自动洗衣机行星齿轮减速器的设计【全套包含CAD图纸三维建模和说明书】
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包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 I 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 目录 第一章 绪论 . 错误 !未定义书签。 题的来源及研究的目的和意义 . 错误 !未定义书签。 课题研究的主要内容 . 2 第二章 齿 轮传动的特点 . 4 轮传动的两大类型 . 6 星机构的类型及特点 . 错误 !未定义书签。 第三章 齿轮的设计计算 . 8 齿计算 . 9 定各齿轮的齿数 . 错误 !未定义书签。 算中心距和模数 . 错误 !未定义书签。 何尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 第四章 轴的设计计算 . 错误 !未定义书签。 星轴设计 . 错误 !未定义书签。 轴的设计 . 错误 !未定义书签。 入轴设计 . 错误 !未定义书签。 出轴设计 . 错误 !未定义书签。 第五章 行星架的设计 . 错误 !未定义书签。 星架结构方案 . 错误 !未定义书签。 星架制造精度 . 错误 !未定义书签。 第六章 减速器内部主要传动零件的强度校核 . 错误 !未定义书签。 动轴的强度校核 . 错误 !未定义书签。 动齿轮的强度校核 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 随着国民 经济的持续发展，机械工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展，创新着。特别是在家用电器方面，在人们的居家生活中，自动洗衣机的的应用非常广泛，特别是行星减速器内置式的全自动洗衣机，在某种程度上，因为行星齿轮减速器占地面积小，变速灵活，价格成本低廉而很受欢迎，根据市场调查发现，行星齿轮减速器必须满足当今人们对自动洗衣机速度调节方面的灵活性操控等需求。 本文介绍了自动洗衣机行星齿轮减速器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，以及对其结构进行创新设计，该减速器的优点是 结 构紧凑、传动效率高、外廓尺寸小和重量轻、承载能力大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点 。 关键词： 机械工业；自动洗衣机；行星；平稳 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 of is of in in in s of is is a in a of is to of s of of to of of is of 含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 1第一章 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 2绪 论 题的来源及研究的目的和意义 本课题通过对自动洗衣机行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对涉及结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。通过本设计，要能弄懂该减速器的传动原理，达到对所学知识 的复习与巩固，从而在以后的工作中能解决类似的问题。 齿轮是使用量大面广的传动元件。目前世器上齿轮最大传递功率已达 6500大线速度达 210m s(在实验室中达 300m/s)；齿轮最大重量达 200t，最大直径达 (组合式 )，最大模数 m 达 50国自行设计的高速齿轮 (增 )减速器的功率已达44000轮圆周速度达 150m s 以上。 由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应 用极为广泛。 20 世纪末的 20 多年，世界齿轮技术有了很大的发展。产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声、高可靠度。技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。 硬齿面技术到 20 世纪 80 年代时在国外日趋成熟。采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于 1975 的 6 级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的 4 倍，为软齿而齿轮的 5 一 6 倍。一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的 1/3 左右。 功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双分及多分支装置，如 中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。 模块化设计技术对通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。 其他技术的发展还表现在理论研究 (如强度计算、修形技术、现代设计方法的应用，新齿形、新结构的应用等 )更完善、更接近实际；普遍采用各种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；加工精度普遍提高到 4 一 6 级；轴承质量和寿命的提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手 段的提高等方面。 课题研究的主要内容 国内自动洗衣机行星齿轮减速器的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大自动洗衣机行星齿轮减速器新型多样化的研发及生产是行业发展的包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 3大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。 