某型号洗衣机齿轮箱组件壳体部分的结构设计和制造过程分析

某型号洗衣机齿轮箱组件壳体部分的结构设计和制造过程分析侯薛彬：某型号洗衣机齿轮箱组件壳体部分的结构设计和制造过程分析安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）PAGEIVPAGEIII某型号洗衣机齿轮箱组件壳体部分的结构设计和制造过程分析摘要洗衣机作为三大白色家电之一，为人们提供“价廉物美”的洗衣机产品成为不同企业共同经营理念，不断创新自己产品的卖点，扩大产品的市场占有额，成为企业的追求目标。为此，开展洗衣机的深入研究具有十分重要的理论价值和实践意义。本课题主要针对洗衣机的齿轮箱组件壳体部分的结构设计开展研究分析。洗衣机的齿轮箱组件壳体部分的结构是其重要组成部分，它制约着洗衣机的精益制造，对整个洗衣机的深入研究具有重要意义，针对洗衣机的齿轮箱组件壳体部分的结构设计和制造过程分析，本文所做的主要工作为：1、通过对整个洗衣机的拆解分析和完整的装配工艺卡片的分析，掌握了洗衣机齿轮箱组件壳体结构的功能及其工作原理，掌握了与其相关的装配工艺过程，明确了整个分析研究的思路。2、研究洗衣机齿轮箱组件壳体部分的不同结构方案，详细设计洗衣机齿轮箱上下壳体及大带轮的轮廓结构和尺寸、连部分的结构和尺寸以及其他部分的结构和尺寸等，完成洗衣机齿轮箱组件部分结构的整体设计，借助AoteCAD及UG软件绘制了详尽的二维和三维图纸。3、为了进一步验证产品设计的工艺性，研究了洗衣机齿轮箱上壳体材料的选择，模具设计的要点，通过Moldflow软件分析结构设计合理性，并进行改进，最终制定详细的洗衣机齿轮箱上壳体的注塑工艺卡。洗衣机齿轮箱组件壳体部分的结构设计及其优化改进为洗衣机制造业提供了良好范例，为该型号洗衣机产品提升市场竞争力。关键词：洗衣机；齿轮箱；上壳体；大带轮；Moldflow软件StructuraldesignandmanufacturingprocessoftheshellpartofaparticularmodelwashingmachinegearboxcomponentsAbstractThewashingmachineasoneofthethreewhitegoods,washingmachine,providingpeoplewiththe"cheap"productsbecomeasellingpoint,differententerprisescommonphilosophyofinnovativeproductstoexpandtheirmarketshareoftheproducttobecomethepursuitofbusinessgoals.Todothis,tocarryoutin-depthstudyofthewashingmachinehasaveryimportanttheoreticalvalueandpracticalsignificance.Themainsubjectofthestructureoftheshellpartofthewashingmachinegearboxcomponentsdesignedtocarryoutresearchandanalysis1.Throughthedismantlingoftheentirewashingmachineandcompletetheanalysisoftheassemblyprocessthecard,grasptheshellstructureofthewashingmachinegearboxcomponentsfunctionandhowitworks,masterassociatedwiththeassemblyprocess,cleartheentireanalysiswayofthinking.2.Thewashingmachinegearboxcomponentsofdifferentstructuresoftheshellpartoftheprogram,outlinethestructureandsizeofthedetaileddesignofthewashingmachinegearboxupperandlowershellandthelargepulley,andevenpartofthestructureandsize,aswellasotherpartsofthestructureandsize,etc.,completewashingmachinegearboxcomponentpartoftheoveralldesignofthestructure,usingAoteCADandUGsoftwaretodrawadetailed2Dand3Ddrawings3.Tofurthervalidatetheproductdesignprocess,themainpointsofthechoiceofshellmaterialinthewashingmachinegearbox,molddesign,Moldflowsoftwareanalysisandstructuraldesignisreasonable,andmakeimprovements,andultimatelytodevelopadetailedwashingmachinegearboxshellthebodyoftheinjectionmoldingprocesscardShellpartofthestructuraldesignandoptimizationofthewashingmachinegearboxcomponentstoimprovethewashingmachinemanufacturingindustryprovidesagoodexample,forthemodelsofwashingmachinesproductsandenhancemarketcompetitiveness.Keywords:Washingmachine;Gearbox;Shell;Greatwheel;MoldflowsoftwareTOC\h\z\c"图4-"图4-1洗衣机齿轮箱上壳体三维模型一般视图 -43-图4-2洗衣机齿轮箱上壳体网格模型 -44-图4-3自动修复定义及完成信息 -45-图4-4修改前模型纵横比 -45-图4-5修改后模型纵横比 -46-图4-6洗衣机齿轮箱上壳体最佳浇注口分析结果图 -47-图4-7成型参数设置向导对话框 -48-图4-8充填分析结果列表图 -49-图4-9填充时间分析结果图 -49-图4-10速度\压力切换点图 -50-图4-11气穴位置图 -51-查表清单TOC\h\z\c"表3-"表3-1齿形参数及花键参数表 -38-TOC\h\z\c"表4-"表4-1填充阶段个参数值表 -52-表4-2保压阶段个参数值表 -53-引言模具是工业产品生产用的的重要基础工艺设备，在现代工业生产生活中，模具在工业生产中的使用率高达60%-90%，模具工业已成为工业发展的基础。自1867年世界上出现了第一台洗衣机以来，经过一百多年科技的发展，洗衣机品种已经多样化，出现了各种新型的洗衣机，以迎合消费者的不同需求。研究历史才能发现规律，总结规律方能把握趋势,那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？归纳起来，可以概括为“四化”，即设计的生态化、产品的高端化、技术的智能化和市场的两元化。现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展。现在市场上仍以波轮式、滚筒式和搅拌式三种为主，滚筒式由于耗时、耗电、价格高等原因，主要流行于欧美，搅拌式则在北美地区使用较多，而波轮洗衣机适用于耐磨、无需特殊洗涤的普通衣物，具有洗净率高，洗衣程序时间短，洗涤过程中可以拿取衣服等特点。目前国内市场仍以波轮式为主。