畢業(yè)設計（論文）全自動洗衣機傳動系統(tǒng)設計

1、 全自動洗衣機傳動系統(tǒng)設計摘要：洗衣機是一種普遍的家用電器。它不但可以減輕人的家務勞動，而且較手工洗滌衣物省時、省水、省洗滌劑，故洗衣機已成為市場上的暢銷品。隨著國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國洗衣機工業(yè)迅速發(fā)展，洗衣機年銷售量8000萬臺以上?，F(xiàn)在我國市場上，全自動波輪式洗衣機占據(jù)較大的市場份額，所以有必要對全自動波輪式洗衣機的結構功能改進完善，使其在適用性、可靠性、環(huán)保性、節(jié)能性和智能性等方面不斷提高，以更好地滿足我國市場需求。本文對全自動波輪式洗衣機的研究要點如下：（1）介紹了洗衣機的洗滌原理、分類情況，闡述了國內外全自動波輪式洗衣機的研究現(xiàn)狀和全自動波輪式洗衣機今后的

2、發(fā)展趨勢及本文所研究其傳動系統(tǒng)的目的、意義。（2）對全自動波輪式洗衣機的四種傳動系統(tǒng)方案作了對比分析，選擇了其中一種傳動方案作本文的設計。（3）闡述了全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)結構組成和基本原理，對傳動系統(tǒng)主要組成部分如電動機、v帶、行星齒輪減速器等進行了詳細的參數(shù)選擇和計算。（4）設計了洗衣機離合器及行星齒輪減速器結構，并對主要零部件進行了校核。關鍵詞： 波輪式洗衣機 傳動 減速器 離合器 設計 design the thansmission system of automatic washing machineabstract：washing machine is a kind of co

3、mmon household electrical appliances. it not only can reduce the housework of persons,but also it istime-saving,water-saving, provincial detergent than manual washing, so washing machine has become the best in the market . with the further development of the national economy and peoples living stand

4、ard enhances unceasingly , our washing machine industry has been developing rapidly . annual sales of washing machine is more than 80 million . now in the market of our country, full-automatic washing machine occupy larger market share,so it is necessary to research the strcture and the function onw

5、ashingmachines,let it better meet the market deman on applicability ,reliability, environmental protection, energy conservation and intelligent . the research point of automatic washing machine as follows:(1) introduce the principle, classification of washing machine , elaborate domestic and foreign

6、 research status of automatic washing machine and its development tendency in the future and the purpose, significance for the research of its transmission system.(2) analysis four kind of transmission system of automatic washing machine,and select one.(3) expound the structure components and basic

7、principle of automatic washing machine drive system ,select and calculate detailly the main component part of transmission system such as electric motors, v belt, planetary gear reducer. (4) design the structure of washing machine clutch and planetary gear reducer.and check the main parts.keywords:

8、impeller type washing machine; thansmission; reducer; clutch; design目 錄1 緒 論11.1引言11.2全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)設計的目的和意義11.3全自動波輪式洗衣機的發(fā)展背景和發(fā)展前景11.3.1全自動波輪式洗衣機的發(fā)展背景11.3.2全自動波輪式洗衣機的發(fā)展前景31.4本文所研究的內容42 傳動方案的擬定52.1 傳動方案一52.2傳動方案二62.3傳動方案三72.4 傳動方案四82.5 傳動方案選擇93 全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)原理103.1基本結構103.2系統(tǒng)組成及其工作原理103.2.1傳動系統(tǒng)組成103.

9、2.2 減速離合器結構和工作原理113.2.3傳動系統(tǒng)兩種工作狀態(tài)134 傳動系統(tǒng)參數(shù)計算164.1傳動系統(tǒng)結構簡圖164.2電動機的選擇164.3 v帶傳動設計計算174.4行星減速器設計計算204.4.1洗滌狀態(tài)傳動比204.4.2 計算模數(shù)204.4.3 行星齒輪傳動的幾何尺寸和嚙合參數(shù)計算224.4.4行星齒輪傳動的配齒計算244.4.5 齒輪傳動強度的校核計算254.4.6行星輪系輸入輸出軸的設計285 結論33參考文獻34致 謝351 緒 論1.1引言1.1.1衣機的分類(一)按結構型式分類 主要有單桶洗衣機和雙桶洗衣機。(二)按結構原理分類 常見的洗衣機有滾筒式、攪拌式、波輪式等

10、三種。(三)按洗滌功能分類 一般分為普及型、半自動型、全自動型等三種。洗衣機雖有如此之多的分類，然而由于波輪式洗衣機具有結構簡單、制造容易、成本低、洗滌時間短、洗凈率高、耗電少、占地小，搬動靈活、使用方便等特點，國內主要生產(chǎn)該類洗衣機。本文以全自動波輪式洗衣機作為研究要點。1.2全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)設計的目的和意義目前中國洗衣機市場正進入更新?lián)Q代期，市場潛力巨大，人們對于洗衣機的要求也越來越高，目前的洗衣機主要有強弱洗滌功能、進排水系統(tǒng)故障自動診斷功能、暫停等七大功能，在許多方面還不能達到人們的需求。這就要求設計者們有更高的專業(yè)和技術水平，能夠提出更多好的建議和新的課題，將人們的需要變成