自动洗衣机行星齿轮减速器的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前减速器自动减速器正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。 本次设计的任务是自动洗衣机行星齿轮减 速器的设计，通过让学生亲自了解减速器内部的构造和组成部分，通过对减速器内部工件的设计来认识工件，通过利用计算机绘图软件例如 对工件进行零件图的绘制和装配，这样经过一系列的综合性训练，培养学生动手，动脑以及画图的能力。 第二章 齿轮传动的特点 轮传动的两大类型 轮系可由各种类型的齿轮副组成。由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆涡轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。 根据齿轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型。 （ 1）普通齿轮传动（定轴轮系） 当齿轮系运转时 ，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）。在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动）。 （ 2）行星齿轮传动（行星轮系） 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮，则称该齿轮传动为行星齿轮传动，即行星轮系。 星机构的类型及特点 行 星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。行星齿轮传动的主要特点如下： （ 1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的 5121 （即在承受相同的载荷条件下）。 （ 2）传动效率高。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下， 99。 （ 3）传动比较大。可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 4齿轮传动中， 其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。 （ 4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 最常见的行星齿轮传动机构是 行星传动机构。行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有 N 等类型。按基本结构的组成情况 不同有 23Z、 类型。 行星齿轮传动最显著的特点是：在传递动力时它可进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用，表 1出了常用行星齿轮传动的型 式及特点： 表 1传动 形式 简图 性能参数 特点 传动比 效率 最大功率/2负号机构） 限 效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递公路范围大，轴向尺寸小，可用于各个工作条件，在机械传动中应用最广。单级传动比范围较小，耳机和三包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 5级传动均广泛应用 2 150推荐 721 效率高，径向尺寸比小，传动比范围较 大，可用于各种工作条件。但双联行星齿轮制造、安装较复杂，故 | 7 时不宜采用 2 推荐值： 830 效率较低， 40 传动比打，效 率较低，适用于短期工作传动。当行星架 X 从动时，传动比 |i |大于某一值后，机构将发生自锁 2 千 | 时，效率可达 .7，i 5 以后 i |增加徒降 20 传动比范围大，但外形尺寸及重量较大，效率很低，制造困难，一般不用与动力传动。运动精度低也不用于分度机构。当行星架 X 从动时， |i |从某一数值起会发生自锁。常用作差速器；包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 6其传动比取值为，最佳值为2，此时效率可达 ）型（ 3Z） 小功率传动 500；推荐：20100 加而下降 短期工作 120，长期工作 10 结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于 ，工艺性差，适用于中小功率功率或短期工作。若中心轮 A 输出，当 |i |大于某一数值时会发生自锁 ）型（ 3Z） 60500 推荐：64300 加而下降 短期工作 120，长期工作 10 结构更紧凑，制造，安装比上列 型传动方便。由于采用单齿圈行星轮，需角度变为才能满足同心条件。效率较低，宜用于短期工作。 传动自锁情况同上 第三章 齿轮的设计计算 齿计算 定各齿轮的齿数 据 2)型行星传动的传动比b 和行星轮 c 的齿数现考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮 a 的齿数7 和行星轮. 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 7根据内齿轮 1( ）（ 对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取 79时实际的 p 值与给定的 p 值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差 的范围内。 实际传动比为 1= 其传动比误差 由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮 c 的齿数 2 因为 62ab 取齿数修正量为 1时，通过角变位后，既不增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善 合齿轮副的传动性能。故 3017在考虑到安装条件为 322 （整数） 算中心距和模数 1. 