本课题是设计类课题，了解洗衣机齿轮箱壳体组件部分的结构设计和制造过程，绘制洗衣机齿轮箱上、下壳体及大带轮的结构设计图纸，拟定齿轮箱上壳体的制造工艺卡片，以及注塑过程性能分析。所以本次设计的课题由两部分组成，一是洗衣机齿轮箱壳体组件部分的结构设计，二是洗衣机齿轮箱上壳体的制造过程分析，前半部分则是与机械方面接触颇深，主要表现在机械制图以及使用UG进行三维建模。而后半部分是考查对模具制造的认识，主要用Moldflow软件进行制造过程分析，分析注塑条件，这样才能达到设计与开发的要求。第1章绪论本章主要介绍了洗衣机的发展历史及洗衣机的工作原理等基本背景，这对课题的设计有一定的指导作用，和对洗衣机齿轮箱上下壳体结构设及大带轮设计的结构进行分析，明确了设计的主要内容。本章主要分七个小节介绍，分别为第一小节介绍了洗衣机的发展历史，第二小节洗衣机的发展趋势，第三小节本次毕业设计的任务与要求，第四小节本课题的现状与发展趋势，第五小节本课题的研究意义，第六小节对课题进行分析，第七小节，讲述了论文的章节安排。1.1洗衣机的发展历史洗衣机的出现让我们的生活有了巨大的变化，让我们的生活充满了色彩。从“手洗的时代”到今天的“全自动时代”，在这期间发生了翻天覆地的变化。洗衣机从最开始的“蒸汽洗衣机”到“水力洗衣机”，“内然洗衣机”的出现，再到第一台电动洗衣机，在今天出现了全自动洗衣机。这期间洗衣机不断的更新，从而推动了洗衣机在当今的多样化、高度自动化、节能化、大容量和微型化、健康化。1858年，美国人史密斯制成了世界上第一台洗衣机，该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。这台洗衣机使用时费力，且损伤衣服，因而没有得到推广，但它却标志着用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末的洗衣机又有了发展，用手柄转动八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1910年，第一台电动洗衣机由美国的费希尔在芝加哥制成。但这种电动洗衣机进入市场后，销路并不佳。洗衣机真正被人们接受，是在第一次世界大战之后。1922年，电动洗衣机几经完善，迎来一种崭新的洗衣机搅拌式。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣服和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。受到人们的普遍欢迎。十年以后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤，漂洗，脱水在一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的形式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步，直到今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛的应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机的研制的步伐，首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠滚筒一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在滚筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出现了带甩干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚……90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。进入90年代，由于电动调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电动驱动技术的发展与提高，日本生产出了电动直接驱动式洗衣机，省去了齿轮转动和驱动方式的巨大改革。可以看出洗衣机的发展历程短，但发展迅速，表明了洗衣机在今天的必然性，同时也说明了洗衣机是现代化的产物。1.2洗衣机发展趋势1.2.1国内洗衣机发展趋势现在的洗衣机多种多样，在上海，双缸洗衣机购买的人已经越来越少，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？归纳起来，有如下几个趋势：(1)设计生态化：现生态化的设计理念是业内专家的共识。这种产品诉求也必将是今后一段时间里洗衣机企业研发的方向。需要注意的是，生态洗衣机不能以降低产品性能来换取环保指标的提高，不能用牺牲性能的方法降低成本。产品高端化：消费需求不断升级是市场发展的源动力。在洗衣机行业，消费结构也在发生着不小的变化，主要表现就是需求的高端化趋势。技术智能化：积极利用智能技术、研发生产智能产品，让智能化的洗衣机产品来提升消费者的生活品质的同时，也能够给企业带来经济利益和社会效益。产品技术上的智能化，也对接了消费者的高端化需求。目前，洗衣机行业中的大品牌已经开始大力研发智能控制技术，相信智能化技术也将成为2011年中国洗衣机行业发展和竞争的焦点。（4）市场两元化：洗衣机市场仍将呈现出“两元化”的发展态势。一二级城市市场虽然可能会在增幅上趋缓，但是高端消费仍将会非常旺盛，洗衣机产品主要以满足升级换代需求为主；而在三四级市场，洗衣机市场的增速可能还将继续加快，家电下乡政策的推动以及产品价格的逐步回落正在刺激三级城市消费能量的释放，重点企业产品、销售渠道的下沉也保证了这种消费热情的实现。虽然政策的刺激效果可能会逐步减弱，但是三四级市场的增长态势将会得到延续。洗衣机行业朝着“四化”升级是未来的发展趋势。1.2.2国外洗衣机发展趋势当前，与国内洗衣机的发展趋势相似，国外洗衣机的发展趋势有以下几个特点：(1)提高电子化程度，采用传感器和微型电脑实现自动操作。目前国外市场上洗衣机使用马达式程序控制器的还比较多，使用微型电脑的洗衣机不断涌现，采用洗涤和脱水传感器的第三代全自动洗衣机在日本巳有上市。洗涤、漂洗、脱水、烘干、熨烫等程序全自动化的家用洗衣机可望在本世纪90年代进入实用阶段。(2)各国都在研制节能、节水洗衣机。如日本松下电器(株)的爱妻号NA--F361,1"型全自动洗衣机与NA一7860型洗衣机相比，省水、省电约二分之一。(3)广泛采用新材料，改善材料性能，提高其利用率，以降低成本。如洗衣机外壳铁板厚度，巳从O.8毫米减少到O.4毫米，又如大量采用塑料代替金属材料。(4)生产高度自动化。洗衣机的制造，正沿着机械化—一自动化一无人化”方向发展，并普遍应用计算机进行控制和管理。(5)研究与开发新型洗衣机，如超声波洗衣机和高温泡沫洗衣机等。关于超声波洗衣机因洗涤效果还不太理想，仍在研究中。高温泡沫洗衣机，其原理是用50～70℃热风将洗涤剂泡沫吹送入衣物，污垢在泡沫的作用下脱落而实现洗涤。目前高温泡沫洗衣机亦未得到迅速发展，主要原因是采用这种洗涤方式对清除污垢效果较好，而对除去衣物泥沙效果较差，还有待进一步研究。1.3任务与要求1.3.1任务本课题为某型号洗衣机齿轮箱组件壳体结构的设计和制造过程分析，绘制出上壳体、下壳体及大带轮的结构设计图纸，并拟定上壳体的注塑过程性能分析和注塑工艺卡。1.3.2要求在老师的指导下独立完成所承担的毕业设计课题所规定的全部任务，能够收集到课题所需要的全部资料，根据所学知识正确地进行设计、实验、分析，按使用要求和标准规定绘制图样、表格，编制各种技术文件，充分发挥主观能动性，在毕业设计工作中取得新成果或提出新见解。完成本课题任务的同时，要面向经济社会发展的需要，注重理论联系实际，加强对创新意识和创新能力的培养，既要遵循科学研究的一般规律，又要符合本科教学的基本要求，以实现本科专业人才的培养目标。