自动洗衣机行星齿轮减速器设计.docx
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自动洗衣机行星齿轮减速器设计
自动洗衣机行星齿轮减速器的设计
第一章绪论错误！
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1.1课题的来源及研究的目的和意义错误！
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1.2本课题研究的主要内容2
第二章齿轮传动的特点4
2.1齿轮传动的两大类型6
2.2行星机构的类型及特点错误！
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第三章齿轮的设计计算8
3.1配齿计算9
3.1.1确定各齿轮的齿数.错误！
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3.1.2初算中心距和模数.错误！
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3.2几何尺寸计算错误！
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第四章轴的设计计算错误！
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4.1行星轴设计错误！
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4.2转轴的设计错误！
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4.2.1输入轴设计错误！
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4.2.2输出轴设计错误！
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第五章行星架的设计错误！
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5.1行星架结构方案错误！
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5.2行星架制造精度错误！
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第六章减速器内部主要传动零件的强度校核錯误！
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6.1传动轴的强度校核错误！
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6.2传动齿轮的强度校核错误！
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结论错误！
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参考文献错误！
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致谢错误！
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摘要
随着国民经济的持续发展，机械工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展,创新着。
特别是在家用电器方面，在人们的居家生活中，自动洗衣机的的应用非常广泛,特别是行星减速器内置式的全自动洗衣机，在某种程度上，因为行星齿轮减速器占地面积小，变速灵活，价格成本低廉而很受欢迎，根据市场调查发现，行星齿轮减速器必须满足当今人们对自动洗衣机速度调节方面的灵活性操控等需求。
本文介绍了自动洗衣机行星齿轮减速器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，以及对其结构进行创新设计，该减速器的优点是结构紧凑、传动效率高、外廓尺寸小和重量轻、承载能力大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点。
关键词：
机械工业；自动洗衣机；行星；平稳
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofthenationaleconomy,themachineryindustryisconstantlydeveloping,allkindsofequipmentareinconstantdevelopment,innovation.Especiallyinhouseholdappliances,inpeople'shomelife,andapplicationoftheautomaticwashingmachineiswidely,especiallyplanetaryreducerisabuilt-intypefullautomaticwashingmachine,inaway,becausetheplanetarygearreducerhastheadvantagesofsmalloccupationarea,flexiblespeed,costislowandverypopular,accordingtothemarketsurveyfound,planetarygearreducermustmeettheneedsoftoday'speopleofautomaticwashingmachinespeedregulationflexibilitycontroldemand.
Thispaperintroducestheautomaticwashingmachineplanetgeardecelerationdevice,thestructureofthecomposition,workingprincipleandmainpartsdesignmusthavethetheoreticcalculationandstrengthcheck,andtocarryoutinnovativedesignofthestructure,theunithastheadvantagesofdecelerationisofcompactstructure,hightransmissionefficiency,outline,smallsizeandlightweight,bearingcapacity,smoothmovement,impactandshockresistanceability,lownoisecharacteristics.
Keywords:
mechanicalindustry;automaticwashingmachine;planet;smooth
第一章绪论
1.1课题的来源及研究的目的和意义
本课题通过对自动洗衣机行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺
寸和装配尺寸，并对涉及结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。
通过本设计，要能弄懂该减速器的传动原理，达到对所学知识的复习与巩固，从而在以后的工作中能解决类似的问题。
齿轮是使用量大面广的传动元件。
