小家电产品中传动机构的改进设计

小家电产品中传动机构的改进设计

吴卫锋

广东美的厨房电器制造有限公司广东佛山

摘要：随着我国生活经济水平的提高，人们的生活水平逐渐提高，人们对生活中小家电产品的要求也越来越高。本文采用大量文献分析法、比较法，分析了小家电产品与传动机构简介，分析了小家电产品中传动机构的改进设计，得出改进传动机构后的小家电产品可有效降低生产成本、提高工作质量的结论。

关键词：小家电、产品、传动设计

小传动结构在小家电中的作用是改变小家电提供运动的方式、方向、速度，然后被人们有目的利用。传动机构的类型很多，比较常见有齿轮传动、链传动链、绳带传动等。应用传动机构的小家电产品有果汁机、豆浆机、电风扇、烘鞋器等，这些小家电的传动机构在实际使用中具有噪音大、操作不方便、传动效率等等缺陷。为改进小家电产品中传动机构的缺陷，本文以豆浆机、果汁机、打肉切片机为例对小家电产品中传动机构的改进设计展开一系列研究。

1、小家电产品与传动机构简介

1.1小家电产品简介

小家电是指体积比较小且便于携带、输出功率较小的家用小电器，不同的小家电有不同的作用。按照家用小电器的功能分类可将之分为四类，分别是厨房小家电产品、家具小家电产品、个人生活小家电产品和个人使用数码产品。厨房小家电产品主要有电磁炉、热水器、豆浆机、果汁机、电饭煲等，家具小家电产品主要有电风扇、音响、吸尘器加湿器、饮水机等。并不是所有的小家电都需要传动机构，比如电磁轮和饮水机就不需要传动机构。需要传动机构改变动力方向、方式和速度的小家电主要有豆浆机、水果机、电风扇、切肉机等，此外还有一些正在研制的厨房垃圾处理器也需要传动机构。

1.2传动机构简介

传动机构的作用是改变动力提供的速度、方向和方式，然后被人们有目的的利用。传动机构在我国的历史非常悠久，早在西汉我国祖先就研制出转动复杂的齿轮传动系统，并将之用在指南车、水力天文仪器等伟大发明上。古代的齿轮传动机构的作用只限于传递运动和改变方位，在一些小巧的器物上对传动的要求比较低，但是用来提水、加工粮食等的齿轮传动机构要求比较高，需要传动的强度比较大。后来出现蜗轮蜗杆，这种传动机构主要是用来传递两交错轴之间的运动、动力，外形与螺杆比较相近。蜗轮蜗杆的传动比比较大，比着传统的交错轴斜齿轮传动机构它的承载力和传动速度明显提高。蜗轮蜗杆具有自锁性它的两轮齿之间为线接触，由于两轮齿间的滑动速度比较快，导致齿轮之间的磨损消耗大。工业上为了降低磨损通常采用比较昂贵的减摩擦性的润滑油或者抗摩擦的高强度材料预防传动磨损，所以蜗轮蜗杆的生产成本还是比较昂贵。蜗轮蜗杆传动机构有三种类型，分别是两轴式变速器、组合式变动器和普通变速器，常用在汽车等四轮设备上。小家电产品用的传动机构通常是机械式旋风刀片，比如现在的豆浆机和果汁机用的传动机构便是机械式旋风刀。这种传动机构比较简单，不会牵涉到齿轮。只是利用拉尔法技术将豆浆机、水果机的电能转变成机械能的速度加快，改变机械能的方向，在机体内形成涡流搅碎食物。家用切肉机主要是利用刀片、横杆和转轴形成简单的机械式转动机构，当横杆围绕转轴滑动时刀片就给肉一个横向位移，连续转动就能快速切割肉片。家用电风扇的传动机构通常是由六片或者四片扇叶组成，当电风扇接通电源时电能会带动扇叶旋转，扇叶组成的传动机构的作用主要是将由电能转变成机械能的方向、转速加以改变[1]。

