自动增益控制电路-毕业论文及自动洗衣机行星齿轮减速器设计

摘

要自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了详细分析。关键词：放大器；自动增益控制；电压跟随器；滤波器ABSTRACTTheautomaticgaincontrolelectriccircuithasbeenwidelyusedinallkindsofreceivers、taperecordersandsignalgatheringsystems,andalsobeenusedincommunicationssystemradar,thebroadcasttelevisionsystemandopticalfibercommunications,microwavecommunications,satellitecommunications.Thistopicmainlystudiestotheappliestothefrontlevelvoltageamplificationoftheaudiofrequencyamplification,thereforethefrequencybandscopeoftheelectriccircuitshouldbewiderthatcanmakethepronunciationsignalstopass.Becausethefrequencybandscopeofthepronunciationsignalis300Hz-3400Hz,sothefrequencybandscopeofourelectriccircuitshouldbedesignedwithin300Hz-3400Hz.Andtheelectriccircuitshouldrealizetheclosedloopadjustmentwhichincreases,itmayrealizetheautomaticcontrolthroughthiselectriccircuitwhichincreaseswhenthetonictrainsignalisstrongautomaticallythatitcanreducethemultipleoftheamplifier,andwhenthesignalisweakthatitcanautomaticallyincreasetheamplifierthemultiple,sothatcanrealizethevolumewithautomaticcontrol.Thistopicalsointroducedintheconceptprincipleoftheautomaticgaincontrolaswellastoautomaticallyincreasestheamplifiereverypartofprincipleofworkthedetailedintroduction,anditpaysattentiontothequestiontothetestresultofthissystem.Finallywehavemakesomeanalysistothedesign.Keywords：Amplifier；AutomaticGainControl；AGC；Voltagefollower；Filter目录引言 11自动增益控制 11.1自动增益控制电路（AGC）存在的意义 11.2自动增益控制的基本概念 11.3自动增益控制的原理 21.4自动增益控制放大器 41.5本课题的研究内容 42

自动增益控制放大器的电路设计 …….42.1电路原理图 42.2电路元器件选择 52.2.运算放大器 52.2.2可变电阻器 82.2.3电解电容 93总结 104心得体会 11致辞 12参考文献： 13PAGE引言随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。1自动增益控制1.1自动增益控制电路（AGC）存在的意义接收机的输出电平取决于输入信号电平以及接收机的增益。而在实际接收过程中，因各种原因会导致接收到的信号电平发生很大波动（弱的几微伏，强的几百毫伏）。1.如果接收机增益↓→强信号能正常接收，而弱信号将接收不到，造成信号的丢失。2.如果接收机的增益↑→弱信号能正常接收，而强信号有可能使接收机过载而导致阻塞。因此，人们期望接收机的增益随输入信号的强弱而变化，即输入信号弱时，接收机增益升高；输入信号强时，接收机增益减小，以补偿输入信号强弱的影响，达到减小输出信号电平变化的目的。1.2自动增益控制的基本概念接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接收机的动态范围。影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天气的变化)、接收机环境的变化(如汽车上配备的接收机)，以及人为产生的噪声对接收机的影响等。为了防止强信号引起的过载，需要增大接收机的动态范围，这就要有增益控制电路。能够使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的控制电路，简称自动增益控制AGC(AutomaticGainControl)电路，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。常用来使系统的输出电平保持在一定范围之内，因而也可以称为自动电平控制。当前，该电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。AGC电路目前概括起来有模拟AGC和数字AGC电路。AGC环路可以放在模拟与数字电路之间，增益控制算法在数字部分来实现，合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器（VGA）。现在出现的自动增益控制方法可以分为以下3类：基于电路反馈的自动增益控制；基于光路反馈的自动增益控制；光路反馈和电路反馈相结合的自动增益控制。本文中要研究的是基于电路反馈的利用放大器实现的自动增益控制。1.3自动增益控制的原理自动增益控制电路组成框图如图1.1所示（1）可控增益放大器——用于放大输入信号ui，其增益大小取决于控制电压UC。（2）振幅检波器、直流放大器和比较器共同构成反馈控制器——可控增益放大器的输出交变信号→振幅检波器变成直流信号→经直流放大器放大输出→在比较器中与参考电平UR比较产生直流控制电压UC→用于控制可控增益放大器的增益。uui反馈控制器UC比较器直流放大器振幅检波器可控增益放大器AuURuo图1.1自动增益控制电路组成框图工作原理——当输入ui幅度增加而使输出uo幅度增加时→通过反馈控制器产生的控制电压UC→就会使Au减小；反之依然。这样，通过环路的反馈控制作用，可使输入信号ui幅度增大或减小时，输出信号uo幅度基本保持恒定或在一个很小的范围内变化，从而实现自动增益控制的目的。自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。

