2K-H型輪系在洗衣機傳動系統中的應用研究

李 琳 徐厚昌

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

引言

洗衣機是現代生活的必需品，全自動洗衣機更是高品質生活的最低要求。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，需要借助減速器等的多級減速，才能實現洗滌與脫水的功能切換。在進行減速的過程中，采用周轉輪系的設計，借助帶傳動，實現滿足要求的輸出轉速，實現波輪或洗衣機內桶的轉速要求。本文主要就周轉輪系的設計進行分析，實現減速器的多級減速，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的核心部分。主要從全自動波輪式洗衣機周轉輪系的傳動比設計，周轉輪系與定軸輪系間的轉化設計，基于共軸式實現多個行星輪的2K-H型周轉輪系設計，為滿足裝配要求而開展的裝配條件設計等若干方面開展研究討論[2,3]。

1 2K-H型周轉輪系

1.1 周轉輪系

在傳動系統設計中常使用復合輪系實現各項運動的大傳動比傳輸，同時利用輪系的嚙合運動，實現運動的合成和分解。借助內外嚙合改變轉動方向的特點，實現傳動方向的轉變。通過輪系實現較小的結構但實現大功率的傳動等。其中周轉輪系的使用更是將上述特點能夠集中發揮出來，常用的周轉輪系有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，同時借助將行星輪聯系在一起的行星架輸出給定轉速，實現洗衣機的波輪的轉速。在本設計中使用的2K-H型輪系，充分發揮并實現上述特點，實現結構緊湊的洗衣機傳動系統。

1.2 2K-H型傳動設計

圖1 2K-H型周轉輪系

圖2 2K-H型周轉輪系的轉化輪系

圖3 洗滌狀態下的行星輪系

圖4 2K-H型周轉輪系設計圖

1.3 2K-H型輪系工程結構設計

在設計過程中，基于全自動洗衣機傳動系統空間的狹小，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帶傳動設計，將電機的輸出轉速通過帶傳動實現一級減速，基于篇幅，本文不展開討論。以帶傳動的輸出轉速作為本周轉輪系的初始輸入，即2K-H型周轉輪系輸入轉速n1。輸入轉速n1也即是圖4中“6-中心輪齒輪軸”的轉速，該轉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-大齒輪內齒圈”的一次內嚙合，再傳遞給“2-轉臂”。此處轉臂與全自動洗衣機的波輪固定連接，波輪轉速nH與轉臂或洗衣機波輪軸具有相同的轉速。合理的設計中心輪齒輪軸、行星齒輪、大齒輪內齒圈是該傳動系統實現傳動功能的重要條件。各部分的傳動情況見圖5所示，實現由電機的轉速n0通過2K-H型周轉輪系實現波輪的洗滌轉速nH。

圖5 全自動洗衣機洗滌轉速流程圖

2 共軸式裝配設計

從空間考慮選擇共軸式傳動系統，也就是2K-H型周轉輪系的輸入軸“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-大齒輪內齒圈”的內側，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”轉動而產生的離心力與反作用力。

2.1 2K-H型輪系設計

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，結合市場通用零部件的性能及各項參數配置，設定如圖6所示的全自動洗衣機傳動系統轉速配置圖。

圖6 全自動洗衣機傳動系統轉速配置圖

圖6 全自動洗衣機傳動系統轉速配置圖

式中：

z1—中心輪齒輪軸齒數；

z2—行星齒輪齒數；

z3—大齒輪內齒圈齒數；

i1H—齒輪軸1對轉臂H的傳動比；

k—行星輪齒輪的個數；

γ—正整數。

2.2 輪系設計驗證

根據設計條件及齒輪配合的參數要求，設計選定“6-中心輪齒輪軸”齒數z1=16，“5-行星齒輪”齒數z2=24，“4-大齒輪內齒圈”齒數z3=64，“5-行星齒輪”個數k=4。經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相同，同時輪系的共軸式裝配設計，z1、z2、z3滿足第二條同心條件的要求，z1、z3同時為偶數，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z1、z3的和能夠被行星齒輪的個數4整除，也就是滿足條件公式（3）；對于所設計的2K-H型周轉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）。對于所設計的2K-H型輪系齒數設計均符合公式（1）～（5）。設計的輪系具有較好的可行性和科學性[6]。

3 總結

為實現全自動波輪洗衣機的洗滌功能采用2K-H型輪系，將電機提供的轉速經所研究的周轉輪系減速后，實現需要的參數。在滿足傳動比及輪系裝配條件下，設計選擇了合理的輪系及齒輪參數，實現了全自動洗衣機核心要素即傳動系統的結構設計，并開發了2K-H型輪系在洗衣機傳動系統中的工程應用設計見圖7，本文所研究的2K-H型輪系在洗衣機傳動系統中具有較高的研究和推廣價值。

圖7 2K-H型輪系在傳動系統中應用圖