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自动洗衣机行星齿轮减速器的设计【含15张CAD图纸】
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含15张CAD图纸
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7.3kg自动洗衣机行星齿轮减速器设计届毕业设计自动洗衣机行星齿轮减速器设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导老师日 期 前 言行星轮系减速器较普通齿轮减速器具有体积小、重量轻、效率高及传递功率范围大等优点，逐渐获得广泛应用。同时它的缺点是：材料优质、结构复杂、制造精度要求较高、安装较困难些、设计计算也较一般减速器复杂。但随着人们对行星传动技术进一步的深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高，完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。根据负载情况进行一般的齿轮强度、几何尺寸的设计计算，然后要进行传动比条件、同心条件、装配条件、相邻条件的设计计算，由于采用的是多个行星轮传动，还必须进行均载机构及浮动量的设计计算。行星齿轮传动根据基本够件的组成情况可分为：2KH、3K、及KHV三种。若按各对齿轮的啮合方式，又可分为：NGW型、NN型、WW型、WGW型、NGWN型和N型等。 关键词： 行星齿轮；减速器；电磁铁；永磁铁7.3kg自动洗衣机行星齿轮减速器设计目 录1. 概述12.自动洗衣机行星齿轮减速器设计22.1工作原理22.2传动方案的拟定23行星齿轮减速器设计43.1行星齿轮传动的传动比和效率计算43.2行星齿轮传动的效率计算：44.行星齿轮传动的配齿计算54.1传动比条件54.2同轴条件54.3、装配条件54.4邻接条件65行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算75.1按齿根弯曲强度初算齿轮模数 75.2分度圆直径75.3 齿顶圆直径75.4 齿根圆直径85.5齿宽85.6 中心距86行星齿轮传动强度计算及校核106.1行星齿轮弯曲强度计算及校核106.2齿轮齿面强度的计算及校核107.行星齿轮传动的受力分析137.1受力分析137.2行星齿轮传动的均载机构及浮动量148行星轮系减速器齿轮输入输出轴的设计158.1减速器输入轴的设计158.2减速器输出轴的设计169.离合制动装置设计209.1离合制动装置原理209.2外形设计2010.箱体2211减速器总装图2311.1总装三维图2311.2总二维图23总 结25致 谢26参考文献27工程概况行星轮系减速器较普通齿轮减速器具有体积小、重量轻、效率高及传递功率范围大等优点，逐渐获得广泛应用。同时它的缺点是：材料优质、结构复杂、制造精度要求较高、安装较困难些、设计计算也较一般减速器复杂。但随着人们对行星传动技术进一步的深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高，完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。7.3kg自动洗衣机行星齿轮减速器设计1. 概述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的采用了内啮合，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具有重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、建筑机械、轻工纺织、医疗机械、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。由齿轮、轴、轴承和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，其匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。 在我看来市场上的自动洗衣机行星齿轮减速器制动换向时声音太大，而且占用空间过大，而且不便于数字化控制。所以这次设计的行星齿轮减速器是要减少其占用空间，并且减低其制动声音，也便于数字化控制。这次设计的自动洗衣机行星齿轮减速器是2KH行星传动NGW型轮减速器，该种类减速器具有两个输出轴即通过行星架输出轴和内齿圈输出轴。我在市场上现有的自动洗衣机星星齿轮减速器上加入了一下自己的想法和一些新的技术组合运用电磁铁和磁铁的结合。设计出了一款实理论实用型优化7.3kg自动洗衣机行星齿轮减速器。332.自动洗衣机行星齿轮减速器设计 原始数据 洗涤功率:脱水功率:脱水转速: 洗衣转速:输入转速: 选用斜齿轮作为减速器齿轮小齿轮齿数选：2.1工作原理自动洗衣机的工作原理：图2-1洗衣机工作原理脱水：A放开，B制动，运动依次经电机、带传动、带轮、中心轮、行星轮、内齿圈、输出轴、脱水桶。洗涤：A制动，B放开，运动依次经电机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、输出轴、波 轮。2.2传动方案的拟定1）对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）拟定传动方案任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，要统筹兼顾，满足最主要的和最基本的要求。