減速器是一種在原動機和工作機之間匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的閉式傳動裝置，主要作用是減速和增加轉(zhuǎn)矩。行星齒輪減速器是其中的一種，因類似太陽系行星運行而得名，有著諸多優(yōu)點：質(zhì)量和體積相對較小，傳動比和傳動效率相對較高且運行平穩(wěn)，抗振動和抗沖擊能力都比較強;也有一些缺點：結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造用材料成本較高，且制造和安裝方面要求嚴(yán)格。隨著科技的不斷發(fā)展，行星齒輪減速器的優(yōu)缺點得到了較好的平衡和優(yōu)化，應(yīng)用十分廣泛。

　　減速器也是自動洗衣機中的關(guān)鍵裝置，鑒于行星齒輪減速器的優(yōu)點，本文把其引入洗衣機中，設(shè)計分析，提升自動洗衣機的性能要求，滿足更多消費者的生活需要。

　　一、減速器系統(tǒng)組成及傳動方案設(shè)計

　　根據(jù)調(diào)研及統(tǒng)計分析，消費者對洗衣機的使用平均每天一次，通常工作時間為一小時，洗衣機的使用壽命大約為8年，設(shè)定其輸入功率P為1Kw，輸入轉(zhuǎn)速n_d為 1460r/min，輸出轉(zhuǎn)速 n_w為 165r/min，減速器的效率 η 為 0.98，行星輪個數(shù)n_p為3，輸出轉(zhuǎn)矩p_w為100Nm。

　　減速器系統(tǒng)組成

　　為了更好地分析行星齒輪減速器的系統(tǒng)組成，首先需要了解自動洗衣機的工作原理，如圖1所示。在洗滌過程中，1處裝置進(jìn)行制動，2處裝置處于松開狀態(tài)，動力通過帶傳動，依次達(dá)到中心齒輪和行星輪，再通過行星架傳輸?shù)讲ㄝ喭瓿蓜幼?脫水過程中，1處裝置處于松開狀態(tài)，2處裝置進(jìn)行制動，動力通過帶傳動到脫水桶，依次經(jīng)過中心齒輪、行星輪和行星架，致使波輪和脫水桶旋轉(zhuǎn)完成動作。行星齒輪減速器的系統(tǒng)組成如圖2所示。

　　傳動方案設(shè)計

　　電動機輸出動力傳輸?shù)叫行驱X輪減速器上，往往伴隨著載荷沖擊大、運行不平穩(wěn)且存在噪聲等缺點，文章選用帶傳動能有效規(guī)避這些問題，還能通過載荷過大時皮帶打滑的方式對洗衣機零部件進(jìn)行保護(hù)。由于電動機和皮帶都有具體的國家標(biāo)準(zhǔn)和型號，這里不做贅述。考慮到行星齒輪減速器的諸多優(yōu)點，依據(jù)國家 JB1988-1976的分類標(biāo)準(zhǔn)，文章選擇2K-HNGW型的行星齒輪減速器進(jìn)行具體的設(shè)計分析計算。

　　二、行星齒輪減速器齒輪的設(shè)計

　　行星齒輪配齒及幾何尺寸計算

　　考慮到行星齒輪減速器齒輪的設(shè)計計算較多，下面只就關(guān)鍵計算予以說明，其它計算用文字進(jìn)行簡述。由已知條件知道減速器總的傳動比i_p為8.9，本文取太陽輪的齒數(shù)z_a為20，通過配齒計算并查閱文獻(xiàn)中，內(nèi)齒圈齒數(shù)z_b為160，行星齒輪齒數(shù)z_c為70，校核后的i_p為 9，誤差在范圍之內(nèi)。

　　由公式(1)知太陽輪分度圓直徑 d_a為 30.92mm，可計算太陽輪模數(shù) m_a 為 1.54，根據(jù)優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)和 GB1357-1987最終確定m_a為2，通過計算可得太陽輪與行星輪中心距 a_ac 和太陽輪齒寬 b_a 分別為 90mm 和 20mm。

　　因為a=a₀，所以無需變位，即X_a=X_b=X_c=0，Δy=0，h_a* =1，c* =0.25。

　　d = mz     (2)

　　由公式(2)可知，分度圓直徑 d_(a) 、d_(b) 、d_(c)分別為 40mm、320mm、140mm。

　　d_b = d × cos 20°    (3)

　　由公式(3)可知，基圓直徑 d_b(a) 、d_b(b) 、d_b(c)分別為 37.59mm、300.70mm、131.56mm。

　　由公式(4)可知，外齒合時，齒頂圓直徑d_a(a) 、d_a(c) 分別為 44mm、144mm，內(nèi)齒合時，齒頂圓直徑 d_a(b) 為 316mm。

　　由公式(5)可知，外齒合時，齒根圓直徑 d_f(a) 、d_f(c)分別為 35mm、135mm，內(nèi)齒合時，齒根圓直徑 d_f(b) 為 325mm。

　　齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配驗算

　　為了裝配方便和減輕減速器重量，太陽輪選擇輸入軸和太陽輪合為一起的齒輪軸，行星輪選擇中間開孔的齒輪，內(nèi)齒圈選擇直徑D₀為365mm的齒輪。

　　由公式(6)可知，傳動比為9，符合傳動比條件。

　　由公式(7)結(jié)合n_w=3可得計算結(jié)果為60，符合裝配要求。

　　由公式(8)計算可得，144<155.58，符合鄰接要求。

　　由公式(9)~(10)計算可得，a_ac=a_bc=90，說明內(nèi)、外齒合齒輪的中心距相等，符合同軸要求。

　　三、減速器軸的設(shè)計

　　選用經(jīng)過調(diào)制處理的45# 鋼作為輸入、輸出軸的材料，查閱文獻(xiàn)中得到 A₀=125，許用彎曲應(yīng)力為[σ_-1]= 60MPa。減速器輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示，輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

　　由公式(11)知，輸入軸d_min為11.02mm，考慮到截面處鍵槽，聯(lián)軸器的直徑，故 d_min取 20mm。綜合考慮軸承、軸承端蓋、環(huán)形槽、行星架等部件的裝配合結(jié)構(gòu)要求，最終確定 d₁=20mm，l₁=38mm;d₂=25mm，l₂=35mm;d₃ =30mm，l₃=65mm;d₄=49mm，l₄=56.5mm;d₅=44mm，l₅= 11.5mm;d₆=32mm，l₆=43.5mm。

　　由于輸入軸會受到脈動循環(huán)變應(yīng)力影響，結(jié)合輸入軸彎矩圖，分析輸入軸的危險截面在軸③上，取 α= 0.6，由公式(12)知，σ_ca=3.08MPa<[σ_-1]，故該軸符合要求。

　　同減速器輸入軸的計算分析，最終確定d₁=30mm，l₁ =58mm;d₂=35mm，l₂=43mm;d₃=40mm，l₃=90mm;d₄= 49mm，l₄=12mm;d₅=150mm，l₅=12.5mm;d₆=50mm，l₆= 22.5mm，該軸同樣符合要求。

　　四、結(jié)論

　　本文把行星齒輪減速器應(yīng)用到洗衣機中進(jìn)行了設(shè)計分析說明，基本達(dá)到了設(shè)計預(yù)期，該設(shè)計能有效降低自動洗衣機的重量、體積和噪聲，改善了裝配工藝，增強了負(fù)載，提高了洗衣效率。下一步還將在減速器齒輪間的嚙合精度和傳動精度上做進(jìn)一步研究，不斷提升行星齒輪減速器的傳動效率和精度。

　　參考文獻(xiàn)略.