将增大，寿命无法保证。( 2 )从改变结构入手，包角可从240增大至310左右，这时理论计算刹车力矩可达1517Nm(当预紧拉力为6ON时)，比原来可提高60%。按此结构制做的刹车带的实际刹车力矩可达l1Wm，一般来说已基本上可以保证内桶不跟转了。但是在脱水时又产生了新问题：刹车带往往很难完全从刹车盘(减速器壳)上脱开，造成阻力矩的增大，致使脱水起动更加困难。( 3 ) 增大松边预紧拉力虽可提高刹车力矩，但它要求增大扭转制动弹簧刚度，因而要求增大电磁铁拉力。这除了要增大能耗以外，还会增加机构动作的冲击力和噪声。由于存在以上缺陷，会出现刹车带不易保证完全脱离，特别在洗衣机总装中若没调整好制动器拉杆的位置，则可能造成脱水阻力过大甚至无法使用（电机烧坏）。另外，带制动式减速离合器有一套离合杆机构，有些复杂，对减速器外表面有较高的加工要求。2.4.2 拟定离合器方案为了完全解决带制动式减速离合器所带来的问题，在此本设计不采用带制动式，而是设计了一种称为端面摩擦盘式的减速离合器。端面摩擦式减速离合器的刹车机构是放置在减速离合器外壳的下端而不是在减速器外壳的中部，并取消了离合操作杆机构，在下端设计了刹车电磁铁，两个方丝螺旋弹簧和离合套来实现洗衣机的工作。此离合器优越性在于取消了离合杆机构在一定程度上简化了结构，刹车装置高效的实现了洗涤与脱水之间的转换，同时噪声和振动也得到了减少。离合器结构示意图如下图所示：图2.5 离合器的结构示意图1.螺栓；2.端面刹车盘；3.压力弹簧；4.制动板；5.刹车弹簧；6.离合弹簧；7.离合轴套；8.刹车电磁铁3 行星齿轮传动设计3.1 行星齿轮传动的传动比和效率计算行星齿轮传动比符号及角标含义为： 1-固定件，2-主动件，3-从动件( 1 ) 齿轮b固定时（图2.3），2K-H（NGW）型传动的传动比为（3.1）可得传出速度： ( 2 ) 行星齿轮传动的效率计算：（3.2）（3.3）为a-g啮合的损失系数，为b-g啮合的损失系数，为轴承的损失系数，为总的损失系数，一般取。按，可得：3.2 行星轮传动的配齿( 1 ) 传动比的要求传动比条件即（3.4）可得所以中心轮a和内齿轮b的齿数满足给定传动比的要求。( 2 ) 保证中心轮、内齿轮和行星架轴线重合同轴条件为保证行星轮与两个中心轮同时正确啮合，要求外啮合齿轮a-g的中心距等于内啮合齿轮b-g的中心距，即称为同轴条件。对于非变位或高度位传动，有（3.5）得 ( 3 ) 保证多个行星轮均布装入两个中心轮的齿间装配条件相邻两个行星轮所夹的中心角中心轮a相应转过角，角必须等于中心轮a转过个（整数）齿所对的中心角，即式中为中心轮a转过一个齿所对的中心角。（3.6）将和代入上式，有经整理后满足两中心轮的齿数和应为行星齿轮数目的整数倍的装配条件。 ( 4 ) 保证两行星齿轮的齿顶不相碰邻接条件在行星齿轮传动中，为保证两相邻行星轮的齿顶不致相碰，相邻两行星轮的中心距应大于两轮齿顶圆半径之和。可得（3.7）满足邻接条件。3.3 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算按齿根弯曲强度初算齿轮模数m。齿轮模数m的初算公式为（3.8）式中算术系数，对于直齿轮传动；啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，；使用系数，由参考文献10表6-7查得；综合系数，由参考文献10表6-5查得；计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数，由参考文献10公式6-5得；小齿轮齿形系数，由参考文献10图6-22可得；齿轮副中小齿轮齿数，；试验齿轮弯曲疲劳极限，按由参考文献10图6-26至6-30选取，所以取m=0.9( 1 ) 分度圆直径( 2 ) 齿顶圆直径齿顶高：外啮合内啮合( 3 ) 齿根圆直径齿根高( 4 ) 齿宽由参考文献11表8-19选取( 5 ) 中心距对于不变位或高变位的啮合传动，因其节圆与分度圆相重合，则啮合齿轮副的中心距为：1）a-g为外啮合齿轮副2）b-g为内啮合齿轮副表3.1齿轮数据表中心轮a行星轮g内齿圈b模数m0.90.90.9齿数z152463分度圆直径d13.521.656.7齿顶圆直径da15.323.454.9齿根圆直径df11.2519.3558.95齿宽b13.518.58.5中心距a=17.55mm=17.55mm3.4 行星齿轮传动强度计算及校核3.4.1 行星齿轮弯曲强度计算及校核 ( 1 ) 选择齿轮材料及精度等级中心轮a选用45钢正火，硬度为162-217HBS，选8级精度，要求齿面粗糙度。