行星齿轮洗衣机减速器的设计

本科毕业论文(设计)论文(设计)题目：自动洗衣机行星齿轮所在院(系)：机电学院 1/362/36摘要本文是有关一种自动洗衣机减速离合器内部减速装置行星轮系减速器的设计。行星轮减速其实就是应用齿轮减速的原理,它有一个轴线位置固定的齿轮叫中心轮或太阳轮,在太阳轮边上有轴线变动的齿轮,即一方面作自转另一方面又作公转的齿轮叫行星轮,行星轮有支持构件叫行星架,通过行星架将动力传到轴上,再传关键词：行星轮系减速器，行星轮，中心轮(太阳轮)，行星架3/36Abstractsgeartrainbygroupofcertaingears,onlythenoriginalmovingparts,thiskindofr目录1绪论··················································································································1·356·19·22·22·234/365/367行星轮系减速器输入输出轴的设计··································································24··26··27··296/361绪论、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，行1.1发展概况星齿轮传动、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，经过我国的行星传动技术有了迅速的发展。1.2行星齿轮的传动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回转的齿轮传动。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。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7/36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 (a)b图1行星齿轮传动(c)1.3行星齿轮传动的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：在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入上。所以行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，来作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求的齿轮传动装置以及需要差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。行星齿轮传动的主要优点有： (1)体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理的应用内啮合齿轮副，因此结构非常紧凑；再由于在中心轮周围均匀分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使每个齿轮所承受的载荷较小。 (2)传动效率高由于行星齿轮结构的对称性，使作用于中心轮和转臂轴承的反作用力互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。 (3)传动比大8/36可以实现运动的合成和分解，只要适当选择行星齿轮传动的类型和配齿方案，就可使少数几个齿轮获得很大传动比。 (4)传动平稳，抗冲击和振动的能力强由于采用了数个行星齿轮，均匀的分布在中心轮周围，从而使行星轮和转臂的惯性力相互平衡，同时也使参与啮合的齿数增多，故传动平稳，抗冲击和振动能力强。行星齿轮传动的缺点是：材料优质、结构复杂，制造和安装较困难些。但随着人们对行星传动技术进一步深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进有中等技术水平的工厂也是完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器的。1.4行星齿轮传动的基本类型星W——外齿合齿轮副；G中心轮相啮合的公共齿轮。WW——具有两个外啮合的行星齿轮传动；NGWN——具有两个内啮合和一个外啮合，同时还具有一个公共齿轮的行星齿轮N轮传动。2减速器简介乘减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥—圆柱齿轮减速器； 输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动 (2)谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件 间隙小、精度较高，使用寿命减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。 (1)齿轮、轴及轴承组合小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴。这种结构用于齿轮直径与轴的直径差不多的情况下。如果相差很大，就采用齿轮与轴分开为两轴承或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。 (3)附件为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查合理选择和设计。 (a)检查孔为检查传动零件的啮合情况，并向箱体内注入润滑油。 内膨胀气体自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴身密封件渗漏。 (c)轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。 (f)放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂。9/3610/36洗衣机滚筒 (g)起吊装置当减速器超过25kg洗衣机滚筒3传动系统的方案设计3.1原始数据下：3.2传动方案的要求在设计传动方案时，传动系统必须满足体积小，结构紧凑，传动效率高，传动平稳，抗冲击能力强的特点；传动系统输入输出功率、转速和扭矩必须满足需要；另外传动系统需要每天工作至少两小时，工作寿命为20年(设每年工作300C0C，传动系统在此环境内必须3.3拟定传动方案在满足传动方案基本要求的情况下，可以选择带传动、链传动、齿轮传动和电电动机带传动行星齿轮减图2自动洗衣机减速装置的传动流程图11/36简单制造方便、传递功率范围大，可用于各种工作条件，在机械传动中应用最为广泛，它的特点正好满足于该传动方案。鉴于此，特选择行星齿轮传动作为自动由于传动比要求不大，可选用单级传动，设计传动机构简图如下图：图3行星齿轮传动的简图4行星齿轮传动的设计4.1行星齿轮传动比和效率计算在齿轮传动中，输入构件的角速度与输出构件的角速度的比值，称为齿轮传动的传动比，用符号i表示。本课程设计传动比为已知数i=4.8。 (2)轴承中的摩擦损失，其相应的效率为ηn。 4.2行星齿轮传动的配齿计算行星齿轮传动各齿轮齿数的确定，除了要遵守圆柱齿轮传动齿数选择的原则12/36b传动比条件b配齿计算必须保证实现给定的传动比。本课题设计的行星齿轮为内齿圈b固算：zza c满足装配条件，可以保证各行星轮能均布地安装于两太阳轮之间，并且与两位现象。即=整数p(3)或ib.za=整数aHnp在设计行星齿轮传动时，为了进行功率分流，提高承载能力，同时也为了减邻行星齿轮齿顶圆半径之和小于其中心距L，如下图所示13/36ib.ib.za=4.8za=1.6z=整数图4邻接条件2(r)L或(d)2asin几(4)accacnp式中 cc间隙△c=Lc-(da)c的最小允许值取决于行星齿轮减速器的冷却条件和啮合传动时结合本课程设计原始数据：根据装配条件：aHn3ap 14/36aHzbaHaa验算邻接条件： dacmzchm)=44m4.3行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算mm(7)"增加，则齿轮的齿距p就增大；齿轮的齿距及各部分尺寸均相应的增大。为了齿 (一)选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 15/36 (二)按齿面接触强度设计 (1)确定公式内的各计算数值[4]1)试选载荷系数Kt=1.3。2)计算太阳轮传递的转矩。1n2800114)由《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数Z=189.8MPa2。E5)由《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得太阳轮的接触疲劳强度极限HlimHlim26)由公式N=60njLh计算应力循环次数。11h8)计算疲劳许用应力。SH2S (2)计算[4]16/36tz3)计算齿宽b。d1tbh4)计算齿宽与齿高之比。bh模数齿高ath5.265)计算载荷系数HαFαHαFαAVHaHbK11tK6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式d=K11tKt11tK1.311tK1.3t7)计算模数m。z20az20a (三)按齿根弯曲强度设计[4]根据弯曲强度的设计公式计算，公式如下： (1)确定公式内的各计算数值17/363)计算弯曲疲劳许用应力。FS1.4F2S1.44)计算载荷系数K。