图2-2 行星齿轮系传动a-中心轮；g-行星轮；b-内齿圈；H-行星架 3行星齿轮减速器设计3.1行星齿轮传动的传动比和效率计算 传动比的计算齿轮b固定时（图22），2KH（NGW）型传动的传动比为可得： 取3.2行星齿轮传动的效率计算：为ag啮合的损失系数，为bg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4.行星齿轮传动的配齿计算 4.1传动比条件 即可得 所以中心轮a和内齿轮b的齿数满足给定传动比的要求。4.2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ag的中心距等于内啮合齿轮bg的中心距，即称为同轴条件。对于非变位或高度变位传动，有(得 4.3、装配条件想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（周节）所对的中心角。将和代入上式，有 满足两中心轮的齿数和应为行星轮数目的整数倍的装配条件。4.4邻接条件在行星传动中，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，如图4-1所示图4-1 行星齿轮可得 满足邻接条件。5行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算5.1按齿根弯曲强度初算齿轮模数 齿轮模数m的公式为式中算数系数，取=12.1； 啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，Nmm ； ; 使用系数，由2表67查得KA=1； 综合系数，由3表65查得； 计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数，由2公式65得；齿轮副中小齿轮齿数，；试验齿轮弯曲疲劳极限，；按由图6266303选取； 所以取5.2分度圆直径5.3 齿顶圆直径 5.4 齿根圆直径 5.5齿宽表8193选取5.6 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）ag为外啮合齿轮副（2）bg为内啮合齿轮副表格5-1 齿轮数据汇总中心轮a行星轮g内齿圈b模数m1.51.51.5齿数z152259分度圆直径d（mm）23.23491.2齿顶圆直径26.23788.2齿根圆直径19.4530.594.95齿根圆直径19.4530.594.95中心距a(mm)=27.75 =27.756行星齿轮传动强度计算及校核6.1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、内齿圈b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选用40CR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式8-243得出 如则校核合格。（4）齿形系数由表8-123得，；（5）应力修正系数由表8-133得，；（6）许用弯曲应力由图8-243得，；由表8-93得；由图8-253得；由式8-143可得齿根弯曲疲劳强度校核合格。6.2齿轮齿面强度的计算及校核（1）齿面接触应力（2）许用接触应力为许用接触应力可按下式计算，即（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值均应不大于其相应的许用接触应力，即，或者校核齿轮的安全系数：大小齿轮接触安全系数值应分别大于其对应的最小安全系数，即查表6-113得 ，所以。（4）有关系数和接触疲劳强度使用系数查表6-73选取动载荷系数对于接触情况良好的齿轮副可选取齿向载荷分布系数对于接触情况良好的齿轮副可取齿间载荷分布系数、由表6-93查得,行星轮间载荷分布不均匀系数由式7-132得由图7-192得=1.5所以同上节点区域系数由图6-92查得弹性系数由图6-102查得重合度系数由图6-102查得螺旋角系数试验齿的解除疲劳极限由图6-116-152查得最小安全系数，由表6-112可得，接触强度计算的寿命系数由图6-112可得润滑油膜影响系数，由图6-172图6-18，图6-19查得，齿面工作硬化系数由图6-202查得接触强度计算的齿数系数由图6-212查得所以所以有 故齿面接触强度校核合格。7.行星齿轮传动的受力分析7.1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，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，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的切向力，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根据式6-373得转臂H的转矩为仿上 内齿轮b所传递的转矩 7.2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。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；从而才使其具备了上述的许多优点。8行星轮系减速器齿轮输入输出轴的设计8.1减速器输入轴的设计1)选择轴的材料，确定许用应力2)按扭转强度估算轴径得查表15-31得轴段1直径最少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：，3）确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为23.2mm，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：，。