行星轮a、内齿圈b选用聚甲醛（一般机械结构零件，硬度大，强度、刚度、韧性等性能突出，吸水性小，尺寸稳定，可用作齿轮、凸轮、轴承材料）选8级精度，要求齿面粗糙度。( 2 ) 转矩( 3 ) 按齿根弯曲强度校核由参考文献11得出F如则校核合格。( 4 ) 齿形系数由参考文献11得，；( 5 ) 应力修正系数由参考文献11得，；( 6 ) 许用弯曲应力由参考文献11得，；由得；由得；由参考文献11可得（3.9）（3.10）得齿根弯曲疲劳强度校核合格。3.4.2 齿轮齿面强度的计算及校核 ( 1 ) 齿面接触应力（3.11）（3.12）（3.13）( 2 ) 许用接触应力为许用接触应力可按下式计算，即（3.14）( 3 ) 强度条件校核齿面接触应力的强度条件：大小齿轮的计算接触应力中的较大H值均应不大于其相应的许用接触应力HP，即HHP，或者校核齿轮的安全系数：大小齿轮接触安全系数SH值应分别大于其对应的最小安全系数SHlim，即查参考文献10表6-11得，所以。3.4.3 有关系数和接触疲劳强度( 1 ) 使用系数查参考文献10表6-7选取( 2 ) 动载荷系数对于接触情况良好的齿轮副可选取( 3 ) 齿向载荷分布系数对于接触情况良好的齿轮副可取( 4 ) 齿间载荷分布系数、由参考文献10表6-9查得，( 5 ) 行星轮间载荷分布不均匀系数由参考文献10式7-13得（3.15）由参考文献10图7-19得=1.5所以同上( 6 ) 节点区域系数由参考文献10图6-9查得( 7 ) 弹性系数由参考文献10图6-10查得( 8 ) 重合度系数由参考文献10图6-10查得( 9 ) 螺旋角系数( 10 ) 试验齿的解除疲劳极限由参考文献10图6-116-15查得( 11 ) 最小安全系数，由参考文献10表6-11可得，( 12 ) 接触强度计算的寿命系数由参考文献10图6-11可得( 13 ) 润滑油膜影响系数，由参考文献10图6-17，图6-18，图6-19查得，( 14 ) 齿面工作硬化系数由参考文献10图6-20查得( 15 ) 接触强度计算的齿数系数由参考文献10图6-21查得所以所以有故齿面接触强度校核合格。3.5 行星齿轮传动的受力分析在行星齿轮传动中由于其行星轮的数目通常大于1，即nw1，且均匀对称的分布于中心轮之间；所以在2K-H型行星传动中，各基本构件（中心轮a，内齿圈b和转臂H）对传动主轴上的轴承所作用的总径向力等于零。因此，为了简便起见，本设计在行星齿轮传动的受力分析图中均未绘出各构件的径向力F，且用一条垂直线表示一个构件，同时用符号F代表切向力Ft。为了分析各构件所受的切向力Ft，提出如下三点：( 1 ) 在转矩的作用下，行星齿轮传动中各构件均处于平衡状态，因此，构件间的作用力等于反作用力。( 2 ) 如果在某一构件上作用有三个平行力，则中间的力与两边的力的方向用哪个反向。( 3 ) 为了求得构件上两个平行力的比值，则应研究它们对第三个力的作用点的力矩。在2K-H型行星齿轮传动中，其受力分析图是由运动的输入件开始，然后以此确定各构件上所受的作用力和转矩。对于支持圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力。由于在输入件中心轮a上受有nw个行星轮g同时施加的作用力Fga和输入转矩Ta的作用。当行星轮数目nw 2时，各行星轮上的载荷均匀，因此只需要计算其中的一套即可。