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畢業(yè)設(shè)計（論文）
文 獻 綜 述
浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 文獻綜述
?洗衣機減速離合器綜述
1 前言
隨著洗衣機質(zhì)量不斷提高和居民購買能力的增強，洗衣機行業(yè)迎來了成熟期之后市場需求的提升。目前，國內(nèi)大部分洗衣機還有中外合資企業(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)用于洗衣機上，新型減速離合器也在進一步研究，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外桶底部，其動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)洗滌時帶動波輪低速旋轉(zhuǎn)，脫水時帶動內(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 洗衣機減速離合器的類型
減速器是用于電動機和波輪之間的獨立傳動裝置，其主要功能是減速增力，帶動波輪工作。用于波輪式雙桶洗衣機的減速器按結(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、傳動比小、穩(wěn)定性差、噪音高等缺點將漸漸被淘汰。行星齒輪減速器以其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、穩(wěn)定性好、噪音低等特點越來越廣泛地應(yīng)用在洗衣機上。
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、重量輕傳動比范圍大運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、制造容易、運轉(zhuǎn)可靠的特點，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效率偏低的缺點，一般只宜用于輕載及短時工作的場合[4-6]。多軸擺動減速器是為了達到機械傳動技術(shù)提出的新要求而改進的一種新型傳動裝置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。對現(xiàn)有的三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)進行了分析和討論，充分利用了少齒差傳動的原理，采用了多軸旋轉(zhuǎn)帶動內(nèi)齒輪高速平動以便輸入動力、外齒輪軸低速自轉(zhuǎn)直接將轉(zhuǎn)矩輸出的結(jié)構(gòu)方式。通過相對角速度法和虛位移原理分別計算出傳動比和外齒輪的輸出轉(zhuǎn)矩，得出該減少器可以實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩的功能，是符合現(xiàn)代機械對傳動技術(shù)的新要求的一種新型傳動裝置。但它也存在缺陷：在某些部件裝工藝難度增加，傳動機構(gòu)振動大、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，傳動平穩(wěn)， 允許高速輸入等優(yōu)點，比其他減速器都要有優(yōu)勢。因此下面以行星齒輪減速器為例介紹雙桶洗衣機中減速器的結(jié)構(gòu)及工作原理及特點。
( 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)齒輪軸在電動機的驅(qū)動下順時針旋轉(zhuǎn)時，恒星齒輪將動力傳遞給與它相嚙合的行星齒輪，行星齒輪作逆時針自轉(zhuǎn)，整個行星輪系又由內(nèi)齒輪導(dǎo)向繞恒星齒輪作順時針公轉(zhuǎn)，它帶動行星機構(gòu)的行星輪架也作順時針旋轉(zhuǎn)，齒輪軸順時針旋轉(zhuǎn)時，波輪軸也順時針旋轉(zhuǎn)。同理可分析，當(dāng)齒輪軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，波輪軸也逆時針旋轉(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)的水不會進入減速器內(nèi)部。波輪軸上使用的密封圈有三種：單唇密封圈、雙唇密封圈和單雙唇密封圈。單唇密封圈只有一個唇起密封作用，其保持潤滑油的能力較差，壽命較短。雙唇密封圈有兩個唇起密封作用，它保持潤滑油的能力較好，壽命較長，單雙唇密封圈有三個唇起密封作用，它的密封性更好。為了適應(yīng)波輪軸正反轉(zhuǎn)頻繁起動，密封圈常設(shè)計成帶金屬骨架結(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接起來的，其作用是增加對軸的壓緊力，增加密封強度。
上、下殼體均采用玻璃纖維增強聚丙烯注塑成形的，其目的是為了確保減速器的整體強度，承受來自電動機的強大扭矩。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械、電氣性能，還具有耐磨，尺寸穩(wěn)定等特點。波輪軸與齒輪軸均使用防銹能力強的鉻鋼。
( 2 ) 行星齒輪減速器的特點
用于洗衣機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)既可使幾個行星輪共同分擔(dān)載荷，以減小齒輪尺寸，同時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，增加運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，故這種行星齒輪減速器以其傳動功率大、穩(wěn)定性好、噪音低，越來越多地被廣泛用于洗衣機中。
3 研究發(fā)展方向
3.1 洗衣機的減振降噪技術(shù)
洗衣機工作時存在的振動和噪聲一直是個普遍的問題，就算是全自動洗衣機也不例外。為了適應(yīng)現(xiàn)代市場的需求，因此對這一問題進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，研究者對某一全自動洗衣機進行噪聲分析做一系列的實驗[11]。
圖3.1 儀器連接關(guān)系圖
3.1.2 確定振動源
全自動洗衣機的振源主要是電機和減速離臺器，但哪個是主振源，研究者將洗衣機在有皮帶和無皮帶兩種狀況下進行空載運轉(zhuǎn)，分別測試?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)主要是由電機振動造成的，故電機是關(guān)鍵振源，要對整機進行降噪，減小電機振動是關(guān)鍵的因素。研究者在確定電機是振源之后，將電機拆除單獨進行測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 ) 減小振動源
從以上的分析已經(jīng)知道電機是主振源，電機的振動，其一來源轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的周期性的振動，其二是電機鐵芯的磁致伸縮而產(chǎn)生的的振動。對于轉(zhuǎn)子的振動可以通過調(diào)校轉(zhuǎn)子的動平衡而使之減小，但對于鐵芯的振動與電機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
電機在洗衣機中使用，受批生產(chǎn)限制，但減振可采用隔振措施，將電機傳給集水桶的振動小，為了保證電機既要減振，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 皮帶
減震墊 電機墊 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)計問題，專家對最薄弱的中心齒輪進行必要的校核，目的是校核齒輪尺寸是否合理，從而避免因彎曲疲勞強度不足而引起彎曲折斷。在不改變原設(shè)計的模數(shù)、齒寬，又適當(dāng)提高其彎曲強度，使具有更足夠的可靠性。在設(shè)計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
(3) 改變齒頂高設(shè)計
(4) 證注塑工藝過程中的參數(shù)
(5) 去應(yīng)力處理
3.3 行星齒輪傳動的勻載
3.3.1 勻載的必要性
為了發(fā)揮行星齒輪傳動的特點，首先就必須使各行星輪均勻分擔(dān)載荷，這樣才能提高傳動的功率，增加運動的平穩(wěn)，降低噪聲，提高可靠性，尤其是洗衣機上用的塑料齒輪減速器，目前最大的問題就是傳動不平穩(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，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，行星傳動具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、效率高(98%-99%)和工作平穩(wěn)、速度范圍寬等優(yōu)點。但缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求較高，組裝較困難，設(shè)計計算也較一般減速器復(fù)雜。首先要根據(jù)負載情況進行一般的齒輪強度、幾何尺寸的設(shè)計計算，然后要進行傳動比條件、同心條件、裝配條件、相鄰條件的設(shè)計計算，由于采用的是多個行星輪傳動，還必須進行均載機構(gòu)及浮動量的設(shè)計計算。尤其是在洗衣機減速器上，因為內(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)外對洗衣機減振降噪、行星齒輪疲勞強度、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)簡化和各個部件選用、布局的問題才是本課題設(shè)計的主要研究方向。
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