波轮式全自动洗衣机的传动机构设计

1绪论
1.1课题研究目的及意义
（1）对大学所学的知识进行综合性的运用，加深对机械设计课程和其它有关选修课程的认识及在生产实践中的应用。

（2）掌握波轮式洗衣机传动机构设计的一般方法，了解和熟悉波轮式洗衣机的工作原理，对传动零件进行设计计算，锻炼正确独立的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。

（3）通过了解设计波轮式洗衣机的传动结构，了解国内波轮式洗衣机发展现状，锻炼了计算、查阅工具书、电脑绘图、机械设计等能力，培养波轮式洗衣机的基本技能。

（4）通过对波轮式洗衣机的研究并查阅了解多种制图软件，熟练掌握及操作制图软件CAD，利用已掌握的机械制图技能完成波轮式洗衣机传动结构的设计。

（5）通过查阅波轮式洗衣机的相关资料，可以对洗衣机行业的发展有新的认识。

1.2波轮式全自动洗衣机的研究现状和发展趋势
随着社会科学技术水平的不断提高，家用电器也得到了迅速发展，洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的一部分。

市场上的洗衣机有波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机，搅拌式洗衣机。

其中波轮式洗衣机是在洗衣机的桶底装有一个圆盘波轮。

在波轮的带动下，桶内水流形成了时而右旋时而左旋的涡流，带动衣物跟着旋转翻转，这样就能将衣物上的脏东西清除掉。

进入二十世纪八十年代后，出现了新型波轮设计和新型水流方式：波轮在桶的底部，水流方式一般为正向旋转一至三秒，停零点一至一秒，再反向旋转一至三秒，再停零点一至一秒，这和旧式水流大不一样，这种方式也是多年的研究成果，有利于各因素之间的平衡，兼顾了洗涤率、磨损率、缠绕状况、洗涤均匀度等因素。

波轮式洗衣机的最大优点是，洗衣速度要比滚筒式洗衣机的速度快得多。

波轮式洗衣机凭借着它结构比较简单，维修方便，洗净率高等优点，已经
进入了千家万户。

目前我国生产的洗衣机中波轮式洗衣机占其中的大多数，加强对波轮式洗衣机的研究显得尤为重要。

本文主要针对波轮式洗衣机的传动机构进行设计与研究。

洗衣机的用途是洗干净衣服，能否洗干净衣服则与洗衣机的洗涤运动、水的状态、洗涤剂的成分及用量以及洗衣服的时间密切相关，如何使上述因素有个最佳的组合，达到洗净衣物，减少用水量和时间，降低能耗和噪音，保护环境的目的是我们不得不解决的问题，由此而产生了一系列的技术，也即洗衣机的发展趋势。

水流技术：目前大部分洗衣机都采用了瀑布水流，瀑布水流的好处在于加大对衣物的冲洗，加快了衣物的翻滚，因此可以提高洁净度。

变频技术：变频技术应用于洗衣机后，改变了洗衣机过去单一洗涤、脱水的转速缺陷，使得洗涤、脱水的转速可以随衣物布料的不同、水位的不同、洗涤时间的不同而改变。

采用变频技术的洗衣机在技术档次和产品性能方面比单相感应的洗衣机大大提高了一步。

新材料、新工艺：新材料、新工艺的应用主要是为了美化洗衣机的外观和使得操作界面更加友好。

典型的新材料、新工艺有不锈钢板、彩板制作箱体等这些新材料、新工艺的应用大大改善了产品的外观和方便了用户操作。

1.3本课题所解决的主要问题
本文主要针对全自动波轮式洗衣机的传动机构进行设计，设计的主要内容包括：波轮式全自动洗衣机的传动系统的结构、传动系统的组成、电动机参数的选择、减速离合器的设计及工作原理、机械传动系统设计计算、V带传动设计计算、带轮的结构设计、行星减速器的设计以及棘轮棘爪机构的设计。