在此首先确定输入件中心轮a在每一套中所受的输入转矩为可得式中中心轮所传递的转矩，输入所传递的名义功率，按照上述提示进行受力分析计算，则可得行星轮g作用于中心轮a的切向力而行星轮g上所受的三个切向力为中心轮a作用于行星轮g的切向力为内齿轮作用于行星轮g的切向力为转臂H作用于行星轮g的切向力为转臂H上所受的力为转臂H上的力矩为在内齿轮b上所受的切向力为在内齿轮b上所受的力矩为式中中心轮a的节圆直径，mm内齿轮b的节圆直径，mm转臂H的回转半径，mm根据参考文献11式6-37得（3.16）转臂H的转矩为仿上（3.17）内齿轮b所传递的转矩 3.6 行星齿轮传动的均载机构及浮动量行星齿轮传动具有结构紧凑、质量小、体积小、承载能力大等优点。行星轮的基本构件主要有中心轮、齿圈或行星架组成。在受力不平衡的条件下能够做径向浮动，以使各行星轮均匀分担载荷，如图3.1所示，使各构件的受力都能够形成一个封闭的等边三角形。这些是由于在其结构上采用了多个行星轮的传动方式，充分利用了同心轴齿轮之间的空间，使用了多个行星轮来分担载荷，形成功率分流，并合理的采用了内啮合传动，在此还可以利用油膜，在齿轮的各啮合面上加入高粘度油脂达到均载，从而才使其具备了上述的许多优点12。图3.1 行星轮均匀分担载荷图浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 4 减速器齿轮输入输出轴的设计已知：传递功率P=150w，齿轮轴转速n=1600r/min，传动比i=5.2，载荷平稳，使用寿命10年，单班制工作。4.1 减速器输入轴的设计( 1 ) 选择轴的材料，确定许用应力由已知条件选用45号钢，并经调质处理，由参考文献13表14-4查得抗拉强度极限，再由表14-2得许用弯曲应力。( 2 ) 按扭转强度估算轴径根据参考文献13表14-1得。又有式14-2得( 3 ) 确定各段轴的直径轴段1直径考虑到轴在整个减速离合器中的安装所必需的满足条件，初定：，( 4 ) 确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为20.5mm，为保证达到轴与行星齿轮安装的技术要求及轴在整个减速离合器中所必须满足的安装条件，初定：按设计结果画出轴的结构简图，见图4.1：图4.1 输入轴结构简图( 5 ) 校核轴1 ) 受力分析，见图4.2：图4.2 受力分析和弯矩图圆周力：径向力： 2 ) 作水平面内的弯矩图（4.2a），支点反力为：弯矩为： 3 ) 作垂直面内的弯矩图（4.2b），支点反力为：弯矩为：4 ) 作合成弯矩图（4.2c）弯矩为： 5 ) 作弯矩图（4.2d）6 ) 求当量弯矩7 ) 校核强度所以满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定余量4.2 减速器输出轴的设计( 1 ) 选择轴的材料，确定许用应力由已知条件选用45号钢正火，并经调质处理，由参考文献13表14-4查得强度极限，再由表14-2得许用弯曲应力。( 2 ) 按扭转强度估算轴径根据参考文献13表14-1得。又有式14-2得( 3 ) 确定各段轴的直径轴段1直径最少考虑到轴段在整个减速离合器中的安装所必需的满足条件，初定： ( 4 ) 确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为20.5mm，为保证达到轴与行星齿轮安装的技术要求及轴在整个减速离合器中所必须满足的安装条件，初定：按设计结果画出轴的结构简图，见图4.3：图4.3 输出轴结构简图( 5 ) 校核轴1 ) 受力分析，见图4.4：图4.4 受力分析和弯矩图圆周力：径向力： 2 ) 作水平面内的弯矩图（4.4a），支点反力为：弯矩为：3 ) 作垂直面内的弯矩图（4.4b），支点反力为：弯矩为：4 ) 作合成弯矩图（4.4c）弯矩为：5 ) 作弯矩图（4.4d）6 )求当量弯矩7 ) 校核强度所以满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定余量。5 减速离合器与电机总体结构布局设计5.1 离合器的设计端面摩擦盘式减速离合器如下图所示：图5.1 端面摩擦盘式减速离合器结构图1.