为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。1.4自动增益控制放大器目前,实现自动增益控制的手段很多,典型的有压控放大器,也就是本文所要研究的自动增益控制放大器。它是通过调整放大器一个控制端的电压,就可以实现调节这个放大器的增益。因此,我们就可以通过反馈电路采集输出端的电压,通过调整网络后(调整网络的功能就是规定的调整策略)加到放大器的控制端.就可以实现自动增益控制。1.5本课题的研究内容本文设计的电路主要是应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。2

自动增益控制放大器的电路设计2.1电路原理图图2.1自动增益控制电路图图2.1中，电输入信号由J4或者是声音信号由MK1进入经电容C12滤波滤掉直流信号得到交流信号后送往运放JP2的同相输入端8脚，经过运算放大器的作用得到一个输出信号，即可达到一个自动增益控制电路。2.2电路元器件选择2.2.1运算放大器人们用的最熟悉和用得最多的音频处理电路就是普通的运算放大器。一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。

运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。

运放的供电方式一般采用双电源供电，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。当然，在需要时也可采用单电源供电方式。图2.2运算放大器电路符号如果以电路符号来表示运算放大器，则如图2.2所示，可表示为三角形。它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N＋)和倒相输入(IN－)。它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。在实训中，运算放大器采用MAX9814。MAX9814是一款低成本、高性能麦克风放大器，具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大器(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。

低噪声前置放大器具有12dB固定增益；VGA增益根据输出电压和AGC门限在20dB至0dB间自动调节。输出放大器提供可选择的8dB、18dB和28dB增益。在未压缩的情况下，放大器的级联增益为40dB、50dB或60dB。输出放大器增益由一个三态数字输入编程。AGC门限由一个外部电阻分压器控制，动作/释放时间由单个电容编程。动作/释放时间比由一个三态数字输入设置。AGC保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可为绝大部分驻极体麦克风提供偏置。

MAX9814提供节省空间的14引脚TDFN封装。该器件额定工作于-40°C至+85°C扩展级温度范围。MAX9814的内部结构图如图2.3所示，接脚图如图2.4所示，电路接法如图2.5（a）、(b)所示：图2.3MAX9814的内部结构图MAX9814的特性：(a).自动增益控制(AGC)

(b).3种增益设置(40dB、50dB、60dB)

(c).可编程动作时间

(d).可编程动作和释放时间比

(e).2.7V至5.5V电源电压范围

(f).低输入噪声密度30nV/

(g).低THD：0.04%(典型值)

