李 琳 徐厚昌

（1.長虹美菱股份有限公司 合肥 230601； 2.合肥學(xué)院 合肥 230601）

引言

洗衣機是現(xiàn)代生活的必需品，全自動洗衣機更是高品質(zhì)生活的最低要求。從市場上來看，洗衣機主要分波輪式洗衣機，滾筒式洗衣機，攪拌式洗衣機等。其中波輪式洗衣機的使用便捷，在使用過程中可以隨時添加洗滌物，標準程序的洗滌時間相對較短，洗滌液在洗滌過程中不排水情況下可以多次利用，用水量及耗電量低于同類產(chǎn)品，波輪式洗衣機的洗凈比較高等特點，保證了全自動波輪式洗衣機具有較大的銷售市場[1]。

全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)，需要借助減速器等的多級減速，才能實現(xiàn)洗滌與脫水的功能切換。在進行減速的過程中，采用周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計，借助帶傳動，實現(xiàn)滿足要求的輸出轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)波輪或洗衣機內(nèi)桶的轉(zhuǎn)速要求。本文主要就周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計進行分析，實現(xiàn)減速器的多級減速，滿足洗滌、脫水要求。

開展研究的2K-H型輪系傳動是全自動波輪式洗衣機傳動系統(tǒng)的核心部分。主要從全自動波輪式洗衣機周轉(zhuǎn)輪系的傳動比設(shè)計，周轉(zhuǎn)輪系與定軸輪系間的轉(zhuǎn)化設(shè)計，基于共軸式實現(xiàn)多個行星輪的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系設(shè)計，為滿足裝配要求而開展的裝配條件設(shè)計等若干方面開展研究討論[2,3]。

1 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系

1.1 周轉(zhuǎn)輪系

在傳動系統(tǒng)設(shè)計中常使用復(fù)合輪系實現(xiàn)各項運動的大傳動比傳輸，同時利用輪系的嚙合運動，實現(xiàn)運動的合成和分解。借助內(nèi)外嚙合改變轉(zhuǎn)動方向的特點，實現(xiàn)傳動方向的轉(zhuǎn)變。通過輪系實現(xiàn)較小的結(jié)構(gòu)但實現(xiàn)大功率的傳動等。其中周轉(zhuǎn)輪系的使用更是將上述特點能夠集中發(fā)揮出來，常用的周轉(zhuǎn)輪系有2K-H型、3K型、K-H-V型等三種類型。從制造成本、使用范圍等因素考慮，2K-H型周轉(zhuǎn)輪系的使用較為廣泛。也即是使用2個齒輪中心輪作為齒輪傳動的傳動系統(tǒng)，同時借助將行星輪聯(lián)系在一起的行星架輸出給定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)洗衣機的波輪的轉(zhuǎn)速。在本設(shè)計中使用的2K-H型輪系，充分發(fā)揮并實現(xiàn)上述特點，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的洗衣機傳動系統(tǒng)。

1.2 2K-H型傳動設(shè)計

圖1 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系

圖2 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系

圖3 洗滌狀態(tài)下的行星輪系

圖4 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系設(shè)計圖

1.3 2K-H型輪系工程結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計過程中，基于全自動洗衣機傳動系統(tǒng)空間的狹小，以及洗衣機外桶底的強度屬性，以市場通用電機為動力輸出。采用V帶傳動設(shè)計，將電機的輸出轉(zhuǎn)速通過帶傳動實現(xiàn)一級減速，基于篇幅，本文不展開討論。以帶傳動的輸出轉(zhuǎn)速作為本周轉(zhuǎn)輪系的初始輸入，即2K-H型周轉(zhuǎn)輪系輸入轉(zhuǎn)速n1。輸入轉(zhuǎn)速n1也即是圖4中“6-中心輪齒輪軸”的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速通過一次齒輪的外嚙合即與“5-行星齒輪”的嚙合以及與“4-大齒輪內(nèi)齒圈”的一次內(nèi)嚙合，再傳遞給“2-轉(zhuǎn)臂”。此處轉(zhuǎn)臂與全自動洗衣機的波輪固定連接，波輪轉(zhuǎn)速nH與轉(zhuǎn)臂或洗衣機波輪軸具有相同的轉(zhuǎn)速。合理的設(shè)計中心輪齒輪軸、行星齒輪、大齒輪內(nèi)齒圈是該傳動系統(tǒng)實現(xiàn)傳動功能的重要條件。各部分的傳動情況見圖5所示，實現(xiàn)由電機的轉(zhuǎn)速n0通過2K-H型周轉(zhuǎn)輪系實現(xiàn)波輪的洗滌轉(zhuǎn)速nH。

