小模數(shù)塑料斜齒輪行星減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

沙美華

（大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中等職業(yè)技術(shù)專業(yè)學(xué)校，遼寧大連116600）

1 引言

模數(shù)≤1mm的齒輪稱為小模數(shù)齒輪，常用于小型精密儀器、電子產(chǎn)品、家用電器等產(chǎn)品之中。

大容量洗衣機(jī)已經(jīng)成為洗衣機(jī)市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，隨著洗衣機(jī)的容量不斷增大，對其減速器承載能力的要求也越來越高。洗衣機(jī)減速機(jī)構(gòu)一般采用一級皮帶減速和二級齒輪減速，齒輪減速器是洗衣機(jī)的心臟，在進(jìn)廠時要進(jìn)行檢測。對于新的供貨企業(yè)，首次常規(guī)檢驗(yàn)要將減速器安裝在洗衣機(jī)上，帶上額定負(fù)載進(jìn)行無故障連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5000次程序（疲勞強(qiáng)度）試驗(yàn)。按照每天洗一次，每次洗滌10min，漂洗2次（10min），使用10a，完成 50晝夜無故障連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

由于無故障連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時間太長，而且又是十分重要的檢測項目，是入廠常規(guī)檢驗(yàn)的主要項目之一。因此經(jīng)過對比試驗(yàn)，提出用破壞力矩來間接檢驗(yàn)洗衣機(jī)減速器疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)方法是：將減速器輸出軸固定，在輸入軸施加20～25N·m的力矩，減速器齒輪沒有發(fā)生折斷、輸入軸和輸出軸不能變形等缺陷，減速器仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則減速器的疲勞強(qiáng)度和齒輪強(qiáng)度視為合格。

因此，要滿足洗衣機(jī)減速器破壞力矩的檢驗(yàn)要求，在減速器和齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)加以考慮。

2 減速器和齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著洗衣機(jī)容量的加大，要求其減速器的承載能力增大。但洗衣機(jī)減速器由于考慮成本和體積原因，使用模數(shù)為1mm的小模數(shù)塑料齒輪。在不改變傳動比的情況下，要增大承載能力，一種方法是采用單級圓柱齒輪減速器，齒輪用直齒結(jié)構(gòu)，加大齒輪的模數(shù)（模數(shù)由1mm改為3mm），但減速器的體積將增大。而且由于模數(shù)加大后，齒輪和齒圈尺寸增大、增厚，注塑成型后收縮嚴(yán)重、齒形變形大，將增大運(yùn)行時的噪音，噪音大于55dB以上。

另一種方法是采用行星減速器。經(jīng)試驗(yàn)，如果齒輪仍然采用模數(shù)為1mm的直齒結(jié)構(gòu)，這樣的行星減速器一般僅能承受在輸入軸施加20N·m的破壞力矩，能滿足洗滌容量為4kg以下的洗衣機(jī)的需要。但對于洗滌容量為4kg以上的大容量洗衣機(jī)，破壞力矩將大于25N·m。仍需要加大齒輪的模數(shù)，顯然這種方法也不行。因此，提出用斜齒行星減速器來取代單級圓柱齒輪減速器和直齒行星減速器。

從理論上來講，斜齒與直齒傳動相比較，由于重合系數(shù)大，齒輪強(qiáng)度高，減少傳動時的沖擊、振動和噪聲，提高了傳動的平穩(wěn)性。

2.1 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

在行星減速器中有太陽輪、行星輪、內(nèi)齒輪和行星架。行星輪結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。其技術(shù)參數(shù)為：齒數(shù)Z=22，模數(shù) m=1mm，齒形角 α=20°，螺旋角 β=20°，分度圓直徑d=23.410mm，齒頂高系數(shù)ha*=1，全齒高為2.25mm。

圖1 行星輪結(jié)構(gòu)

行星減速器太陽輪的結(jié)構(gòu)有兩種形式，一種是整體式輸入軸，如圖2所示。但由于太陽輪與行星輪和內(nèi)齒輪的材料不同，加工和成型方法也就不同，前者用的材料是1Cr13不銹鋼，采用滾齒加工方法形成斜齒；后兩者用的是尼龍或聚甲醛材料，采用注射模注射成型，因此，導(dǎo)致注射成型的塑料齒輪的齒形和螺旋角與滾齒加工成型的的漸開線齒形的一致性不好，從而導(dǎo)致傳動時噪音增大。為了解決這個問題，采用另外一種結(jié)構(gòu)，即組合式輸入軸，如圖3所示。該結(jié)構(gòu)中太陽輪也改用聚甲醛材料注射成型，與相結(jié)合的行星輪和內(nèi)齒輪的材料和成型方法均相同，保證了齒形和螺旋角的一致性，降低了傳動噪音。此時的塑料太陽輪1和不銹鋼輸入軸2通過花鍵連接。

組合式太陽輪結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。參數(shù)為：齒數(shù)Z=16，模數(shù)m=1mm，齒形角α=20°，螺旋角 β=20°，分度圓直徑d=17.027mm，齒頂高系數(shù)ha*=1，全齒高為2.25mm。與軸相配合的花鍵參數(shù)為：齒數(shù)Z=11，模數(shù)m=0.75mm，齒形角α=45°，太陽輪內(nèi)花鍵與軸外花鍵采用H7/h6配合。

圖2 整體式輸入軸

圖3 組合式輸入軸

圖4 塑料太陽輪結(jié)構(gòu)

2.2 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計

行星減速結(jié)構(gòu)如圖5所示，內(nèi)齒架1、太陽輪2、行星輪3均采用聚甲醛或尼龍材料注塑成型，下行星架4、上行星架6采用鋁合金壓鑄成型，行星輪軸5采用1Cr13不銹鋼材料。行星輪采用四個，進(jìn)一步提升了減速器的承載能力。

減速器結(jié)構(gòu)如圖6所示，輸入軸17和輸出軸1采用1Cr13不銹鋼材料；粉末冶金軸承4、15采用鐵基粉末冶金材料，輸入軸17和輸出軸1和粉末冶金軸承4、15之間的配合采用H7/f7或H7/f6間隙配合，為了保證輸入軸17和輸出軸1不竄動，在軸和粉末冶金軸承裝配好后，使用彈簧擋圈 5、16定位；為了防止洗衣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，水進(jìn)入減速器內(nèi)，使用橡膠密封圈2與輸出軸1緊密配合；上外殼6、下外殼11采用增強(qiáng)聚丙烯（PP+30%玻璃纖維）材料注塑成型，在將內(nèi)部行星減速結(jié)構(gòu)等零部件裝配好后，上外殼6、下外殼11用四只固定螺釘8固定，形成一只完整的減速器。減速器實(shí)物如圖7所示。

圖5 行星減速結(jié)構(gòu)

圖6 減速器

圖7 減速器實(shí)物

3 結(jié)論

經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計的小模數(shù)塑料斜齒輪行星減速器具有體積小、減速比大、輸出扭矩大、重量輕、承載能力高、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)等家用電器上。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，同等條件下，承載能力提高1.2～15倍，噪音降低2～8dB。

［1］ 賈鐵鋼.洗衣機(jī)行星減速器太陽輪注射模設(shè)計［J］.模具工業(yè)，2011（7）：37-39.