1.4本课题的现状和趋势洗衣机的研究一直备受相关研究人员和企业技术人员的重视，总体来说，针对洗衣机的研究主要从以下几方面展开：1、洗衣机相关结构的改进和优化的研究分析：如，贾文友、刘莉等先后发表“洗衣机刹车连接结构的研究”、“PDCA循环在解决洗衣机‘地包天’问题上的应用”、“工艺创新下洗衣机接地方式的优化”、“基于机构创新设计的型面联接”、“出口洗衣机在60Hz下洗涤调速系统的优化设计”和“PDCA循环在洗衣机底座防鼠板处结构的改进”等研究论文；管延锦等发表“洗衣机叉架的快速设计与制造”研究论文。2、洗衣机的成本控制和制造过程相关研究分析：如，贾文友、刘莉等先后发表“PDCA循环法在选择洗衣机电机保护架表面精饰方法中的应用”和“机械产品设计中基于材料替代的成本控制”、“机构创新设计在型面联接中应用研究”等研究论文。3、洗衣机的性能优化的研究分析：如，佘少华发表“洗衣机节水技术研究及其力学原理”研究论文，钟晓芳等发表“关于减少洗衣机电机转矩不平稳的问题”研究论文，华丽发表“洗衣机运输包装件的跌落仿真分析”研究论文，舒祖菊等发表“洗衣机包装系统的可靠性分析”研究论文，党新建发表“双桶洗衣机水封破裂问题的分析和解决措施”研究论文；更多是关注洗衣机的噪声控制研究，如，贾文友、刘莉等发表“WBS在洗衣机降噪项目中的应用研究”研究论文，杨宗炼等发表“双缸洗衣机振动与噪声分析：降低噪声的一种对策”研究论文，庄表中发表“洗衣机降低噪声的一个技术术措施”研究论文等。4、洗衣机的零部件材料的研究分析：如，李荣勋等发表“洗衣机用PP复合材料的研制”研究论文，曹军等发表“洗衣机用抗菌聚丙烯专用料的研制”研究论文等。5、洗衣机的零部件模具和工艺分析研究：如，王正才等发表“全自动洗衣机脱水桶底座精密注射成型工艺研究”研究论文，温志远等发表“洗衣机排水阀注塑模设计”研究论文，杨海鹏发表“洗衣机密封圈骨架冲孔翻孔修边模设计”研究论文，李德军发表“洗衣机面板注射成型CAE分析”研究论文，芦亚萍发表“大圆角洗衣机箱体成型模具主要参数计算方法分析”研究论文等。6、洗衣机的仿真研究：如，李庆利发表“洗衣机仿真系统的设计与实现”研究论文，郝智伟发表“洗衣机关键部件的跌落仿真分析”研究论文，罗振中发表“模糊控制节水洗衣机模型”研究论文，孙益民的硕士毕业论文“滚筒洗衣机振动特性分析与仿真”，以及郝智伟发表“洗衣机关键部件的跌落仿真”研究论文等。目前市场上波轮洗衣机还是主角，波轮在洗衣机的洗涤、漂洗过过程中起着相当重要的作用。当它在动力系统作用下，能产生螺旋式水流，有此产生一个洗涤所需的机械作用力。其形状、尺寸大小、转速等对洗涤的洗净率、磨损率、缠绕程度都有重要影响。因此，波轮组件对洗衣机有着至关重要的作用。本课题是进行洗衣机齿轮箱组件研究分析，虽然目前该领域还没有深入展开研究，为了体现洗衣机不同领域研究的完整性，故对本课题研究具有十分重要的理论价值和实践意义。1.5本课题研究意义目前市场上常见的洗衣机有波轮式、滚筒式、搅拌式等三种。波轮式洗衣机作为洗衣机的一种，诞生于上世纪五六十年代，是大家最熟悉、也是市场占有率最高的洗衣机种类。它依靠装在洗衣桶底部的波轮正反转，带动衣物不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和的摩擦，在洗涤剂的作用下实现清洗。波轮洗衣机市场机遇尚存，挑战多多。从价格方面来看，波轮洗衣机有着滚筒洗衣机不可比拟的优势。波轮和滚筒在未来的一段时间内还将共存于中国的洗衣机市场，尽管滚筒洗衣机的市场销量飙升迅速，但其在短时间内还不会完全攻占波轮洗衣机的市场空间。在商机无限的市场大环境下，波轮洗衣机凭借其洗涤时间较短、体积小、价格相对便宜等优势牢牢占据洗衣机市场的主导地位。波轮在洗衣机的洗涤、漂洗过过程中起着相当重要的作用。当它在动力系统作用下，能产生螺旋式水流，有此产生一个洗涤所需的机械作用力。其形状、尺寸大小、转速等对洗涤的洗净率、磨损率、缠绕程度都有重要影响。因此，波轮组件对洗衣机有着至关重要的作用。本次设计从波轮组件的三个方面分析，了解波轮组件的功能分析、结构设计以及制造过程分析。其中波轮组件的功能分析和结构设计与机械设计制造联系紧密，机械制造业对一个国家的经济地位和政治地位具有至关重要的影响，据估计，工业化国家70%~80%的物质财富来自制造业。波轮组件的制造过程分析，拟定波轮的注塑过程性能分析主要涉及注塑成型，成型所使用的设备是注射机。塑料注塑成型是在金属压铸成型的基础上发展起来的，塑料成型工业是新兴的工业，同时又是一个飞速发展的工业领域。因此，本课题具有重要的实践意义。通过该课题的学习，能够让学生掌握中等复杂程度零件的结构设计和制造过程分析，对所学专业基础知识有更深层次的认识，并学会对模具设计资料的检索与整合，以及对已有资料的充分合理的使用。该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义。1.6对课题进行分析1.6.1对洗衣机齿轮箱壳体组件部分结构设计进行分析洗衣机齿轮为行星齿轮，洗衣机齿轮箱壳体组件部分结构设计包括对行星齿轮箱上壳体进行设计、下壳体进行设计、大带轮的设计和其他重要结构的设计。齿轮箱虽然只是洗衣机内部的一小部分，但对其设计必须考虑洗衣机内部其他结构，考虑齿轮箱与其他不见的协调性，位置的放置，动力、扭矩的输入输出，动力是由电动机转动带动齿轮箱的输入轴转动，将动力传递行星齿轮箱，行星齿轮箱起到减速作用，轴带动太阳轮转动，太阳轮带动三个行星轮，三个行星轮与环形轮相互啮合，将动力转递给输出轴，输出轴与大带轮连接，最终将动力传给下一个机构。行星轮在动力传递过程中有许多优点，基于这些优点，才被选作洗衣机的减速机构：行星轮与其他机构相比结构紧凑、相对简单，有利于缩小洗衣机的尺寸；传递动力效率高、稳定性强；能够承受更大的载荷，行星轮体积小，承受的载荷相对较小（想承受大的载荷尺寸就得增大），但是，对称的三个行星轮平均分担了载荷，时所承受的载荷变大，且可以相对减小齿轮箱的尺寸；与大带轮相结合，可以使减速的效果更加显著，并且可以有效地减小齿轮箱振动对下一级的影响。齿轮箱上、下壳体虽然结构有所不同，但外形大致相似，为了减轻洗衣机的重量同时也为了降低制造成本，上、下壳体都要设计的薄些，但又要能承受一定的力和扭矩，因此，增加了许多筋板结构，为了克服颠覆力矩，加长了与轴接触的结构。对某型号洗衣机齿轮箱壳体部分组件的结构设计的分析，主要任务是对行星齿轮箱上壳体的设计、下壳体的设计、部分其他重要机构的设计和大带轮的设计，确定各结构的尺寸，用AutoCAD绘制各机构的二维图，使用UG绘制各机构的三维模型。1.6.2齿轮箱壳体的制造过程分析对某型号洗衣机齿轮箱壳体部分组件的制造过程分析，主要对行星齿轮箱上壳体的注塑性能分析，通过注塑过程分析，可以很好地了解所设计的上壳体结构是否合理，是否易于加工制造，各结构是否能满足设计要求。我们不能实际地进行生产制造，因此，使用Moldflow软件对所设计的三维模型进行仿真模拟分析，分析的目的：通过模拟，选择满足强度要求且注塑性能好，成本相对较低的材料；通过Moldflow软件中的网格处理，分析选择最佳浇注口；通过分析，检验所设计的结构是否合理，能否满足流动性要求，收缩性要求，是否会出现气穴、注塑缺陷等。制造过程分析的主要任务是，首先，制定上壳体注塑过程工序卡片，然后用Moldflow软件对齿轮箱上壳体注塑过程进行分析。1.7章节的安排本次毕业课程设计主要从三个方面进行分析，即洗衣机齿轮箱组件壳体部分及相关零件的功能分析、洗衣机齿轮箱组件壳体部分及相关的零件的结构设计和洗衣机齿轮箱上壳体的制造过程分析，除这三个方面之外，还有绪论及论文的总结与展望章节，本设计的章节安排如下：图1-SEQ图1-\*ARABIC1论文章节流程图第2章洗衣机齿轮箱组件壳体部分及相关零部件的功能分析洗衣机齿轮箱组件壳体的部分结构分析及大带轮的功能分析，主要介绍了洗衣机齿轮箱上下壳体的功能和大带轮的功能能分析，下面将分两个小节分别介绍。