AVFaFb5)查取齿形系数。6)查取应力校正系数。7)计算太阳轮、行星轮的YY并加以比较。F F2 (2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度所得18/36 (四)几何尺寸计算 (1)计算分度圆直径1a2c (2)计算中心距 (3)计算齿轮宽度d1d灵活的选择齿数，提高承载能力及改善啮合质量，可以采用角变位。一般啮合角为：a=24。~26。actcb再根据初选的齿数，求出啮合角，然后再分配变位系数。2)预计啮合角得：①未变位时的中心距aacac2ac2②初算中心距变动系数Y,19/36③确定中心距 (2ac)(2)④实际中心距变动系数Ym⑤求啮合角a,aca,55aca,55aaxacac2tana2tan20。xacac2tana2tan20。⑦分配变位系数YXY.9253_1.67=0.2553acxacaccb2bc2②计算中心距变动系数cbm1.5③求啮合角cb(a,)cbxcbcb4.4行星齿轮传动强度计算及校核4.1名义载荷、使用系数和动载系数 ttnd3根45 ttnd3根45p1pAA 使用系数K：AA v v1)常数K1、K2K=26.81K=0.019322)计算Kv： (6)齿向载荷分布系数KFβ：FbbFFαFα FαFα (8)行星轮间载荷分布系数KFp：FpHp20/3621/36 9)齿形系数Y： (10)应力修正系数Ysa： (11)螺旋角系数Yβ：Y=1β (12)弹性影响系数ZE及区域系数ZH：.4.2行星齿轮抗弯疲劳强度计算及校核 (1)计算齿根弯曲应力6FF10dm3z12b1m3z212KTYY2根KKKKTYY6=1FaSa=A2 FS1.4F2S1.4 22/36KKKH1AVaH1bd山HEbd山HEKKH1AVabH1bd山Hbd山HE2222 H1SH2S5行星齿轮传动的均载机构的设计行星传动是通过几个行星轮传递动力的，为了补偿制造和装配误差的影响，，但是各行星轮传递的动力仍有不均匀现象，为此引入行星轮间载荷分配不均匀系cc5.1基本构件浮动的均载机构主要适用于三个行星轮的行星齿轮传动。它是靠基本构件(太阳轮、内齿轮或行星架)不固定的径向支承，在受力不平衡时能够径向浮动，以使各行星轮均 (1)太阳轮浮动的均载机构该均载机构其低速级的太阳轮无支承，通过双联齿联轴器与高速级的行星架相连接，形成太阳轮浮动。因为太阳轮质量轻、惯性小、浮动灵敏、机构简单、 (2)行星架浮动化结构。但是，因为行星轮质量重，速度高时会产生较大的惯性离心力，影响浮 (3)内齿轮浮动内齿轮通过双齿套与输出轴相连接或内齿轮通过两个套与壳体相连接形成浮动的均载机构。其优点是轴向尺寸小；缺点是浮动件尺寸、质量较大、加工不方23/36 (4)太阳轮和行星架同时浮动 (5)太阳轮与内齿轮同时浮动主要用于高速行星传动中，其噪声小、均载效果好、工作可靠。为了突出均 (6)无多余约束的浮动太阳轮通过单联齿式联轴器形成浮动，而在行星轮中设置一个调心轴承，使机构中无多余约束。此方法效果好，沿齿长方向载荷分布均匀。但由于行星轮内只装一个轴承，当行星轮尺寸小时，轴承尺寸更小，因此，轴承寿命较短。5.2采用弹性件的均载机构通过弹性元件的弹性变形补偿制造、安装误差，使各行星轮均匀分担载荷。但各种弹性元件弹性不同，均载效果也不同。 (1)靠齿轮本身弹性变形的均载机构同时采用薄壁内齿轮，细长轴的太阳轮和中空轴支承的行星结构，尽量增加 (2)采用弹性销的均载机构内齿轮通过弹性销与机体固定，弹性销由多层弹性圈组成，在长度方向上分 (3)弹性件支承的行星轮在行星轮与心轴之间或行星轮与行星轮之间，安装非金属的弹性衬套。此方热 (4)柔性心轴的行星轮利用行星轮心轴较大的变形来均衡各行星轮之间的载荷分布，克服了非金属5.3杠杆联动均载机构使整个传动的轴承数量增多。由于行星轮轴承必须安装在行星轮内，故对小传动比的机构，由于行星轮较小，采用这种均载机构受到轴承寿命的限制，一般宜用24/36 (1)两行星轮联动机构如图5所示，行星轮对称安装，在安装两个行星轮且具有偏心的心轴上分别固定一对相互啮合的扇形齿轮。当受载均匀时，两扇形齿轮间受力相等，处于平衡状态，没有相对运动。当受载不均匀时，则通过扇形齿轮绕其轴线的转动，使行星轮间载荷重新分配。扇形齿轮上的圆周力：Ft=Ft=2Ft.R(10)Ft——齿轮的圆周力(N)。图5两行星轮联动机构 (2)三行星轮联动机构接。当载荷不均匀时，作用在浮动环上的三个径向不等，浮动环便发生移动25/36图6三行星轮联动机构则作用于浮动环上的径向力Fs为：F=2Fet(11) (3)四行星轮联动机构如图7所示，其平衡原理与三行星轮联动机构类同。根据平衡条件，构件尺图7四行星轮联动机构5.4弹性油膜浮动法在行星轮与心轴之间装一中间套，中间套与行星轮孔之间留有较大间隙，并向其中注油。工作时，中间套与行星轮同向同速转动，受同样载荷，在间隙中充满油而形成厚油膜，其厚度比滑动轴承的油膜厚度大得多。