11、現(xiàn)實，設計出更節(jié)能、功能更全面、更人性化的全自動洗衣機。目前的洗衣機都沒有實現(xiàn)全方面的兼容，大多洗衣的廠家都注重各自品牌的洗衣機的特長，突出一兩個與別的洗衣機不同的個性化的功能，或者采用清潔能源、減少噪音和消耗，以此來吸引消費者。中國對于洗衣機的研究步伐還跟不上美國、日本等發(fā)達國家，我國自60年代初開始生產(chǎn)洗衣機，到60年代末波輪式洗衣機逐趨完善，80年代則迅猛增長，現(xiàn)在我國洗衣機已大量普及，年銷售量8000萬臺以上。在我國現(xiàn)階段，經(jīng)濟技術水平不是很高，不適合大量開發(fā)新型新能源洗衣機。而對于波輪式洗衣機，中國普及面最廣，隨著國民收入的持續(xù)增長和政府家電下鄉(xiāng)等優(yōu)惠政策的提出，波輪式洗衣機更是進入

12、了千家萬戶，可以說全自動波輪式洗衣機在家用電器中占據(jù)了相當?shù)氖袌龇蓊~，所以有必要對全自動波輪式洗衣機的結構功能改進完善，使其在適用性、可靠性、環(huán)保性、節(jié)能性和智能性等方面不斷提高，以更好地滿足我國市場需求。1.3全自動波輪式洗衣機的發(fā)展背景和發(fā)展前景1.3.1全自動波輪式洗衣機的發(fā)展背景最早的波輪洗衣機是英國胡佛公司研制的噴流式洗衣機，它利用旋轉水流洗滌衣物，波輪裝在立式洗滌桶的側壁，波輪約以500600轉/分的速度旋轉。產(chǎn)生急速轉動的水流向對面噴射流動，通過水流的沖擊和洗滌劑的作用，達到洗滌目的。日本三洋公司從英國引進噴流式洗衣機， 將其改進， 增加了反轉水流以減少衣物的纏繞， 同時將波輪移

13、到了桶底， 避免了向外濺水，研制成功波輪立桶式洗衣機。 1956 年發(fā)明了全自動波輪洗衣機，四年后出現(xiàn)了雙桶波輪式洗衣機。我國第一臺洗衣機于1957年在沈陽試制成功，六十年代上海曾小批量生產(chǎn)，但我國洗衣機制造業(yè)的興起是在1978年后， 早期以生產(chǎn)單桶小波輪洗衣機為主。它用的是噴漆冷軋鋼板外殼，洗滌桶用鋁板拉伸或用搪瓷桶，電動機吊掛在洗滌桶上。這種洗衣機容量小，波輪小，直徑約為150mm，波輪放在偏離中心的位置，并稍有傾斜，它的轉速一般為400轉/分。由于波輪的轉速快，水流急劇，沖擊力強，洗滌桶的衣物在水流的作用下，翻滾動作很快，不斷的被水沖刷，并與桶的四壁發(fā)生猛烈沖撞與摩擦，因此它的洗凈率很高

14、。但衣物與洗滌桶四壁的急速摩擦衣物的磨損加劇，磨損率也高。80年代開始，國內許多廠家開始引進日本的雙桶洗衣機和套桶洗衣機。為提高衣物的洗凈率，減少纏繞，選擇波輪的直徑較以前大,因此對水的推動力也大，但水對它的阻力也大。大波輪的運轉速度較小波輪的相應的要慢，一般為150一300轉/分，工作時間也大大減少，合理控制它的轉停比，可減小衣物的纏繞。波輪頻繁的正反轉，使得洗滌桶內的水流也頻繁的換向，衣物被迫不斷地改變運動方向。正是這個原因以及衣物的運動總是滯后于水流的運動，使衣物不斷的被推來推去，與變換的水流發(fā)生更多的沖撞和摩擦，而衣物與桶的摩擦和沖撞卻減小了。這種洗滌方式更接近于手搓，減小了衣物的磨損

15、。通過琴鍵開關和定時器設置波輪不同的正反轉時間，對不同衣物進行洗滌。由于波輪轉速低，水流較弱，洗凈率較小波輪的要低。現(xiàn)在，國內最常用的波輪洗衣機已改為改進的蛛形波輪、塔形大波輪以及轉桶式大波輪。碟形波輪轉動時洗滌桶內的水受到離心力的推動作用，向四壁沖去，水流是以傾斜向上的角度向桶邊沖去，桶中心的壓力較低,桶壁的衣物受到擠壓而桶中心的衣物則可充分舒展。波輪頻繁的正反轉，衣物就可不斷的被擠壓和舒展，以此達到洗凈衣物的目的。1998年日本松下推出了“離心力洗衣機”，即桶轉，波輪不轉，使得水流在高速旋轉的離心力作用下穿透衣物的纖維質，磨損率小，目前已開始批量出現(xiàn)在市場上。隨著人們的衛(wèi)生意識逐步提高,健

16、康型洗衣機開始出現(xiàn)，有的在連體桶和波輪內加人特殊陶瓷粉末，抑制祥菌的產(chǎn)生有的加一個臭氧發(fā)生器，通過高壓放電將空氣中的變成。并隨空氣一起打進洗滌桶中進行消毒。以往洗衣機外殼的噴漆、噴粉處理對人體有害且污染環(huán)境，日本在八十年代開始采用鋁合金箱體和無污染的噴塑箱體，九十年代中期小天鵝、海爾的部分套桶洗衣機也用鋁合金箱體，如今有的廠家已開始應用噴塑箱體。外觀采用先進的絲網(wǎng)印刷工藝，不脫落。控制面板由以前棱角分明的大斜度變?yōu)檩^柔和的小斜面，機體內部加強了防水漏水保護，隨著大容量的洗衣機的需求量增大，雙桶洗衣機最大容量已出現(xiàn)了9公斤洗滌容量，套桶洗衣機最大容量達8公斤，但仍以5公斤容量的洗衣機銷路最好。1