2 波轮式全自动洗衣机总体设计方案
波轮式全自动洗衣机主要由洗涤部分、传动部分、操作部分、支撑部分、给排水系统和电器部分组成。

其中传动部分是起主要部分。

2.1全自动波轮式洗衣机的组成
图2-1全自动波轮式洗衣机的组成
2.2波轮式衣机的工作原理
依靠装在洗衣机底部的波轮正、反旋转，带动衣物上下左右不停翻转，使衣物之间，衣物与桶壁之间，在水中进行摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污洗净。

波轮式洗衣机中产生机械作用的主要是波轮。

它设置在洗涤桶底，在电动机的作用下，重复正反旋转，波轮旋转式对洗涤剂的作用产生了径向和轴向方向的作用力，轴向分力可以减少衣物与波轮的摩擦，切向分力使洗涤剂产生水平方向的涡流，径向分力将洗涤剂甩向桶壁，使之沿桶壁上升，造成波轮中心区的负压，因压力差，四周的液体迅速向下流动，以弥补波轮四周的液体，这样就形成了洗涤桶上下翻滚的流场，从而达到洗净衣物的目的。

第三章波轮式全自动洗衣机传动系统的结构
3.1传动系统的组成
波轮式全自动洗衣机的传动系统包括电动机和减速离合器。

套筒式全自动洗衣机由一台电动机来实现洗涤状态和脱水状态。

洗涤状态波轮的转速约为140~200r/min；脱水状态脱水桶转速约为800r/min。

需要对电动机输出的1370r/min的转速进行减速，以便可以达到洗涤和脱水不同工作状态的需求。

完成洗涤和脱水两种状态的工作主要依靠传动系统来实现，传动系统的工作示意图如图3-1所示。

图3-1传动系统的工作示意图
3.2电机参数的选择
洗衣机工作时所需要的动力主要是由电动机来提供的。

目前我国多数的套筒式洗衣机是用一个电容机进行操作，电动机遵循中华人民共和国机械行业标准。

现在常用的电容式运转电动机技术参数如表3-1所示。

表3-1电容式运转电动机技术参数
3.3减速离合器的结构和工作原理
先前设计的小波轮全自动洗衣机的离合器不具备减速功能，因而洗衣机在两种不同的工作状态下转速一致。

新型全自动洗衣机的离合器都具有减速功能，称为减速离合器。

目前主要有两种减速离合器，一种是单相轴承式减速离合器，一种是带制动式减速离合器。

本设计主要采取单相轴承式减速离合器。

单相轴承式减速离合器主要包括离合器和行星减速器两部分。

行星减速器与离合器通过齿形花键连接在一起。

其结构如波轮式全自动洗衣机传动机构的设计装配图。

3.3.1离合器主要结构
如图3-2所示。

（1）
图3-2全自动洗衣机离合器结构图
1-输入轴 2-螺母 3-带轮 4-方丝离合器 5-棘轮 6-棘爪 7-拨叉 8-单相滚针轴承 9-刹车装置外套 10-刹车扭簧 11、12-密封圈 13-支架 14-离合外罩 15-刹车带 16-刹车盘 17-十字轴套 18-脱水轴 19-支撑架 20-离合套 21-拉杆
如图3-2所示，离合器的中部的两根轴分别是输入轴1和脱水轴18。

离合套和带轮的内孔为方孔，输入轴的下端为四方形，使输入轴与离合套即方孔与方轴形成紧密配合，螺母2将带轮，和离合套固定在输入轴上，所以带轮，离合套和输入轴即连为一体。

