毕业设计（论文）-自动洗衣机行星齿轮减速器的设计（含全套CAD图纸） .doc

由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，cad图纸等，联系153893706 自动洗衣机行星齿轮减速器的设计摘 要：本文是关于自动洗衣机减速离合器内部减速装置的设计，洗衣机是一种常见的家用电器，随着人们对家电的要求逐渐提高和科技的日益发展，家用电器的设计就必须考虑质量和空间上的可容性，及运行过程中的稳定行和无噪音，所以在设计的时候要充分考虑使洗衣机的重量轻、体积小，运行平稳。行星轮系作为一种先进的齿轮传动机构，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传动比大、运行噪音小、寿命长等一系列的优点，满足自动洗衣机减速器的设计要求。这种减速器的设计不仅在体积和重量方面要求较高，同时也要满足传动精度，因为精度不高，在洗衣机运行过程中产生的震动和噪音就会很大，这将影响自动洗衣机的整体性能。随着人们对生活质量的日益重视，家用电器的设计不仅要体现它的外在美观性，更要体现它的整体舒适行，所以本次设计就要从这些方面入手，不仅要满足齿轮传动的具体要求，又要根据家用自动洗衣机的具体特点进行设计，从而达到自动洗衣机质量轻、体积小、运行平稳、噪音小。关键词：自动洗衣机；行星齿轮减速器；齿轮；精度；the design of planetary gear reducer used inautomatic washing machineauthor: tutor: (oriental science technology college of hunan agricultural university, changsha 410128)abstract :this article is about the internal clutch automatic washing machine gearreducer device design, washing machines is a common household appliances, household appliances with the requirements of people and technology to improve gradually growing, must be considered the design of household appliances and space, the quality can be compatibility, and stability during the operation of the line and no noise, so the designs time to give full consideration to the washing machine, light weight, small size, smooth operation. planetary gear as an advanced drive mechanism, with a compact, small size, quality, small, large carrying capacity, transmission ratio, low noise operation, long life and a series of advantages, to meet the design requirements for automatic washing machine reducer . the design of gear, not only in terms of size and weight requirements of a higher, but also to meet the driving accuracy, because accuracy is not high, running in the washing machine vibration and noise generated would be great, this will affect the overall automatic washing machine performance. with the increasing emphasis on quality of life, not only to reflect the design of household appliances of its external beauty, but also to reflect its overall comfort line, so this design should start from these areas, not only to meet gear specific requirements, but also according to the specific characteristics of household automatic washing machines are designed to achieve the automatic washing machine, light weight, small volume, stable running, low noise. key words: automatic washing machines； planetary gear reducer；gear； precision；1 前言洗衣机是现代人们生活的必须品，洗衣机的性能直接影响着人们的生活质量，随着科学技术的发展，人们对机械设备的性能要求越来越高，在齿轮传动装置方面具体表现为提高齿轮的承载能力、传动效率、减小外形尺寸、减轻质量以及增大传动比等，行星齿轮传动便是在这种背景下产生，并随着齿轮传动的设计与制造技术不断发展而逐渐完善。