(h).低功耗关断模式

(i).内置2V低噪声麦克风偏置(j).提供节省空间的14引脚TDFN(3mmx3mm)封装(k).-40°C至+85°C扩展级温度范围图2.4MAX9814的接脚图2.5MAX9814的电路接法2.2.2可变电阻器阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。可变电阻器可以改变信号发生器的特性，使灯光变暗，启动电动机或控制它的转速。根据用途的不同，可变电阻器的电阻材料可以是金属丝、金属片、碳膜或导电液。对于一般大小的电流，常用金属型的可变电阻器。在电流很小的情况下，则使用碳膜型。当电流很大时，电解型最合用；这种可变电阻器的电极都浸在导电液中。电势计是可变电阻器的特殊形式，它使未知电压或未知电势相平衡，从而测出未知电压或未知电势差的大小。更为常用的电势器只不过是一个有两个固定接头的电阻器，第三个接头连到一个可调的电刷上。电位器的另一个用途是再音响设备中用作音响控制。可变电阻器最大阻值的读取：通常我们看到可变电阻器上的阻值标称有w503，w204，w102等等，它们是什么意思呢？w503就是说这个可变电阻器的阻值范围是0Ω~~50KΩ，503是50×10「3」Ω═50KΩ，符号“「n」”内的值表示n次方。同理w102就是1KΩ，w204就是200KΩ。在实训中，用到焊接式可变电阻其外形图如图2.6所示：图2.6焊接式可变电阻的外形图2.2.3电解电容电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。电容(Electriccapacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。其内部结构如图2.7所示：图2.7电解电容的内部结构图电解电容的原理：电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。电解电容的特点:电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。3总结在通信系统和电子设备中,为了提高技术性能,或者实现某些特殊的高指标要求,广泛的采用自动增益控制电路。在本文中详细介绍了自动增益控制的概念及原理，对自动增益控制放大器的原理也进行了讨论及分析。确定了实现增益控制功能的放大器增益范围，并且设计出具体的电路，对各部分电路的工作原理也进行了详细介绍。在文章的最后，列出了具体实验中的实验数据及分析结果，对存在的问题也有了一定的认识。随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术的发展，自动增益控制的研究也在不断的进步，实现自动增益控制的方法也在不断的完善，改进目前在性能方面的一些不足，得到更大的提高。4心得体会短短的实训过程结束，这次不仅是简单的技能实践，它让我真正体验到“纸上得来终觉浅，欲知此事需躬行”的道理。让我真正体验了邓小平爷爷所说“实践是检验真理的唯一标准”。让我真正体会“我听到的我会忘掉，我看到的我能记住，我做过的才真正明白”。我每次实习结束后，都根据自己的情况去感悟，去反思，我实习的学得了什么呢？虽然在实训中我不是完全懂，但我学会思考，学会学习。老师们耐心地一一给我讲解原理，分析电路原理图，让我“知其然，而知其所以然”，让我学会从理论联系到实际。还有同学的帮助、鼓励和提醒让我受益匪浅。从得出电路，到理解原理，以及画PCB图和最后制成电路板，对于我来说，每一个步骤都是那么困难，有时候花了一整天时间也没有完成一个小小的步骤！！但是，我都不会灰心。我会找到自己的错误在哪里，分析应该如何去完成，进而攻克它。这次实训让我明白了有时想是没有用处的，还必须去考察，去学习，去实践考察，只有这样才能有实质的进步，还有要和同学共同讨论，解决各种困难，在困难中你能了解更多的非课本的知识，还能再找错误的同时锻炼你的观察力。这次实训带给我们的，应远非我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的

情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，并将这种感悟运用到我们生活和学习中去，学以致用。致辞通过这次实训我学会了许多新的知识也复习了许多老师上课讲的东西，最主要的是锻炼了自己的动手能力和对实际电路和各种电元器件的分析能力。在实训过程中我发现自己还有很多不足的地方，主要是对理论知识掌握得不好，还不能很好的理论结合实际。本次实训是在张保忠老师和李秀东老师的精心指导和大力支持下完成的。张老师和李老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。他们以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。老师渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次实训过程中我也学到了许多了关于自动增益控制方面的知识，实验技能有了很大的提高。在这里，我要感谢张保忠老师和李秀东老师，也要感谢和我在一起愉快讨论实训的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至实训的顺利完成。参考文献：[1]蔡凌云等，自动增益控制技术应用