17、.3.2全自動波輪式洗衣機的發(fā)展前景全自動洗衣機的發(fā)展首先表現(xiàn)在洗滌方式發(fā)生巨大變化。原先大多側重于水流的改變、動力的加大。現(xiàn)在，超音波、電解水、臭氧和蒸汽洗滌的運用，使洗衣機的去污能力從單純依靠洗衣粉、洗滌劑的化學作用和強弱變化的水流機械作用，向更高層次的健康、環(huán)保洗滌方式轉變，特別是電解水、超音波技術在洗衣機行業(yè)的運用幾乎改變了洗衣機的歷史一洗衣不用或少用洗衣粉、洗滌劑，減少化學品對皮膚的損害和對環(huán)境的污染。電解水、臭氧、蒸汽的殺菌除味及消毒功能倍受青睞引發(fā)了洗衣機消費健康潮?，F(xiàn)在的洗衣機真的是多種多樣，在大城市，雙缸洗衣機購買的人已經(jīng)是越來越少了，滾筒洗衣機和波輪洗衣機將成為市場的主流，

18、使用洗衣機就是圖個方便省力，現(xiàn)在的全自動洗衣機都符合人們的要求。那么洗衣機還會怎樣進步或發(fā)展呢？歸納起來，有如下幾個趨勢。高度自動化：現(xiàn)在洗衣機越來越高度自動化，只要衣服放入洗衣機，簡單的按兩個鍵，就會自動注水，一些先進的電腦控制洗衣機，還能自動的感覺衣物的重量，自動的添加適合的水量和洗滌劑，自動的設置洗滌的時間和洗滌的力度，洗滌完以后自動的漂洗甩干，更有些滾筒洗衣機還會將衣物烘干，整個洗衣的過程完成以后還會用動聽的音樂聲提醒用戶，用戶可以在洗衣的過程做其它的事，節(jié)省了不少的時間?？傊恳豁椉夹g的進步部極大地推動了洗衣過程自動化程度的提高。 健康化：現(xiàn)代人對健康格外的重視，對洗衣機也提出了更

19、高的要求，有的洗衣機廠家采用納米內桶，減少污垢附著，有的洗衣機設置有改進型漂洗程序，徹底漂凈衣物上殘留的洗滌劑，防止對人體的侵害。還有一些洗衣機采用臭氧進行殺菌，達到徹底滅菌的目的。節(jié)能：節(jié)能也是用戶選擇洗衣機時考慮的問題，有些洗衣機具有洗滌劑循環(huán)利用系統(tǒng)，可以將在外桶到排水泵之間濃度較高的洗滌劑通過循環(huán)水流帶回外桶內，循環(huán)使用可以節(jié)約20%的洗滌劑。有的洗衣機采用專利的無孔內桶省水，普通的波輪洗衣機在注水的時候，內桶與外桶之間也有大量的水，洗滌的時候內桶外的水就浪費了，而無孔內桶只有內桶有水，這樣可以充分的利用洗衣機內的水，注水的時候比其它洗衣機少使用40%的水量，同時也可以節(jié)省洗滌劑和省電

20、。大容量和微型化：現(xiàn)代人居家總希望有寬敞的空間，因此各廠家都推出了超小型或超薄型的 洗衣機，比較有代表性的有小鴨的迷你滾筒洗衣機，海爾的小小神童波輪洗衣機，惠爾浦的維納斯系列上開門立式滾筒洗衣機，西門子的40厘米超薄滾筒洗衣機滿足了人們對占地空間的要求。品種多樣化： 從洗滌形式上分波輪式、滾筒式洗衣機，從洗滌容量上自2公斤到7公斤有很多等級，高中低檔洗衣機在功能上，還有很多不同，品種多樣化的洗衣機滿足了不同偏好的消費者的需求。現(xiàn)在已經(jīng)有廠家開發(fā)出了不需要使用洗滌劑的洗衣機，還有的廠家開發(fā)出了更迷你的旅行洗衣機，小到可以在出外旅行的時候隨身攜帶，為了更方便的操作有的廠家還開發(fā)出了可以遠程控制的洗

21、衣機，這么樣？是不是看的眼花繚亂，將來的洗衣機會朝著使用更方便、更加節(jié)能、更加個性化的方向發(fā)展。1.4本文所研究的內容（1）介紹了洗衣機的洗滌原理、分類情況，闡述了國內外全自動波輪式洗衣機的研究現(xiàn)狀和全自動波輪式洗衣機今后的發(fā)展趨勢及本文所研究其傳動系統(tǒng)的目的、意義。（2）對全自動波輪式洗衣機的四種傳動系統(tǒng)方案作了對比分析，選擇了其中一種傳動方案作本文的設計。（3）闡述了全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)結構組成和基本原理，對重點機構減速離合器和行星齒輪減速器作了重點地原理介紹和示意圖說明。同時對傳動系統(tǒng)通過離合器改變的兩種工作狀態(tài)作了具體傳動路線和相關零部件狀態(tài)的闡述說明。（4）確定了傳動相關參數(shù)，