行星齿轮传动以其使用功率、速度范围和工作条件宽而受到了世界各国的广泛关注，成为世界各国在机械同行的重点研究课题之一1。随着机械工业日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪声等方面发展，很多新概念、新理论、新方法、新工艺不断出现，因而行星齿轮传动也就随之应运而生了。我国对行星齿轮传动的研究起步较晚，而且在行星齿轮产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家，由于行星齿轮减速器具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大和同轴性好等许多优点，它可以广泛地应用于航空航天、兵器、石油化工、纺织、轻工食品、精密机械、医疗器械、仪器仪表、机器人和工业机械手以及高级电动玩具等各个领域和部门中2。行星齿轮减速器在现代的军用和民用工业中具有极广阔的应用前景。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义3。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。1.1 发展概况世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能、传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。1880年德国第一个行星齿轮传动装置的专利出现了。1920年首次成批制造出行星齿轮传动装置，并首先用于汽车的差速器。1938年起集中发展汽车用的行星齿轮传动装置。二次世界大战后机械行业的蓬勃发展促进了行星齿轮传动的发展5。 高速大功率行星齿轮传动广泛的实际应用，于1951年首先在德国获得成功。1958年后，英、意、日、美、苏、瑞士等国也获得成功。低速重载行星减速器已由系列产品发展到生产特殊用途产品，如法国citroen生产用于水泥磨、榨糖机、矿山设备的行星减速器，重量达125t，输出转矩3900kn.m6；行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。近20多年来尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。20世纪70年代制订了ngw型渐开线行星齿轮减速器标准系列jb1799-1976。已形制成功高速大功率的多种行星齿轮减速器，如列车电站燃气轮机（3000kw）/高速汽轮机（500kw）和万立方米制氧透平压缩机（6300kw）的行星齿轮箱，低速大转矩的行星减速器也已批量生产，如矿井提升机的xl-30型行星减速器（800kw）。世界各先进工业国，经由工业化、信息化时代，正在进入知识化时代，行星齿轮传动在设计上日趋完善，制造技术不断进步，使行星齿轮传动已达到了较高水平。我国与世界先进水平虽存在明显差距11，但随着改革开放带来设备引进，技术引进，在消化吸收国外先进技术方面取得长足的进步。1.2 目前行星齿轮传动的发展方向（1）向高速大功率及低速大转矩的方向发展。例如年产300kt合成氨透平压缩机的行星齿轮增速器，其齿轮圆周速度已达150m/s；日本生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱，功率为22065kw；大型水泥球磨机所用80/125型行星齿轮箱，输出转矩高达4150kn.m。在这类产品的设计与制造中需要继续解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料及热处理及高效率、长寿命、可靠性等一系列设计制造技术问题12。（2）向无级变速行星齿轮传动发展。实现无级变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都转动并传递功率，这只要对原行星结构中固定的构件加一个转动（如采用液压泵及液压马达系统来实现），就成为无级变速器。（3）向复合式行星齿轮传动发展。近几年来，国外蜗杆传动、螺旋齿轮传动、圆锥齿轮传动与行星齿轮组合使用，构成复合式行星齿轮箱13。其高速级用前述各种定轴类型传动，低速级用行星齿轮传动，这样可适应相交轴和交错轴间的传动，可实现大传动比和大转矩输出等不同用途，充分利用各类型传动的特点，克服各自的缺点，以适应市场上多样化需求14。如制碱工业澄清桶用蜗杆蜗轮行星齿轮减速器，总传动比i=0.125r/min,输出转矩27200n.m。（4）向少齿差行星齿轮传动方向发展15。这类传动主要用于大传动比、小功率传动。（5）制造技术的发展方向。采用新型优质钢材，经热处理获得高硬齿面（内齿轮离子渗碳，外齿轮渗碳淬火），精密加工以获得高齿轮精度及低粗糙度（内齿轮精插齿达5-6级精度，外齿轮经磨齿达5级精度，粗糙度ra0.2-0.4m），从而提高承载能力，保证可靠性和使用寿命16。1.3 行星齿轮的传动简介行星齿轮传动是一种一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线加转动的齿轮传动。行星轮既绕自身的轴线回转，又随行星架绕固定轴线回转。