电子工程师

2002[2]尤德斐，数字化测t技术(上)，北京：机械工业出版社，1990[3]张风言编著，电子电路基础，高等教育出版社，1994[4]高吉祥、黄智伟、陈和，《高频电子线路》[M]，北京：电子工业出版社，2003年（第一版）[5]高吉祥、高天万、陈和，《模拟电子线路》[M]，北京：电子工业出版社，2004年（第一版）[6]哀孝康，自动增益控制与对数放大器，北京：:国防工业出版社，1987扬州职业大学毕业设计说明书设计（论文）题目：自动洗衣机行星齿轮减速器的设计姓名：学号：院（系）：机械工程学院专业：机械制造与自动化班级：09机械(2)班指导教师：目录第一章绪论 2第二章原始数据及系统组成框图 3（一）有关原始数据 3（二）系统组成框图 3第三章减速器简介 5第四章传动系统的方案设计 6传动方案的分析与拟定 61）对传动方案的要求 62）拟定传动方案 6第五章行星齿轮传动设计 7（一）行星齿轮传动的传动比和效率计算 7(二)行星齿轮传动的配齿计算 71、传动比的要求——传动比条件 72、保证中心轮、内齿轮和行星架轴线重合——同轴条件 83、保证多个行星轮均布装入两个中心轮的齿间——装配条件 84、保证相邻两行星轮的齿顶不相碰——邻接条件 8(三)行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 91.选定齿轮类型、精度等级 92.选择材料及热处理方法，确定许用应力 93.按齿根弯曲疲劳强度进行设计 10（四）验算齿面接触强度 12（五）行星齿轮传动的受力分析 13（六）行星齿轮传动的均载机构及浮动量 15（七）轮间载荷分布均匀的措施 161、静定系统 162、静不定系统 16第六章行星轮架与输出轴间齿轮传动的设计 18（一）齿轮材料及精度等级 18（二）按齿面接触疲劳强度设计 18（三）按齿根弯曲疲劳强度计算 19（四）验算齿轮的圆周速度v 20第七章行星轮系减速器齿轮输入输出轴的设计 21（一）减速器输入轴的设计 211、选择轴的材料，确定许用应力 212、按扭转强度估算轴径 213、确定各轴段的直径 214、确定各轴段的长度 215、 校核轴 22（二）行星轮系减速器齿轮输出轴的设计 231、选择轴的材料，确定许用应力 232、按扭转强度估算轴径 233、确定各轴段的直径 234、确定各轴段的长度 245、校核轴： 24第八章设计小结 26第九章致谢 27第十章参考文献 28PAGE6摘要本课题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。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，质量小，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。行星轮减速其实就是齿轮减速的原理,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,即既作自转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,再传给其它齿轮.它们由一组若干个齿轮组成一个轮系.只有一个原动件,这种周转轮系称为行星轮系.关键词：行星轮系减速器、行星轮、中心轮、行星架。第一章绪论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构件的组成情况可分为：2K—H、3K、及K—H—V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。我所设计的行星齿轮是2K—H行星传动NGW型。具有内外啮合的2K-H型单级传动优点较多，主要是传动效率高，承载能力大，传动功率不受限制、结构简单、工艺性好。2K-H型行星齿轮传动由两个中心轮2K和行星架H三个基本构件组成。N表示内啮合，W表示外啮合，G表示内外啮合公用行星轮。第二章原始数据及系统组成框图（一）有关原始数据课题:一种自动洗衣机行星轮系减速器的设计原始数据及工作条件;使用地点：自动洗衣机减速离合器内部减速装置；传动比：=5.2输入转速:n=2600r/min输入功率：P=200w行星轮个数：=3内齿圈齿数=63（二）系统组成框图控制面板控制面板上盖上盖外箱体进水口外箱体进水口盛水桶盛水桶排水管排水管支撑支撑拉杆脱脱水桶波轮波轮电动机电动机带传动带传动减速器减速器图图2-1自动洗衣机的组成简图脱水：A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、波轮与脱水桶等速旋转。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AB带传动脱水桶波轮自动洗衣机的工作原理：见图2-2图2-2洗衣机工作原理图图2-3减速器系统组成框图图2-3减速器系统组成框图（电机输入转速）输入轴中心轮行星轮输出轴第三章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。减速器降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。1）蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，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，传动效率不高，精度不高。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，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。3）行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。