22、同時對傳動系統(tǒng)主要組成部分如電動機、v帶、行星齒輪減速器等進行了詳細的參數(shù)選擇和計算。2 傳動方案的擬定2.1 傳動方案一 按照波輪洗衣機驅動電機與負載的連接方式可分為間接驅動和直接驅動兩大類型。方案一為間接驅動，如下圖2-1所示 ，通過普通電機，一般為單相異步交流電機通過一級皮帶傳動帶動離合器工作，以實現(xiàn)洗衣和脫水。其基本工作原理為:(1) 洗衣程序時，電機通過皮帶帶動離合器皮帶輪轉動，使離合器內軸（波輪軸）作減速旋轉，此時外軸（脫水軸）處于制動狀態(tài)，離合器離合彈簧處于“分”的狀態(tài)。(2) 脫水程序時，牽引器先開始工作，拉開離合器手柄，使離合彈簧處于“合”的狀態(tài)。然后電機帶動離合器皮帶輪旋轉

23、，使離合器外軸與與離合器皮帶輪作等速旋轉波輪內桶 皮帶減速驅動電機機械抱閘減速離合器 圖 2-1 方案一傳動簡圖 圖2-2 方案一結構圖其優(yōu)缺點為：(1) 優(yōu)點 制造成本和制造精度相對較低，價格便宜，國內這種類型的洗衣機普及面廣，制造工藝成熟，零部件易更換維修。(2) 缺點 洗衣機的驅動系統(tǒng)結構復雜、工作效率低、轉速不穩(wěn)定、啟動電流大、故障率比較高、控制精度低；在結構設置上，洗衣機的電機軸與滾筒的幾何中心軸不可能同軸（需要皮帶減速），處于偏置狀態(tài)，而正是這種“偏置”，造成了洗衣機在工作時會出現(xiàn)振動，難以平衡的問題。所以，迫使我們不得不增加平衡塊，以抑制整個機體工作時的振動和噪音；電機的固有結構

24、及特性決定了這種電機的單位體積功率偏小、起動力矩偏弱、過載能力不足等。2.2傳動方案二傳動方案二也屬于間接驅動方式，其傳動的原理為：通過電動機的有極變速，取消了負責的離合器結構，只用一級皮帶作為減速兼?zhèn)鲃樱谙礈?、脫水時的不同轉速是由電機的不同極對數(shù)繞組來完成的，繞組多采用2極/16極，或2極/12極,這樣可以使洗滌轉速大約在100一200r/min，左右,脫水轉速大約在600800r/min。當人們想進一步提高脫水轉速時,也大多選用改變電機的轉差率來改變電機繞組電壓,達到脫水轉速可調的目的。雙速電機一級皮帶減速波輪內桶 圖2-3 方案二傳動簡圖雙速電機的原理同單速電機相同，不同的是此類電機

25、的定子上有兩套極數(shù)不同的繞組用來產(chǎn)生不同的轉速，按照繞組結構的不同又可以分為分離繞組和共享繞組兩類。分離繞組雙速電機的定子上有兩套完全獨立的不同極數(shù)的繞組，如2極/6極、2極/16極、4極/6極等。由感應電機的特點可知，轉子鼠籠會自動形成與定子旋轉磁場相同的極數(shù)，因此通過給不同極數(shù)的定子繞組供電便可得到不同的電機轉速，用來適應不同的需求，如2極或4極用來脫水，6極或16極用來洗滌等。此類電機的性能特點同單速電機相比，因為其定子上需要兩套繞組，所以體積比單速電機大，成本也高。共享繞組雙速電機是對分離繞組雙速電機的進一步改進，其特點是通過改變連接方式可以使同一定子繞組為兩種不同的極數(shù)所共用。例如對

26、已經(jīng)大批量生產(chǎn)的4極/6極雙速電機，其定子繞組既可以用作4極，通過改變連接又可以用作6極，而且4極與6極都可分別用于洗滌和脫水。因為此類電機的定子繞組是兩種極數(shù)共享的，所以它的體積要比普通的分離繞組雙速電機小得多。其優(yōu)缺點為：(1) 優(yōu)點 取了復雜的離合器結構和二級減速裝置，整個傳動裝置得以簡化。(2) 缺點 對電機要求較高，電機的制造成本高，電機存在調速范圍小、穩(wěn)定性差等不足。且電機繞組極對數(shù)增加越多，結構越復雜，成本越高。通過一級皮帶作減速傳動，脫水時由于皮帶傳動后脫水轉速減小，使得衣物脫水不很理想。2.3傳動方案三 方案三采用電機直接驅動，這是一種洗衣機專用電機，其結構如圖2-4所示，這

27、里介紹的洗衣機專用電機除了起到電機的作用，還起到離合器的作用。其結構組成為：主要由內軸、外軸、單向軸承、電磁制動裝置（制動裝置有多種形式，這里只是設定其中一種）、減速器、脫水電機、洗衣電機等部分組成。洗衣機專用電機的工作原理是： (1) 洗衣程序時，洗衣電機通電，轉子轉動，通過減速器使內軸減速旋轉，此時電磁制動裝置處于制動狀態(tài)。(2) 脫水程序時,洗衣電機不通電，脫水電機通電，轉子轉動，使外軸與轉子等速旋轉，此時電磁制動裝置處于不制動狀態(tài)。(3) 當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，如人為打開機蓋，則通過連動開關使電機斷電，同時使電磁制動裝置處于制動狀態(tài)，使脫水桶停止轉動，從而達到有關安全標準要求。波輪內

