洗衣机行星齿轮减速器设计与分析VIP

绪论1.1研究背景及意义在生活中洗衣机成为我们日常生活中必不可少的工具，省时省力，它的性能还影响人们的生活质量，而且随着经济的发展，我们对家用电器要求也越来越高，在齿轮传动方面表现在齿轮的承载能力、外形尺寸、传动效率、传动比，那么行星齿轮减速器便应运而生，现在关于齿轮设计和制造技术不断完善，行星齿轮的传动以其速度范围、使用功率、工作环境受到全球机械科研人员注重，已经是全球机械行业的重点研究课题之。机械行业现在高速发展，不断有很多新的创意、方法、工艺出现，在洗衣机中行星齿轮减速器应运而生。1.2国内外研究现状1.2.1国内发展概况我国关于行星齿轮传动起步较晚，研究中存在问题，情况并不乐观，例如：在产业结构、产业集中在劳动密集型产品，技术类的明显落后其他工业发达国家，而且行星齿轮减速器一般都是体积小、质量小、结构都比较紧凑，承载能力也非常的强，它的优点非常多，用航天、医疗器械、轻工食品、机器人等以及其他的高级电动玩具各个领域和部门，在现代军用和民用有很大的前景。行星齿轮传动比其他普通的定轴相比，优点很多，质量小、体积小、承载能力高等优点，现在我国机械工程技术人员越来越重视，并且深入的了解。其实行星齿轮传动在很早以前我国就应用了，但是真正的深入了解还是在现代，但是我国在设计理念以及应用实践方面均取得了较大的成绩，获得了很多研究成果，随着改革开放的深入我国引进了许多工业发达国家的技术，使得技术突飞猛进。如：渐开线行星齿轮减速器、列车电站燃气轮机（3000KW），万立法米制平压缩机的行星齿轮箱等等还有很多。世界发达的工业国家正逐步迈向知识信息化，在行星齿轮传动方面的相关设计水平不断完善，相关制造水平也日益提高，在一定程度上保持了相对较高的水平，在相比过程当中，我过关于行星齿轮这方面的研究还存在一定的差距，但是我过也正在不断引进相关技术与设备，我国不断学习和创新将会取得可喜的进步和成就。1.2.2国外发展概况世界上有很多工业发达的国家像：德国、英国、美国、俄罗斯、法国等，他们对行星齿轮传动的应用、生产、研究有很大的重视，在结构、传动性能和功率、转矩、速度等方面在全球有着领先的地位，还研制出新的行星传动技术，例如：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等在很早以前在现代化的机械传动设备取得了成功应用的成。德国是第一个拥有关于行星齿轮传动装置的专利，而后又是第一个成批制造出行星齿轮传动装置，并且成功用于汽车的差速器。早在年的时候就开始着手针对于行星齿轮在相关领域进行切实有效的研究。关于二战的爆发在一定程度上也对行星减速器的不断完善起到了相应的促进功效，德国在此取得成就远不止这些，高速大功率行星齿轮能广泛应用归功于德国，随后意大利、英国、美国、日本、瑞士等获得了成功。还有一种低速重载行星减速器有些不一样的地方，它慢慢发展到生产特殊用途的产品，例如：法国生产用于水泥磨、榨糖机等行星齿轮减速器。1.2.3行星齿轮减速器发展趋势随着经济的发展，人们对此要求越来越高，质量是第一，外形美观也要第一，寿命及其使用期也要尽可能的长，国内外机械工程技术人员越发重视，不断研究和创造出更加方便的减速器，我国在这方面的潜在能力还有待挖掘。1.针对于行星传动方面还有待向无级变速的相关层面[4]进一步完善。2.关于行星传动复合式方面也有待进一步发展，特别是在最近一段时期，各式各样的复合式变速箱逐步涌现到市场当中，具体涉及到圆锥、螺旋以及蜗轮等不同形式的组合。3.进行少齿差形式的扩展也相当有必要，具体适用于比率相对较大的低功率形式传动[3]。4.不断完善相关制造加工技术方向，这样的发展能提高承载能力，保证其可靠性和使用寿命。1.3课题研究内容及课题安排设计一台涡轮洗衣机行星齿轮减速器,针对涡轮自动洗衣机的特点和设计要求,选用行星齿轮减速器,要求达到产品结构简单、紧凑、操作方便、成本低廉,具体设计归结为以下几点[5]：1.材料收集并分析具体涵盖了：相关材料的采集与归类、针对于行星传动基本理论的推倒、充分认知所设定的具体需求、分析国内外相关成果、完善相关技术路线大致方向。2.拟定相关方案在上一步有效完成的前提下，你定出相应的设计方案。