太阳轮、行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转，并可与其他构件联结承受外加力矩，它们是这种轮系的三个基本件17。三者如果都不固定，确定机构运动时需要给出两个构件的角速度，这种传动称差动轮系；如果固定内齿轮或太阳轮，则称行星轮系。通常这两种轮系都称行星齿轮传动，如图1所示。 (a) (b) (c)图1行星齿轮传动fig.1 planetary gear transmission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，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。如图1（a）所示，齿轮a、b和构件x均绕几何轴线o转动，而齿轮g是活套在构件x的轴上，它一方面绕自身的几何轴线旋转，同时又绕着几何轴线o旋转，即齿轮g作行星运动。因此，称该齿轮传动为行星齿轮传动的行星轮系。1.3.1 行星齿轮传动的特点此处已删除2.2 系统组成框图自动洗衣机的组成简图：见图2上盖控制面板进水口排水管外箱体盛水桶支撑拉杆脱水桶电动机带传动减速器波轮图2 自动洗衣机的组成简图fig.2 automatic washing machine composition diagram自动洗衣机的工作原理：见图3图3 洗衣机工作原理图fig.3 washing machine working principle diagram洗涤：a制动，b放开，运动经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮。脱水：a放开，b制动，运动经电机、带传动、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮、行星 架、波轮与行星架等速旋转。减速器系统组成框图：见图4（电机输入转速）输入轴中心轮行星轮输出轴图4 减速器系统组成框图fig.4 reducer system composition diagram3 减速器简介减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。此处已删除1）分度圆直径d=m*=0.915=13.5mm （25） =m*=0.924=21.6mm （26） =m*=0.963=56.7mm （27）2) 齿顶圆直径齿顶高外啮合=*m=m=0.9 （28）内啮合=（-）*m=(1-7.55/)*m=0.792 （29） =+2=13.5+1.8=15.3mm （30）=+2=21.6+1.8=23.4mm （31）=-2=56.7-1.584=55.116mm （32） 3) 齿根圆直径 齿根高=（+）*m=1.25m=1.125 （33） =-2=13.5-2.25=11.25mm （34）=-2=21.6-2.25=19.35mm （35）=+2=56.7+2.25=58.95mm （36）4）齿宽b参考文献三表819选取=0.8=*+5=0.813.5+5=16mm （37）=*=13.50.8=11mm （38）=16mm表1 内齿圈尺寸table 1 the inner gear ring size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15.323.455.12齿根圆直径11.2519.3558.95齿宽高b161116中心距a=17.55mm =17.55mm 5) 中心距a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3： 1、ag为外啮合齿轮副= (+)m/2= (15+24) 0.9/2=17.55mm 2、bg为内啮合齿轮副 = (+)m/2= (63-24) 0.9/2=17.55mm54 行星齿轮传动强度计算及校核541 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选选用45钢正火，硬度为162217hbs，选8级精度，要求齿面粗糙度1.6行星轮g、内齿圈b选用聚甲醛（一般机械结构零件，硬度大，强度、钢性、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3.2。2）转矩=/=9549/n=95490.15/31600=0.2984n*m=298.4n*mm； （41）3）按齿根弯曲疲劳强度校核由参考文献二式6-69。6-70得出 如【】则校核合格。4）齿形系数由参考文献二表6-22得=3.15，=2.7，=2.29；5）应力修正系数由参考文献二表6-24得=1.49，=1.58，=1.74；6）许用弯曲应力由参考文献二图6-29得=180mpa，=160 mpa 2； 由表6-11得=1.3 由图825得=1；由参考文献二式6-71可得 =*/=180/1.3=138 mpa （42） =*/=160/1.3=123.077 mpa （43）=2k/=(21.1298.43.151.49/0.8（44）=23.48 mpa =138 mpa （45）=*/=23.482.71.587/3.151.74=18.28查参考文献二表611可得 =1.3所以 1.3543 有关系数和接触疲劳极限1）使用系数查参考文献二表67 选取=12）动载荷系数查参考文献二图66可得=1.023）齿向载荷分布系数参考文献二表6-5得对于接触情况良好的齿轮副可取=14）齿间载荷分配系数、由参考文献二表69查得 =1.1 =1.25）行星轮间载荷分配不均匀系数由参考文献二式713 得=1+0.5（-1）由参考文献二图719 得=1.5 所以 =1+0.5（-1）=1+0.5（1.5-1）=1.25仿上 =1.756）节点区域系数由参考文献二图69查得=2.067）弹性系数由参考文献二表610查得=1.6058）重合度系数由参考文献二图610查得=0.829）螺旋角系数 =110）试验齿的接触疲劳极限由参考文献二图611图615查得 =520mpa11）最小安全系数、由参考文献二表6-11可得=1.5、=212）接触强度计算的寿命系数由参考文献二图611查得 =1.3813）润滑油膜影响系数、由参考文献二图617、图618、图619查得=0.9、=0.952、=0.8214）齿面工作硬化系数由参考文献二图620查得 =1.215）接触强度计算的尺寸系数由参考文献二图621查得 =1所以 ft=44.27n.mm=2.061.6050.821=1.87 （50）=1.87=2.23 （51） =1.87=2.75 （52） =*=520/1.31.380.90.950.821.21=464.4941 （53）所以 齿面接触校核合格2。55 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1,且均匀对称地分布于中心轮之间；所以在2hk型行星传动中，各基本构件（中心轮a、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，且用一条垂直线表示一个构件，同时用符号f代表切向力。为了分析各构件所受力的切向力f，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，构件间的作用力应等于反作用力。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应相反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2hk型行星齿轮传动中，其受力分析图是由运动的输入件开始，然后依次确定各构件上所受的作用力和转矩。对于直齿圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力f，如图13所示。由于在输入件中心轮a上受有个行星轮g同时施加的作用力和输入转矩的作用。当行星轮数目2时，各个行星轮上的载荷均匀，（或采用载荷分配不均匀系数进行补偿）因此，只需要分析和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（即在每个功率分流上）所承受的输入转矩为 =/=9549/n=95490.15/31600=0.2984n*m （54）可得 =*=0.8952 n*m （55）式中 中心轮所传递的转矩，n*m； 输入件所传递的名义功率，kw；按照下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的切向力为 =2000/=2000/=20000.2984/13.5=44.2n （56）而行星轮g上所受的三个切向力为中心轮a作用与行星轮g的切向力为 =-=-2000/=-44.2n （57）按照下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的切向力为 =2000/=2000/=20000.2984/13.5=44.2n （56） (a) 传动简图 (b) 构件的受力分析图8传动简图fig.8 transmission diagram而行星轮g上所受的三个切向力为中心轮a作用与行星轮g的切向力为 此处已删除轴（b）。 （a） (b)图9心轴fig.9 mandrel（2）传动轴 工作时主要承受转矩，不承受或承受很小弯矩的轴，称为传动轴。（3）转轴 工作时既承受弯矩又承受转矩的轴，称为转轴。另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。如牙铝的传动轴。图10传动轴fig.10 transmission shaft图11 转轴fig.11 rotating shaft2）按轴线形状分为：（1）直轴光轴作传动轴（应力集中小）。阶梯轴优点：便于轴上零件定位、实现等强度6。（2）曲轴图12曲轴fig.12 crankshaft7.1 减速器输入轴的设计7.1.1 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,由参考文献四表144查得强度极限=650mpa,再由表142得许用弯曲应力=60mpa7.1.2 按扭转强度估算轴径根据参考文献四4表141 得c=118107。又由式142得d=(118107)=5.364.86 （80）取直径=8.5mm7.1.3 确定各轴段的直径轴段1(外端)直径最少=8.5mm，考虑到轴在整个减速离合器中的安装所必须满足的条件，初定：=9.7mm, =10mm,=11mm, =11.5mm, =12mm, =15.42mm， =18mm。7.1.4 确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为20.5mm,为保证达到轴于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7，初定：l=107mm, =3.3mm, =2mm, =44.2mm, =4mm, =18.5mm, =1.5mm, =16.3mm。