第四章传动系统的方案设计传动方案的分析与拟定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。例如图1-1所示为作者拟定的传动方案，适于在恶劣环境下长期连续工作。图4-1周转轮系a-中心轮；g-行星轮；b-内齿圈；H-行星架第五章行星齿轮传动设计（一）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坐标含义为：1—固定件、2—主动件、3—从动件1、齿轮b固定时，2K—H（NGW）型传动的传动比为=1-=1+/可得=1-=1-=1-5.2=-4.2=-/∴=-/=/-1=-63/（1-5.2）=15输出转速：=/=n/=2600/5.2=500r/min2、行星齿轮传动的效率计算：η=1-|-/(-1)*|*=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=0.025按=2600r/min、=500r/min、=-21/5可得η=1-|-/(-1)*|*=1-|2600-500/(-4.2-1)*500|*0.025=97.98%(二)行星齿轮传动的配齿计算1、传动比的要求——传动比条件即=1+/可得1+/=63/5=21/5=4.2=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。对于非变位或高度变位传动，有m/2(+)=m/2(-)得=-/2=63-15/2=243、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=2π/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=*2π/式中2π/为中心轮a转过一个齿（周节）所对的中心角。=n/=/=1+/将和代入上式，有2π*//2π/=1+/经整理后=+=（15+63）/2=24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、保证相邻两行星轮的齿顶不相碰——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1—2所示图5-1行星齿轮可得l=2*＞l=2*2/m*(+)*sin=39/2m=d+2=17m满足邻接条件。(三)行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算1.选定齿轮类型、精度等级⑴按图1-1所示的传动方案，选用行星齿轮。⑵自动洗衣机减速离合器内部减速装置为一般工作机器，初选8级精度。2.选择材料及热处理方法，确定许用应力⑴材料及热处理方法的选择中心轮a选选用45钢正火，硬度为162～217HBS，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。⑵确定许用应力由《参考文献三》图8—24得=180MPa，=160MPa；由表8—9得=1.3由《参考文献三》式8—14可得=/=180/1.3=138MPa=/=160/1.3=123.077MPa这里按硬齿面进行设计(适于高速、承载能力高、尺寸紧凑)，硬齿面齿轮传动抗点蚀能力较强，但常因齿根的折断而失效，故通常先按齿根弯曲疲劳强度设计公式确定模数等参数，然后校核齿面接触疲劳强度。3.按齿根弯曲疲劳强度进行设计⑴有中等冲击，由《参考文献四》查表9-3，去载荷系数K=1，由表8-19取=1转矩=/=9549/n=9549×0.2/3×1600=0.3979N*m=397.9N*mm；由《参考文献三》表8—12得=3.15，=2.7，=2.29；由《参考文献三》表8—13得=1.49，=1.58，=1.74；／=3.15×1.49／138=0.0340﹥／=2.29×1.74／123.077=0.0342故应对小齿轮进行弯曲疲劳强度计算，即将齿轮模数m的初算公式为／=0.0340代入公式m≥=0.49EQ\r(3,2K/*／eq\3取m=0.9式中：K—载荷系数—啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩，N*m；—小齿轮齿形系数，—应力集中系数—齿轮副中小齿轮齿数，==15；—试验齿轮弯曲疲劳极限，按由《参考文献二》图6—26～6—30选取=1201）分度圆直径d=m*=0.9×15=13.5mm=m*=0.9×24=21.6mm=m*=0.9×63=56.7mm2)齿顶圆直径齿顶高：外啮合=*m=m=0.9内啮合=（-△）*m=(1-7.55/)*m=0.792=+2=13.5+1.8=15.3mm=+2=21.6+1.8=23.4mm=-2=56.7-1.584=55.116mm3)齿根圆直径齿根高=（+）*m=1.25m=1.125=-2=13.5-2.25=11.25mm=-2=21.6-2.25=19.35mm=+2=56.7+2.25=58.95mm4）齿宽b《参考三》表8—19选取=1=*=1×13.5=13.5mm=*+5=13.5+5=18.5mm=13.5+(5-10)=13.5-5=8.5mm5)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：1、a—g为外啮合齿轮副=m/2(+)=0.9/2×(15+24)=17.55mm2、b—g为内啮合齿轮副=m/2(-)=0.9/2×(63-24)=17.55mm中心轮a行星轮g内齿圈b模数m齿数z152463分度圆直径d13.521.656.7齿顶圆直径15.323.454.9齿根圆直径11.2519.3558.95齿宽高b18.518.58.5中心距a=17.55mm=17.55mm（四）验算齿面接触强度（1）、齿面接触应力许用接触应力可按下式计算，即