28、桶 電磁離合器 減速器 電動機 圖2-4 方案三傳動簡圖和結構圖其優(yōu)缺點為：（1）優(yōu)點 重量集中在中心因而不需要裝置平衡塊，內外軸旋轉轉換直接由電機實現(xiàn)，不需要拉動離合器手柄的牽引器，因為沒有皮帶對軸拉緊的張力，可以將洗衣機專用電機直接安裝在外桶上，不需要安裝底板。減少摩擦，降低噪聲及延長使用期，使洗衣機裝配程序大大簡化，使洗衣機容易維修。（2）缺點 對制造要求相對較高，制造成本也相對較高，國內對這種機型的制造較少，普及面不高。2.4 傳動方案四以直接驅動方式的波輪洗衣機基本傳動原理如圖2-5所示，這種驅動方式把洗衣機原有的二級減速傳動變?yōu)橐患墱p速傳動或無級調速直接驅動，采用變頻控制器，可以感

29、知洗衣機的負載和水位等狀況從而調節(jié)電動機的轉速，從而可以在較寬范圍內調節(jié)洗衣機的洗滌和脫水轉速，電磁離合器控制穩(wěn)定，不易磨損和摩擦，是新一代的波輪洗衣機傳動方式。其優(yōu)缺點為：（1）優(yōu)點 提高了整個裝置的效率，取消了皮帶和減速器，采用電磁離合器，去除因皮帶顫動、打滑產(chǎn)生的振動及噪聲，降低了維修費用，提高了使用壽命。洗滌衣物的速度可調，可根據(jù)衣物性質和多少自動調節(jié)洗滌速度。（2）缺點 但是直接驅動提出了更高的要求，不僅要求驅動電機有較寬的運行范圍，而且要求電機具良好的重復性，這對系統(tǒng)的動態(tài)控制能力提出了很高的要求。波輪內桶 電磁離合器 永磁同步電機 變頻控制 圖2-5 方案四傳動簡圖2.5 傳動方

30、案選擇本論文對比了各方案，考慮到傳動系統(tǒng)的設計和制造難度、制造成本、通用性、互換性、工藝性、維修便捷性，文選用方案（一）的傳動系統(tǒng)。下面將對方案（一）的傳動系統(tǒng)具體組成結構和原理作詳細分析。 3 全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)原理3.1基本結構箱體部分由控制盤、上蓋、外殼、底座、底腳、吊掛裝置等組成。桶體部分采用套桶結構，主要由內桶、外桶、波輪等組成，全自動洗衣機的洗滌、漂洗、脫水都在內桶進行，外桶用來盛放洗滌液和收集脫水時甩出的水。傳動部分包括電機、減速離合器、三角皮帶等，用來實現(xiàn)機械力的產(chǎn)生和傳遞，驅動洗滌和脫水等運動機構的運行。這也是本設計需要重點討論的部分。程序控制部分主要由電腦程控器、水

31、位傳感器/水位開關、安全開關等組成，它用來控制洗衣機按照用戶設定的程序工作。進排水系統(tǒng)由進/排水閥、水位傳感器/水位開關、進/排水管等組成，它用來實現(xiàn)洗衣機的自動進水及控制進水量的多少及將漂洗脫水時甩出的水排出。其結構示意圖如圖3-1 圖 3-1 波輪式洗衣機整體結構外觀圖3.2傳動系統(tǒng)組成及其工作原理3.2.1傳動系統(tǒng)組成傳動系統(tǒng)主要由電動機、v帶、減速離合器等組成。全自動波輪式洗衣機使用一臺電動機完成洗滌和脫水功能。洗滌時，波輪轉速較低（150-300r/min）；而脫水時，脫水桶轉速較高（700800r/min）。因此，要對電動機1370r/min的輸出轉速作減速處理，以適應兩項工作的不

32、同要求。這主要由洗衣機傳動系統(tǒng)來完成。為使洗衣機具有良好的機械傳動性能并具有較大的傳動比，使用帶傳動作為第一級減速傳動機構，同時考慮到洗衣機的整體結構緊湊性與傳動的可靠性，采用行星減速機構作為第二級減速裝置。洗衣機的洗滌與脫水狀態(tài)的切換通過離合器實現(xiàn)。傳動系統(tǒng)工作示意圖如圖3所示： 圖3-2 全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)示意圖3.2.2 減速離合器結構和工作原理全自動洗衣機中盛水桶與脫水桶是套在一起的，在洗滌中波輪轉動而脫水桶不動，脫水時兩者一起轉動，完成此功能的部件是離合器。它由脫水軸、洗滌軸、抱簧和剎車等組成。目前應用最廣泛的有兩種：帶制動式減速離合器與單向軸承式減速離合器。本設計中采用帶制

33、動式離合器。圖3.3為帶制動式離合器結構圖： 減速離合器基本結構如圖3.3所示，離合器中部有兩根軸：輸入軸l8和脫水軸23。輸人軸18的下端加工成四方形，與之相配的帶輪13和離合套19的內孔也是方形。離合套19和帶輪13被螺母17固定在輸人軸18上，由于方軸與方孔的緊密配合，從而帶輪13、輸入軸18和離合套19聯(lián)成了一體。輸入軸18的上端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內孔配合聯(lián)接。 輸入軸l8的外部是脫水軸23。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉；而洗滌結束后，脫水軸應將帶輪13的高轉速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。這種轉換功能是由方絲離合彈簧15完成的。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的