圖5 全自動洗衣機洗滌轉(zhuǎn)速流程圖

2 共軸式裝配設(shè)計

從空間考慮選擇共軸式傳動系統(tǒng)，也就是2K-H型周轉(zhuǎn)輪系的輸入軸“6-中心輪齒輪軸”與輸出軸“1-洗衣機波輪軸”保持同一軸線。采用對稱布置的4個行星輪均勻分布在“4-大齒輪內(nèi)齒圈”的內(nèi)側(cè)，4個行星輪均勻承擔載荷，可以提高負載的載荷量。均勻分布同時達到平衡了因“5-行星齒輪”圍繞“6-中心輪齒輪軸”轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的離心力與反作用力。

2.1 2K-H型輪系設(shè)計

基于國標GB/T 4288等的要求，要滿足全自動洗衣機的洗凈比等要求，結(jié)合市場通用零部件的性能及各項參數(shù)配置，設(shè)定如圖6所示的全自動洗衣機傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速配置圖。

圖6 全自動洗衣機傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速配置圖

圖6 全自動洗衣機傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速配置圖

式中：

z1—中心輪齒輪軸齒數(shù)；

z2—行星齒輪齒數(shù)；

z3—大齒輪內(nèi)齒圈齒數(shù)；

i1H—齒輪軸1對轉(zhuǎn)臂H的傳動比；

k—行星輪齒輪的個數(shù)；

γ—正整數(shù)。

2.2 輪系設(shè)計驗證

根據(jù)設(shè)計條件及齒輪配合的參數(shù)要求，設(shè)計選定“6-中心輪齒輪軸”齒數(shù)z1=16，“5-行星齒輪”齒數(shù)z2=24，“4-大齒輪內(nèi)齒圈”齒數(shù)z3=64，“5-行星齒輪”個數(shù)k=4。經(jīng)裝配四個必備條件逐一驗證，即滿足公式（1）～（4）的每項要求，以及滿足公式（5）的驗證[4,5]。

z1、z3滿足第一條傳動比條件要求，即滿足條件公式（1）；基于三個齒輪的模數(shù)相同，同時輪系的共軸式裝配設(shè)計，z1、z2、z3滿足第二條同心條件的要求，z1、z3同時為偶數(shù)，滿足條件公式（2）；對于同時布置四個“5-行星齒輪”，在裝配時需要依次裝配并不干涉，齒數(shù)z1、z3的和能夠被行星齒輪的個數(shù)4整除，也就是滿足條件公式（3）；對于所設(shè)計的2K-H型周轉(zhuǎn)輪系其四個行星輪之間，滿足齒頂圓之間不互相干涉的要求，也就是任意兩相鄰的“5-行星齒輪”間齒頂圓間均有間隙，滿足條件公式（4）。對于所設(shè)計的2K-H型輪系齒數(shù)設(shè)計均符合公式（1）～（5）。設(shè)計的輪系具有較好的可行性和科學(xué)性[6]。

3 總結(jié)

為實現(xiàn)全自動波輪洗衣機的洗滌功能采用2K-H型輪系，將電機提供的轉(zhuǎn)速經(jīng)所研究的周轉(zhuǎn)輪系減速后，實現(xiàn)需要的參數(shù)。在滿足傳動比及輪系裝配條件下，設(shè)計選擇了合理的輪系及齒輪參數(shù)，實現(xiàn)了全自動洗衣機核心要素即傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并開發(fā)了2K-H型輪系在洗衣機傳動系統(tǒng)中的工程應(yīng)用設(shè)計見圖7，本文所研究的2K-H型輪系在洗衣機傳動系統(tǒng)中具有較高的研究和推廣價值。

圖7 2K-H型輪系在傳動系統(tǒng)中應(yīng)用圖