洗涤状态时，脱水轴不转；脱水状态时，带轮的高速直接由脱水轴传递给脱水桶，来实现脱水功能。

方丝离合器4是实现洗衣机洗涤和脱水两种不同工作状态的转换的主要部件。

方丝离合器的工作原理为：方丝弹簧的形状呈锥形，下端几圈的直径比上端略小，自由状态时，方丝离合器紧贴离合套和脱水轴的外壁。

方丝离合器“合”时的状态：带轮带动离合套向弹簧旋紧时，方丝离合器紧贴离合套和脱水轴上，从而脱水轴一同跟随旋转。

即带轮的转速直接传递给脱水轴。

方丝离合器“离”时的状态：在洗涤时，方丝离合弹簧向反方向旋松，使内径变大，从而与离合套
与脱水轴脱离接触。

当带轮带动输入轴转动时，脱水轴静止不动，实现洗涤状态时离合套与带轮和输入轴为一体。

方丝离合弹簧的旋松是由棘轮与棘爪机构控制实现的。

其原理如图3-3所示。

图3-3 离合棘轮工作原理图
1-方丝离合弹簧 2-弹簧卡 3-棘轮 4-棘轮卡槽 5-棘爪
图3-2中的8是单相滚针轴承部件，单相滚针轴承的工作原理及在洗衣机中的作用：（1）安装结构：单向滚针的内圈与脱水轴18相接触，外圈与齿轮轴承过盈配合，齿轮轴承钳在支架19中。

支撑架由螺栓和离合器外罩14固定在一起。

（2）单向滚针轴承的特点：结构紧凑，径向面积小，外圈工作面为楔形，所以只准许一个方向的转动。

在单向滚针轴承的作用用下，脱水轴只能向一个方向转动。

（3）当脱水轴顺时针转动时，滚针落入楔形槽的大端中，此时脱水轴可顺时针转动。

而脱水轴逆时针转动时，则滚针则卡在楔形槽的小端中，这时脱水轴无法转动。

（4）单向滚针的作用就是控制脱水轴只能朝一个方向转动。

刹车装置：（1）脱水轴与十字轴套用两颗紧定螺钉连接在一起，十字轴套又与刹车盘16连接在一起，也即脱水轴与刹车盘固连在一起。

刹车装置外罩9安装在脱水轴18上，为间隙配合，它对脱水轴的作用由刹车扭簧10控制，刹车扭簧10套在刹车装置外罩9的外圆上。

由排水电磁阀带动拉杆控制刹车扭簧的状态。

刹车扭簧的工作原理。

洗涤时：排水电磁阀断电，刹车扭簧处于自由旋紧的状态。

当脱水轴18顺时针转动时，刚性刹车带紧紧抱住刹车盘16，即刹车盘、刹车带、以及刹车装置外罩9都将一起顺时针转动。

刹车装置外罩9在顺时针旋转的过程中，刹车扭
簧10将被迅速卡紧，强大的摩擦力使刹车装置无法运动，此时，刹车带15与刹车盘将发生剧烈摩擦，对脱水轴18产生制动作用，防止脱水桶产生跟转现象。

脱水时：排水阀通电，排水电磁阀带动拉杆使刹车扭簧处于放松状态，由于刹车装置外罩9在顺时针旋转过程中，与旋松的刹车扭簧间可以自由滑动，刹车不起作用，完成脱水功能。

3.3.2行星减速器结构
减速器结构如图3-4所示
图3-4减速器结构
用螺钉将减速器的外8与减速器的底盖10紧固在一起，然后安装在法兰盘12上，锁紧块13将法兰盘12和脱水轴2固定在一起，法兰盘12与脱水桶联接在一起，所以减速器外罩8、减速器底盖10、法兰盘12与脱水桶成一整体。

减速器和脱水轴2安装时的同心度由速器底盖10的上、下两个止口来保证。

输入轴1是行星减速器的动力传入轴。

行星轮4共有4个，与中心轮11和内齿圈6相啮合。

圆周卡槽将内齿圈6卡在减速器底盖10上，使两者成为一体。

行星轮4通过行星轮销轴5安装在行星架7上，行星轮4绕中心轮公转时，行星架7将一起旋转。

波轮轴9两端都加工成齿形花键，其下端与行星架7联接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。

3.3.3离合减速器的工作原理
减速离合器脱水时的状态及装配关系如图3-5所示，脱水时，排水电磁铁通电吸合，牵引拉杆移动约13mm，排水阀将开启。

拉杆在带动阀门开启的同时，一方面拨动旋松刹车弹簧，使其松开刹车装置外罩，这时刹车盘随脱水轴5一起转动，刹车不起作用；另一方面又推动拨叉旋转，致使棘爪18脱开棘轮4，棘轮被放松，方丝离合弹簧3在自身的作用力下回到自由旋紧状态，这时也就抱紧了离合套2。