目前世器上齿轮最大传递功率已达6500kW最大线速度达210nZs（在实验室中达300m/s）;齿轮最大重量达200t，最大直径达25.6m（组合式），最大模数m达50mm我国自行设计的高速齿轮（增）减速器的功率已达44000kW齿轮圆周速度达150m^s以上。
由齿轮、轴、轴承及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，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。
20世纪末的20多年，世界齿轮技术有了很大的发展。
产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声、高可靠度。
技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。
硬齿面技术到20世纪80年代时在国外日趋成熟。
采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于IS01328一1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的4倍，为软齿而齿轮的5一6倍。
一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的1/3左右。
功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双分及多分支装置，如中心传动的
水泥磨主减速器，其核心技术是均载。
模块化设计技术对通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。
其他技术的发展还表现在理论研究（如强度计算、修形技术、现代设计方法的应用，新齿形、新结构的应用等）更完善、更接近实际；普遍采用各种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；加工精度普遍提高到ISO的4一6级;轴承质量和寿命的提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手段的提高等方面。
1.2本课题研究的主要内容
国内自动洗衣机行星齿轮减速器的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用
主题保持一致。
加大自动洗衣机行星齿轮减速器新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。
自动洗衣机行星齿轮减速器的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。
随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前减速器自动减速器正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。
本次设计的任务是自动洗衣机行星齿轮减速器的设计，通过让学生亲自了解减速器
内部的构造和组成部分，通过对减速器内部工件的设计来认识工件，通过利用计算机绘图软件例如CAD来对工件进行零件图的绘制和装配，这样经过一系列的综合性训练，培养学生动手，动脑以及画图的能力。
第二章齿轮传动的特点
2.1齿轮传动的两大类型
轮系可由各种类型的齿轮副组成。
由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆涡轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。
根据齿轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型。
（1）普通齿轮传动（定轴轮系）
当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）。
在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副,则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动）。
（2）行星齿轮传动（行星轮系）
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，而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，则称该齿轮传动为行星齿轮传动，即行星轮系。
2.2行星机构的类型及特点
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。
行星齿轮传动的主要特点如下：
（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。
一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的12~15（即在承受相同的载荷条件下）。
（2）传动效率高。
在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.97~0，99。
（3）传动比较大。
可以实现运动的合成与分解。
只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。
在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。
应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。
（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。
由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。
同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。
最常见的行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。
行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：
按齿轮啮合方式不同分有NGWNWNNWWNGWJNN等类型。
按基本结构的组成情况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。
行星齿轮传动最显著的特点是：
在传递动力时它可进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。
所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。
尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变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，表1-1列出了常用行星齿轮传
动的型式及特点：
表1-1常用行星齿轮传动的传动类型及其特点
传动
形式
简图
性能参数
特点
传动比
效率
最大功率
/kW
iAx=1.13
效率咼，体积小，重
NGW
量轻，结构简单，制
~13.7推荐
（2Z-X
T
0.97~0.99
不限
造方便，传递公路范
»Tfa
2.8~9
负号
丄闘1