可以针对于传动比和行星齿轮系进行着手准备，最终在实现有效融合，确保所提出的方案切实有效。在此过程当中还要虚心接收相关人员的指导，进一步将方案逐步完善。3.关于图纸方面的相关设计其图纸层面的设计在一定程度上可以归结为：首先结合相关理论计算最终得到相应的尺寸数据；其次进行轴的刚度硬度承受能力的设计，需要结合原理，还要用单轮行星齿轮轮系要求传动比，逐步进行一系列的设计任务，除此之外还要有相应的校核过程。本文的具体框架针对以下几方面进行展开：第1章绪论。针对于当前形势下的国内外相关成果进行切实有效的分析，并逐步对洗衣机行星齿轮减速器有一个初步认识。第2章自动涡轮洗衣机行星齿轮减速器原始数据及系统组成框图。本章主要介绍洗衣机行星齿轮减速器的有关原始数据和系统组成框图。第3章针对于减速机进行相关功能层面的介绍并完成相关传动形式的具体设计工作[5]。首先进行相关参数的整合与确定，在满足相应需求的前提下，保证其在一定程度上稳定可靠。除此之外，不能仅仅局限于相关理论层面的设计，还要保证其能够适应实际环境进行应用。同时对传动方案的分析与拟定，还对传动方案提出了要求，拟定传动方案。第4章对行星齿轮传动设计。本章介绍行星齿轮传动的配齿计算、传动比要求、同轴条件、装配条件、传动比及计算效率、行星齿轮传动的传动比、效率计算、强度计算及校核、几何尺寸、啮合参数计算、行星齿轮弯曲计算及校核、齿轮齿面强度的计算及校核、行星齿轮传动的受力分析、均载机构及浮动量和轮间载荷分布均匀的措。第5章行星轮架与输出轴间齿轮传动的设计。本文主要介绍了轮材料及精密度等级、按齿面接触疲劳强度设计、按齿根弯曲疲劳强度的计算和主要的尺寸计算。第6章行星轮系减速度齿轮输入轴和输出轴的设计。主要减速器输出轴和输入轴的设计、选择他们的材料并确定许用应力、按扭转强度估算轴径、确定他们各轴段的直径和长度、最终针对于轴进行相关校核。总结归纳之前所完成的一系列工作，在进行设计的过程当中避免不了会伴随着一些各种形式的不足暴露出来，并对未来的所要研究深层次方向进行相应的展望。第2章自动涡轮洗衣机行星齿轮减速器整体框图以及相应的原始数据2.1相关原始数据本课题的具体要求可以归结为：一种自动涡轮洗衣机行星轮系减速器的设计设计需求以及相关工况： 应用环境：全自动洗衣机运转当中的离合减速部分具体传动比为：输入端转速为:功率大小为：行星轮数目为:根据以上条件可以进一步推到齿圈齿数大约为2.2整体框图成分如图2所示，呈现出自动洗衣装置的整体框图[6]：图2自动形式洗衣装置整体框图相应的运转原理流程：运转远离流程在进行洗涤过程当中[7]：代表进行刹车，代表相应的放开，动力来源于电机并依次凭借带、行星轮系进行相应的传递，最终到波轮当中。脱水的过程与洗涤在一定程度上互为相反，代表进行刹车，代表相应的放开，动力传递与前者一致。减速部分各个成分框架：减速部分各个成分框架第3章减速器简介和传动系统的方案设计3.1减速器简介减速器是一个利用齿轮的速度转化器的动力传达机构，还有就是马达回转数让它达到一定回转数，达到较大转矩的机构。一般的减速器有蜗杆、行星、摆线、锥齿形等，传动级数主要分为：单级、二级、多级；并且按传动有齿轮、蜗杆等。蜗杆减速器特点有反向自锁功能和比较大的减速器比，它有一些不好的方面，输出轴和输入轴不在同一平面，而且体积大、效率不高，精度不高。行星齿轮减速器特点是结构紧，精度高，寿命长，额定输出转矩可以变大。减速器齿轮传动结构图减速器由传动零件、输入轴、输出轴、轴承、箱体等附件组成。a齿轮轴由齿轮、轴和轴承组成。如果误差大的话，采用齿轮和轴分开，如低速轴与大齿轮，齿轮和轴向固定，当径向载荷和轴向载荷不大，那么就用深沟轴承；如果轴向载荷较大，那就采用接触轴承或圆锥滚子轴承等。b箱体箱体也是其重要组成部分。它是基座而且刚度和硬度很高，材料是由灰铸铁制造，如果想要简化工艺、成本减少，可采用钢板焊接的箱体。c附件我们应该考虑为减速器进行润滑注油、排油等，对加工及检查拆装、箱体定位进行合理选择和设计。d检查孔、通气孔、轴承盖等。f定位销拆卸或重新安装为了保持精度，所以在连接边缘上装定位销。g油面指示器、放油螺塞和起吊装置。换油、排污、用起吊机便于搬用。