大带轮l在脱水时是顺时针旋转的，由于摩擦力的作用，方丝离合弹簧3将会越抱越紧。

这样脱水轴5就和离合套2联在一起，跟随大带轮1一起做高速运转。

由于此时脱水轴5做顺时针运动，和单向滚针轴承7的运动方向一致，因此单向滚针轴承7对它的运动无限制。

由于脱水轴5通过锁紧块与法兰盘9联接，而内桶12与行星减速器10均固定在法兰盘9上，所以脱水轴5带动内桶12以及减速器内齿圈的转速，与输入轴带动减速器中心轮的转速相同，这样致使行星轮无法自转而只能公转，从而行星架的转速与脱水轴是一样的，即波轮与脱水桶以等速旋转，保证了脱水桶内的衣物不会发生拉伤。

脱水状态传动路线是：电动机→小带轮→大带轮l→输入轴6→离合套2→方丝离合弹簧3→脱水轴5→法兰盘9→内桶12。

由于电动机输出转速只经带轮一级减速．所以内桶速较高，约680～800r／min。

图3-5 脱水工作状态示意图
1-大带轮 2-离合套 3-方丝离合器 4-棘轮 5-脱水轴 6-输入轴 7-单相滚针轴承 8-刹车装置 9-法兰盘10-减速器 11-波轮 12-内桶 13-紧固螺钉 14-外筒 15-密封圈 16-刹车扭簧 17-离合器外罩 18-棘爪
洗涤状态下，排水电磁铁断电，排水阀关闭，拉杆复位。

这时刹车扭簧16被恢复到自然旋紧状态，扭簧抱紧刹车装置外罩，刹车装置8起作用；同时拨叉回转复位，棘爪18伸入棘轮4，将棘轮拨过一个角度，方丝离合弹簧3被旋松，其下端与离台套2脱离，这时离合套只是随输入轴空转。

大带轮1带动输入轴6转动，经行星减速器减速后，带动波轮轴11转动，实现洗涤功能。

输入轴至波轮轴的传动称为二级减速，其工作过程为：输人轴通过中心轮驱动行星轮，行星轮既绕自己的轴自转又沿着内齿圈绕输人轴公转，因为行星轮固定在行星架上，所以行星轮的公转也将带动行星架转动；行星架以花键孔与波轮轴下端的花键相联接，带动波轮轴和波轮转动。

行星减速器的减速比i计算公式为：i=1+内齿圈齿数／中心轮齿数。

洗涤状态传动路线是：电动机→小带轮→大带轮l→输入轴6→中心轮→行星轮→行星架→波轮轴11→波轮。

其间，电动机输出转速经带轮一级减速后，再经减速比约为4的行星减速器减速，所以转速约为140～200r／min。

图3-6 洗涤工作状态示意图
1-大带轮 2-离合套 3-方丝离合器 4-棘轮 5-脱水轴 6-输入轴 7-单相滚针轴承 8-刹车装置 9-法兰盘10-减速器 11-波轮 12-内桶 13-紧固螺钉 14-外筒 15-密封圈 16-刹车扭簧 17-离合器外罩 18-棘爪
4 机械传动系统设计计算
波轮式全自动洗衣机的传动系统的设计主要包括：方案的设计、电动机选用、带传动设计、行星减速器设计等。

4.1方案的设计
波轮式洗衣机常用布局为输入轴布置在内筒的中心处，整个传动系统基本上同轴布置，电动机偏置在一边，为了保持平衡，可将排水电磁阀和排水管与电动机对称布置，必要时可加平衡块。

有设计任务要求内筒直径为400mm，则外侧桶直径约为470mm，电动机与洗涤轴之间的距离约为150mm左右，且选择带轮
作为一级减速器。

4.2V 带传动设计计算
带传动的有优点有：结构简单成本低，使用维护方便；具有良好的挠性和弹性，能缓冲、吸震、运动平稳、噪音小；过载时会发生打滑现象，防止零部件的损坏。

选择V 带作为一级减速器，因为V 带的横截面成等腰梯形，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较大，结构紧凑，所以选择V 带作为第一级降速。