34、直徑比下端略小一些。由于脫水軸23和離合套19的外徑比方絲離合彈簧的內徑略大，在自由狀態(tài)時，方絲離合彈簧就抱緊在離合套19和脫水軸23的外壁上。當帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉時，通過方絲離合彈簧就將帶輪13的轉動由離合套19傳遞到脫水軸23，這就是“合”時的脫水狀態(tài)。在洗滌時，可以將方絲離合彈簧向反方向旋松，使其內徑變大，從而與離合套19脫離接觸，這就是“離”時的洗滌狀態(tài)。實現(xiàn)彈簧旋松的機構是棘輪棘爪裝置，圖3.4是其工作原理簡圖。方絲離合彈簧下端的彈簧卡2卡在棘輪3的內槽中，通過棘爪5的擺動使棘輪3轉動，從而帶動方絲離合彈簧向旋松方向轉動。 圖3-3 減速離合器結構圖1輸出軸 2大水封

35、3滾動軸承 4止回彈簧 5離合器上蓋 6行星減速機構 8行星輪架 9太陽輪 10內齒圈 11滾動軸承 12彈簧外罩 13v帶輪 14棘輪 15方絲離合彈簧 16墊片 17螺母 18輸入軸 19離合套 20彈性擋圈 21含油軸承 22棘爪 23脫水軸 24撥桿 25含油軸承 26彈性擋圈 27離合器下蓋 28行星齒輪 29操縱機構 30離合扭簧31剎車扭簧 32彈性擋圈 33含油軸承 34彈簧外罩 35含油軸承 36彈性擋圈 37小水封 38密封蓋板 圖 3-4 離合棘輪工作原理圖 圖3-5 行星齒輪減速器示意圖 a-中心輪；g-行星輪；b-內齒圈；h-行星架制動帶7用于脫水運轉的制動和洗滌運轉

36、中阻止脫水旋轉系統(tǒng)約束洗滌旋轉系統(tǒng)的順向跟隨；逆向跟隨則由脫水軸23所套的螺旋扭簧式的止回彈簧4阻止。對跟隨的阻止可避免脫水桶的跟轉以至降低洗滌效果。對逆向跟隨的阻止也避免輸入套19帶動離合彈簧15扭緊逆向偶合制動連軸套19和輸入軸18。本文采用ngw型行星齒輪系減速機構，其傳動示意圖如圖3.5所示。行星減速器6以其內齒輪結合于減速器內周，輸入軸18是其輸入，洗滌軸1是其輸出?？刂茥U29未受驅動時，脫水旋轉系統(tǒng)于離合機構與輸入軸18分離，且受到復位的制動帶7順向制動與跟隨阻動以及止回彈簧4的逆向跟隨阻動；制動帶7約束減速機構6，輸入軸18只經(jīng)減速機構6減速傳動洗滌軸1，減速離合器進入洗滌運轉狀

37、態(tài)?？刂茥U29被驅動時，制動帶7松開解除對脫水旋轉系統(tǒng)的制動和對減速機構6約束，輸入軸18與離合機構偶合脫水旋轉系統(tǒng)，以及經(jīng)減速機構6直傳偶合洗滌軸1與脫水旋轉系統(tǒng)同步旋轉，減速離合器進入脫水運轉狀態(tài)。3.2.3傳動系統(tǒng)兩種工作狀態(tài) 1.洗滌狀態(tài)洗滌時，通過減速離合器降低轉速帶動波輪間歇正反轉，此時洗滌脫水桶不轉動。 此時，電磁鐵處于斷電狀態(tài)，排水閥關閉，制動桿沒有動作，扭簧抱緊剎車裝置外罩，剎車帶被拉緊，剎車裝置起作用。脫水軸制動。同時撥叉回轉復位，棘爪深入棘輪45mm，將棘輪順時針撥過一個角度，使棘爪對準棘輪中心，這樣方絲彈簧隨著棘輪的旋轉而放松，下端與離合套脫離，即離合套與脫水軸內桶法蘭

38、內桶脫離，此時離合套只是隨輸入軸空轉。大皮帶輪帶動離合套及齒輪軸旋轉，通過行星輪減速機構將運動傳送至波輪，實現(xiàn)洗滌。此時由于離合套與脫水軸分離且脫水桶制動，所以內桶固定不動。洗滌時的傳動路線是：電機小皮帶輪大皮帶輪輸入齒輪軸中心輪行星齒輪行星架波輪軸波輪。 電機的轉速經(jīng)一級皮帶輪減速后，又經(jīng)行星減速器減速，故波輪轉速較低，一般為175r/min。其工作示意圖如下： 圖3-6 洗滌時工作示意圖2.脫水狀態(tài)脫水時，排水電磁鐵通電吸合，排水閥被拉開，固定在電磁鐵拉桿上的檔套推動制動桿，制動杠桿繞銷軸轉動，使其下端的剎車帶放松，當減速器整體順時針方向轉動時，摩擦力將剎車帶拉松，故剎車帶不起作用。制動杠

39、桿推動調節(jié)螺釘，使離合套轉動，帶動其上的棘爪與棘輪脫離，于是棘輪和方絲離合彈簧處于自由狀態(tài)，即方絲離合彈簧處于彈性旋緊狀態(tài)，彈簧將脫水軸洗滌軸抱緊，電動機帶動洗滌軸與脫水軸一起轉動脫水桶轉動。脫水時，通過離合器，不減速(即高速)帶動洗滌脫水桶順時針方向(從洗衣機上方向下看，下同)運轉，進行脫水，此時波輪也隨著洗滌脫水桶一起運轉。脫水時內桶順時針轉動，這樣大皮帶輪1、齒輪軸和離合套一起順時針轉動。離合套的轉動使方絲彈簧更加旋緊，兩者之間的巨大摩擦力將離合套2和脫水軸5連為一體，而脫水軸與內桶法蘭盤通過方軸對方孔連在一起，這樣就將內桶減速器外殼脫水軸方絲彈簧離合套洗滌軸大皮帶輪連成了一個整體，電機