3.2传动系统的设计方案3.2.1传动方案的分析与拟定3.2.1.1对拟定方案的要求方案要求：满足工作机的需要、满足工作的要求如：可靠性、传动、体积小、结构不能复杂、尺寸、重量、成本要低要小，在工艺性方面要好、使用和维护也要满足要求。3.2.1.2传动方案的拟定方案满足这么多条件很难，要兼顾，满足基本需求a-中心轮，b-内齿轮，g-行星轮，H-行星架此方案，输出轴a与输出轴配合，传动比1:1，如果输出轴向右移，总传动比5:2第4章关于行星轮系传动层面的相关设计4.1在配齿方面的相关计算4.1.1关于传动比层面的具体要求具体条件：根据前面所提到的齿圈相应齿数推倒具体如下：在这里可以看出相应的太阳轮以及齿圈在一定程度上能够符合要求。4.1.2确保太阳、内齿轮以及系杆轴线保持一定的重合度其在一定程度上保证一定同轴度是确保行星轮能够切实有效的啮合，无论是内还是外啮合使其相应的中心距一致。  =4.1.3保证多个行星轮装入在两个中心轮的齿间可以归结为同轴约束条件尤其是没有进行相关变位的[11],则进而推导出若想完成相应的装配工作，行星轮之间的角需要满足[12]：当太阳轮发生偏转的过程当中，其必须与偏转个整齿数所对应的中心角始终保持一致也就是其中等号右端后一项代表太阳轮所偏转的单位中心角[12]。代入计算在此过程当中必须使相应的太阳轮齿数必须要是相应行星轮齿数的整倍数才能确保进行有效装配。4.1.4行星轮相互之间不发生干涉行星齿轮中心距等于两轮齿顶圆半径和行星轮示意图即可验证相应的边界条件得以满足4.2关于行星轮的传动比以及效率的相关推导关于一些符号的相关解释[13]:在此过程当中齿轮相对位置始终保持不变，所对应的传动比可以用下式来描述：可以推出关于效率方面的推导过程：其中、、轴承以及整体系统的相应的啮合损失程度分别用、、以及来表示，通常情况下将、、相继代入即4.3关于行星轮系相关尺寸以及参数的求解依托于齿根弯曲强度公式进行相应模数的求解即代表相应的算数系数，通常情况下直齿取代表相应的较小齿轮扭矩，代表相应的使用系数，代表综合性系数，倘若相应的载荷在一定程度上分布不够均匀代表较小齿轮所对应的齿形系数。在一定程度上代表小齿轮，代表实验内齿弯曲疲劳极限，N*m并且选取=120N*m即其中齿顶高用来表示，外齿进行相关啮合内齿进行相关啮合相应的齿根高=*+5=0.8*13.5+5=16mm=*=13.5*0.8=11mm=16mm内齿圈尺寸在某些特殊的应用场合可能会引入一定的变为系数，当分度圆与节圆在一定程度上保持一致时，相应的中心距可以归结为[14]：4.4关于行星轮系强度校核方面的相关计算4.4.1关于弯曲强度校核方面的计算1、相应的齿轮材料以及精度的选取太阳轮相应的材料选取钢并采取正火形式的热处理，相应的硬度可达对此选取级精度，再有就是齿圈以及行星轮在一定程度上选取聚甲醛材料，同样选取8级精度，以及可知=160MPa查找资料=1.3==1根据文献得[]1=*/=180/1.3=138MPa[]2=*/=160/1.3=123.077MPa=2K/=(2*1.1*298.4*3.15*1.49/0.8*=23.48MPa<[=138MPa在这方面的相关校核计算满足许用应力的需求[2]。4.4.2关于齿面强度的相关校核与求解即.=2、许用接触应力为参考文献得计算得=（/）*根据齿面强度校核方面的相关条件，在一定程度上能够求解出其接触应力的的具体数值，必须切实有效保证其不超过相应的许用值，也就是满足在安全系数方面也要切实有效保证以下关系成立：根据相关资料显示，也就是说4.4.3相关系数的确定以及接触疲劳极限方面的推导1、关于使用系数方面具体取值为12、关于动载荷系数方面具体取值为1.023、关于齿方向载荷分布系数具体取值为14、关于齿间载荷分配系数以及具体分别取值为5、关于载荷分配不均系数的相关取值即可知相应取值为9、旋转角系数==1,同理得====/*综上所述齿面接触在一定程度上强度满足。4.5行星轮系的相关的受力分析通常情况下行星轮系都具有至少超过一个的行星轮，也就是说，而且其一般也呈现出相对较为对称的形式排布，在此过程当中轴承一般几乎不受径向力，因此，在图中没将其显示出来，相应的构件用直线来表示，这次F代表切向力分析其切向力，所以最重要的三点如下：转矩作用下，各个件处于平衡形态（齿轮传动），所以作用力等于反作用力。