逆转螺旋制动弹簧；2.减速齿轮箱；3.减速器外壳；4.端面刹车盘；5.螺栓；6.制动板；7.压力弹簧；8.刹车定套；9.螺旋刹车弹簧；10.刹车动套；11.离合弹簧；12.离合轴套；13.输入轴；14.外套轴；15.离合制动器壳；16.制动挡套；17.刹车电磁铁端面摩擦盘式减速离合器结构与带制动式的最根本区别就在于它采用了端面刹车盘及螺旋刹车弹簧。端面刹车盘的制动力是由三个压力弹簧提供的，要增大刹车力矩，只要增大压力弹簧的刚度即可。这个摩擦盘在脱水时是不接入转动部分的，因为这时刹车弹簧是处于自由状态，它与嵌在摩擦盘上的刹车定套是间隙配合的，所以压力弹簧的压紧力大小与脱水的控制无关。当刹车的时候因为制动挡套被电磁铁芯挡住不能继续转动，而脱水桶(内桶)由于惯性还要继续顺时针旋转，这时刹车动套就成了主动件，它将把螺旋刹车弹簧缠紧(同时把离合弹簧旋松)。初始缠紧力的大小将与制动挡套和离合制动器壳之间配合面的摩擦阻力矩的大小，及离合弹簧旋松所需要的力矩，及刹车弹簧与套缠至接触所需要的力矩等三个因素有关。因为压力弹簧提供的刹车力矩几乎可以不受什么限制，所以圈数稍有增加，刹车力即可有大的增长。端面刹车盘可高达20Nm的制动力矩可以使得脱水桶在瞬间完成刹车动作。刹车阻力矩是由制动挡套自身与离合制动器壳过盈配合所提供的。电磁铁的铁芯强度只要能挡住挡套就够用，其工作电流只有几毫安。这与带制动式离合器中控制操作力与刹车工作力直接相关的情形是截然不同的。这种减速离合器的动作见表5.1。这里两个方丝螺旋弹簧(螺旋刹车弹簧9和离合弹簧11)实际上是两个单向离合器，交替地工作，很好地实现了脱水与刹车的动作要求。表5.1减速离合器工作表工作状态零件脱水洗涤电磁铁17铁心吸入铁心弹出制动挡套16随脱水轴转被电磁铁心挡住不动离合制动器壳15随脱水轴一起转开始刹车时有可能被刹车弹簧带着转过一定角度后静止螺旋刹车弹簧9自由状态，与刹车定套动配合，随离合制动器壳转动缠紧在刹车定动套上，在开始刹车时间有可能带着端面刹车盘转过一定角度后，始终缠紧，可严格防止顺时针方向内桶跟转离合弹簧11 把离合轴套和刹车动套连成一体，实现脱水被旋松，使离合轴套与脱水轴分离，转动传入减速器，驱动波轮工作刹车动套10 被离合弹簧带着旋转被弹簧螺旋刹车缠紧，与刹车定套连为一体刹车定套8 不动与刹车动套连为一体逆转螺旋制动弹簧1阻力矩很小可以严格防止内筒逆时针方向跟转5.2减速离合器动力驱动装置改进在动力驱动装置中取消了皮带传动机构，由电机直接驱动洗衣机波轮和脱水桶，变成了所谓的“空芯”电动机，其优点非常显著。首先，取消了皮带传动这一环节，电动机与减速器的传动效率大大提高；其次，可消除洗衣机在长期运行过程中容易发生的皮带打滑(原因是皮带松弛变长引起)，造成洗衣机不能够起动的故障。此外，改进后的动力装置还有启动平稳，噪声振动减弱等优点。改进装置如图5.2所示：图5.2 改进装置图6 减速离合器的装配6.1 总装配图1.输出轴（洗涤轴）；2.弹簧挡圈；3.粉末冶金轴承；4.含油毛线；5.脱水轴；6.行星轮架；7.行星轮轴；8.行星轮；9.内齿圈；10.行星轮外壳；11.内六角平圆头螺钉；12.垫圈；13.行星轮架盖；14.弹簧挡圈；15. 粉末冶金轴承；16.毡垫；17.刹车电磁铁；18.制动挡套19.轴外套；20.输入轴；21.水封；22弹簧挡圈；23.滚动轴承；24.挡圈；25.弹簧盖；26.减速器外壳；27.逆转螺旋制动弹簧；28.螺母；29.弹簧垫圈；30.螺栓；31.刹车片；32.端面刹车盘；33.制动板；34.压力弹簧；35.平垫圈；36.螺栓；37.螺旋刹车弹簧；38.刹车定套；39.刹车动套；40.离合制动器壳；41.离合弹簧；42.离合轴套图6.1 总装配图6.2 总装配图设计说明齿轮轴和洗涤轴都装配于粉末冶金轴承中。对行星减速器来说，齿轮轴是输入轴，上端加工成齿轮，齿轮部分插入行星轮架中心孔，与行星齿轮相啮合，行星齿轮又与内齿圈

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