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[轻量化专用车] 行星齿轮减速机轻量化、节约化设计分析

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发表于 2020-12-7 11:58:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车轻量化在线】行星齿轮减速机轻量化、节约化设计分析
来源:期刊-《商品与质量》;作者:李静
(青岛海力达齿轮箱有限公司)

摘 要:行星齿轮减速机是履带式起重机、汽车轮胎起重机等工程机械的重要元件,随着起重机设备重要性的逐渐提升,通过轻量化、节约化这两种设计方式的有效分析,加强减速机在起重机上应用的综合使用性能。
关键词:行星齿轮减速机;轻量化;节约化;综合性能



1 起升机构减速机轻量化、节约化的设计思路

近年来随着科技技术水平的不断进步和发展,我国已从德国、日本等许多发达国家引进了大量先进设备和技术,通过我国技术人员不断吸收,开拓创新,行星齿轮传动技术有了迅速的发展。世界先进工业国已由工业化、信息化向知识化时代迈进,我国行星齿轮减速机与世界先进水平还是存在一定的差距。我国的行星齿轮减速机仍需在齿轮传动的结构设计,轮齿材料的应用上不断完善,满足目前工程机械的需求[1]。

本文所述行星齿轮减速机包括起升机构减速机和回转机构减速机,两者均采用NGW型行星齿轮传动,起升机构和回转机构减速机是起重机的重要组成部件,对起重机起升高度、速度、效率、稳定性以及主梁都有很大影响。减速机转型升级是推动起重机械向轻量化、节能型发展的重要环节。传统的起升机构减速机整体结构复杂,体积较大,起升能力较弱,满足不了目前高速发展的起重机行业。从轻量化角度考虑,优化起升减速机的传动结构,提高空间利用率,提高承载能力,满足当前起升机构减速机在实际应用中轻量化、节约化的要求。




2 优化行星齿轮减速机的传动结构

目前我国起重机上采用的减速机普遍采用行星齿轮传动机构,该机构的行星架大多是铸造件,采用简支梁结构,整理重量和体积较大,能耗较高,造成了严重的资源浪费。为减轻整机重量和体积,完善整体结构,提升传动性能,将行星架材料由铸造件改为锻造件,由原来的简支梁结构优化为悬臂梁结构,这样提高了传动性能,减小了整机体积,提高空间利用率。按各级传动机构传递扭矩的不同,低级传动系统的行星架,可采用行星架与行星轴分体式结构,提高材料利用率,降低了能耗,节约了生产成本[2]。
优化起升机构支撑底座结构。起升机构包括减速机、卷筒、轴承座和底座四部分。将减速机内置于卷筒内部,缩短轴向尺寸,减速机直接安装在底座上,卷筒通过支撑轴承与减速机连接,另一侧则采用插装式轴承座与底座连接,通过两个支撑轴承,减速机可传递较大扭矩,有较好的平稳性,并能承受较大的径向载荷。合理的结构设计,有效的支撑形式,实现了起升机构减速机输出扭矩大,承载能力强,传动平稳及轻量化的设计理念。
优化产品的形式,形成技术参数系列化、结构形式模块化。行星齿轮减速机主要结构包括:内齿圈、行星轮、太阳轮和行星架。行星齿轮传动分为单级和多级传动,级数一般包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级,较常见行星传动为Ⅱ级和Ⅲ级形式。根据NGW型行星齿轮减速机的传动特点,按照行星齿轮减速机的输出扭矩划分为几大系列,各个系列行星齿轮传动以内齿圈的轮齿模数,齿数为基准,通过变换行星架、行星轮及太阳轮的齿数。根据主机使用工况和技术参数,确定传动类型和配齿方案,改变行星轮和太阳轮的齿数即可满足减速机输出速比。形成技术参数系列化,满足相近输出扭矩和使用工况的不同机型的使用要求。
行星齿轮传动采用NGW型结构形式,行星架固定,内齿圈输出动力,行星架与太阳轮采用浮动式连接,行星架与行星轮采用悬臂梁结构,实行统一的传动结构形式,组装配合各个零部件,实现不同输出速比。结构性的统一,使不同型号减速机产品可以通用相同的零部件产品,减少了零部件生产的工艺流程。结构形式的模块化简化了生产加工工艺,形成统一的加工工序,提高了产品加工精度及生产效率,降低了产品加工成本[3]。



3 优化产品性能,运用新型材料

优化产品零件选材,提升材料的热处理工艺。通过优化产品零件材料,采用新型优质钢材,经热处理获得高硬轮齿齿面,经精密加工获得较高的齿轮精度和光滑的齿面粗糙度,提高轮齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,从而提高整机承载能力,减轻整机重量与体积,保证工作的可靠性、传动的平稳性,提高减速机的使用寿命,降低中间环节的维护成本。实现行星齿轮减速机轻量化、节约化制造,新材料的运用,是当代产业发展的需要,更是我国十二五专项规划和中长期科学技术发展的必然选择。




4 优化行星齿轮减速机的传动形式

行星齿轮减速机以体积小,结构紧凑、传动效率高、承载能力大等优点,广泛应用在起重机等吊装作业设备上,并等到了广大用户好评。内齿圈、行星轮和太阳轮在传动啮合过程中,根据加工精度等级不同,会有一定的传动间隙,从输入端到输出端会产生较大的累计传动间隙。起重机在高空作业时,由于底盘制动的回转减速机有输出回转间隙,而产生自由旷量,造成起重机大臂有一定的摆动。那么对高空精准作业来说,影响起重机精准吊装的工作效率。目前减小减速机的输出自由旷量,一是控制行星架和太阳轮静连接无行星齿轮啮合的间隙,二是控制内齿圈、行星轮、太阳轮的加工精度等级,减小行星齿轮传动的啮合间隙。三是控制减速机输出齿轮与起重机回转支撑的啮合间隙。经验证,采取以上措施取得了一定的效果,起重机大臂高空作业时,大臂摆动幅度明显减小。




5 结语

随着科技技术水平的进步和发展,我国对行星齿轮减速机进行了深入、系统的研究和批量生产制造工作,无论从设计理论方面和应用实践方面,均取得了较大的成就,并取得了许多的研究成果。时代在发展,人类追求科技进步的脚步不会停歇,与时俱进根据生产生活的需要,从轻量化、节约化的角度出发,不断提高行星齿轮减速机的技术设计水平,完善行星齿轮减速机综合使用性能,满足新型履带式起重机,汽车轮胎起重机等工程机械的生产需要。



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