如果一个件受到三个力，那么为了平衡使得其中间力等于其他和它两个相反的力之和。为求解二者之间的比值，便需要在一定程度上引入第三力矩。在类型的轮系当中，着手于动力输入端去展开一系列的受力研究，接着确认件上的相应力或者是力矩，在此过程当中依据直齿轮进行相关切向力的描述即可。其中输入端太阳轮倘若在一定程度上同时受到个行星轮作用，其所带来的力总和分别可以用以及进行一定的描述，如果行星数目大于等于2，那么行星齿轮上载荷均匀，要算一下这个输入构件具体加载的扭矩数值大小是多少，即可以求解出*2N*m -输入件的功率，kw那么太阳轮所受到的来源于行星轮的切向力大小为此时在行星轮当中会产生一定的切向力其具体形式如下依托于以上形式的理论推导代入相关数据便可具体求解即：行星齿轮当中所加载的相关切向力太阳轮对其施加的具体切向力系杆对其施加的相关切向力系杆当中的作用力为小为系杆当中的相关扭矩大小为内齿轮当中相应的切向力大小约为其相应的扭矩大小为上式当中查阅相关资料可知系杆当中的扭矩大小为同理相应的内齿轮当中的扭矩可以按下式求解4.6关于均载机构相关的浮动量行星轮系有很多优点如：体积小、质量轻、承载能力大，行星齿轮里有行星轮盘上有行星齿轮，看情况用几个，本次设计用1到3个，这些行星轮能分担载荷，非常合理用到了内啮合传动，使其具备了很多优点。4.7使轮间均匀分布有以下办法轮间分布不止现在人想到办法，以前的工人们也有以前的办法，他们可以在一定程度上将其精度切实有效提升，在此过程当中无形之中给其相应的加工带来了一定的难度，经过不断的改进与完善，在实际应用过程当中几乎可以忽略相关限制措施自动调位，采用机械的均载机构，为了使均匀分布（载荷），这样降低了制造难度。用到机械均载机构，有如下要求：载机构组成静定系统（机构上），这样减少补偿方面的制造，以及相关变形以及装配层面的误差，即数值最小。补偿的本质就是在一定程度上将其误差有效压低，均载效果越明显，则可证明相应的补偿效果越可靠，所以均载件所受力较大，这样使其补偿动作灵敏，准确。相应的均载机构也不是很贵，在加工方面也相对较为便捷，其行星轮系的影响不是很明显，要尽可能的将其效率提升。均载机构在一定程度上存在缓冲以及减振效果，这个做的不太好的话，也不能增加噪音和振动（行星轮传动中）。行星齿轮目的是使其所受到的载荷均匀分布，可归结为以下几种：关于静定形式的系统依靠附加额外自由度将载荷均匀分布。关于静不定形式的系统中心齿轮浮动、内齿轮浮动、转矩浮动、中心轮和内齿轮同时浮动、静定结构的浮动等等。第5章关于齿轮传动和星轮架的设计齿轮转速n=1600r/min传动功率P=150w传动比i=5.2，载荷平稳，寿命差不多十年，单班制工作。5.1轮材料和精度等级齿轮轴采用45钢正火，硬度170到210HBS，8级精度，行星轮架内齿圈用45钢调质，硬度220到250HBS5.2齿面接触疲劳强度设计齿轮间为钢质齿轮，相关系数如下：1.转矩==/=9549/n=9549*0.15/3*1600=0.2984N*m2.荷系数K取得为1.1齿数和齿宽系数取11，取11，根据文献表查得=1许用接触应力=560Mpa=530Mpa=1=60nj=60*1600*1*(10*52*40)=1.997*=/i=1.997*参考文献得==1.05=/=1.05*560/1=588Mpa=/=1.05*530/1=556.5Mpa5.3按齿根弯曲疲劳强度计算查找资料的，==m*z=1*11=11说明合格，还需要确定有关系的参数。齿形系数==3.63应力修正系数==1.41许用弯曲应力=210Mpa=190Mpa=1.3==1=/=210/1.3=162Mpa=/=190/1.3=146Mpa所以m≥K/=1.26*1.1*298.4*3.63*1.41/1**146=0.58=2K/b*=2*1.1*298.4*3.63*1.41=27.77Mpa<162Mpa=*/=190/1.3=146Mpa齿根弯曲强度校核合格m=15.4主要尺寸计算==mz=1*11mm=11mm===1*11=11mma=1/2*m(+)=1/2*1*(11+11)=11mm5.5齿轮的圆周速度VV=/60*1000=11*1600/60*1000=0.921m/s选择精度等级8级第6章行星齿轮输出输入轴的设计轴是每个机器都需要零件，非常重要，查过很多资料，传动运动里有个做回转运动的（齿轮），他们这些要想转动必须安装在轴上，轴目的用来传递力和运动。