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为，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《参考文献二》表6—11可得=1.3所以>1.3由《参考文献二》图6—9查得=2.06（2）弹性系数由《参考文献二》表6—10查得=1.605（3）螺旋角系数==1（4）试验齿的接触疲劳极限由《参考文献二》图6—11～图6—15查得=520Mpa（5）最小安全系数、由《参考文献二》表6-11可得=1.5、=2/=520/1.5=346.7Mpa=1.88Mpa≤故安全（五）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2H—K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\*GB2⑴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\*GB2⑵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\*GB2⑶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2H—K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1—3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=9549×0.2/3×1600=0.3979N*m可得=*=1.1937N*m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；(a)(b)图5-2传动简图(a)(b)（a）传动简图(b)构件的受力分析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的切向力为=2000/=2000/=2000×0.3979/13.5=58.9N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/=-58.9N内齿轮作用于行星轮g的切向力为==-2000/=-58.9N转臂H作用于行星轮g的切向力为=-2=-4000/=-117.8N转臂H上所的作用力为=-2=-4000/=--117.8N转臂H上所的力矩为==-4000/*=-4000×1.1937/13.5×17.55=-6207.24N*m在内齿轮b上所受的切向力为=-=2000/=58.9N在内齿轮b上所受的力矩为=/2000=/=1.1937×21.6/13.5=1.91N*m式中—中心轮a的节圆直径，㎜—内齿轮b的节圆直径，㎜—转臂H的回转半径，㎜根据《参考文献二》式（6—37）得-/=1/=1/1-=1/1+P转臂H的转矩为=-*（1+P）=-1.1937×（1+4.2）=-6.207N*m仿上-/=1/=1/1-=p/1+P内齿轮b所传递的转矩，=-p/1+p*=-4.2/5.2×(-6.027)=5.01N*m（六）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（2）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，并合理地采用了内啮合传动；从而，才使其具备了上述的许多优点。（七）轮间载荷分布均匀的措施为了使行星轮间载荷分布均匀，起初，人们只努力提高齿轮的加工精度，从而使得行星轮传动的制造和转配变得比较困难。后来通过实践采取了对行星齿轮传动的基本构件径向不加限制的专门措施和其他可进行自动调位的方法，即采用各种机械式的均载机构，以达到各行星轮间载荷分布均匀的目的。从而，有效地降低了行星齿轮传动的制造精度和较容易装配，且使行星齿轮传动输入功率能通过所有的行星轮进行传递，即可进行功率分流。在选用行星齿轮传动均载机构时，根据该机构的功用和工作情况，应对其提出如下几点要求：（1）均载机构在结构上应组成静定系统，能较好地补偿制造和装配误差及零件的变形，且使载荷分布不均匀系数值最小。（2）均载机构的补偿动作要可靠、均载效果要好。为此，应使均载构件上所受力的较大，因为，作用力大才能使其动作灵敏、准确。（3）在均载过程中，均载构件应能以较小的自动调整位移量补偿行星齿轮传动存在的制造误差。（4）均载机构应制造容易，结构简单、紧凑、布置方便，不得影响到行星齿轮传动性能。均载机构本身的摩擦损失应尽量小，效率要高。（5）均载机构应具有一定的缓冲和减振性能；至少不应增加行星齿轮传动的振动和噪声。为了使行星轮间载荷分布均匀，有多种多样的均载方法。对于主要靠机械的方法来实现均载的系统，其结构类型可分为两种：1、静定系统该系统的均载原理是通过系统中附加的自由度来实现均载的。采用基本构件自动调位的均载装置是属于静定系统。当行星轮间的载荷不均衡是，构件按照作用力的不同情况，可在其自由度的范围内相应地进行自动调位，从而使行星轮间载荷分布均匀。2、静不定系统常见的静不定系统有以下两种方案：(1)完全刚性构件的均载系统。该系统完全依靠构件的高精度，即使其零件的制造和装配误差很小来保证均载的效果，但会使行星齿轮机构的制造和装配变得困难复杂，且成本较高。（2）采用弹性件的均载系统。该系统是采用具有弹性的齿轮和弹性支承，在不均衡载荷的作用下，使弹性件产生相应地弹性变形，以实现均在的机械系统。常见的均载机构：①基本构件浮动的均载机构(1)中心轮a浮动（2）内齿轮b浮动（3）转臂H浮动（4）中心轮a与转臂H同时浮动（5）中心轮a与内齿轮b同时浮动（6）组成静定结构的浮动②杠杆联动均载机构(1)两行星轮联动机构（2）三行星轮联动机构（3）四行星轮联动机构③采用弹性件的均载机构(1)靠齿轮本身弹性变形的均载机构（2）采用弹性销的方法（3）用弹性件支承行星轮④浮动用齿轮联轴器本次所设计行星齿轮是静定系统，基本构件中心轮a浮动的均载机构。