2.1齿轮箱上下壳体功能分析2.1.1齿轮箱上下壳体抗振功能齿轮箱上下壳体的功能决定了其选择的材料，上下壳体之所以选择塑料是因为，一方面，塑料制品的质量轻，可以在一定程度上减轻洗衣机的重量，同时，塑料制品的成本比一般金属成本低，从而降低了洗衣机的制造成本，从加工制造的难易度方面说，塑料制品比金属更易加工制造。另一方面，塑料材料的密度低，强度比高，又具有耐腐蚀和绝缘性能。在较多品种中，有的减小摩擦或耐磨性能良好；有的防振抗冲击性能优异；有的耐疲劳性能突出。这使得塑料制品在国民经济的各个行业，无论是机械仪表或电子仪器，还是建筑、包装和交通工具等在人们的日常生活中得到大量的使用。塑料制品能得到广泛使用还由于他的可加工性，可以用注塑、挤塑、热成型和压延等方法高效地生产各种制品。其次，它可经纤维增强或用添加剂改性，一定程度低改善制品所需的某些性能。上下壳体具有抗振防振功能。洗衣机电机在高速运转时，不仅将动力传递给减速器，还将振动传给减速器，还有行星齿轮在相互啮合是也会产生很强的振动，这些振动不仅会产生很大的噪声，还会使洗衣机跟着振动，影响洗衣的效果，损坏洗衣机内部部件，降低洗衣机的使用寿命。因此，怎样减振防振就成了设计洗衣机齿轮箱上下壳体的难题，为了防止振动对洗衣机产生的不利影响，我们选用具有高阻尼的塑料。阻尼是振动系统所具有消散振动能量的能力。在大多数情况下，都是将机械能转化成热能。塑料材料的黏滞效应，使其内部具有较高的阻尼能力。此种材料分子结构所产生的阻尼能力，称为材料阻尼特性。塑料的阻尼能力比金属大的多，特别是黏弹性强的塑料材料。如有机硅弹性体、软质聚氯乙烯和聚氨酯等，具有与橡胶类似的特征，对高平振动的能量吸收有特效。对塑料棒施以瞬时拉伸负载，棒被拉延但伸长很慢。当负载移去，该棒又慢慢回缩，但他不能回到原来的长度。因为材料内分子链段发生滑移过程中，内摩擦使一些能量被损耗。当相反方向施以压缩负载作用于棒端时，就有一个相反的应力与应变的滞后过程。其滞后回路所包围的面积，即为减振能量。在相同的应力下，塑料比金属大3-4倍。洗衣机齿轮箱上下壳体使用塑料时，还需要注意的是，塑料材料的阻尼特性对温度、振动频率都很敏感。在低温和高频下，塑料会失去黏弹性，变得刚硬，弹性模量明显增大。因此，在制造上下壳体时，需要添加一些填料来改善其阻尼性能。加入填料使塑料在宽的温度和频率范围内具有较高的阻尼特性。就像天然橡胶加入炭黑后，使橡胶的阻尼特性增大，强度提高[2]。2.1.2密闭固定其他组件的作用上下壳体是洗衣机齿轮箱的重要组成部分，减速器里的齿轮不仅起到密封作用，还起到保护作用，将行星齿轮及其组件很好地密封保护起来，防止洗衣时不慎将水潵进齿轮箱内部，影响齿轮的正常工作，防止灰尘其他杂物落入齿轮内部，对齿轮造成损伤，影响齿轮的寿命。上下壳体还起到固定支撑其他组件的作用，如齿轮箱下壳体与输入轴相连，把输入轴固定在特定的位置，使其上的太阳轮能与行星轮很好地啮合，轴在转动时需要轴承，轴承就需要固定在上下壳体上，在设计下壳体时，需要考虑放置轴承的位置及其尺寸大小。齿轮箱上下壳体对行星轮与太阳轮啮合、行星轮与环形轮啮合起固定作用，齿轮承受载荷运转时，会受到一个背离啮合方向的作用力，这个力使齿轮背离啮合，就是因为上下壳体给齿轮一个相反方向的力，使齿轮能够很好地啮合工作。齿轮箱上下壳体的存在，使齿轮箱成为一个独立的块，便于齿轮的润滑维护和维修。2.1.3上下壳体上其他结构功能由于齿轮箱上下壳体注塑件是壁厚均匀的薄板组合体，为了减轻齿轮箱的重量，壁厚很薄，不能承担较大的载荷，而我们设计的上下壳体是要承受较大的载荷的，因此，部分需要承受大的载荷的部位需要另加筋板结构，提高上下壳体抗弯刚度和承载能力，它同时也能减小上下壳体的翘曲变形，提高抗蠕变形和抗冲击能力。此外，筋板的添加还可以改善塑料熔体的充模流动性能，或缩短了流程或正加了流程的截面。加强筋的设置，其形状要正确，要与基本壁厚t成一定比例。筋的根部厚度不超过0.75t。筋的根部过厚会在塑件外表面产生凹陷，在材料中央产生真空泡。加强筋的分布应该相互错开，尽量避免两条筋十字交汇，这样可以减少塑件在局部汇集过多而形成凹陷和真空泡的可能。除了加强筋，还可以设计其他结构改善上下壳体性能的结构：壳体边缘用各种形式的翻卷；采用台阶式凸缘结构，都能提高上下壳体的刚性；大平面的塑料件容易翘曲变形，沿着壳体圆周或横向或纵向交叉布置筋环或筋条，可以提高平板的刚性；当塑料件需要一个支承面时，让整个塑料件的底面接触承压是不合理的。因为地平面不可能平整，一般可用三个或更多底脚，也有凸台的周边条或长条，条状支撑还能提高底面刚度。当底面同时具有支承条和加强筋时，支承面应比筋高0.5-1.0mm。要保证所设计的注塑件满足使用要求，必须遵循以下设计原则：保证塑料制品在使用期限内的功能和性能。在塑料件失效分析基础上，进行理论设计计算校核，以及实验测试；在保证塑料制品的功能和性能前提下选择材料，还必须考虑加工的可行性和材料成本低廉；聚合物的流变和固化过程，及其材料形态变化对塑料制品的影响必须考虑；大多数塑料制品是各种装备和设备中的组成元件，它的设计应统一在整机产品中，在保证整机质量前提下，降低注塑件的成本[2]。2.2大带轮及其他零部件功能分析2.2.1带轮概述带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带（如图2-1所示）。当主传动带轮1转动时，利用带轮和传动带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带2传递给从动带轮3。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等优点，在近代机械和家用电器中应用广泛。1123图2-1SEQ图2-\*ARABIC带传动机构运动示意图带传动的工作原理是，v带的和横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，v带的两个侧面和轮槽接触。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，v带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数v带已标准化。V带传动的上述特点使其获得了广泛应用。基于这些优点，洗衣机减速装置选用了带轮传动装置[8]。2.2.2带轮工作满足条件带传动工作前，传动带以一定的初拉力F张紧在带轮上，带轮工作时，因带和带轮间的静摩擦力作用使带一边拉紧，一边放松。紧边拉力为F，松边拉力为F。如果近似认为带的总长度保持不变，并且假设带为线弹性体，则有公式=1\*GB3①成立F1+F2=2F0(2-1)如果取与带轮接触的传动带为分离体（如图2-２），那么根据传动带上诸力对带轮中心的力矩平衡条件可得公式=2\*GB3②Ｆｆ＝Ｆ１－Ｆ２(2-2)式中，Ｆｆ为传动带工作面上的总摩擦力的大小。图2-2带与带的受力分析带传动的有效拉力Ｆｅ，为了使带有效的把转矩传递下去，必须满足公式=3\*GB3③Ｆｅ＝Ｆｆ＝Ｆ１－Ｆ２(2-3)2.2.3大带轮的作用大带轮是连接电动机和减速器，起传递动力和减速作用的机构。是洗衣机的重要组成部件，大带轮传递动力比齿轮传递有许多优点，既可以通过不接触远距离传输动力，图2-3大带轮传动实物图又可以减小电动机振动对减速器的影响。它与输出轴相连，将转矩传递给太阳轮，进而经变速器把需要的动力传递给其他功能部件，值得注意的是带轮传递动力时需要自加一个预紧力，使v带张紧，即带轮工作时要受到一个径向力，这使得设计和安装固定带轮时要考虑的问题。如图2-3所示，大带轮传动实物图，电动机经V带将动力传递给大带轮，再由大带轮传递给减速器。第3章洗衣机齿轮箱组件壳体部分及相关零部件的结构设计注塑件的结构分析大致分三大方面，造型结构、功能结构、工艺结构，在洗衣机上壳体结构设计时，需要从这三个方面考虑。