轴能分成三类心轴这种轴只受弯曲的轴，它分为两类一种转动的一种是固定的。传动轴承受转矩，和心轴功能不一样转轴又承受弯矩又承受转矩还有空心轴、钢丝软轴。以轴线形状分为：直轴光轴，做传动轴（应力集中小）还有阶梯轴，它有如下优点：便于轴上零件定位，实现等强度。曲轴6.1减速器输入和输出轴的设计6.1.1选择输出轴和输入轴的材料以及许用应力选用45号的钢，输入轴强度最大为=650Mpa弯曲应力=60Mpa输出轴强度最大为=600Mpa，弯曲应力=55Mpa6.1.2估算轴的直径输入轴C=118到107，d≥=(118到117）=5.36到4.86≥C（=8.5mm）输出轴=P=0.15*97.98％=0.147KW根据参考文献C=118到107d≥=（118到117）=5.34到4.83≥Cd(d=8.9mm)6.1.3确定各轴段的直径输入轴轴外端直径最少为=8.5刚开始定=9.7mm=10mm之后到依次是11、11.5、12、15.42、18输出轴轴外端直径最少为=8.9m初定=12mm，==11.3之后3、5、7相等等于12mm6.1.4确定各轴段的长度输入轴和输出轴齿轮轮廓宽为20.5mm，目的叨叨轴于行星齿轮安装的技术要求要满足安装条件，输入轴用L表示那么0到7依次为107、3.3、2、44.2、4、18.5、1.5、16.3mm输出轴依次为136.5、19.2、1.1、74.5、1.5、15.8、1.2、23.2mm按照设计画出轴的结构草图圆周力=44.2N径向力=16.1N法向力=47.04N如图：输入轴校核轴其受力分析如下(a) 水平面弯矩图  (b)垂直面内的弯矩图  (c)合成弯矩图  (d)转矩图上图：输出轴其校核受力分析如下：6.1.5水平面内弯曲支点反力=/2=22.1N弯矩为=22.1*77.95/2=861.35N*mm=22.1*29.05/2=321N*mm垂直面弯曲支点反力=/2=8.04N弯矩是=8.04*77.95/2=313.5N*mm=8.04*29.05/2=116.78N*mm输出轴做水平内弯曲图支点反力为：=/2=42.32弯矩为=42.32*68.25/2=1444.17N*mm=423.2*33.05/2=699.338N*mm输出轴垂直弯面=/2=15.405N弯矩为=154.05*68.25/2=525.7N*mm=423.2*33.05/2=699.338N*mm6.1.6当量弯矩和校核强度输入轴做转矩的计算：T=9549/n=9549*0.15/1600=0.8952N*m=859.2N*mm其当量弯矩：===1130.23N*mm===652.566N*mm其校核强度=/W=1130.23/0.1=1130.23/0.1*=6.54Mpa=/w=652.566/0.1=652.566/0.1*=4.9Mpa输出轴当量弯矩===1562.04N*mm===794.9N*mm其校核强度/w=1562.04/0.1=1562.04/0.1*=9.1Mpa=/w=794.9/0.1=794.9/0.1*=4.6Mpa结论本文介绍洗衣机行星齿轮减速器的内部，要求体积小、体积小、质量轻等。还要求精度，如果精度不高就会在运行就会产生噪音或者声音特别大的振动，随着经济的发展人们对产品质量，使用寿命，外形的美观还要环保等等，所以根据消费者的需求不断改善，使其满足消费者需求，尽到自己最大努力。参考文献常明.画法几何及机械制图[M].武汉:华中科技大学出版社,2004.5申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社,2005.12 吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2006.5刘潭玉.画法几何及机械制图[M].长沙：湖南大学出版社，2000徐学林.互换性与测量技术基础[M].长沙：