围大，轴向尺寸小，
7
机构）
可用于各个工作条
件，在机械传动中应
用最广。
单级传动比
范围较小，耳机和三
级传动均广泛应用
第三章齿轮的设计计算
3.1配齿计算
3.1.1确定各齿轮的齿数
据2Z-X（A）型行星传动的传动比ip值和按其配齿计算可求得内齿轮b和行星轮c的
齿数Zb和Zc。
现考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮a的齿数Za=17和
zb（5.5-1）17=76.5
对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取厶=79，此时实际的p值与给定的p值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差的范围内。
实际传动比为
Zc
由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮c的齿数Zc应按如下公式计算，即
■■=Zc
因为Zb-Za=62为偶数，故取齿数修正量为「込=-1。
此时，通过角变位后，既不
增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善a-c啮合齿轮副的传动性能。
故
在考虑到安装条件为
（整数）
ZaZb
2
3.1.2初算中心距和模数
1.齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定
太阳轮和行星轮材料为45,表面渗碳淬火处理，表面硬度为28~35HRC
试验齿轮齿面接触疲劳极限二Hiim=1591Mpa。
试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮匚Flim=485Mpa。
行星轮二Flim=4850.7Mpa=339.5Mpa（对称载荷）。
齿形为渐开线直齿。
最终加工为磨齿，精度为6级。
内齿圈材料为45,淡化处理，表面硬度为973HV。
试验齿轮的接触疲劳极限匚Hlim=1282Mpa
验齿轮的弯曲疲劳极限二Flim=370MPa
齿形的终加工为插齿，精度为7级。
2.减速器的名义输出转速n2
n11000
n2==rmin
i5.5
=181.82rmin
3.载荷不均衡系数KP
采用太阳轮浮动的均载机构，取K卄二Kfp“.15。
4.齿轮模数m和中心距a
首先计算太阳轮分度圆直径:
「kAkHpkH、u_1
「d；「2HlimU
Ktd一算式系数为768；
Kh、一综合系数为2；
Ti一太阳轮单个齿传递的转矩。
；d—齿宽系数暂取bda=0.5
-Hlim=1450Mpa
T1kAkHPkH7U二1
376.231.251.151.6（1.761）da=76832
0.5159121.76
=78.66mm
模数
da78.66“cm=a4.63
Za17
取
m=5
则
11
a0m（zaZg）5（1730）mm
=117.5mm
取
a=122.5mm
齿宽
b=肾-0.5517=42.5
取
b=62mm
3.2几何尺寸计算
1.计算变位系数
⑴a-c传动
啮合角:
-ac
=0.93969262
所以
:
ac=2039’54“
变位系数和
X「（ZaZc）
inv：
ac-inv:
2tan:
=（17+30）
inv203954-inv20
2tan20=
=1.141
3-172
2r
SaimOEGTjU
■n
R
W4三一一二二一~一亠『一一11亠_
中心距变动系数y
a-a0122.5-117.5,
y==1
m5
齿顶降低系数勺
y=x,-y=1.141-1=0.141
分配边位系数：
根据线图法，通过查找线图2-1
中心距变动系数y
a-a°122.5-117.5彳
y==1
m5
齿顶降低系数勺
y-y=1.141-1=0.141
分配边位系数:
根据线图法，通过查找线图2-1
得到边位系数
Xa=0.549
则
Xc=x、-xa=1.141-0.5490.592
⑵c-b传动
由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有
X、-XcXb二0
从而xb--xc--0.592
且a=a
1
a=cily=0Ay=0
2.几何尺寸计算结果
对于单级的2Z-X（A）型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算，各齿轮副的计
算结果如下表：
表3-1各齿轮副的几何尺寸的计算结果
项目
计算公式
a-c齿轮副
b-c齿轮副
分度圆直
=m〔z〔
a=1汉17=17
a=17
径d
d?
=m?
Z2
d2=1汉30=30
d2=1P0=30
基圆直径
db1=d1cosa
db1=17汉cos20°=18
db1=18
db
db2=d2cos«
db^—30db2=30汇cos20=32
齿顶圆直
外da1=4+2m（l<+Xa-纫）da1=24
径da
啮
da2=d2+2m（ha+Xc-也y）da^34
合
内df1=d1-2m（haJc"-xj
df1=143.424
啮
df^d+2m（ha+c+Xb）
df2=413424
合
注：
齿顶高系数：
太阳轮、行星轮一ha”=1，内齿轮一h/=0.8；
顶隙系数：
内齿轮一C”=0.25
第四章轴的设计计算
4.1行星轴设计
在相对运动中，每个行星轮轴承受稳定载荷R=28868N，当行星轮相对于行星
架对称布置时，载荷Ft则作用在轴跨距的中间。
取行星轮与行星架之间的间隙
厶2=2.5mm，则跨距长度Io=b22=：
62•5=67mm。
当行星轮轴在转臂中的配合选为H7/h6时，就可以把它看成是具有跨距为lo的双支点梁。
当轴较短时，两个轴承几乎紧紧地靠着，因此，可以认为轴是沿着整个跨度承受均布载荷q二Ft/I。
（见图3-2）。
图3-2行星轮轴的载荷简图
危险截面（在跨度中间）内的弯矩
=148538.N«mm
行星轮轴采用40Cr钢,调质二s=440MPa，考虑到可能的冲击振动，取安全系数
S=2.5;则许用弯曲应力b*-s/S二（440/2.5）MPa=176MPa,故行星轮轴直径
取d0_20.485mm
其实际尺寸将在选择轴承时最后确定
4.2转轴的设计
4.2.1输入轴设计
1初算轴的最小直径
由下式
初步估算轴的最小直径，选取轴材料为45钢，调质处理。
根据表3-2查得A
表3-2轴常用几种材料的Lt1及A值
轴的材料
Q235-A、20
Q275、
35（1Cr18Ni9Ti）
45
40Cr、35SiMn
38SiMnMo
!
tt]/MPa
15~25
20~35
25~45
35~55
A
149~126
135~112
126~103
112~97
查表取A0=112,得
i1^」120
输入轴的最小直径安装法兰，该截面处开有键槽，轴颈增大5%~7%。
故dmin二[58.01,59.11]mm
其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。
2•选择输入轴轴承
（1）轴的结构设计
根据估算所得直径，轮彀宽及安装情况等条件，轴的结构尺寸可进行草图设计。
该轴中间一段对称安装一对深沟球轴承6217型，其尺寸为
dDB=85mm150mm28mm，可画出输入轴草图（如附图03）。
轴承的寿命计算其参数为
d=85mmD=150mmB=28mm
Cr=83.2kNC0r=63.8kNnlim=5000rmin（油浴）；
取载荷系数fp=1.2；
当量动载荷P=fpFr=1.23228N=3873N;
轴承的寿命计算Lh必（C0）—!