1、造型结构设计对注塑件进行外部造型设计并给予装饰和美化，即为造型结构设计。如机壳、面板、仪表和日用塑件，它们常常要经过滚花、抛光、彩饰、植绒、镀金等修饰与美术相结合，给人以美感。塑件的造型设计，需要设计人员掌握美学方面的知识、电脑绘画方面的知识和塑件设计方面的知识。2、功能结构设计确定实现塑件使用功能的形状、、尺寸和壁厚。塑件结构设计要做静载荷下短时间和长时间的形变校核；要作动载荷下冲击、疲劳、滞后热和磨损等校核。3、工艺结构设计此项设计是否合理是塑件生产的前提，它不仅关系到塑件的质量，而且还关系到塑件的生产率和成本。聚合物流变学是工艺结构设计的理论基础，用以考虑模塑成型的可行性，必须合理的处理好塑件的流动性、收缩率、脱模等技术问题。为了简化单个塑件，并实现塑件与非塑件的连接保证在流水线上对塑件的高速装配，塑件还要进行合理的连接件设计[4]。洗衣机齿轮箱外壳结构设计必须考虑包括这三大部分的设计，这些是齿轮箱壳体和大带轮设计的基础和依据，在本章节内会把这三大部分融入到洗衣机齿轮箱上壳体、下壳体和大带轮结构设计当中。3.1洗衣机齿轮箱上壳体结构设计洗衣机齿轮箱上壳体是齿轮箱的重要组成部分，也是本次毕业设计重点，它结构设计的好坏关系着洗衣机齿轮箱能否正常运转及其使用寿命的长短，因此，必须认真对待。洗衣机上壳体的结构包括两大部分，一时总体结构，另一个是辅助结构（包括各部位的筋板和凸台结构）。3.1.1洗衣机齿轮箱上壳体的总体结构设计洗衣机齿轮箱上壳体的总体结构是洗衣机齿轮箱上壳体的主要部分新，其中与许多部分洗衣机的其他机构相配合，有一定的配合精度，因此，要求设计的结构尺寸精度要求较高。齿轮箱装配在连体桶上时，上壳体的部分结构与连体桶相配合，并通过螺钉拧紧，这就要求连体桶和上壳体上的尺寸精度要很高，还有上壳体内孔需要与含油轴承配合，与挡油环配合，并且轴在高速运转，为了使轴的摆动不至于太厉害，孔的尺寸精度也需要很高。1、洗衣机齿轮箱上壳体壁厚分析齿轮箱上壳体是注塑件，根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度。一般地说，在满足力学性能的条件下厚度不宜过厚，这样不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具中冷却或固化时间缩短，提高生产率；其次可以避免因过厚易产生的凹陷、缩孔、夹心等质量上的缺陷。但是过薄会使熔融塑料在模具型腔内的流动阻力增大，造成成型困难，相应的给加工设备的能力和模具的设计制造提高要求。另外，当厚度和表面积尺寸相悬较大时，会使塑件翘曲，影响质量。因此，综合各种因素考虑，洗衣机上下壳体结构的一般厚度定为2.5mm，如图3-1齿轮箱上壳体剖视图所示。在齿轮箱上壳体剖视图中，壳体上的孔壁厚度为3.5mm和4.0mm，这是因为中间需要安装挡油环，Φ17mm的孔需要与含油轴承配合，受到一定的径向力，因此，为了增加上壳体的刚度，增大了壁厚。（去掉下面图中不相关信息，如A-A，没有介绍局部结构尺寸等信息删除，然后再详细介绍局部结构设计，截取需求的局部视图信息，注意下面的所有结构设计内容参照此要求执行，按我的要求既要整体介绍零部件，又要确保每个局部结构清晰）。图3-SEQ图3-\*ARABIC1洗衣机齿轮箱上壳体剖视图2、洗衣机齿轮箱上壳体尺寸精度分析洗衣机齿轮箱上壳体上的结构有许多需要与其它零部件配合的地方，如图3-1所示的Φ28mm圆柱外表面将来装配时要与连体桶相配合，Φ21mm的内孔要与挡油环相配合，Φ75mm的内表面将来要与内齿轮外圈相配合，因此，都需要一定的尺寸精度来保证将来顺利的装配。塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件的使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具加工难度和制造成本。在洗衣机齿轮上壳体结构设计时，尺寸公差是查塑料制件尺寸公差表确定的。影响洗衣机齿轮箱壳体的尺寸精度的因素很多，归纳起来总的有三方面，在设计制造过程中要注意处理好这单方面的因素。（1）模具因素模具各部分的制造精度是影响齿轮箱壳体尺寸精度的重要因素，长期使用后的模具往往由于成型压力等原因而产生变形或松动，也是造成制件误差的原因之一，因此，在注塑过程中要注意模具的正确使用和定时更换旧的模具，以便提高产品的合格率。图3-SEQ图3-\*ARABIC2洗衣机齿轮箱上壳体俯视图（2）注塑材料因素不同的塑料材料有其固有的标准收缩率，收缩率小的材料，产品的尺寸误差就小，容易保证尺寸精度。同一种材料，生产批号不同，收缩率也会出现误差，影响产品的尺寸精度。因此，在设计制造过程中要综合各种因素考虑选择注塑材料。（3）成型工艺因素成型工艺条件（如温度、压力、时间、速度等）的变化直接造成材料的收缩，最终影响塑件尺寸精度。因此，注塑过程中调控好成型条件，控制好温度、压力值、注塑时间等条件，来减小尺寸误差，增加精度，区别对待塑件上不同部位的尺寸，对于塑件不需要公差的自由尺寸，可以选用低的精度等级[6]。3、洗衣机齿轮箱上壳体结构功能分析洗衣机齿轮箱上壳体内孔部有三个台阶，即三个不同的内表面结构，这个结构分别是为了与挡油环、含油轴承相配合的，尺寸精度要求的也比较高，这样设计也便于挡油环和含油轴承的安装。Φ28mm和Φ38mm的圆柱外表面在安装是要与连体桶配合，并用螺钉固定在连体桶上，这些便面的尺寸精度有一定的要求，这些结构的设计有利于连接的更牢固，同时和可以承载一定的径向力，使带轮绷紧，有效地传递动力；Φ75mm的内孔表面要与内齿轮相配合，尺寸精度要求的也比较高，它与内齿轮接触的紧密会减少内齿轮在高速运转时径向移动撞击产生的噪音，同时也能增加齿轮的寿命。3.1.2齿轮箱上壳体加强筋、凸台和孔结构设计加强筋可以定义为塑件上长的突起物，在不增加壁厚的条件下，可提高注塑件的强度和刚度。凸台是塑件上用来增加孔或供装配附件用的部分。塑件上常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔、螺纹孔等，齿轮箱上壳体上需要设计的孔有通孔和盲孔两种，都是起连接作用。图3-SEQ图3-\*ARABIC3洗衣机齿轮箱上壳体k方向视图1、加强筋结构设计洗衣机齿轮箱壳体上适当设置的加强筋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强筋还能降低充模阻力，提高熔体流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等现象的产生。通常，加强筋以高度低（过高时容易在弯曲和冲击负载作用下受损）、宽度小，而数量多（塑件形状允许的条件下）为好，加强筋应设计得低一点、多一些为好，深而狭窄的加强筋会给模具加工带来困难；高而厚的加强筋所在的壁厚不均匀，易形成缩孔和表面凹陷。加强筋可以起辅助浇道的作用，改善熔体的流动充模状态，其设计的方向应与压模方向一致，便于脱模。加强筋位置的布局应注意以下几点：加强筋的方向应尽量与物料充模时熔体流动的方向保持一致，以避免因流动受阻出现的成型缺陷或造成塑件的强度和刚度下降；加强筋应位于塑件受力位置上；在有多条筋的情况下，应使各筋的排列互相错开，防止因收缩不均而引起的开裂；较大的表面积或外观要求较高的情况下，应避免把加强筋设置在大表面的中部，以防止熔体流动缺陷产生的流纹和凹陷等。为了掩盖凹陷，可以筋所对应的外壁处设置楞沟或流纹。洗衣机齿轮箱上壳体上有许多加强筋的设计，如图3-5所示为齿轮箱上壳体体内加强筋结构，还有壳体上不大的加强筋、凸台处增加刚度的加强筋，它们的设计都遵循了以上加强筋的设计准则。这些加强筋的厚度是均匀的，都是1.5mm，它们增加了齿轮箱上壳体的刚度和强度[7]。