借助厚油膜的弹性，使各行星轮均载。这种均载方法效果好，结构简单，安装方便，减震性能好，工5.5齿式联轴器的设计在行星齿轮传动中广泛使用齿式联轴器来保证浮动机构中的浮动件，在受力不平衡时产生位移，使载荷分布均匀。它可分为单联和双联齿式联轴器两种。单联齿式联轴器，浮动齿轮只能偏转一个角度，且会引起载荷沿齿宽分布不 (1)主要几何尺寸计算表1联轴器计算公式表计算公式、结果及说计算公式、结果及说明a=20。ah=0.8m=0.82.5mm=2mmaa2a项目齿形角齿顶圆直径外齿轮外齿轮代号ahada26/3627/36外外齿轮ff内齿套浮动用齿式联轴器：v=b/d=0.02~0.03d太阳轮浮动用齿式联轴器：v=b/d=0.2~0.3d式中E——行星轮传动需要的浮动量ω——联轴器允许的最大歪斜角直齿O=30,r=b/(8A)22齿根圆直径齿宽系数齿套长度齿向圆弧半径鼓形量鼓形圆弧半径fvdLr1Ar2图8齿数和分度圆直径及模数之间的概略值根据概略值图，轮齿间侧隙大小，取决于联接零件许可的位移和轴线的倾斜度及制造、安装 (2)强度计算1)轮齿抗剪强度。28/36假定轮齿沿分度圆周发生剪切，则切应力为 dzbsKpN式中T——传递的名义转矩；KA——工况系数；b——齿宽；s——分度圆弦齿厚，sdKN——寿命系数，见表3；τp——许用应力，见表4。p2)轮齿挤压应力。的挤压应力为AcdzbhKcpmh——轮齿接触径向高度，一般取h=1.6m；Km形齿时，应用赫兹公式计算：K2000T1900AHKdzhrHPm23)内齿套的周向应力。通常内齿套的厚度δ≥3m时，可以不进行计算。表2轮齿载荷分布系数Kβ (13) (14)29/36表3寿命系数KNKm表4许用应力τp、σcp和σHP6太阳轮、行星轮和行星架的结构设计6.1太阳轮的结构设计在行星齿轮传动中，太阳轮的结构设计取决于行星传动类型、传动比大小、传动转矩的大小和支承方式以及所采用的均载机构。当太阳轮不浮动时，它可以简支安装或悬臂安装。在np≥3的传动中，悬臂安装的太阳轮，由于啮合力呈轴线对称作用，因而不会造成载荷沿齿宽分布均匀的恶化。根据太阳轮尺寸小的不同，可做成齿轮轴或中空薄壁齿轮，并采用花键联6.2行星轮的结构设计行星轮的结构应根据行星齿轮传动的类型、承载能力的大小、行星轮转速的高低和所选用的轴承类型及其安装形式而确定。比较大时，行星轮直径较大，轴承可装于行星轮孔内，这样可以减小传动的轴向30/36星轮直径较小，在行星轮孔内装轴承尺寸不够，可将轴承装在行星架上。整体双图8行星轮的常用结构在行星轮孔内装两个轴承时，应尽量使轴承之间的距离增大，以改善轴承受力情况，并可使载荷沿齿宽分布均匀。在行星轮孔内装一个双列调心滚子轴承，减小载荷沿齿宽分布的不均匀性。当载荷较大时，可选用两个双列调心滚子轴承。在结构要求很紧凑时，滚针高速重载的行星传动，可采用滑动轴承，并用压力油润滑。为提高轴承的疲6.3行星架的结构设计行星架是行星传动中结构较复杂的一个重要零件。可分为双壁整体式、双壁分离式、和单壁式三种。可采用铸造、锻造和焊接等方法制造毛坯。双壁整体式行星架(如图9所示)的结构刚性好。为保证刚度，常取壁厚s= 行星架结构为宜。双壁分离式行星架(如图10所示)结构较为复杂，刚性较差。当传动比较小31/36行星轮是悬臂布置，受力不好，刚性差，并要校验行星轮轴与行星架孔配合长度图9双壁整体式行星架图10双壁分离式行星架图11单壁式行星架7行星轮系减速器输入输出轴的设计轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件(例如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支一)根据承受载荷的情况，轴可分为三类：1、心轴工作时只受弯矩的轴，称为心轴。心轴又分为转动心轴(a)和固a(b)图12心轴图13传动轴图14转轴二)按轴线形状可分为： (1)光轴作传动轴(应力集中小)。 (2)阶梯轴32/3633/36图15曲轴另外还有空心轴(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。7.1减速器输入轴的设计7.1.1选择材料，确定许用应力2T2.73104F==N=606.67Nd457.1.2根据扭转强度估算轴径P8d=A3=1123mm=14.8mmmin0n2800输入轴的最小直径显然在安装联轴器处轴的直径。为了使所设计的轴直径能与联轴器孔径相匹配，故需同时选取联轴器的型号[4]。7.1.3确定各轴段的直径和长度 (1)拟定轴上零件的装配方案图16输入轴的结构 (2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度校核==MPa=7.54MPa==MPa=7.54MPa7.2减速器输出轴的设计则1又因为n=n=2800r/min=583