6670（83200）3h=165258h>7O4OOh
60n/P10003873
故该对轴承满足寿命要求。
4.2.2输出轴设计
1•初算轴的最小直径
在三个行星轮均布的条件下，轮齿啮合中作用于中心轮上的力是相互平衡的，在输出轴轴端安装膜片盘式联轴器时，贝U输出轴运转时只承受转矩。
输出轴选用42CrMo合
金钢，其许用剪切应力45MPa,即求出输出轴伸出端直径
=88.423mm
T2=9549—=95491200.97N*mm
n2181.82
=6114N*mm
式中T2—输出轴转矩；
—齿轮啮合传动的效率，取=0.97。
2•选择输出轴轴承
由于输出轴的轴承不承受径向工作载荷（仅承受输出行星架装置的自重），所示轴承的尺寸应由结构要求来确定。
输出轴端，轴颈d2=110mm。
由于结构特点，输出轴轴承须兼作行星架轴承。
为了太阳轮安装方便，使太阳轮能
通过行星架轮毂中的孔，故轮毂孔的直径应大于太阳轮的齿顶圆直径daa=99.076mm,
故按结构要求选用特轻系列单列深沟球轴承6030型，其尺寸为
dDB-150mm225mm35mm，可画出行星架草图（如附图03）。
轴承的寿命计算其参数为
d=150mmD=225mmB=35mm
Cr=132kNC0r=125kNnlim=3000rmin（油浴）；
当量动载荷p=fpFr=1.2424N=5088N;
轴承的寿命计算
故该轴承满足寿命要求。
第五章行星架的设计
5.1行星架结构方案
行星架是行星齿轮传动中的一个较重要的构件。
一个结构合理的行星架应当是外廓
尺寸小，质垦小，具有足够的强度和刚度，动平衡性好，能保证行星轮间的载荷分布均匀，而且应具有良好的加工和装配工艺。
从而，可使行星齿轮传动具有较大的承载能力、较好的传动平稳性以及较小的振动和噪声。
由于在行星架上一般安装有np个行星轮的心轴或轴承，故它的结构较复杂，制造和
安装精度要求较高。
尤其，当行星架作为行星街轮传动的输出基本构件时，它所承受的外转矩最大，即承受着输出转矩。
目前，较常用的转臂结构有双侧板整体式、双侧板分开式和单侧板式三种类型。
1.双侧板整体式转臂
在行星轮数入_2的2Z-X型传动中，一般采用如图3-16所示的双侧板整体式转臂。
由于双侧板整体式转臂的刚性较好，因此，它已获得较广泛的应用。
当传动比（如
2Z-X（A）的传动比i；x>4）较大时，行星轮的轴承一般应安装在行星轮轮缘孔内臂较合理。
对于尺寸较小的整体式转臂结构，可以采用整休锻造毛坯来制造，但其切削加工量较大。
因此，对于尺寸较大的整体式转臂结构，则可采用铸造和焊接的方法，以获得形状和尺寸较接近于实际转臂的毛坯。
但在制造转臂的工艺过程中，应注意消除铸造或焊接的内应力和其他缺陷；否则将会影响到转臂的强度和刚度，而致使其产生较大的变形，从而，影响行星齿轮机构的正常运转。
在此，还应该指出的是：
在加工转臂时，应尽可能提高行星架上的行星轮心轴孔（或轴承孔）的位置精度和同轴度
5.2行星架制造精度
由于在行星架上支承和安装着np-3个行星轮的心轴，因此，行星架的制造精度对行星齿轮传动的工作性能、运动的平稳性和行星轮间载荷分布的均匀性等都有较大的影响。
在制定其技术条件时，应合理地提出精度要求，且严格地控制其形位偏差和
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