40、帶動皮帶輪轉動，帶動內桶波輪一起轉動，實現(xiàn)脫水。所以脫水軸和帶動內筒以及減速器內齒圈的轉速，與輸入軸帶動減速器中心輪的轉速相同，這樣致使行星輪無法自傳只能公轉，從而行星架的轉速與脫水軸是一樣的，即波輪與脫水桶以等速旋轉，保證了脫水桶內的衣物不會拉傷。脫水時的傳動路線是：電機小皮帶輪大皮帶輪輸入軸離合套方絲離合彈簧脫水軸法蘭盤內桶。由于電動機輸出轉速只經(jīng)帶一級減速，所以內桶轉速較高，約為680800r/min其工作示意圖如下： 圖3-7 脫水時工作示意圖4 傳動系統(tǒng)參數(shù)計算4.1傳動系統(tǒng)結構簡圖 波輪式全自動洗衣機輸入輸出軸布置內桶中心處，整個傳動系統(tǒng)同軸布置。根據(jù)設計任務，選擇v帶為一級減速傳

41、動，行星減速器為二級減速傳動。下圖為傳動結構簡圖: 圖 4-1 傳動系統(tǒng)結構簡圖4.2電動機的選擇 洗衣機對電動機的主要要求，一般是出力大、啟動好、耗電少、溫升低、噪音小、絕緣性能好等。由于洗衣機的波輪是在定時器的控制下，以正轉停止反轉的循環(huán)制式頻繁地啟動、停止和正、反轉方式運行的，又要求電動機有較大的轉矩和在正轉和反轉時能保持相近的輸出轉矩，所以洗衣機用電動機一般都采用兩相繞組完全對稱的單相電容運轉式異步電動機。下圖是gb3537-83選用的全自動洗衣機電容運轉式電機的基本參數(shù)。表 4-1 xd型洗衣機用電動機的主要技術指標及外形尺寸型號xd90xd120xd180xd250額定電壓/v22

42、0220220220頻率/hz50505050輸出功率/w90120180250額定轉速(r/min)1370137013701370堵轉轉矩額定轉矩(n.m)0.90.90.80.7最大轉矩(n.m)1.71.71.71.7堵轉電流/a2.02.54.05.5效率()49525659功率因素0.950.950.950.95表4-2 洗衣機專用電動機功率與洗衣量的關系洗衣量/kg電動機功率/w內桶直徑/mm脫水轉速r/min洗衣轉速r/min3.81804005207008001203004.52504005207008001203005.02504005207008001203005.537

43、04005207008001203006.0370400520700800120300根據(jù)任務書，結合上述表格，選用電動機功率為250w，電動機額定轉速為1370r/min。4.3 v帶傳動設計計算已選定洗衣機功率為250w,洗衣機洗衣轉速為180r/min，脫水轉速為720r/min，傳動比為： 4.3.1 確定計算功率(1)計算功率 工作情況系數(shù) 所需傳遞的額定功率。如電動機的額定功率或名義的負載功率，kw由于載荷變動小，因此取工作情況系數(shù) ,4.3.2選擇v帶帶型 根據(jù)計算功率和小帶輪轉速，由文獻1圖8-11上選取v帶帶型，由圖上選用z型。4.3.3確定帶輪基準直徑，并驗算帶速v（1）初

44、選小帶輪直徑，由文獻1表8-6和文獻1表8-8輪直徑（2）驗算帶速 ，故帶速合適。3)計算大帶輪基準直徑按表3.5整圓整為132mm。4.3.4 確定v帶的中心距a和基準長度（1）初選中心距據(jù)式 帶入數(shù)據(jù)，由洗衣機的安裝尺寸，取（2）基準長度由文獻1表8-2選長度 （3）計算實際中心距則中心距的變化范圍為 即中心距的變化范圍為143.51724.3.5驗算小帶輪上的包角4.3.6 計算帶的根數(shù)z（1）計算單根v帶的額定功率 由和，由文獻1表8-2a上得根據(jù)，i=1.9 和z型帶，查表8-9得由文獻1表8-5上得，查表8-2得=0.96 于是（2）計算v帶的根數(shù)z 于是z取14.3.7計算v帶初

45、拉力的最小值 由文獻1表8-3上得z型帶的單位長度質量， 則 應使實際的初拉力4.3.8 帶傳動作用在軸上的力 90.6n4.4行星減速器設計計算已知洗衣轉速為180rmin，脫水轉速為720rmin。由于脫水時行星減速器中心輪與行星架順時針等速旋轉，故中心輪與行星架的傳動比為l，波輪與內桶順時針等速旋轉，因此由洗滌狀態(tài)來進行行星減速器的設計計算。 中心輪選用45剛正火，硬度為169217.要求齒面粗糙度。行星輪a、內齒圈b選用鋼調質，硬度為241286，要求齒面粗糙度。齒輪均為7級精度。4.4.1洗滌狀態(tài)傳動比洗滌輸入軸與波輪的傳動比為： 4.4.2 計算模數(shù)（1）初選中心輪和內齒圈齒數(shù)洗滌

