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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
文 獻(xiàn) 綜 述
浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 文獻(xiàn)綜述
?洗衣機(jī)減速離合器綜述
1 前言
隨著洗衣機(jī)質(zhì)量不斷提高和居民購買能力的增強(qiáng)，洗衣機(jī)行業(yè)迎來了成熟期之后市場(chǎng)需求的提升。目前，國內(nèi)大部分洗衣機(jī)還有中外合資企業(yè)LG、三星、松下、惠而浦、東芝、夏普等的洗衣機(jī)減速離合器技術(shù)也趨于成熟。近年來，許多新技術(shù)和新工藝開始應(yīng)用于洗衣機(jī)上，新型減速離合器也在進(jìn)一步研究，使其工作更平穩(wěn)，噪聲更小。
2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 洗衣機(jī)中離合器的結(jié)構(gòu)
離合器可以分解為離合器和減速器兩部分，減速器可看做是離合器的部分離合器安裝于洗衣機(jī)外桶底部，其動(dòng)作受排水電磁鐵或旋轉(zhuǎn)式牽引器控制，共有洗滌和脫水兩種工作狀態(tài)洗滌時(shí)帶動(dòng)波輪低速旋轉(zhuǎn)，脫水時(shí)帶動(dòng)內(nèi)桶及波輪一起高速旋轉(zhuǎn)[1]。
圖2.1為離合器結(jié)構(gòu)詳圖，其中位于中心線上的行星減速器僅出了外形圖。
圖2.1 離合器結(jié)構(gòu)詳圖
2.2 洗衣機(jī)減速離合器的類型
減速器是用于電動(dòng)機(jī)和波輪之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置，其主要功能是減速增力，帶動(dòng)波輪工作。用于波輪式雙桶洗衣機(jī)的減速器按結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是行星齒輪減速器(又稱同心齒輪箱)，另一種是偏心齒輪減速器(又稱偏心齒輪箱)。偏心齒輪減速器由于結(jié)構(gòu)大、傳動(dòng)比小、穩(wěn)定性差、噪音高等缺點(diǎn)將漸漸被淘汰。行星齒輪減速器以其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、穩(wěn)定性好、噪音低等特點(diǎn)越來越廣泛地應(yīng)用在洗衣機(jī)上。
除了以上的還有一些其他的減速器，如少齒差行星減速器[2]和多軸擺動(dòng)減速器[3]。漸開線少齒差行星齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕傳動(dòng)比范圍大運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、制造容易、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠的特點(diǎn)，已在輕工、化工、食品、紡織、冶金、建筑、軍事裝備等方面得到廣泛應(yīng)用。但由于其結(jié)構(gòu)上的原因，也還存在承載能力不高及傳動(dòng)效率偏低的缺點(diǎn)，一般只宜用于輕載及短時(shí)工作的場(chǎng)合[4-6]。多軸擺動(dòng)減速器是為了達(dá)到機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)提出的新要求而改進(jìn)的一種新型傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。對(duì)現(xiàn)有的三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和討論，充分利用了少齒差傳動(dòng)的原理，采用了多軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)內(nèi)齒輪高速平動(dòng)以便輸入動(dòng)力、外齒輪軸低速自轉(zhuǎn)直接將轉(zhuǎn)矩輸出的結(jié)構(gòu)方式。通過相對(duì)角速度法和虛位移原理分別計(jì)算出傳動(dòng)比和外齒輪的輸出轉(zhuǎn)矩，得出該減少器可以實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩的功能，是符合現(xiàn)代機(jī)械對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的新要求的一種新型傳動(dòng)裝置。但它也存在缺陷：在某些部件裝工藝難度增加，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)大、噪聲高，還有外形尺寸也過大，難以縮小[7-9]。
2.3 行星齒輪減速器
行星齒輪減速器具有體積小，重量輕，承載能力大，效率高，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn)， 允許高速輸入等優(yōu)點(diǎn)，比其他減速器都要有優(yōu)勢(shì)。因此下面以行星齒輪減速器為例介紹雙桶洗衣機(jī)中減速器的結(jié)構(gòu)及工作原理及特點(diǎn)。