参照表初步选择电动机功率P 为250w ，洗衣机转速为180r/min ，脱水转速为720r/min ，则传动比为： i=
12n n =1370720
=1.9 （1）确定计算功率
计算功率Pca 是根据传递的功率P 和带的工作条件而决定的 Pca=KAP
式中：Pca ——计算功率，KW ；
KA ——工作情况系数，见表4-1； P ——所需传递的额定功率。

表4-1 工作情况系数KA
工况
KA
空、轻载启动
重载启动
每天工作小时数/h
＜10
10~16 ＞16 ＜10 10~16 ＞16 载荷变动 微小 液体搅拌机、通风机和鼓风机（≤7.5kw ）、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机 1.0
1.1 1.2 1.1 1.2 1.3
载荷变动小
带式输送机（不均匀负荷）、通风机（＞7.5kw ）旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械
1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4
载荷变动较大
制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机
1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6
载荷变动很大
破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）
1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8
表4-1 工作情况系数KA
由于洗衣机载荷变动小由表4-1选取工作情况系数KA=1.0 则Pca=KAP=0.25kw （2）选择V 带的带型
根据计算功率Pca 和小带轮转速n1为1370r/min ，以及小带轮安装尺寸的大概范围，由图4-2选取普通V 带Z 型。

图4-2 普通V 带选型图
（3）确定带轮的基准直径d1d 和d2d
在带传动需要传递的功率给定的条件下，减少带轮的直径，会增大传动的有
效拉力，从而导致V 带根数的增加。

这样不仅增大了带轮的宽度，而且也增大了载荷在V 带之间分配的均匀性。

另外带轮直径的减少，增加了带的弯曲应力。

为了避免弯曲应力过大，小带轮基准直径就不能过小。

一般情况下应保证：d D ≥（min d d ）。

初选小带轮的基准直径d1d ，根据表4-3和表4-4，选取d1d =55mm ，大于V 带轮的最小基准直径min d d 的要求50mm 。

大带轮的基准直径为d2d =i d1d =1.9⨯55mm=104.5mm ，根据表4-4圆整为d2d =112mm 。

槽型
Y Z A B C D E min d d
20
50
75
125
200
355
500
表4-3 V 带轮的最小基准直径
带型
基准直径
d1d
Y 20、22.4、25、28、31.5、35.5、40、50、56、63、71、80、90、100、112、125
Z 50、56、63、71、75、80、90、100、112、125、132、140、150、160、180、200、224、250、280、315、355、400、500、630
A
75、80、85、90、95、100、106、112、118、125、132、140、150、160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、630、710、800
B 125、132、140、150、160、170、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、600、630、710、750、800、900、1000、1120
C
200、212、224、236、250、265、280、300、315、335、355、400、450、500、560、600、630、710、750、800、900、1000、1120、1250、1400、1600、2000
D 355、375、400、425、450、475、500、560、600、630、710、750、800、900、1000、1060、1120、1250、1400、1500、1600、1800、2000
E
500、530、600、630、670、710、800、900、1000、1120、1250、1400、1500、1600、1800、2000、2240、2500
表4-4 普通V 带轮的基准直径系列
（4）验算带的速度V
根据式v=d11d n 601000π⨯=551370
601000π⨯⨯⨯m/s=3.95m/s
普通V 带的最大带速max v =25~30m/s ，故满足要求。

（5）确定中心距a ，并选择V 带的基准长度Ld
由经验公式0.7（d1d +d2d ）≤a0≤2（d1d +d2d ） 式中0a 为初选的带传动中心距，mm 。

则116.9≤0a ≤334
根据洗衣机桶的安装尺寸，除取0a =140mm ，基准长度：
由公式d0L =20a +2
π
（d1d +d2d ）+d d d d a 2
120（-）4
=2⨯140+2π（55+106）+4140
⨯2
（106-55）
mm
=548mm
则相应的带长d0L =548mm 查机械设计表8-2V 带的基准长度系列及长度系数
KL 选取和548mm 相近的标准带的长度Ld 为560mm ，则实际中心距为：
a ≈ a 0+（Ld-Ld0）/2=140+（560-548）/2=146mm
安装时，在结构上保持V 带有一定的张紧力，安装中心距会稍有变化。