图3-SEQ图3-\*ARABIC4洗衣机齿轮箱上壳体三维模型正二测视图图3-SEQ图3-\*ARABIC5洗衣机齿轮箱上壳体内部加强筋三维局部视图2、洗衣机齿轮箱上壳体上凸台结构设计凸台一般位于有加强筋的部位或制件的边缘，凸台处能承受较大的顶出力，有利于布置推杆，有的凸台为了开盲孔的需要，有的凸台是零件结构设计的需要，不同的需求，凸台的样式也不尽相同，设计凸台时应注意以下几点：凸台位置的布局时，不应太接近制件的角落或侧壁，如果这样的话会增加模具制造的困难；凸台处于平面或远离壁面时，应用加强筋加强（如图3-6所示洗衣机齿轮箱上壳体上的凸台结构都有应用加强筋结构），提高其强度并使制件成型容易；安装紧固凸台时，台阶支承面不宜太小，在转折处不要突然变化，应当平缓地过渡；凸台应设计成圆形断面，非圆形断面会增加模具制造的困难[7]。洗衣机齿轮箱上壳体结构设计中，应用了许多凸台结构，如图3-6所示中的小圆柱凸台和大的半圆形凸台，这些凸台的设计都遵循了上面所述的四点注意事项的要求，从图3-7壳体俯视图中可看出，共有四个小的圆柱形凸台，这些凸台结构是为了从背面打深的盲孔服务的，洗衣机齿轮箱上壳体和下壳体的连接就是通过这四个盲孔连接的，凸台的周边有加强筋结构，增加凸台的刚度；上壳体上有四个大的半圆形凸台，它们的作用是与下壳体对应部位配合在一起，用螺钉固定在连体桶上的结构。图3-SEQ图3-\*ARABIC6洗衣机齿轮箱上壳体凸台结构三维局部视图3、洗衣机齿轮箱上壳体孔结构设计洗衣机齿轮箱上壳体上所设计的孔有两类，一类是通孔，另一类是盲孔，通孔又有两种，空为圆形的和近似圆形的，这种是圆的中间部位增加了一个矩形。这些孔的位置布局很重要，应当放在不宜消弱塑件强度的地方，孔之间和孔与边壁之间均应有足够的间距，图3-SEQ图3-\*ARABIC7洗衣机齿轮箱上壳体三维模型俯视图图3-SEQ图3-\*ARABIC8洗衣机齿轮箱上壳体三维模型孔的局部视图图3-SEQ图3-\*ARABIC9洗衣机齿轮箱上壳体三维模型前视图图3-SEQ图3-\*ARABIC10洗衣机齿轮箱上壳体三维模型底部视图孔与孔边缘之间的距离应大于孔径，塑件上固定用孔和其他受力的孔周围可设计一凸边来加强。洗衣机齿轮箱与连体桶通过螺钉相连接，上壳体上螺钉的孔有两种形式，一种是Φ6mm的圆孔，一种是中间加了个矩形形状的的Φ6mm的孔，这样的孔有三个，这样设计的好处是有利于安装时，螺钉很容易定位到连体桶上的螺孔，便于安装，同时也避免了由于孔的制造误差而安装不上的局面，加上Φ6mm的圆孔，可以保证齿轮箱的定位精度，在上螺钉时要先安装Φ6mm孔上的螺钉，螺钉要拧紧，因为要承受带轮径向的绷紧力。洗衣机齿轮箱上壳体上有四个Φ3.1mm的盲孔，这个盲孔是为了安装固定上下壳体的螺钉的，内孔不需要攻螺纹，安装时自攻螺纹。图3-SEQ图3-\*ARABIC11洗衣机齿轮箱和带轮的实体安装图3.2洗衣机齿轮箱下壳体结构设计洗衣机齿轮箱下壳体的结构与上壳体的结构相似，因此，在结构设计过程中可以借鉴齿轮箱上壳体结构设计的经验，它们的功能也相似，不同的是下壳体与输入轴相连，起到固定输入轴的作用。3.2.1洗衣机齿轮箱下壳体总体结构设计洗衣机齿轮箱下壳体部分结构与上壳体有所不同，下壳体与上壳体相连部分的螺孔为沉头孔，结构上有四个凹槽结构，是用于安装螺钉的，下壳体中间部位设计了大孔结构，孔的内表面尺寸精度要求较高，是未来将来安装含油轴承，与含油轴承相配合的。下壳体上同样有加强筋的设计。1、洗衣机齿轮箱下壳体壁厚的设计洗衣机齿轮箱下壳体的基本壁厚和上壳体的一样为2.5mm，无特殊情况下壁厚均匀，其壁厚的作用可归纳为以下几点：使洗衣机齿轮箱下壳体具有确定的结构和一定的强度、刚度，以满足洗衣机齿轮箱的使用要求；图3-SEQ图3-\*ARABIC12洗衣机齿轮箱下壳体二维局部剖视图防止洗衣机齿轮箱下壳体部分结构翘曲变形。洗衣机齿轮箱下壳体的壁厚应尽量均匀，壁与壁连接处的厚薄不应相差太大，并且尽量用圆弧过渡；否则连接处由于冷却收缩得不均匀，产生内应力而使塑件开裂，洗衣机齿轮箱下壳体应遵循下列设计基本准则：在满足制件结构和使用要求的条件下，尽可能得采用较小的壁厚；洗衣机齿轮箱下壳体壁厚的设计，要能承受顶出装置等的冲击和振动；在洗衣机齿轮箱下壳体的连接固定处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的汇合处，要具有足够的厚度；满足成型时熔体充模所需壁厚，既要避免充料不足或易烧焦的薄壁，又要避免熔体破裂或易产生凹陷的厚壁[6]。图3-SEQ图3-\*ARABIC13洗衣机齿轮箱下壳体俯视图洗衣机齿轮箱下壳体的主体部分的壁厚定为2.5mm（如图3-12所示），其他部分以结构的实际情况而定，图3-13上所示四个上螺钉的台阶部位的壁厚设计为3.5mm，是因为这个部位在上螺钉安装时要受到压紧力的作用，这就要求其有很强的刚度，四周环的壁厚定位4.0mm，可以防止注塑过程中边缘翘曲变形，又能增加熔体的流动性，便于熔体充满模腔。2、洗衣机齿轮箱下壳体结构尺寸精度设计洗衣机齿轮箱下壳体部分结构需要精确设计，查塑料制件尺寸公差表确定个尺寸的公差，如图3-1所示的Φ81mm的圆柱内表面要求一定的尺寸精度，并且圆柱腔距上表面的距离12.0mm也有尺寸要求，这样才能保证装配时上、下壳体与内齿轮的配合公差，方面安装且保证内齿轮在高速运转时，内齿轮固定不动保证内齿轮与行星轮、行星轮与小齿轮的啮合精度，圆柱腔内表面还有1.6.图3-SEQ图3-\*ARABIC14洗衣机齿轮箱下壳体二维底部视图图3-SEQ图3-\*ARABIC15洗衣机齿轮箱下壳体三维模型正二测视图的表面粗糙度要求，Φ17mm圆柱内表面与Φ81mm圆柱内表面有Φ0.015的同轴度要求，这样可以使保证小齿轮、行星齿轮、内齿轮在同一平面内啮合；Φ17mm圆柱的尺寸精度要求是为了保证内表面与含油轴承的配合精度，上下分别装一个含油轴承，也同样有表面粗糙度要求；图3-12上所示四个凸台要与齿轮箱上壳体的对应结构配合，也要一定的尺寸精度要求。这些在开交道口和浇注时都要注意保证其尺寸精度、表面粗糙度、形位精度。图3-SEQ图3-\*ARABIC16洗衣机齿轮箱下壳体三维模型前视图3.2.2齿轮箱下壳体加强筋、凹槽和孔结构设计洗衣机齿轮箱下壳体上设计了许多加强筋结构，如中间圆柱体周围的加强筋可增加壳体的刚度、强度，防振动等作用；不同的凹槽在下壳体结构中也设计，沉头孔是安装沉头螺钉的部位，月牙形凹槽安装螺钉将齿轮箱固定到连体桶上。下面就不同的结构加以说明。1、洗衣机齿轮箱下壳体加强筋的设计洗衣机齿轮箱下壳体下壳体上加强筋的布局密度比较大，不同部位的加强筋起的作用不尽相同，但总的来说都是在不增加壳体的壁厚的情况下，来增加下壳体的刚度和强度达到使用要求，都可以防止塑件在塑造过程中发生翘曲变形，提高熔体的流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等现象的产生，这是它们的共同的特性，下面分别介绍他们各自的功用。下壳体上长的圆柱体四周的加强筋（如图3-18所示）增加薄壁筒的刚度，电动机通过带轮将动力传递给输入轴，带需要预加张紧力，这个力通过输入轴分散到薄壁筒，如果不设置加强筋结构，薄壁筒很难承受这样的力，同时也增加了下壳体壳盖的刚度；壳体上台阶处设计了八个小的加强筋结构，它们共同增加了壳体的刚度，也增加了熔体的流动性；每个沉头孔的两侧分别设计了一个加强筋结构，上壳体与下壳体通过沉头螺钉相连固定，沉头处会产生应力集中现象，增加了加强筋可以分担部分作用力，增加壳体的使用寿命，在月牙形凹槽两面设计加强筋也起到同样的作用[9]。图3-SEQ图3-\*ARABIC17洗衣机齿轮箱下壳体三维模型底部视图图3-SEQ图3-\*ARABIC18洗衣机齿轮箱下壳体三维模型加强筋局部视图2、洗衣机齿轮箱下壳体凹槽和孔的结构设计洗衣机齿轮箱下壳体上有许多凹槽和孔结构（如图3-19所示），这些结构都是功能结构，起到连接和固定的作用，从洗衣机齿轮箱下壳体三维图上不难看出，有四个半月牙形凹槽，这些凹槽的设计主要是实现齿轮上壳体与下壳体安装成一个整体后，把整个齿轮箱安装在连体桶上并用螺钉固定，凹槽表面与螺钉表面接触，这就使接触面表面粗糙度要求较高，如果不采用凹槽机构的话，圆环的整个上表面都要塑造成相同高的表面粗糙度，这样就需要增加模具的制造成本，且不易加工制造，凹槽的尺寸要到大于螺钉头的尺寸，也不宜过大，位置不能离阶梯盖太远，以增加其刚度。