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 太阳轮和行星轮材料为 45，表面渗碳淬 火处理，表面硬度为 28 35 试验齿轮齿面接触疲劳极限 =1591 试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮 =485 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 8行星轮 =485 对称载荷 )。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为 6 级。 内齿圈材料为 45，淡化处理，表面硬度为 973 试验齿轮的接触疲劳极限 =1282齿轮的弯曲疲劳极限 =370形的终加工为插齿，精度为 7 级。 2. 减速器的名义输出转速 2n 由 i =212n = 3. 载荷不均衡系数 采用太阳轮浮动的均载机构，取 H 4. 齿轮模数 m 和中心 距 a 首先计算太阳轮分度圆直径 ： 3d 式中 ： u 一齿数比为 使用系数为 68； ； 1T 一太阳轮单个齿传递的转矩。 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 9549 = 9 8 0 03 1 2 09 5 4 9 =376 其中 高速级行星齿轮传动效率，取 =d 齿宽系数暂取.5 =1450 入 3l i d 3 2a 5 9 67 6 8d =模数 m= m=5 则 3017(521)(210 =取 齿宽 2 何尺寸计算 1. 计算变位 系数 (1) 动 啮合角 20c o c o sc o s 0 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 10 =以 “ 543920 变位系数和2 t =（ 17+30） 20ta 0543920 = 2中心距变动系数 y y=5 20 m 齿顶降低系数 y 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 11 1 4 根据线图法，通过查找线图 2心距变动系数 y y=5 20 m 齿顶降低系 数 y 1 4 根据线图法，通过查找线图 2到边位系数 549.0 5 9 9 ac ) 动 由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有 0 bc 从而 cb 0y 0y 2. 几何尺寸计算结果 对于单级的 2)型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算，各齿轮副的计算结果如下表： 表 3齿轮副的几何尺寸的计算结果 项目 计算公式 轮副 轮副 分度圆直径 d 111 222 171711 d 303012 d 171 d 303012 d 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 12 基圆直径bddd b dd b 1820co 3220co 181 3220co 齿顶圆直径)(211 )(222 241 342 内啮合 )(2 *11 )(222 注：齿顶高系数：太阳轮、行星轮 1内齿轮 顶隙系数：内齿轮 c 第四章 轴的设计计算 星轴设计 在相对运动中，每个行星轮轴承受稳定载荷 8682 ，当行星轮相对于行星架对称布置时，载荷 ，则跨距长度 75622 220 。当行星轮轴在转臂中的配合选为 H7/，就可以把它看成是具有跨距为0轴较短时，两个轴承几乎紧紧地靠着，因此，可以认为轴是沿着整个跨度承受均布载荷0/t（见图 3。 图 3星轮轴的载荷简图 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 13 危险截面（在跨度中间）内的弯矩 8 678 8 6 8288 020 t N 148538. N 星轮轴采用 40 ,调质 440s 虑到可能的冲击振动， ;则许用弯曲应力 ) 4 0(/ S 76行星轮轴直径 b 3 83232 330 取 其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。 轴的设计 入轴设计 1初算轴的最小直径 由下式 30 初步估算轴的最小直径，选取轴材料为 45 钢，调质处理。根据表 3得0A。 表 3常用几种材料的 T 及0轴的材料 20 35（ 1 45 40358 T / 1525 2035 2545 3555 026 135112 126103 11297 查表取0A=112，得 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 14 61 0 0 0120112 330m i n 输入轴的最小直径安装法兰，该截面处开有键槽，轴颈增大 5%7%。 故 m 其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。 2选择输入轴轴承 (1) 轴的结构设计 根据估算所得直径，轮彀宽及安装情况等条件，轴的结构尺寸可进行草图设计。该轴中间一段对称安装一对深沟球轴承 6217 型，其尺寸为81 5 085 ，可画出输入轴草图（如附图 03）。 轴承的寿命计算 其参数为 5 50 8 rC rC 000n （ 油浴）； 取载荷系数 2.1 当量动载荷 3 2 2 873N; 轴承的寿命计算 3306 )387383200(100016670)(6010 65258h70400h 故该对轴承满足寿命要求。 出轴设计 1初算轴的最小直径 在三个行星轮均布的条件下，轮齿啮合中作用于中心轮上的力是相互平衡的，在输出轴轴端安装膜片盘式联轴器时，则输出轴运转时只承受转矩。输出轴选用 42金钢，其许用剪切应力 45 求出输出轴伸出端直径 3 22 =包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 15 11 2 09 5 4 99 5 4 922 6114 N 中 2T 输出轴转矩； 齿轮啮合传动的效率，取 = 2选择输出轴轴承 由于输出轴的轴承不承受径向工作载荷（仅承受输出行星架装置的自重），所示轴承的尺寸应由结构要求来确定。 输出轴端，轴颈 1102 d 由于结构特点，输出轴轴承须兼作行星架轴承。为了太阳轮安装方便，使太阳轮能通过行星架轮毂中的孔，故轮毂孔的直径应大于太阳轮的齿顶圆直径 故按结构要求选用特轻系列单列深沟球轴承 6030 型，其尺寸为5225150 ，可画出行星架草图（如附图 03）。 