（6）验算小带轮上的包角1α
1α=180°-d 2d1
d d a
-⨯57.5°=157.6°＞120°
（7）计算带的根数Z 1.计算单根V 带的额定功率r p
由d1d =55mm 和1n =1370r/min ，查机械设计表8-4a 得单根普通V 带的基本额定功率0p =1.184kw 。

根据1n =1370r/min ，i=1.9，和Z 型带，查机械设计表8-4b 得单根普通V 带额定功率的增量0p =0.02kw 。

根据表4-5包角修正系数如下图所示 小带轮包角α（）
180 175 170 165 160 155 150 145 140 135 130 125 120
k α
1.00 0.99 0.98 0.96 0.95 0.93 0.91 0.91 0.89 0.88 0.86 0.84 0.82
表4-5 包角修正系数
查表4-5得包角修正系数k α=0.95，查机械设计表8-2 V 带的基准长度系列及长度系数k L 得带长修正系数k L =0.94。

于是单根V 带的额定功率r p =（0p +
0p ）k k L α
=(0.184+0.02)⨯0.95⨯0.94=0.182 2.计算V 带的根数Z Z=
ca r p p =0.25
0.182
=1.373 取Z=1。

（8）带的预紧力0F 带型 Y Z A B C D E q/（kg/m ） 0.02 0.06
0.10
0.18
0.30
0.61
0.92
表4-6 V 带单位长度的质量
查表4-6得Z 型带的单位长度质量q=0.06kg/m ，所以
0F =500ca
qv zv k P α
22.5（-1）+ =20.18 2.550010.06 3.951 3.950.95⎡⎤⎛⎫⨯-+⨯ ⎪⎢⎥⨯⎝⎭⎣⎦N=38.1N （9）计算压轴力p F 压轴力的最小值为
()
()1
p 0min min
=2z sin
2
F F α=157.6
2138.1sin
2
⨯⨯⨯N=75.1N 4.3带轮的结构设计
带轮的设计要求是质量小，分布均匀、工艺性好、无过大的铸造内应力、转速高时要经过动平衡，与带接触的工作表面加工精度要高（表面粗糙度一般为3.2um ）以减少带的磨损,各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等.
4.3.1材料的选择，结构形式的设计
V 带轮由轮缘，轮毂和链接这两部分的轮辐和腹板组成，其中轮缘用于安装V 带，轮毂与轴相配合，由于V 带是标准件，所以V 带轮轮缘的尺寸与带的型号
和带的根数有关。

由于v=3.73m/s<30m/s,故选择带轮材料为HT200.由小带轮轮毂直径
120 6.10d mm ≥==，小带轮基准直径152d d mm =，即1d d <，所以小带轮采用腹板式带轮结构，同理，
大带轮采用孔板式结构。

4.3.2 结构尺寸的设计
由于普通V 带两侧面间的夹角是40°，为了适应V 带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V 带轮槽角 为32°、34°、36°、38°（按带
的型号及带轮直径确定），查《机械设计》2-3，确定小带轮轮槽角0
134ϕ=，大
带轮轮槽角0
238ϕ=
查《机械设计》表2-3得两带轮槽型尺寸如下：
min min
min min 8.5, 2.0120.3,7
7.0, 5.5
p a f b h e f
h δ===±===
根据V 带参数之间的关系，计算得小带轮各部分尺寸如下：
118(1)2(11)122714522522256(1.82) 1.8814.42()562(27 5.5)27(0.20.3)0.214 2.8(1.52) 1.5812s d a d a h s r a a f s d mm
B Z e f mm d mm
d d h mm
d d mm
d d h h mm s B mm L d mm
δ==-+=-⨯+⨯===+=+⨯===⨯==-++=-++===⨯===⨯=
大带轮各部分尺寸如下：
2217.5(1)2(11)122714100210022104(1.82) 1.87.513.52()1042(27 5.5)75(0.20.3)0.214 2.8(1.52) 1.57.511.251.5 1.5 2.8s d a d a h s r a a f s d mm
B Z e f mm d mm
d d h mm d d mm
d d h h mm s B mm L d mm s s δ==-+=-⨯+⨯===+=+⨯===⨯==-++=-++===⨯===⨯=≥=⨯1220 4.2 4.50.50.5 2.8 1.4 1.50.5(13.575)44.252
h r
s mm s s s mm
d d d mm
==≥=⨯==+==⨯+=取取
5 行星减速器的设计计算
5.1 方案的确定
家用洗衣机行星齿轮减速器的工作条件是短期间断，传动比小，结构紧凑，外廓尺寸小，根据这些要求，选用具有单齿圈行星轮的3()Z 型行星齿轮传动较为合理，传动方案简图如5-1所示。