( 1 ) 行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)與工作原理
從圖2.2行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)圖可以看出，行星減速器有兩根軸，即波輪軸和齒輪軸。波輪軸的一端以花鍵形式與行星輪架連接，另一端以花鍵形式與波輪軸襯相連。齒輪軸的一端是恒星齒輪。另一端與大帶輪通過螺釘形式聯(lián)接在一起。當(dāng)齒輪軸在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，恒星齒輪將動(dòng)力傳遞給與它相嚙合的行星齒輪，行星齒輪作逆時(shí)針自轉(zhuǎn)，整個(gè)行星輪系又由內(nèi)齒輪導(dǎo)向繞恒星齒輪作順時(shí)針公轉(zhuǎn)，它帶動(dòng)行星機(jī)構(gòu)的行星輪架也作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒輪軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，波輪軸也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同理可分析，當(dāng)齒輪軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，波輪軸也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)[10]。
C
1—波輪軸；2—油封；3—上殼體；4—含油軸承；5—行星輪架；6—內(nèi)齒輪；7—行星輪；8—軸；9—行星輪架（下）；10—齒輪軸；11—托架；12—下殼體（圖示C、D處應(yīng)抹黃油）
圖2.2 行星齒輪箱結(jié)構(gòu)圖
減速器波輪軸上端裝有密封圈，其作用是確保洗滌桶內(nèi)的水不會(huì)進(jìn)入減速器內(nèi)部。波輪軸上使用的密封圈有三種：?jiǎn)未矫芊馊?、雙唇密封圈和單雙唇密封圈。單唇密封圈只有一個(gè)唇起密封作用，其保持潤滑油的能力較差，壽命較短。雙唇密封圈有兩個(gè)唇起密封作用，它保持潤滑油的能力較好，壽命較長(zhǎng)，單雙唇密封圈有三個(gè)唇起密封作用，它的密封性更好。為了適應(yīng)波輪軸正反轉(zhuǎn)頻繁起動(dòng)，密封圈常設(shè)計(jì)成帶金屬骨架結(jié)構(gòu)，并在唇內(nèi)嵌入彈簧圈，彈簧圈是由一根一頭尖的小彈簧對(duì)接起來的，其作用是增加對(duì)軸的壓緊力，增加密封強(qiáng)度。
上、下殼體均采用玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯注塑成形的，其目的是為了確保減速器的整體強(qiáng)度，承受來自電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)大扭矩。內(nèi)齒輪及四只行星輪的材料是聚甲醛POM)。聚甲醛不僅具有良好的機(jī)械、電氣性能，還具有耐磨，尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)。波輪軸與齒輪軸均使用防銹能力強(qiáng)的鉻鋼。
( 2 ) 行星齒輪減速器的特點(diǎn)
用于洗衣機(jī)上的行星齒輪減速器大多采用四行星齒輪均勻分布在內(nèi)齒輪四周的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既可使幾個(gè)行星輪共同分擔(dān)載荷，以減小齒輪尺寸，同時(shí)又可使各嚙合處的徑向分力和行星輪公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力得以平衡，以減小含油軸承的作用力，增加運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，故這種行星齒輪減速器以其傳動(dòng)功率大、穩(wěn)定性好、噪音低，越來越多地被廣泛用于洗衣機(jī)中。
3 研究發(fā)展方向
3.1 洗衣機(jī)的減振降噪技術(shù)
洗衣機(jī)工作時(shí)存在的振動(dòng)和噪聲一直是個(gè)普遍的問題，就算是全自動(dòng)洗衣機(jī)也不例外。為了適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的需求，因此對(duì)這一問題進(jìn)行更深入的分析與研究。
3.1.1 噪聲源的分析
通過圖3.1儀器連接關(guān)系圖，研究者對(duì)某一全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行噪聲分析做一系列的實(shí)驗(yàn)[11]。
圖3.1 儀器連接關(guān)系圖
3.1.2 確定振動(dòng)源
全自動(dòng)洗衣機(jī)的振源主要是電機(jī)和減速離臺(tái)器，但哪個(gè)是主振源，研究者將洗衣機(jī)在有皮帶和無皮帶兩種狀況下進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)，分別測(cè)試?yán)L制出噪聲頻譜曲線。比較兩條曲線如圖3.2。從中得出結(jié)論：噪聲響應(yīng)主要是由電機(jī)振動(dòng)造成的，故電機(jī)是關(guān)鍵振源，要對(duì)整機(jī)進(jìn)行降噪，減小電機(jī)振動(dòng)是關(guān)鍵的因素。研究者在確定電機(jī)是振源之后，將電機(jī)拆除單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試分析繪制出噪聲頻譜曲線[13]。