轴承的寿命计算 其参数为 50 25 5 132rC 1250 rC 000n （油浴）； 取载荷系数 2.1 当量动载荷 4 2 4 088N; 轴承的寿命计算 3306 )5088132000(6010 600938h70400h 故该轴承满足寿命要求。 第五章 行星架的设计 星架结构方案 行星架 是行星齿轮传动中的一个较重要的构件。一个结构合理的 行星架 应当是外廓尺寸小，质垦小，具有足够的强度和刚度，动平衡性好，能保证行星轮间的载荷分布均包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 16 匀，而且应具有 良好的加工和装配工艺。从而，可使行星齿轮传动具有较大的承载能力、较好的传动平稳性以及较小的振动和噪声。 由于在 行星架 上一般安装有它的结构较复杂，制造和安装精度要求较高。尤其，当 行星架 作为行星街轮传动的输出基本构件时，它所承受的外转矩最大，即承受着输出转矩。 目前，较常用的转臂结构有双侧板整体式、双侧板分开式和单侧板式三种类型。 1. 双侧板整体式转臂 在行星轮数2 的 2传动中，一般采用如图 3示的双侧板整体式转臂。 由于双侧板整体式转臂的刚性较好，因此，它已获得较广泛的应用。当传动比 (如2)的传动比 )较大时，行星轮的轴承一般应安装在行星轮轮缘孔内臂较合理。 对于尺寸较小的整体式转臂结构，可以采用整休锻造毛坯来制造，但其切削加工量较大。因此，对于尺寸较大的整体式转臂结构，则可采用铸造和焊接的方法，以获得形状和尺寸较接近于实际转臂的毛坯。但在制造转臂的工艺过程中，应注意消除铸造或焊接的内应力和其他缺陷 ;否则将会影响到转臂的强度和刚度，而致使其产生较大的变形，从而，影响行星齿轮机构的正常运转。在此，还应该指出的是 :在加工转臂时，应尽可能提高 行星架 上的行星轮心轴孔（或轴承孔）的位置精度和同轴度 星架制造精度 由于在 行星架 上支承和安装着3 个行星轮的心轴，因此， 行星架 的制造精度对行星齿轮传动的工作性能、运动的平稳性和行星轮间载荷分布的均匀性等都有较大的影响。在制定其技术条件时，应合理地提出精度 要求，且严格地控制其形位偏差和孔距公差等。 1. 中心距极限偏差行星架 上各行星轮轴孔与转臂轴线的中心距偏差的大小和方向，可能增加行星轮的孔距相对误差 1 和 行星架 的偏心量，且引起行星轮产生径向位移 ;从而影响到行星轮的均载效果。所以，在行星齿轮传动设计时，应严格地控制中心距极限偏差求各中心距的偏差大小相等、方向相同 ;一般应控制中心距极限偏差范围内。该中心距极限偏差 a 值，按齿轮精度等级按照 表 4取 。 表 4中心距极限偏差 精度等 齿轮副的中心距 a 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 17 级 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 180 250 250 315 315 400 87 109 2116 1 23 37 27 0 36 5 0 第六章 减速器内部主要传动零件的强度校核 动轴的强度校核 校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。由文献 1， 15知，取 ，轴的计算应力 3252232 （ 选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献 1表 115 可知， 601 此， 1 故安全。 （ 7）精确校核轴的疲劳强度 判断危险截面 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 V 引起的应力集中最严重，而V 受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面 C 的应力最大，但应力集中不大，故 C 面不用校核。只需校核截面 V。 截面 V 左侧 抗弯截面系数 3 dW （ 抗扭截面系数 5 4 8 8 0 01 4 3 （ 截面 V 左侧的弯矩 M 为 M （ 截面 V 上的扭矩 T 为 32000001 T 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 18 截面上的弯曲应 4 4 00 6 6 5 70 （ 截面上的扭转切应力 8 8 0 03 2 0 0 0 0 01 T （ 轴的材料为 45 钢，调 质处理。由文献 1表 115 可知， 640B 2751 551 由文献 1 附表 83 可知，用插入法求出 k， 文献 1 附图 43 可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理， 1q 固得综合系数为 （ 由文献 1 13 ， 23 可知，碳钢的特性系数 取 取 所以轴在截面 V 左侧的安全系数为 （ （ 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 19 （ 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 截面 V 右侧 抗弯截面系数 3 dW 抗扭截面系数 4 3 9 4 0 01 3 3 截面 V 左侧的弯矩 M 为 M 面 V 上的扭矩 T 为 3200000T 截面上的弯曲应力 9 7 00 6 6 5 70 面上的扭转切应力 9 4 0 03 2 0 0 0 0 01 T面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按文献 1附表 23 查取。 ， 又由文献 1附图 13 可得轴的材料的敏感系数为 q ， q 故有效应力集中系数按文献 1，附 43 为 (1 （ (1 由文献 1附图 23 可得轴的截面形状系数为 由文献 1附图 33 可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为 综合系数为 包含有 咨询 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 20 所以轴在截面 V 左侧的安全系数为 51 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 动齿轮的强度校核 （）校核齿面接触疲劳强度 （ 1）接触应力的计算 由文献 4表 395 可知，齿面接触应力计算公式，即 22211 （ 确定公 式内的各计算数值 计算载荷系数 电动机驱动，载荷平稳，由文献 4表 25 可知，取 1平均分度圆直径 Rm 平均分度圆圆周速度 00 0 00 0 11 m/s 由文献 4 图 45 （ a）可知，按 7 4 0 0 0 1 zv m，得 K； 由文献 4 图 75 （ b）可知，按 轮悬臂布置， K； 由文献 4表 45 可知， K； 包含有 咨询自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 I 自动洗衣机行星 减速器设计 摘 要 本文完成了 自动洗衣机行星减速器 的结构设计。