2、小家电产品中传动机构的改进设计

2.1行星齿轮传动原理

行星齿轮的传动比i等于从动齿轮与主动齿轮齿数比,它的两个齿轮的外齿合旋转方向一般相反，中间齿轮的作用主要是改变原齿轮的旋转方向但不改变速度。当行星齿轮由多个齿轮组成时，中间齿轮也起变速作用。行星齿轮的所有齿轮都参与工作，每个齿轮都需承受荷载。行星齿轮机的结构紧凑且齿轮承受荷载比较大，它的旋转有公转和自传两种旋转方法。行星齿轮工作平稳、寿命长，且可以避免手动变速器变速时产生的冲击和磨损。行星齿轮的传动原理是将主动轮、齿圈和行星架的其中一个固定，或者将其中两个元件连接在一起，使输入和输出获得一定的传动比。行星齿轮机构的运动方程如下[2]：

n1+an2(1+a)•n3=0

其中n1为行星齿轮的主动齿轮转速，n2为齿圈转数，n3为行星架转速，a为齿圈齿数与主动轮齿数之比，且a大于1。

2.2传动机构设计方案

现有豆浆机和果汁机都是利用交叉式传动机构，将电动机提供的动力方式、方向、速度加以改变，将豆浆机和果汁机中的食物、水果搅碎，经过塑料滤筛的作用将豆浆和果汁过滤出来，从而达到人们的目的。豆浆机和果汁机都是利用搅拌的作用实现各自的功能，本文将豆浆机和果汁机统称为搅拌机。搅拌机和打肉切片机都需要动力来源，家用电压一般220V，所以本文采用220VAC、200W的电动机作为搅拌机和打肉切片机的动力源。由于传统搅拌机和打肉切片机打出的豆浆、果汁质量比较差、噪音大，本文采用行星传动齿轮传动机构，目的是降低噪音实现一机两速的功能，将家电搅拌机与切肉机合为一体，降低小家电的成本。行星齿轮主要利用“拉法尔技术”，拉法尔技术是通过对流体力学中著名的“拉法尔管”原理的大量研究，采用大网孔，无底网的拉法尔网，匹配X型强力旋风行星刀片，豆浆、果汁在经过拉法尔网收缩颈时，流速骤然增强加快，五谷配料在立体空间高速剪切、碰撞形成涡流，经过上万次精细研磨，各种植物蛋白、碳水化合物、膳食纤维、维生素、微量元素等营养精华充分融入豆浆、果汁中，豆浆、果汁营养均衡全面[3]。在切肉片时行星齿轮受外力牵引，将行星齿轮刀片稍微倾斜，将行星刀片固定在行星架的齿轮的上，齿轮相对于平行斜杆中间进行转动，带动行星刀片横向切割肉片。本文采用的方案如下图1[4]所示：

其中n1为搅拌机打磨豆浆、果汁所需要的转速，z1为主动中心轮齿数，nH为切肉机所需要的转速，z2为行星齿轮数，z3为固定中心齿轮数。n2为行星齿轮2的转速，m为齿轮模数。假如电动机的输出转速等于n1，搅拌机需要的转速是切肉机的6倍，中心齿轮数为12,那么通过计算可得出行星齿轮数为24，固定中心齿轮数为60，其中z2是切肉机转速的1.5倍。下图2为改进后搅拌机与切肉机的传动机构图如下[5]所示：

结束语

利用行星齿轮传动机构将家用搅拌机和切肉机的功能集成在一起，主要是将一个主机配合两种不同的转速，然后实现不同的家用功能。如果利用传统家电传动机构的设计方法，只能将两种小家电的传动设置连接在一起形成结合体，这样设计出的产品便失去改进的意义。利用行星机构进行设计，可通过计算两种功能需要的标准传动比进行功能集成化设计，实现一个主机两种转速，成功将搅拌机和切肉机的功能集成在一起，不但实用且经济。

参考文献

[1]杨振国.小家电产品中传动机构的改进设计[J].机电工程技术，2009（10）：107-109.

[2]师润平,王贵永.全指针读数卡尺指示表的传动机构设计与研究[J].设计与制造,2015(5):97-99.

[3]赵春.01J型无级自动变速器机械传动机构的改进设计[J].机械传动,2011(5):80-82.

[4]吴振亭,章志芳.压力仪表传动机构的优化设计[J].机械传动,2009(6):77-78.

[5]张庆伟，张博，王建宏.风力发电机齿轮传动系统的动力学优化设计[J].重庆大学学报，2010,33(3)：30-35.