2K-H型轮系在洗衣机传动系统中的应用研究

李 琳 徐厚昌

（1.长虹美菱股份有限公司 合肥 230601； 2.合肥学院 合肥 230601）

引言

洗衣机是现代生活的必需品，全自动洗衣机更是高品质生活的最低要求。从市场上来看，洗衣机主要分波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机，搅拌式洗衣机等。其中波轮式洗衣机的使用便捷，在使用过程中可以随时添加洗涤物，标准程序的洗涤时间相对较短，洗涤液在洗涤过程中不排水情况下可以多次利用，用水量及耗电量低于同类产品，波轮式洗衣机的洗净比较高等特点，保证了全自动波轮式洗衣机具有较大的销售市场[1]。

全自动洗衣机的传动系统，需要借助减速器等的多级减速，才能实现洗涤与脱水的功能切换。在进行减速的过程中，采用周转轮系的设计，借助带传动，实现满足要求的输出转速，实现波轮或洗衣机内桶的转速要求。本文主要就周转轮系的设计进行分析，实现减速器的多级减速，满足洗涤、脱水要求。

开展研究的2K-H型轮系传动是全自动波轮式洗衣机传动系统的核心部分。主要从全自动波轮式洗衣机周转轮系的传动比设计，周转轮系与定轴轮系间的转化设计，基于共轴式实现多个行星轮的2K-H型周转轮系设计，为满足装配要求而开展的装配条件设计等若干方面开展研究讨论[2,3]。

1 2K-H型周转轮系

1.1 周转轮系

在传动系统设计中常使用复合轮系实现各项运动的大传动比传输，同时利用轮系的啮合运动，实现运动的合成和分解。借助内外啮合改变转动方向的特点，实现传动方向的转变。通过轮系实现较小的结构但实现大功率的传动等。其中周转轮系的使用更是将上述特点能够集中发挥出来，常用的周转轮系有2K-H型、3K型、K-H-V型等三种类型。从制造成本、使用范围等因素考虑，2K-H型周转轮系的使用较为广泛。也即是使用2个齿轮中心轮作为齿轮传动的传动系统，同时借助将行星轮联系在一起的行星架输出给定转速，实现洗衣机的波轮的转速。在本设计中使用的2K-H型轮系，充分发挥并实现上述特点，实现结构紧凑的洗衣机传动系统。

1.2 2K-H型传动设计

图1 2K-H型周转轮系

图2 2K-H型周转轮系的转化轮系

图3 洗涤状态下的行星轮系

图4 2K-H型周转轮系设计图

1.3 2K-H型轮系工程结构设计

在设计过程中，基于全自动洗衣机传动系统空间的狭小，以及洗衣机外桶底的强度属性，以市场通用电机为动力输出。采用V带传动设计，将电机的输出转速通过带传动实现一级减速，基于篇幅，本文不展开讨论。以带传动的输出转速作为本周转轮系的初始输入，即2K-H型周转轮系输入转速n1。输入转速n1也即是图4中“6-中心轮齿轮轴”的转速，该转速通过一次齿轮的外啮合即与“5-行星齿轮”的啮合以及与“4-大齿轮内齿圈”的一次内啮合，再传递给“2-转臂”。此处转臂与全自动洗衣机的波轮固定连接，波轮转速nH与转臂或洗衣机波轮轴具有相同的转速。合理的设计中心轮齿轮轴、行星齿轮、大齿轮内齿圈是该传动系统实现传动功能的重要条件。各部分的传动情况见图5所示，实现由电机的转速n0通过2K-H型周转轮系实现波轮的洗涤转速nH。

图5 全自动洗衣机洗涤转速流程图

2 共轴式装配设计

从空间考虑选择共轴式传动系统，也就是2K-H型周转轮系的输入轴“6-中心轮齿轮轴”与输出轴“1-洗衣机波轮轴”保持同一轴线。采用对称布置的4个行星轮均匀分布在“4-大齿轮内齿圈”的内侧，4个行星轮均匀承担载荷，可以提高负载的载荷量。均匀分布同时达到平衡了因“5-行星齿轮”围绕“6-中心轮齿轮轴”转动而产生的离心力与反作用力。

2.1 2K-H型轮系设计

基于国标GB/T 4288等的要求，要满足全自动洗衣机的洗净比等要求，结合市场通用零部件的性能及各项参数配置，设定如图6所示的全自动洗衣机传动系统转速配置图。

图6 全自动洗衣机传动系统转速配置图

图6 全自动洗衣机传动系统转速配置图

式中：

z1—中心轮齿轮轴齿数；

z2—行星齿轮齿数；

z3—大齿轮内齿圈齿数；

i1H—齿轮轴1对转臂H的传动比；

k—行星轮齿轮的个数；

γ—正整数。

2.2 轮系设计验证

根据设计条件及齿轮配合的参数要求，设计选定“6-中心轮齿轮轴”齿数z1=16，“5-行星齿轮”齿数z2=24，“4-大齿轮内齿圈”齿数z3=64，“5-行星齿轮”个数k=4。经装配四个必备条件逐一验证，即满足公式（1）～（4）的每项要求，以及满足公式（5）的验证[4,5]。

z1、z3满足第一条传动比条件要求，即满足条件公式（1）；基于三个齿轮的模数相同，同时轮系的共轴式装配设计，z1、z2、z3满足第二条同心条件的要求，z1、z3同时为偶数，满足条件公式（2）；对于同时布置四个“5-行星齿轮”，在装配时需要依次装配并不干涉，齿数z1、z3的和能够被行星齿轮的个数4整除，也就是满足条件公式（3）；对于所设计的2K-H型周转轮系其四个行星轮之间，满足齿顶圆之间不互相干涉的要求，也就是任意两相邻的“5-行星齿轮”间齿顶圆间均有间隙，满足条件公式（4）。对于所设计的2K-H型轮系齿数设计均符合公式（1）～（5）。设计的轮系具有较好的可行性和科学性[6]。

3 总结

为实现全自动波轮洗衣机的洗涤功能采用2K-H型轮系，将电机提供的转速经所研究的周转轮系减速后，实现需要的参数。在满足传动比及轮系装配条件下，设计选择了合理的轮系及齿轮参数，实现了全自动洗衣机核心要素即传动系统的结构设计，并开发了2K-H型轮系在洗衣机传动系统中的工程应用设计见图7，本文所研究的2K-H型轮系在洗衣机传动系统中具有较高的研究和推广价值。

图7 2K-H型轮系在传动系统中应用图