该减速器具有较小的传动比，而且，它具有结构紧凑、传动效率高、外廓尺寸小和重量轻、承载能力大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点，适用于化工、轻工业以及机器人等领域。 这些功用对于现代机械传动的发展有着较重要的意义。 首先简要介绍了课题的背景以及齿轮减速器的研究现状和发展趋势，然后比较了各种传动结构，从而确定了传动的基本类型。论文主体部分是对传动机构主要构件包括太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架的设计计算，通过所给的输入功率 、传动比、输入转速以及工况系数确定齿轮减速器的大致结构之后，对其进行了整体结构的设计计算和主要零部件的强度校核计算。 关键词： 行星齿轮，传动机构，结构设计，校核计算 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 of a a it a in of of a of of is of of in by to nd to of of 动洗衣机行星齿轮减速器的设计 1 目 录 前 言 . 3 第 1 章 传动方案的确定 . 8 计任务 . 8 轮传动的特点 . 8 轮传动的两大类型 . 9 星机构的类型选择 . 9 星机构的类型及特点 . 9 定行星齿轮传动类型 . 12 第 2 章 齿轮的设计计算 . 14 齿计算 . 14 定各齿轮的齿数 . 14 算中心距和模数 . 15 何尺寸计算 . 16 配条件验算 . 19 接条件 . 19 心条件 . 19 装条件 . 20 轮强度校核 . 21 动强度校核 . 21 动强度校核 . 26 第 3 章 轴的设计计算 . 31 星轴设计 . 31 轴的设计 . 33 入轴设计 . 33 出轴设计 . 34 第 4 章 行星架和箱体的设计 . 37 星架的设计 . 37 星架结构方案 . 37 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 2 星架制 造精度 . 39 体的设计 . 41 结 论 . 44 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 46 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 3 前 言 本课题通过对行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对涉及结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。通过本设计，要能弄懂该减速器的传动原理，达到对所学知识的复习与巩固，从而在以后的工作中能解决类似的问题。 齿轮是使用量大面广的传动元 件。目前世器上齿轮最大传递功率已达6500大线速度达 210m s(在实验室中达 300m/s)；齿轮最大重量达200t，最大直径达 (组合式 )，最大模数 m 达 50国自行设计的高速齿轮 (增 )减速器的功率已达 44000轮圆周速度达 150m s 以上。 由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。 20 世纪末的 20 多年，世界齿轮技术有了很大的发展。产品发展的总趋 势是小型化、高速化、低噪声、高可靠度。技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。 硬齿面技术到 20 世纪 80 年代时在国外日趋成熟。采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于 1975 的 6 级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的 4 倍，为软齿而齿轮的 5 一 6 倍。一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的 1/3 左右。 功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双分及多分支装置，如中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。 模块化设计技术对通用和标准减速器 旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。 其他技术的发展还表现在理论研究 (如强度计算、修形技术、现代设计方法的应用，新齿形、新结构的应用等 )更完善、更接近实际；普遍采用各自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 4 种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；加工精度普遍提高到 4 一 6 级；轴承质量和寿命的提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手段的提高等方面。 这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮产品的性能价格比大大提 产品越来越完美。如非常粗略地估计一下，输出 矩的齿轮装置，如果在 1950 年时重 10 80 年代就可做到仅约 20 世纪 70 年代至 90 年代初，我国的高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进 (技术攻关 )到独立设计制造 3 个阶段。现在我国的设计制造能力基本上可满足国内生产需要，设计制造的最高参数 :最大功率 44高线速度 168m/s，最高转速 67000r/ 我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿制等阶段，从无到有逐步发展起来。