按设计结果画出的结构草图，图8-1输入齿轮轴简图图8-2 受力分析图是V带在自然状态下的紧缩力轴承对它的支反力且自然状态下减速器的紧固力在运动状态下受到的斜齿轮轴向力是支反力且3） 轴的强度校核计算（1）按钮转强度计算8.2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，1）行星架输出轴直径计算由式15-21查表15-31得轴段1直径最少取2） 内齿圈空心输出轴直径计算查式15-31 其中 所以轴段1直径最少考虑到空心轴里面还有输出轴所以取d=20mm,d1=10mm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，初定行星架输出轴个轴段长：；内齿圈输出轴个轴段长：按设计结果画出州的结构草图，见8-3,8-4：图8-3行星架输出轴图8-4内齿圈输出轴 图8-5 受力分析图3) 两输出轴受力相同,受到轴向力，转矩。圆周力：径向力：=846.4tan=308.1N法向力：=/cos=846.4/ cos=90.72N支点反力为：=/2=42.32N弯矩为：支点反力为：弯矩为：=744.23 Nmm=求当量弯矩=794.9Nmm校核强度=/W=1562.04/0.1=1562.04/0.1=9.1Mpa=/W=794.9/0.1=794.9/0.1= 4.6Mpa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。9.离合制动装置设计9.1离合制动装置原理整体设计思路是运用永磁体与电磁铁同极相斥，异极相吸原理来实现磁力的运用。其部件分为底座并线圈绕在上面作为电磁铁、大环（对内齿圈进行制动）、小环（对行星架进行制动）。电磁离合制动原理是将内环和外环的底部放置并固定永磁体，并使其两极相反，构成相互排斥的力，这个力因大于其重力。这样能保证内环或外环必有一个制动。其底座要承受整的制动装置和轴向力和转矩并提供电磁铁换向。当底座电磁铁通电时产生 磁极，与其中一个制动环上的磁极相同与另一个的磁极相反。并且电磁铁产生的磁力要选大于永磁体的磁力加上外环的重力之和，这样才能保证其正常工作。在内外制动环设计上其在与内齿圈和行星架啮合部位应设计成一定弧度以便能卡入内齿圈或行星架中锁死达到正常制动的目的。 9.2外形设计1） 总体外形设计根据其制动原理进行设计,首先要分大小环并且保证同轴度具体设计；2） 底座卡脚是用来将整个装置固定在减速器外壳上；3） 大、小环上的卡脚是用来卡在底座的卡槽里支撑大小环在制动时承受的转矩，且大环的卡脚与小环的卡脚 要成垂直分布以解决其径向滑动；4） 大小环上的永磁体分布在环的底部且高度相同。图9-1制动装置设计简图9.3材料选择1）由于要在底座上加电磁铁且电磁铁作用时间不会太长所以只会产生及少量的热量决定所以采用整体硅钢作为为底座的材料。2） 大、小环有与要发生相对轴向滑动且要承受较大的扭矩，另外在要避免其被电磁铁吸引，所以才用非磁性材料。根据上面要求选择铝合金作为大小环的材料10.箱体10.1箱体设计箱体采用铸钢根据行星架的输出轴及电磁制动装置的尺寸设计箱体图10-1；10-2所示。10-1.外壳10-2.端盖11减速器总装图11.1总装三维图用solidworks软件建立三维模型，其爆炸图如图11-1图11-1行星减速器爆炸图1减速器外壳；2电磁制动底座；3滚动轴承7004C4;4滚动轴承7000C;5轴套；6行星齿轮；7行星架右端；8螺母M8；9电磁制动大环；10轴端垫片；11弹簧垫片；12螺母M8；13螺钉M8；14带轮；1.减速器端盖；16滚动轴承7001C；17电磁制动小环；18中心齿轮；19行星齿轮轴；20滚动轴承7000C；21行星架输出轴一体；22内齿圈输出轴一体；23密封圈;24密封圈。11.2总二维图 用AutoCAD 做出二维图如图所示 图11-2 行星减速器主视图剖视图1螺母M8；2弹簧垫圈 8；3垫片;4螺柱M8*22;5电磁力底座；6电磁力制动小环；7内齿圈；8滚动轴承7000C；9行星齿轮；10减速器外壳；11滚动轴承7004C；12滚动轴承7000C；13减速器输出轴密封圈；14内齿圈密封；15行星架输出轴；16滚动轴承S719-4；17行星架；18轴套筒；19螺母M8；20行星齿轮轴；21滚动轴承7001C；22电磁力制动大环；23带轮;24螺母M10;25减速器输出轴密封环；26减速器端盖。11-3 行星齿轮减速器侧视图半剖视图11-4行星齿轮减速器俯视图总 结本文是关于自动洗衣机减速离合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其体积和质量的控制，同时也要保证其精度，如果精度达不到一定的要求，洗衣机运行中产生的震动和噪音就很大，随着人们对家电的要求逐渐提高和科技的日益发展，洗衣机已经成为每个家庭的必备家电之一，人们对它的性能要求也就越来越高，对它的重量、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，尽量减轻减速器的重量并缩小其体积，同时提高减速器中各齿轮间的传动精度，能使洗衣机在运行中做到噪音小，震动小同时由于本人能力和经验有限，在设计过程中难免会犯很多错误，也有可能有虚度不切实际的地方，还望读者在借鉴的同时，能指出当中的不足，把减速器做的更完美。致 谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮
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