第六章行星轮架与输出轴间齿轮传动的设计已知：传递功率P=200w,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。（一）齿轮材料及精度等级行星轮架内齿圈选用45钢调质，硬度为220～250HBS，齿轮轴选用45钢正火，硬度为170～210HBS，选用8级精度，要求齿面粗糙度3.2～6.3。（二）按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢质齿轮，可应用《参考文献四》式10—22求出值。确定有关参数与系数。转矩==/=9549/n=9549×0.2/3×1600=0.3979N*m载荷系数K查《参考文献四》表10—11取K=1.13）齿数和齿宽系数行星轮架内齿圈齿数取11，则齿轮轴外齿面齿数=11。因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由《参考文献四》表10—20选取=1。4）许用接触应力由《参考文献四》图10—24查得=560Mpa,=530Mpa由《参考文献四》表10—10查得=1由《参考文献四》式10—13可得=/=560/1=560Mpa=/=530/1=530Mpa许用弯曲应力由《参考文献四》图10—25查得=210Mpa,=190Mpa由《参考文献四》表10—10查得=1.3由《参考文献四》式10—14可得=/=210/1.3=161.5Map=/=190/1.3=146.2Map软齿面齿轮传动，常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度设计公式确定齿轮的直径，然后分别校核大、小齿轮的齿根弯曲疲劳强度查表取弹性系数=189.8；=2.5﹤，所以==530Map≥=9.54mm取齿数=11，m=／=9.54／11=0.9齿轮的模数取标准值m=1==mz=1×11mm=11mm===1×11mm=11mma=1/2×m(+)=1/2×1×(11+11)mm=11mm（三）按齿根弯曲疲劳强度计算确定有关系数与参数：1）齿形系数由《参考文献四》表10—13查得==3.632）应力修正系数由《参考文献四》表10—14查得==1.413）许用弯曲应力由《参考文献四》图10—25查得=210Mpa,=190Mpa由《参考文献四》表10—10查得故m1.26=1.26×=0.58=2K/b×==37.0MPa≤=162Mpa==37.0=37.0≤故安全齿根弯曲强度校核合格。（四）验算齿轮的圆周速度vv=/60×1000=×11×1600/60×1000=0.921m/s由《参考文献四》表10—22,可知选用8级精度是合适的。第七章行星轮系减速器齿轮输入输出轴的设计（一）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《参考文献四》表14—4查得强度极限=650MPa,再由表14—2得许用弯曲应力=60MPa2、按扭转强度估算轴径根据《参考文献四》表14—1得C=118～107。又由式14—2得d=(118～107)=5.36～4.86取直径=8.5mm3、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。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，初定：L=107mm,=3.3mm,=2mm,=44.2mm,=4mm,=18.5mm,=1.5mm,=13mm。按设计结果画出轴的结构草图：图7-1输入轴简图校核轴a、受力分析图图7-2受力分析水平面弯矩图(b)垂直面内的弯矩图(c)合成弯矩图(d)转矩图圆周力：==2×298.4/13.5=58.9N径向力：==44.2×tan=21.4N法向力：=/cos=44.2/cos=62.7Nb、作水平面内弯矩图（7-2a）。支点反力为：=/2=29.45N弯矩为：=29.45×77.95/2=417.0N*mm=29.45×29.05/2=155.42N*mmc、作垂直面内的弯矩图（7-2b），支点反力为：=/2=10.7N弯矩为：=10.7×77.95/2=417.0N*mm=10.7×29.05/2=155.42N*mmd、作合成弯矩图（7-2c==1221.21N*mm==455.2N*mme、作转矩图(7-2d)：T=9549/n=9549×0.2/1600=1.1936N*m=1193.6N*mmf、求当量弯矩==1415.71N*mm=848.58N*mmg、校核强度=/W=1130.23/0.1=1415.71/0.1×=8.19Mpa=/W=652.566/0.1=848.58/0.1×=6.38Mpa所以满足=60Mpa的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定余量。（二）行星轮系减速器齿轮输出轴的设计 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》表14—4查得强度极限=600MPa,再由表14—2得许用弯曲应力=55MPa2、按扭转强度估算轴径=Pη=0.2×97.98%=0.19596kw根据《参考文献四》表14—1得C=118～107。又由式14—2得d=(118～107)=5.34～4.83取直径=8.9mm3、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。4、确定各轴段的长度齿轮轮廓宽度为20.5mm器中所必须满足的安装条件，初定：L=136.5mm,=19.2mm,=1.1mm,=74.5mm,=1.5mm,=15.8mm,=1.2mm,=23.2mm。按设计结果画出轴的结构草图：见图7-3