除了摸索掌握制造技术外，在 20 世纪80 年代 末至 90 年代初推广硬齿面技术过程中，我们还作了解决 “断轴 ”、 “选用 ”等一系列有意义的工作。在 20 世纪 70代一直认为是国内重载齿轮两大难题的 “水泥磨减速器 ”和 “轧钢机械减速器 ”，可以说已完全解决。 20 世纪 80 年代至 90 年代初，我国相继制订了一批减速器标准，如 88圆柱齿轮减速器、 90运输机械用减速器和 050 一 93冶金设备用 轮减速器等几个硬齿面减速器标准，我国有自己知识产权的标准，如 079 - 95三环减速器。按这些标准生产的许 多产品的主要技术指标均可达到或接近国外同类产品的水平，其中 速器较完整地吸取了德国 司同类产品的特点，并结合国情作了许多改进与创新。 （ 1） 渐开线行星齿轮效率的研究 行星齿轮传动的效率作为评价器传动性能优劣的重要指标之一，国内外有许多学者对此进行了系统的研究。现在，计算行星齿轮传动效率的方法很多，国内外学者提出了许多有关行星齿轮传动效率的计算方法，在设计计算中，较常用的计算方有 3种：啮合功率法、力偏移法、和传动比法（克莱依涅斯法），其中以啮合功率法的用途最为广泛，此方法用来计算普通的 2 3K 型行星齿轮的效率十分方便。 （ 2） 渐开线行星齿轮均载分析的研究现状 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 5 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。这些都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，形成功率流，并合理的采用了内啮合传动，从而使其具备了上述的许多优点。但是，这只是最理想的情况，而在实际应用中，由于加工误差和装配误差的存在，使得在传动过程中各个行星轮上的载荷分配不均匀，造成载荷有集中在一个行星轮上的现象，这样，行星齿轮的优越性就得不到发挥，甚 至不如普通的外传动结构。所以，为了更好的发挥行星齿轮的优越性，均载的问题就成了一个十分重要的课题。在结构方面，起初人们只努力地提高齿轮的加工精度，从而使得行星齿轮的制造和装配变得比较困难。后来通过时间采取了对行星齿轮的基本构件径向不加限制的专门措施和其它可自动调位的方法，即采用各种机械式地均载机构，以达到各行星轮间的载荷分布均匀的目的。典型的几种均载机构有基本构件浮动的均载机构、杠杆联动均载机构和采用弹性件的均载机构。 随着我国市场经济的推进， “九五 ”期间，齿轮行业的专业化生产水平有了明显提高，如一汽、二汽等大型企业集团的齿轮变速箱厂、车轿厂，通过企业改组、改制，改为相对独立的专业厂，参与市场竞争；随着军工转民用，农机齿轮企业转加工非农用齿轮产品，调整了企业产品结构；私有企业的堀起，中外合资企业的涌现，齿轮行业的整体结构得到优化，行业实力增强，技术进步加快。 近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术。形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化 管理。 适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神，是 2l 世纪企业竞争的焦点。在 2l 世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率太为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 6 产品更加精致、美观。 床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设 计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。 工业通用变速箱是指为各行业成套装备及生产线配套的大功率和中小功率变速箱。国内的变速箱将继续淘汰软齿面，向硬齿面 (50 60高精度 (4 5 级 )、高可靠度软启动、运行监控、运行状态记录、低噪声、高的功率与体积比和高的功率与重量比的方向发展。中小功率变速箱为适应机电一体化成套装备自动控制、自动调速、多种控制与通讯功能的接口需要，产品的结构与外型在相应改变。矢量变频代替直流伺服驱动，已成为近年中小功率变速箱产品 (如摆轮针轮传动、谐波齿轮传动等 )追求的目标 。 随着我国航天、航空、机械、电子、能源及核工业等方面的快速发展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面已取得显著成绩。同时，随着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波传动技术产品的需求将会更加突出。 总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。 减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和 齿轮技术在我国有广阔的前景。 基本内容： （ 1）选择传动方案 。 传动方案的确定包括传动比的确定和传动类型的确定。 （ 2）设计计算及校核 。 传动结构的设计计算，都大致包括：选择传动方案、传动零件齿轮的设计计算与校核、轴的设计计算与校核、轴承的选型与寿命计算、键的选择与强度计算、箱体的设计、润滑与密封的选择等。 在对行星齿轮减速器的结构进行深入分析的基础上，依据给定的减速自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 7 器设计的主要参数，通过 图软件建立行星齿轮减速器各零件的二维平面图，绘制出减速器的总装图对其进行分析。 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 8 第 1 章 传动 方案的确定 计任务 设计一个行星齿轮传动减速器。 原始条件和数据： 传动比 i=率 p=入转速 N=1400 等冲击。使用寿命 10 年。且要求该齿轮传动结构紧凑、外廓尺寸较小。 轮传动的特点 齿轮传动与其它传动比较，具有瞬时传动比恒定、工作可靠、寿命长、效率高、可实现平行轴任意两相交轴和交错轴之间的传动，适应的圆周速度和传动功率范围大，但齿轮传动的制造成本高，低精度齿轮传动时噪声和振动较大，不适宜于两轴间距离较大的传动。 