还有中间筒顶部环形凹槽，这个结构是为了安装含有轴承的，含油轴承的上部突出的部分对应安装在凹槽内，图3-SEQ图3-\*ARABIC19洗衣机齿轮箱下壳体三维模型视图不仅使得安装定位方便，而且还可以在轴高速运转时，固定轴承的位置，使其不会上下移动。洗衣机齿轮箱下壳体上设计了不同的孔，孔的形状不尽相同，从图3-20上可以看出，下壳体上有四个沉头孔，这四个孔的尺寸大小决定于沉头螺钉的尺寸，大孔的直径为9mm，小孔的直径为4.5mm，沉头螺钉不仅可以起到连接上壳体、下壳体的作用，还使上下壳体连接的跟紧密，不会出现侧向滑移现象。月牙形槽中间都开有孔，一个圆形孔，另外三个为圆形中间加了矩形的特殊孔，圆形孔的直径为6mm，特殊孔圆形部分的直径为7mm，中间矩形长2mm，这种特殊孔设计的好处是在齿轮箱安装在连体桶上时便于定位，齿轮箱下壳体在注塑时很难把握四个孔的位置，易造成位置偏差，这种结构的设计，使即使孔位置有一定的偏差，也能很好地安装上去，降低了模具的制造成本。图3-SEQ图3-\*ARABIC20洗衣机齿轮箱下壳体三维模型局部视图图3-SEQ图3-\*ARABIC21洗衣机齿轮箱下壳体三维模型俯视图3.3大带轮结构设计电动机将动力传递给减速器是通过带轮传递的，因此，带轮的设计也很重要，本节中将着重介绍与洗衣机齿轮箱相连的大带轮结构的设计，它包括带轮传动的优点设计准则、大带轮结构设计的主要内容和带轮的安装与防护。3.3.1大带轮总体结构设计1、大带轮的设计准则和优点洗衣机齿轮箱与电动机通过带轮传递动力，之所以选择带轮传递是因为带轮传递有诸多优点，它不仅可以较大距离的传递动力（洗衣机中电机的部位与减速器有一定的距离），而且带具有良好的挠性，可以缓解电机运转带来的冲击及吸收振动，过载时带与带轮之间出现打滑现象，可以很好地防止损坏电动机；最重要的是带轮的结构简单，注塑制造成本低廉，有利于大批量生产，间接地降低了洗衣机的制造成本[11]。带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此，带传动的设计准则是：在保证不打滑的条件下，带传动具有一定的疲劳强度和寿命。这就需要对大带轮大的设计结构要合理，选择合适的注塑材料增强带轮的刚度和抗疲劳强度，注塑过程中避免气泡、缩孔、凹陷等现象的出现。图3-SEQ图3-\*ARABIC22大带轮二维剖视图2、大带轮的设计内容洗衣机大带轮结构的设计是本次毕业设计的重要内容，其结构的设计是根据带轮的基准直径和带轮转速等已知条件，确定带轮注塑所使用的材料，带轮的结构形式，轮槽、轮辐的几何尺寸、公差和表面粗糙度以及相关技术要求。带轮注塑选用聚丙烯，其特点是： 聚丙烯是结晶型塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期与热金属接触易发生分解；图3-SEQ图3-\*ARABIC23大带轮俯视图图3-SEQ图3-\*ARABIC24大带轮三维模型正二测视图流动性极好，溢边值0.03mm左右，可以提高带轮周边的充模率，提高塑件边缘强度；冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适应，有利于提高带轮的注塑效率；注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于500C以下塑件无光泽，易产生熔接痕、流痕；900C以上时易发生翘曲形变。图3-SEQ图3-\*ARABIC25大带轮三维模型俯视图大带轮的轮槽尺寸的设计与所选的V带的型号相适应。V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化，为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于400，V带安装到轮槽中后，一般不应超过带轮外圆，也不应与轮槽底部接触，轮槽工作表面的粗糙度为1.6。大带轮的主体尺寸为2.0mm，大带轮外圆直径为147.5mm，底部直径为130.8mm，如图3-22所示。3、大带轮的安装与防护带轮的轴线应相互平行，带轮相对应的V型槽的对称平面应重合，误差不得超过20！，V带轮传动一段时间后，会因为带队的塑性变形和磨损而变得松弛，如果不采取措施，会引起带与带轮在传动过程中出现打滑现象，影响传递的效果，为了保证带轮的正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施，如安装定期张紧装置，采用定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带重新张紧。安装自动张紧装置等[11]。3.3.2大带轮上加强筋凸台和孔的设计洗衣机上大带轮上设计了许多加强筋、凸台和孔结构，这些结构起到了优化大带轮的结构，增强了大带轮刚度和强度，如图3-26所示中的加强筋，中间部位设计了四个大的加强筋，还有带轮周边布置了许多对称的下小的加强筋，下面将详细介绍这些结构的尺寸及功能作用。1、大带轮上加强筋机构设计大带轮上加强筋结构起到增强带轮结构刚度，增加注塑过程中熔体的流动性，有利于熔体冲满模腔的作用。从图3-26中可以看出，有几处不同的加强筋，其中，中间部分的加强筋相对尺寸比较大，它们可以分担V带作用在大带轮上的张紧力，增强了带轮的抗振效果，加强筋的厚度均为2.0mm，带轮轮槽两边均匀图3-SEQ图3-\*ARABIC26大带轮三维模型正等二测视图分布着，它们可以在带轮与V带工作时抗击带对带轮槽向两边压迫的力，轮槽两边均匀分布着12个这样的小加强筋。2、凸台和孔的结构设计洗衣机大带轮上有一个凸台结构（如图3-26所示），这个凸台在安装固定输入轴和大带轮时增强了带轮的强度，同时也使固定的更牢固，带轮在V带的驱动下转动，带轮通过中间纵向螺栓卡主输入轴，带动输入轴转动，在启停电动机时，纵向螺栓都要受到冲击力，这个冲击了如果直接作用在轴筒上的话，易使轴筒受损伤，所以设计个凸台结构保护轴筒，同时，也便于安装拧紧螺栓。图3-SEQ图3-\*ARABIC27大带轮三维模型后面视图图3-SEQ图3-\*ARABIC28大带轮三维模型底部视图大带轮上有许多孔结构（如图3-29所示），带轮的轮辐上设计了六个大圆孔结构，这些圆孔不仅减轻了带轮的重量，减少了原材料，降低带轮的制造成本，而且从美学方面考虑，使得带轮从外观上看起来更美观。带轮中间有个孔（如图3-28），这个孔是安装输入轴的，孔的直径12mm与轴的直径相对应，孔的内表面表面表面粗糙度为1.6。图3-SEQ图3-\*ARABIC29大带轮三维模型一般视图3.4洗衣机齿轮箱其他主要组件的结构设计洗衣机齿轮箱上其它重要得组件有小齿轮、行星轮和带轮轴。下齿轮是连接带轮轴与行星轮相啮合起传递动力作用的机构；齿轮箱内有四个行星轮，其与小齿轮、内齿轮相啮合，起传递转矩的作用；带轮轴即输入轴，连接大带轮与大带一起转动并带动小齿轮转动。下面分别介绍它们的结构设计:1、小齿轮的结构设计洗衣机齿轮箱上的小齿轮也为注塑件，其主要结构为花键和轮齿，花键是与输入轴配合，起传递转矩作用的结构，它需要一定的配合精度同时有表面粗糙度要求，如图3-30所示，花键的大径为10.2mm，小径为8.25mm，表面图3-SEQ图3-\*ARABIC30小齿轮剖视图粗糙度为1.6，齿轮齿形如图3-31所示，小齿轮分度圆直径为19mm，齿顶圆直为径21mm齿轮啮合表面有1.6的粗糙度要求。花键与齿轮参数如表格3-30所示。无论是花键还是齿轮的啮合表面都需要经过特殊处理，来增强接触表面刚度和强度，来抵抗齿轮间及花键间的冲击挤压对接触表面的破坏，这样可以增强齿轮与花键的使用寿命，减少冲击带来的噪音。