图5-1 a.中心轮g.行星轮b.内齿圈H.行星架
5.2基本参数计算选择
a 输入轴与输出轴的传动比为：
7204
180b
ag i ==
b 选中心轮和内齿圈齿数：洗涤时中心轮旋转，内齿圈静止，中心轮与行星架的
传动比b
ag
i 按以下公式计算：
1b b
ag a z i z =+
考虑到结构紧凑外廓尺寸小，初选中心轮齿数a z =18,由式计算得内齿圈齿数b z =54
c 算行星轮齿数：由于洗衣机工作扭矩不大，为保证行星轮
g
z 与两个中心轮a z 、
b z 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
w (a )a g
-=
()w b g
a -,对于非变位或高度变位传动，有m/2(Za+Zg)=m/2(Zb-Zg),
计算 得
Zg=(Zb-Za)/2
=(54-18)/2 =18
最终确定中心轮齿数Za 为18，内齿圈齿数Zb 为54，行星齿轮齿数Zg 为18，实际传动比
b ag
i 为4，洗衣转速为180r/min 。

d 轮几何尺寸及啮合参数计算 （1）模数的确定
按齿根弯曲强度初算齿轮模数m ，m=
K
式中m K 算数系数，对于直齿轮传动m K =12.1，1T —啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩, *11*/9549/95490.17/3720=0.764N w a w T T n n p n n m ===⨯⨯∙
A K —工作情况系数，查表取a K =1
F K ∑—综合系数，查表取F K ∑=2
FP K —计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数，取FP K =1.85 1Fa Y —小齿轮齿形系数，查表取1Fa Y =2.87
1z —齿轮副中小齿轮齿数，119a z z ==
lim F σ—试验齿轮弯曲疲劳极限，查图取2lim 120*F N mm σ=
m =
K
=0.77 取m=0.9
（2）分度圆直径的确定
()a d *0.91816.2a m Z mm ==⨯= ()*0.91816.2g g d m Z mm ==⨯= ()*0.95448.6b b d m Z mm ==⨯= （3）齿顶圆直径的确定
外啮合*
1*1*0.90.9a a h h m ===
内啮合**2()*(17.55/)*0.783a b a h h h m Z m =-∆=-=,所以
()1()216.2 1.818.0a a a a d d h mm =+=+= ()1()216.2 1.818.0g a a g d d h mm
=+=+=
()2()248.6 1.5647.04b a a b d d h mm =-=-=
（4）齿根圆直径的确定 齿根高
**()* 1.25* 1.125
f a h h c m m =+==，计算齿根圆直径得：
()()216.2 2.2513.95a f f a d d h mm =-=-=
()()216.2 2.2513.95g f f g d d h mm =-=-=
()()248.6 2.2550.85b f f b d d h mm =+=+=
（5）基圆直径的确定
取压力角a=20,根据式()()*cos b a a d d a =得：
()16.2*cos 2015.22b a d mm ==
()16.2*cos 2015.22b g d mm == ()48.6*cos 2045.67b b d mm == （6）齿宽的确定
查表取齿宽系数
d ϕ=1，计算齿宽得：
()()*1*16.216.2a a d b d mm
ϕ===
()()*51*16.2521.2a g d b d mm ϕ=+=+=
()()516.2511.2a b b b mm
=-=-=
不变位或高变位的啮合传动, 节圆与分度圆重合,由此计算啮合齿轮副的中为： 外啮合齿轮副中心距/2*()0.9/2*(1818)16.2a g ag a m z z mm =+=+= 内啮合齿轮副中心距
/2*()0.9/2*(5418)16.2b g bg a m z z mm
=-=-=
以上计算整理如下表：
中心轮a 行星轮g 内齿圈b 模数m 0.9 0.9 0.9 齿数z
18
18
54
分度圆直径d 16.2 16.2 48.6
基圆直径b d 15.22 15.22 45.67 齿顶圆直径a d
18.0
18.0
47.04
齿根圆直径f
d
13.95
13.95 50.85 齿宽b 16.2
21.2
11.2
中心距a
16.2ag a mm =,16.2bg a mm
= 表5-1行星齿轮传动基本参数
5.3配条件的验算
a 邻接条件：
按公式()2sin180/a g ag w d a n <验算邻接条件
18.0mm<2⨯16.2⨯sin180/3=28.06mm ，满足邻接条件。