46、時中心輪旋轉，內齒圈靜止，中心輪與行星架的傳動比按上述公式計算，初選中心輪齒數(shù)，由上式計算得內齒圈齒數(shù)。 由同心條件得行星輪齒數(shù)（2）按齒面接觸疲勞強度設計由文獻2，6-49 ，小齒輪分度圓直徑的初算公式為： 算式系數(shù)，對于鋼對鋼配對的齒輪副， 直齒輪傳動 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉矩，單位 使用系數(shù)，取1.1綜合系數(shù)，取2計算接觸強度的行星輪載荷分布不均系數(shù)，取1.1小齒輪齒寬系數(shù)，取0.72齒數(shù)比，試驗齒輪的接觸疲勞極限，取560綜上，（3）按齒根彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)m齒輪模數(shù)的初算公式為： 算式系數(shù)，由文獻2表6-2上得,直齒輪傳動綜合系數(shù)，由文獻2表6-5上取1.8 載荷不均系數(shù)，

47、由文獻2,6-5公式取 小齒輪齒寬系數(shù)，由文獻2圖6-22上取3.020試驗齒輪彎曲疲勞極限，由文獻2圖6-266-30上選取=120綜上， 按gb/t135787及洗衣機的模數(shù)標準，取模數(shù)再按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑, 算得小齒輪齒數(shù)則 ，這樣既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度。4.4.3 行星齒輪傳動的幾何尺寸和嚙合參數(shù)計算（1）分度圓直徑d=m=1.120=22mm =m=1.120=22mm =m=1.160=66mm（2）齒頂圓直徑 齒頂高：外嚙合=*m=m=1.1內嚙合=（-）*m=(1-7.55/)*m=0.792 =+2=22+2.2=24.2mm=+2=2

48、2+2.2=24.2mm=-2=66-2.2=63.8mm （3）齒根圓直徑 齒根高=（+）*m=1.25m=1.35 =-2=22-1.35=21.65mm=-2=22-1.35=21.65mm=+2=66+1.35=67.35mm（4）齒寬b由文獻2表18-9上選取=0.75=*=0.7522=16.5mm=16.5mm=16.5-(5-10)=16.5-5=11.5mm（5）中心距a對于不變位或高變位的嚙合傳動，因其節(jié)圓與分度圓相重合，則嚙合齒輪副的中心距為： 1、ac為外嚙合齒輪副=m/2(+)=1.1/2(22+22)=24.2mm 2、bc為內嚙合齒輪副 =m/2(+)=1.1/2

49、(66-22)=24.2mm表4-3 行星齒輪傳動幾何參數(shù)表中心輪a行星輪c內齒圈b模數(shù)m1.11.11.1齒數(shù)z202020分度圓直徑d222266齒頂圓直徑24.224.263.8齒根圓直徑21.621.667.3齒寬b16.516.511.5中心距a=24.2mm =24.2mm4.4.4行星齒輪傳動的配齒計算（1）傳動比要求即 =1+/可得 1+/=1+66/22=4 = 所以中心輪a和內齒輪b的齒數(shù)滿足給定傳動比的要求。（2）保證中心輪、內齒輪和行星架軸線重合同心條件為保證行星輪與兩個中心輪、同時正確嚙合，要求外嚙合齒輪ac的中心距等于內嚙合齒輪bc的中心距，即 = 稱為同軸條件。對

50、于非變位或高度變位傳動，有 m/2(+)=m/2(-)得 =(-)/2=(66-22)/2=22（3）保證多個行星輪均布裝入兩個中心輪的齒間安裝條件相鄰兩個行星輪所夾的中心角=2/中心輪a相應轉過角，角必須等于中心輪a轉過個（整數(shù)）齒所對的中心角，即 =*2/ ,式中2/為中心輪a轉過一個齒（周節(jié)）所對的中心角。 =n/=/=1+/將和代入上式，有 2*/2/=1+/經(jīng)整理后=+=（22+22）/2=22滿足兩中心輪的齒數(shù)和應為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍的裝配條件。（4）保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰鄰接條件在行星傳動中，為保證兩相鄰行星輪的齒頂不致相碰，相鄰兩行星輪的中心距應大于兩輪齒頂圓半徑之和，如

51、圖4-2所示 圖4-2 行星齒輪可得 l=2* l=2*2/m*(+)*sin=39/2m =d+2=17m滿足鄰接條件。4.4.5 齒輪傳動強度的校核計算（一）齒面接觸強度的校核計算（1）強度條件校核齒面接觸應力的強度條件：大小齒輪的計算接觸應力中的較大值均應不大于其相應的許用接觸應力為，即 或者校核齒輪的安全系數(shù)：大、小齒輪接觸安全系數(shù)值應分別大于其對應的最小安全系數(shù)，即 由文獻2表611可得 =1.3 所以 1.3（2）齒面接觸應力=使用系數(shù)，由文獻2表6-7上選取=1動載荷系數(shù)，由文獻2表6-6上可得=1.02齒向載荷分布系數(shù)，對于接觸情況良好的齒輪副可取=1、齒間載荷分配系數(shù)，由文獻2表6-9上查得 =1.1 =1.2行星輪間載荷分配不均勻系數(shù)，由文獻2，7-13得=1+0.5（-1），由文獻2圖7-19上 得=1.5 所以 =1+0.5（-1）=1+0.5（1.5-1）=1.25同上 =1.75節(jié)點區(qū)域系數(shù)，由文獻2圖6-9上查得=2.06彈性系數(shù)，由文獻2圖6-12上查得