本文把行星齒輪減速器應用到洗衣機中進行了設計分析說明。文章著重從行星齒輪減速器齒輪和軸兩方面進行計算分析，驗證設計，校核數據，達到了設計預期。該設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，增強了負載，提高了洗衣效率，市場價值潛力很大。

　　減速器是一種在原動機和工作機之間匹配轉速和傳遞轉矩的閉式傳動裝置，主要作用是減速和增加轉矩。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，有著諸多優點：質量和體積相對較小，傳動比和傳動效率相對較高且運行平穩，抗振動和抗沖擊能力都比較強;也有一些缺點：結構相對復雜，制造用材料成本較高，且制造和安裝方面要求嚴格。隨著科技的不斷發展，行星齒輪減速器的優缺點得到了較好的平衡和優化，應用十分廣泛。

　　減速器也是自動洗衣機中的關鍵裝置，鑒于行星齒輪減速器的優點，本文把其引入洗衣機中，設計分析，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、減速器系統組成及傳動方案設計

　　根據調研及統計分析，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，設定其輸入功率P為1Kw，輸入轉速n_d為 1460r/min，輸出轉速 n_w為 165r/min，減速器的效率 η 為 0.98，行星輪個數n_p為3，輸出轉矩p_w為100Nm。

　　減速器系統組成

　　為了更好地分析行星齒輪減速器的系統組成，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處裝置進行制動，2處裝置處于松開狀態，動力通過帶傳動，依次達到中心齒輪和行星輪，再通過行星架傳輸到波輪完成動作;脫水過程中，1處裝置處于松開狀態，2處裝置進行制動，動力通過帶傳動到脫水桶，依次經過中心齒輪、行星輪和行星架，致使波輪和脫水桶旋轉完成動作。行星齒輪減速器的系統組成如圖2所示。

　　傳動方案設計

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

　　二、行星齒輪減速器齒輪的設計

　　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計計算較多，下面只就關鍵計算予以說明，其它計算用文字進行簡述。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z_a為20，通過配齒計算并查閱文獻中，內齒圈齒數z_b為160，行星齒輪齒數z_c為70，校核后的i_p為 9，誤差在范圍之內。

　　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 m_a 為 1.54，根據優先選擇標準和 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，內齒合時，齒根圓直徑 d_f(b) 為 325mm。

　　齒輪結構設計和裝配驗算

　　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)結合n_w=3可得計算結果為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、外齒合齒輪的中心距相等，符合同軸要求。

　　三、減速器軸的設計

　　選用經過調制處理的45# 鋼作為輸入、輸出軸的材料，查閱文獻中得到 A₀=125，許用彎曲應力為[σ_-1]= 60MPa。減速器輸入軸的結構設計如圖3所示，輸出軸的結構設計如圖4所示。

 

　　由公式(11)知，輸入軸d_min為11.02mm，考慮到截面處鍵槽，聯軸器的直徑，故 d_min取 20mm。綜合考慮軸承、軸承端蓋、環形槽、行星架等部件的裝配合結構要求，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變應力影響，結合輸入軸彎矩圖，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、結論

　　本文把行星齒輪減速器應用到洗衣機中進行了設計分析說明，基本達到了設計預期，該設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。

　　參考文獻略.