b 同心条件：
按公式()/cos ()/cos a g b g z z a z z a +=-验算该行星齿轮传动的同心条件，代入数据得（18+18）/cos20=(54-18)/cos20=38.34，即满足同心条件。

c 安装条件
()/(1854)/324(a b w z z n +=+=整数） ()/(1854)/324b g w z z n +=+=（整数）
所以满足安装条件.
5.4 行星齿轮传动弯曲强度校核
由于3()Z 型行星齿轮传动时工作条件是短期间断，且具有结构紧凑，外廓尺寸小传动比小的特点，只需校核其齿根弯曲强度即可。

5.4.1 选择齿轮材料及精度等级
齿轮材料的选用原则是：既要满足性能要求，保证齿轮传动的工作可靠安全， 要使其生产成本较低，根据这些要求和洗衣机行星齿轮传动功率及载荷特点，心轮选用45号钢，调质处理，硬度为229-286HBW ，取270HBW ，精度取7级行，轮g 选45钢调质处理，精度为7级，中心轮选择高强度耐冲击的聚甲醛塑料。

5.4.2 确定许用应力
查《机械设计》图4.21-3得lim 1400F MPa σ=，lim2400F MPa σ= 查《机械设计》表4-10取im 1.25Fm S =，查《机械设计》图4.22取121N N Y Y == 尺寸系数12 1.04X X Y Y ==
使用系数A K 按中等冲击查《机械设计》表4-4得 1.0A K =，动载系数V K 查《行 星齿轮传动设计》取 1.06V K =，齿向载荷分布不均匀系数查《机械设计》图4.12取 1.05K β=，啮合齿对间载荷分配系数查《机械设计》表4-5取1.0Fa K =
行星轮间载荷分配系数 1.3Fp
K =，齿形系数由《行星齿轮传动设计》图6-22查得
1 2.58Fa Y =，
2 2.33Fa Y =，应力修正系数由《行星齿轮传动设计》图6-24查得1 1.63Sa Y =，2 1.73Sa Y =，重合度系数0.78Y ε=，螺旋角系数由《行星齿轮传动设计》图6-25查得1Y β=
1.0 1.06 1.05 1.0 1.113A V Fa K K K K K β==⨯⨯⨯=
111800.969550
9550()2292720
a p T N mm n ⨯===∙洗涤输入轴工作转矩 根据公式
[]lim1
111min
F F N X F Y Y S σ
σ=计算得
[]13
33.12
F M p a σ=，[]2333.12F Mpa
σ=111112
F Fa sa KT Y Y Y bd m
ε
σ=[]1121.1132292 2.58 1.630.78=70.85333.1216.216.20.9F F Mpa Mpa σσ⨯⨯=⨯⨯⨯<=⨯⨯ []2221.1132292 2.33 1.730.78=67.91333.1216.216.20.9
F F Mpa Mpa σσ⨯⨯=⨯⨯⨯<=⨯⨯ 外啮合的两齿轮弯曲疲劳强度满足要求。

6 棘轮棘爪的设计
6.1 棘轮材料的选择。