a.有皮帶
b.無皮帶
圖3.2 空載噪聲頻譜
3.1.3 減振降噪措施
( 1 ) 減小振動(dòng)源
從以上的分析已經(jīng)知道電機(jī)是主振源，電機(jī)的振動(dòng)，其一來源轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的周期性的振動(dòng)，其二是電機(jī)鐵芯的磁致伸縮而產(chǎn)生的的振動(dòng)。對(duì)于轉(zhuǎn)子的振動(dòng)可以通過調(diào)校轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡而使之減小，但對(duì)于鐵芯的振動(dòng)與電機(jī)鐵芯的材料性能有關(guān)，很難有較太改善，但應(yīng)避免其它環(huán)節(jié)的響應(yīng)[13]。
( 2 ) 降低傳遞環(huán)節(jié)的放大
1) 降低集水桶放大 2) 降低箱體的放大
( 3 ) 隔振
電機(jī)在洗衣機(jī)中使用，受批生產(chǎn)限制，但減振可采用隔振措施，將電機(jī)傳給集水桶的振動(dòng)小，為了保證電機(jī)既要減振，又要保證剛性，研究者通過探索采用了如圖3.3所示結(jié)構(gòu)[14]。
減速離合器
尼龍襯套 緊固螺釘 電機(jī) 皮帶
減震墊 電機(jī)墊 懸浮架 集水桶 固定架
圖3.3 減振結(jié)構(gòu)圖
3.2 減速器中行星齒輪疲勞強(qiáng)度問題
減速器采用的是NGW型行星減速器（如圖3.4）。其中齒圈3和三個(gè)行星齒輪2采用的是聚甲醛材料，行星架4采用的是鑄鋁合金，輸入軸(齒輪軸)l采用的是中碳鋼或2Crl5不銹鋼。在幾年的生產(chǎn)過程中專家發(fā)現(xiàn)，其中最薄弱的環(huán)節(jié)是行星齒輪，其破壞的方式是典型的輪齒疲勞折斷[15]。
1—輸入軸 ；2—行星齒輪；3—齒圈；4—行星架；5—輸出軸
圖3.4 NGW型行星減速器
為了解決行星輪的設(shè)計(jì)問題，專家對(duì)最薄弱的中心齒輪進(jìn)行必要的校核，目的是校核齒輪尺寸是否合理，從而避免因彎曲疲勞強(qiáng)度不足而引起彎曲折斷。在不改變?cè)O(shè)計(jì)的模數(shù)、齒寬，又適當(dāng)提高其彎曲強(qiáng)度，使具有更足夠的可靠性。在設(shè)計(jì)和工藝上采取了如下措施[1]：
(1) 利用變位系數(shù)，使齒厚加大
(2) 改變齒根圓角設(shè)計(jì)
(3) 改變齒頂高設(shè)計(jì)
(4) 證注塑工藝過程中的參數(shù)
(5) 去應(yīng)力處理
3.3 行星齒輪傳動(dòng)的勻載
3.3.1 勻載的必要性
為了發(fā)揮行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，首先就必須使各行星輪均勻分擔(dān)載荷，這樣才能提高傳動(dòng)的功率，增加運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，降低噪聲，提高可靠性，尤其是洗衣機(jī)上用的塑料齒輪減速器，目前最大的問題就是傳動(dòng)不平穩(wěn)，引起的異常噪聲。研究表明，主要是塑料齒輪及其它構(gòu)件的制造精度低造成的。
3.3.2 均載原理
行星輪的基本構(gòu)件主要有中心輪、齒圈或行星架組成。在受力不平衡的條件下能夠做徑向浮動(dòng)，以使各行星輪均勻分擔(dān)載荷，如圖3.5所示，使各構(gòu)件的受力都能夠形成一個(gè)封閉的等邊三角形[16]。
圖3.5 行星輪均勻分擔(dān)載荷圖
4 總結(jié)
綜上所述，行星傳動(dòng)具有體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、效率高(98%-99%)和工作平穩(wěn)、速度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求較高，組裝較困難，設(shè)計(jì)計(jì)算也較一般減速器復(fù)雜。首先要根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行一般的齒輪強(qiáng)度、幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后要進(jìn)行傳動(dòng)比條件、同心條件、裝配條件、相鄰條件的設(shè)計(jì)計(jì)算，由于采用的是多個(gè)行星輪傳動(dòng)，還必須進(jìn)行均載機(jī)構(gòu)及浮動(dòng)量的設(shè)計(jì)計(jì)算。尤其是在洗衣機(jī)減速器上，因?yàn)閮?nèi)部多為塑料齒輪(材料一般用POM、ABS、PR)制造精度要求很高是不易做到的。國內(nèi)外對(duì)洗衣機(jī)減振降噪、行星齒輪疲勞強(qiáng)度、齒輪勻載等問題已經(jīng)研究的比較成熟。解決減速離合器整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和各個(gè)部件選用、布局的問題才是本課題設(shè)計(jì)的主要研究方向。
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