按设计结果画出轴的结构草图：圆周力：=2298.4/13.5=44.2n （81）径向力：=44.2tan=16.1n （82）法向力：=/cos=44.2/ cos=47.04n （83） 图13 输入轴简图fig.13 the input shaft.7.1.5 校核轴1）受力分析图14所示 (a) 水平面弯矩图 (b)垂直面内的弯矩图 (c)合成弯矩图 (d)转矩图图14 受力分析fig.14 stress analysis2）作水平面内弯矩图（14-2a）支点反力为： =/2=22.1n （84）弯矩为：=22.177.95/2=861.35nmm =22.129.05/2=321 nmm3）作垂直面内的弯矩图（14-2b），支点反力为：=/2=8.04n弯矩为：=8.0477.95/2=313.5nmm =8.0429.05/2=116.78 nmm4）作合成弯矩图（14-2c）：=994.45 nmm （85）=370.6 nmm （86）5)作转矩图(14-2d)：t=9549/n=95490.15/1600=0.8952n*m=895.2 nmm （87）6)求当量弯矩=1130.23 nmm （88）=652.566 nmm （89）7)校核强度=/w=1130.23/0.1=1130.23/0.1=6.54mpa （90）=/w=652.566/0.1=652.566/0.1=4.9 mpa （91）所以 满足=60mpa的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量7.2 行星轮系减速器齿轮输出轴的设计7.2.1 选择轴的材料，确定许用应力由已知条件： 齿轮轴选用45钢正火,由参考文献四4表144查得强度极限=600mpa,再由表142得许用弯曲应力=55mpa7.2.2 按扭转强度估算轴径=p=0.1597.98%=0.147kw （92）根据参考文献四4表141 得c=118107。又由式142得 d=(118107)=5.344.83 （93）取直径=8.9mm7.2.3 确定各轴段的直径轴段1(外端)直径最少=8.9m考虑到轴在整个减速离合器中的安装所必须满足的条件，初定：=12mm,=11.3mm, = =12mm。7.2.4 确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为20.5mm,为保证达到轴于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9，初定：l=136.5mm, =19.2mm, =1.1mm, =74.5mm, =1.5mm, =15.8mm, =1.2mm, =23.2mm。 图15 输出轴按设计结果画出轴的结构草图：见图15所示fig.15 output shaft7.2.5 校核轴：1）受力分析图 见图 16所示 (a)水平面内弯矩图 (b)垂直面内的弯矩图 (c)合成弯矩图 (d)转矩图图16受力分析图fig.16 force analysis diagram圆周力：=2465.5/11=84.64n （94）径向力：=846.4tan=308.1n （95）法向力：=/cos=846.4/ cos=90.72n （96）2）作水平面内弯矩图（16-4a）11，支点反力为： =/2=42.32n （97）弯矩为：=42.3268.25/2=1444.17nmm （98） =423.233.05/2=699.338nmm （99）3）作垂直面内的弯矩图（7-4b）11，支点反力为：=/2=15.405n （100）弯矩为：=154.0568.25/2=525.7 nmm （101） =154.0533.05/2=254.57 nmm （102）4）作合成弯矩图（7-4c）：=1536.87 nm（103）=744.23 nmm （104）5）作转矩图(7-4d)：t= -=*（1+p）= 0.8952（1+4.2）=465.5 n*mm （105）6）求当量弯矩=1562.04 nmm （106）=794.9nmm （107）7）校核强度13=/w=1562.04/0.1=1562.04/0.1=9.1mpa （108）=/w=794.9/0.1=794.9/0.1= 4.6mpa (109)所以 满足=55mpa的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。8 结论本文是关于自动洗衣机减速离合器内部减速装置，这种减速器对于体积和重量方面要求较高，在设计过程中不仅要注意这些问题，同时也要在精度上下些力气，因为精度不高，在洗衣机运行中产生的震动和噪音就越大，随着人们对生活质量要求的不断提高，家电的产品质量要求需要不断改善，随着科学技术的日益发展,洗衣机作为最常见的一种家用电器，人们对它的要求不仅是质量上的尽量完美，对它本身的重量、体积、噪音等方面的要求也越来越高，本文设计的减速器就注重在这些方面下手，尽量减轻他的重量和缩小他的体积，同时也不忘提高齿轮间的啮合精度和传动精度，能使洗衣机在运行中做到工作效果好、噪音小、震动小。由于本人所学知识、设计能力和设计经验有限，在设计的过程中难免会犯很多错误，也可能有许多不切实际的地方，还望读者在借鉴的同时，能指出当中的错误和不足，以便能加以改善和提高，把减速器做的更加完美。参考文献1 常明.画法几何及机械制图m.武汉:华中科技大学出版社,2004.52 申永胜.机械原理教程m.北京:清华大学出版社,2005.123 濮良贵 纪名刚.机械设计m