图3-SEQ图3-\*ARABIC31花键横截面图表3-SEQ表3-\*ARABIC1齿形参数及花键参数表齿形参数花键参数齿数19齿数12模数1模数0.75压力角200压力角300精度等级8-7-7-GM齿根形式圆齿根公法线长度10.599精度6H跨齿轮4齿形公差ff0.018配对齿轮Q65-2dZ=19周节积累公差0.0222、带轮轴结构设计洗衣机齿轮箱与大带轮通过带轮轴连接，带轮轴要承受大的扭矩，材料选用1Cr13进行铸造并进行机械加工，最终加工成合格零件。带轮的主要结构为与小齿轮相对应的花键结构和用于连接固定带轮的螺栓孔及轴上台阶结构。花键结构的尺寸与小齿轮上相对应，可查花键表确定，位置在带轮轴的上部，螺栓孔在带轮轴的下部，气孔大小为Φ6.7±0.05，设计有倒角结构，便于螺栓的安装。带轮轴上的台阶结构是为在齿轮箱内定位带轮轴的其与螺栓孔的距离尺寸精度要求要高，这样可以很精确地定为大带轮的位置，从而可以保证大带轮与电机上的小带轮在同一平面上。其尺寸如图3-32所示[5]。图3-SEQ图3-\*ARABIC32带轮轴结构图图3-SEQ图3-\*ARABIC33花键的截面图带轮轴的机械加工，毛坯为钢棒，首先粗车出带轮轴的外形轮廓，经过粗铣，铣出花键轴，再精铣铣出大径为9.75mm，小径为7.65mm的花键轴，横截面如图3-33所示；其次是加工径向的孔结构，Φ6.75mm的孔加工要求比较高，±0.05mm的尺寸公差，还有对轴线的垂直度为0.06mm，对轴线的对称度为0.075mm，因此机械加工比较困难，生产加工时要特别注意。最后是轴表面的精加工达到尺寸要求和台阶的加工。第4章洗衣机齿轮箱上壳体制造过程分析本章洗衣机齿轮箱上壳体上壳体的制造过程分析，主要叙述了洗衣机齿轮箱上壳体三维模型进行Moldflow软件分析，是此次毕业设计的重点设计内容，通过软件分析，可以找到洗衣机齿轮箱上壳体结构设计的缺点，如是否满足注塑流动性要求，产生气穴等缺陷的位置，知道这些就可以有针对性地对上壳体进行改进，另外还可以确定一些注塑过程参数，如注塑时间、温度和速度\压力值转换点值等参数，有了这些参数，更有利于确定注塑工艺卡片。第一节主要介绍了洗衣机齿轮箱上壳体注塑模具设计要点分析；第二小节主要介绍了洗衣机齿轮箱上壳体注塑前应做的准备工作；第三小节主要讲述了洗衣机齿轮箱上壳体的简单模具设计。4.1上壳体注塑模具设计要点分析注塑模主要被用于成型热塑性塑料制件，进来也广泛地用于成型热固性塑料制件。由于注塑模是2成型塑料制件的一种重要的工艺装备，所以在塑料制件的生产中它起着关键的作用，而且塑件的生产与更新都是以模具的制造和更新为前提的。另外，注塑模具种类繁多，不仅不同注塑件注塑成型可用不同结构的模具，而且同一塑件也可用多种结构的模具注塑。模具设计的好坏直接影响着塑件的质量、生产效率、材料利用率、工人劳动强度、模具的使用寿命以及模具制造成本等，因此，要求模具设计者从中选择最佳的模具结构设计方案，以达到最佳效益。洗衣机齿轮箱上壳体注塑模具的设计，既要考虑塑料熔体流动行为等塑料加工工艺要求方面的问题，又要考虑模具制造装配等模具结构方面的问题，归纳起来大致有以下几个方面：了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力、流动速度，校验最大流动长度。根据塑料在模具内流动方向，考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气导出的问题。考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题。通过模具设计来控制在模具内结晶和取向，以及改善制件的内应力。进浇点和分型面的选择问题。制件的横向分型抽芯及推出问题。模具冷却或加热问题。模具有关尺寸与所用注塑机的关系，包括与注塑机的最大注塑量、锁模力、装模部分的尺寸等的关系。模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、表面粗糙度、强度和刚度，易于制造和装配[12]。以上这些问题，并非孤立存在，而是相互影响的，根据洗衣机齿轮箱上壳体模具设计的情况，综合考虑。4.1.1分型面的选择塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，既定模和动模两大部分。简单地说，分型面就是动模和定模或瓣合模的接触面，模具分开后由此取出塑件或浇注系统。常见的分型面形状有平面、斜面、阶梯面、曲面，洗衣机齿轮箱上壳体注塑选择的分型面为平面。分型面的选择好坏对塑件质量、操作难易、模具结构及制作都有很大的影响。通常遵循以下原则：有利于脱模分型面应取在塑件尺寸最大处；分型面应使塑件留在动模部分，由于推出机构通常设置在动模一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后抱紧型芯，使塑件留在动模，这样有利于脱模；拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位；有利于保证塑件的外观质量和精度要求；有利于成型零件的加工制造；有利于排气，分型面应尽量与最后才能充填熔体的模腔表面壁重合，这样对注塑成型过程中的排气有利[6]。4.1.2建立浇注系统注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑件。浇注系统的设计原则：排气良好能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利排出；流程短在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来充填型腔，且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间；防止型芯和嵌件变形，应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位；整修方便浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用；合理设计冷料穴或溢料槽冷料穴或溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量；浇注系统的断面积和长度除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。洗衣机齿轮箱上壳体注塑模具浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率都是随时随处变化的，在设计浇注系统时，应综合加以考虑。以期在充模阶段，熔体已尽可能低的表观粘度和较快的速度充满整个模腔；在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分地传递到型腔内各处，同时通过浇口的适时凝固来控制补料时间，以获得外形清晰、尺寸稳定、内应力小且无气泡、缩孔和凹陷的塑料制件[10]。上述的上壳体注塑模具设计要点分析能够为其注塑工艺卡的拟制提供一定的理论基础。4.2洗衣机齿轮箱上壳体结构设计的Moldflow软件分析和改进本节主要讲述了用Moldflow软件分析洗衣机齿轮箱上壳体的注塑过程，在分析前要网格处理，对三维模型进行划分网格，网格划分的好坏直接影响注塑流动性分析的结果，因此，划分网格是非常重要的程序，划分网格主要是确定网格目标边长度，划分的好坏是有网格匹配率和纵横比综合评定的。网格化分后就是对网格进行处理，防止网格有缺陷，影响注塑模拟效果，网格确定后接下来时选材确定最佳交道口的位置，创建浇注系统和冷却系统。在所有的准被工作做完后，开始进行流动性分析，分析的项目包括充填时间、平均压力、流动前沿温度、锁模力曲线、体积收缩率、表面沉降气穴和熔接痕等。最后导出分析结果：充填分析工业参数、充填状态