齿轮传动是以主动轮的轮齿依次推 动从动轮来进行工作的，是是现代机械中应用十分广泛的一种传动形式。齿轮传动可按一对齿轮轴线的相对位置来划分，也可以按工作条件的不同来划分。 随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已达到 20000出转矩已达到 4500kN m 。据有关资料介绍，人们认为目前行星齿轮传动技术的发展方向如下。 （ 1） 标准化、多品种 目前世界上已有 50 多个渐开线行星齿轮传动系列设计；而且还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等多品种的产品。 （ 2） 硬齿面、高精度 行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和氮化等化学热处理。齿轮制造精度一般均在 6 级以上。显然，采用硬齿面、高精度有利于进一步提高承载能力，使齿轮尺寸变得更小。 （ 3） 高转速、大功率 行星齿轮传动机构在高速传动中，如在高速汽轮中已获得日益广泛的应用，其传动功率也越来越大。 （ 4） 大规格、大转矩 在中低速、重载传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传动已有了较大的发展。 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 9 轮传动的两大类型 轮系可由各种类型的齿轮副组成。由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆涡轮组成的轮系，称为空间轮系；而由 圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。 根据齿轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型。 （ 1）普通齿轮传动（定轴轮系） 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）。在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动）。 （ 2）行星齿轮传动（行星轮系） 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不 固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮，则称该齿轮传动为行星齿轮传动，即行星轮系。 星机构的类型选择 星机构的类型及特点 行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。行星齿轮传动的主要特点如下： （ 1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的 5121 （即在承受相同的载荷条件下）。 （ 2）传动效率高 。 在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达 ， 99。 （ 3）传动比较大 。 可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 10 在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。 （ 4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力 较强，工作较可靠。 最常见的行星齿轮传动机构是 行星传动机构。行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有 W、 N 等类型。按基本结构的组成情况不同有 23Z、 类型。 行星齿轮传动最显著的特点是：在传递动力时它可进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结 构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用，表 1出了常用行星齿轮传动的型式及特点： 表 1用行星齿轮传动的传动类型及其特点 传动 形式 简图 性能参数 特点 传动比 效率 最 大 功率 /2负号机构） 荐 限 效率高，体积小，重量轻， 结构简单，制造方便，传递公路范围大，轴向尺寸小，可用于各个自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 11 工作条件，在机械传动中应用最广。单级传动比范围较小，耳机和三级传动均广泛应用 2 机构） 150推荐 721 效率高，径向尺寸比 小，传动比范围较 大，可用于各种工作条件。但双联行星齿轮制造、安装较复杂，故 | 7时不宜采用 2 机构） 推荐值： 830 效率较低， 40 传动比打，效率较低，适用于短期工作传动。当行星架X 从动时，传动比| i |大于某一值后，机构将发生自锁 2 机构） 千 | 时，效 i 5 以后 i |增加徒降 20 传动比范围大，但外形尺寸及重量较大，效率很低，制造困难，一般不用与动力传动。运动精度低也不用于分度机构。当行星架X 从动时， |i |从某一数值起会发生自锁。常用作差速器；其传动比取值为自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 12 ，最佳值为 2， ）型（ 3Z） 小功率传动 500；推荐：20100 加而下降 短 期 工作 120 ，长 期 工作 10 结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于 ，工艺性差，适用于中小功率功率或短期工作。若中心轮A 输出，当 |i |大于某一数值时会发生自锁 ）型（ 3Z） 60500 推荐：64300 短 期 工作 120 ，长 期 工作 10 结构更紧凑，制造，安装比上列 型传动方便。由于采用单齿圈行星轮，需角度变为才能满足同心条件。效率较低，宜用于短期工作。传动自锁情况同上 定行星齿轮传动类型 根据设计要求：连续运转、传动比小、结构紧凑和外廓尺寸较小。根据表 1传动类型的工作特点可知， 2)型效率高，体积小，机构简单，制造方便。适用于任何工况下的大小功率的传动，且广泛地应用于动力及辅助传动中，工作制度不限。本设计选用 2)型行星传动较 合理，其传动简图如图 1示 。 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 13 图 1速器设计方案（单级 )型行星齿轮传动） 拟定的设计方案如下图： 图 2 减速器整体装配图 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 14 第 2 章 齿轮的设计计算 齿计算 定各齿轮的齿数 据 2)型行星传动的传动比参考文献 1）公式（ 3公式（ 3求得内齿轮 b 和行星轮 c 的齿数考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮 a 的齿数7 和行星轮. 根据内齿轮 1( ）（ 对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取 79时实际的 p 值与给定的 p 值稍有变化，但是必须控 制在其传动比误差的范围内。 实际传动比为 1= 其传动比误差 由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮 c 的齿数 2 因为 62ab 取齿数修正量为 1时，通过角变位后，既不增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善 合齿轮副的传动性能。故 3017在考虑到安装条件为 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 15 322 （整数） 算中心距和模数 1. 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 太阳轮和行星轮材料为 20面渗碳淬火处理，表面硬度为57 61 试验齿轮齿面接触疲劳极限 =1591 试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮 =485 行星轮 =485 对称载荷 )。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为 6 级。 内齿圈材料为 38化处理，表面硬度为 973 试验齿轮的接触疲劳极限 =1282齿轮的弯曲疲劳极限 =370形的终加工为插齿，精度为 7 级。 2. 减速器的名义输出转速 2n 由 i=212n = 3. 载荷不均衡系数 采用太阳轮浮动的均载机构，取 H 4. 齿轮模数 m 和中心 距 a 首先计算太阳轮分度圆直径 ： 3d 式中 ： 使用系数为 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 16 68； ； 1T 一太阳轮单个齿传递的转矩。 549 = 98 03 12 095 49 =376 其中 高速级行星齿轮传动效 率，取 =d齿宽系数暂取.5 =1450 入 3l i d 3 2a 5 9 67 6 8d =模数 m= m=5 则 3017(521)(210 =117.5 取 齿宽 2 何尺寸计算 1. 计算变位系数 (1) 动 啮合角动洗衣机行星齿轮减速器的设计 17 因 20c o c o sc o s 0 以 “ 543920 变位系数和2 t =（ 17+30） 20ta 0543920 = 2择变位系数线图 中心距变动系数 y y=5 20 m 齿顶降低系数 y 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 18 1 4 根据线图法，通过查找线图 2心距变动系数 y y=5 20 m 齿顶降低系数 y 1 4 根据线图法，通过查找线图 2到边位系数 549.0 5 9 9 ac ) 动 由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有 0 bc 从而 cb 0y 0y 2. 几何尺寸计算结果 对于单级的 2)型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算，各齿轮副的计算结果如下表： 表 3齿轮副的几何尺寸的计算结果 项目 计算公式 轮副 轮副 分 度 圆直径 d 111 222 851751 d 1503052 d 1501 d 3957952 d 基 圆 直径bddd b dd b 951401 211 )(222 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 19 齿 顶 圆直径 内啮合 )(2 *11 )(222 齿 根 圆直径)(2 *11 )(2 *22 内啮合 )(2 *11 )(222 注：齿顶高系数：太阳轮、行星轮 1内齿轮 顶隙系数：内齿轮 c 配条件验算 对于所设计的单级 2)型的行星齿轮传动应满足如下装配条件 接条件 按公式验算其邻接条件，即 已知行星轮 c 的齿顶圆的直径得 23s 22 满足邻接条件 心条件 按公式对于角变位有 c os 已知 17 543925 20 入上式得 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 20 20c o o s 3017 =足同心条件 装条件 按公式验证其安装条件，即得 )(整数Cn 将 17323 7917 满足安装条件 啮合要素的验算 1. 动端面重合度a（ 1）顶圆齿形曲率半径a22 )2()2( 太阳轮 221 )a=行星轮 222 )29 5 0()25 1 4( a=（ 2）端面啮合长度ag)s 21 式中 “ ”号正号为外啮合，负号为内啮合； t 端面节圆啮合角。 直齿轮 t= 543925 则 543925s i 24 1 =（ 3）端面重合度20c c c 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计 21 =. 端面重合度a（ 1）顶圆齿形曲率半径a22 )2()2( 行星轮1a由上面计算得，1a=内齿轮 222 )1()1( a=（ 2）端面啮合长度21 s in = 20s =（ 3）端面重合度 )c o s/(c o = =轮强度校核 动强度校核 本节仅列出相啮合的小齿轮 (太阳轮 )的强度计算过程，大齿轮 (行星
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