李 銳

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院,河南 鄭州 450052)

減速器在工程機械行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛,傳統(tǒng)的減速器均采用圓柱圓錐三級齒輪傳動,極少采用行星齒輪的傳動方式。行星齒輪傳動時動軸傳動,采用的行星齒輪的齒輪數(shù)非常合理,通過使用這種傳動方式,提高了減速器的使用壽命,減小了體積重量比,其承載能力較大,運行很平穩(wěn),可靠性和效率都比較高,在機床分度系統(tǒng)、航空、車輛及工程機械等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 行星減速器的結(jié)構(gòu)及特點

1.1 行星齒輪的結(jié)構(gòu)

大部分齒輪由于其轉(zhuǎn)動軸是相對固定的,因此被稱為定軸齒輪。行星齒輪如下圖1所示,是安裝在一個可以轉(zhuǎn)動的支架上,然后可以圍繞B-B轉(zhuǎn)動,同時還可以圍繞支架及其軸線轉(zhuǎn)動。

圖1 行星齒輪

由于行星架的存在,這就允許三條轉(zhuǎn)動軸有動力輸入和輸出,同時可以利用離合器或制動器等在需要的時候限制其中一條軸的轉(zhuǎn)動,而允許剩下兩條軸進行傳動,因此導(dǎo)致了互相嚙合的齒輪之間的關(guān)系有較多組合。

自動變速器就是利用行星齒輪的這類特性,通過改變離合器和制動器等構(gòu)件的相對運動關(guān)系而獲得不同的傳動比,通過傳動比的不同來達到變速的目的。

1.2 行星減速器的特點

行星齒輪傳動系統(tǒng)的主要特點是體積小,承載能力大,工作平穩(wěn),但是大功率高速行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造精度較高。在行星齒輪傳動中有傳動效率高的行星齒輪,但其傳動比不大。還有一些傳動比較大,但效率較低的行星齒輪,用它們作減速器用時,其效率會隨傳動比的增大而減小,而作增速器用時,則可能產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。

本文所用到的電機的滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,而要得到盤車最末級齒輪低于1r/min,因此其減速比必須達到700以上。本文設(shè)計的行星減速器擬采用三級減速,采用NGW 型傳動形式,單級傳動比范圍1.13-13.7,效率0.97-0.99,最大功率不限。這種設(shè)計方式的特點是效率高,體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)簡單,易維護,軸向尺寸小,可用于各種工作條件,尤其在機械傳動中應(yīng)用最廣。

2 行星齒輪的設(shè)計

2.1 齒輪及行星輪數(shù)的確定

要確定齒輪數(shù)量,必須確定齒輪的設(shè)計是否滿足傳動比條件、同心條件、裝配條件和鄰接條件。所謂傳動比條件是指要保證實現(xiàn)給定的傳動比,及傳動比要達到700以上;同心條件則是要保證中心輪和行星架軸線重合條件下的正確嚙合,為此各對嚙合齒輪間的中心距必須相等;裝配條件則須保證各行星輪能均布的安裝于兩中心輪之間。為此各輪齒數(shù)與行星輪個數(shù)nW必須滿足裝配條件,否則,當?shù)谝粋€行星輪裝入嚙合位置后,其他行星輪裝不進去。對于鄰接條件,則是要保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰,行星齒輪齒頂間的最小間隙取決于制造精度,一般可取0.5m(m為模數(shù))。

2.2 NGW型傳動的配齒方法

根據(jù)機械設(shè)計手冊的相關(guān)設(shè)計要求,本文選取適合傳動比要求的行星輪數(shù)目nW=3,同時再確定Zα。

計算Za的方法：對于非變位或高度變位傳動=C,根據(jù)并適當調(diào)整,使C等于整數(shù),求出Za;對于等角變位傳動=C,根據(jù)并適當調(diào)整,使C等于整數(shù),求出Za。兩種傳動方式的計算方法基本類似。

確定了Za和C之后,可以計算出Zb=Cnw-za和Zc=(zb-za)。必要時可以考慮計算鄰接條件,本文對此不作要求,故不贅述。

3 傳動系統(tǒng)原理設(shè)計

3.1 原理計算及設(shè)計

圖2 傳動方案原理圖

由于實際減速比要得到700以上,而NGW型傳動方案所得到的單級傳動比的范圍為1.13-13.7,因此必須采用三級減速的傳動方式,以達到所需減速比。

三級NGW型傳動方案原理圖如下圖2所示：

多級行星齒輪傳動的傳動比分配原則是各級傳動之間等強度,同時也可以計算出最小的外廓尺寸。根據(jù)系統(tǒng)中的條件可知：電動機額定功率 P ed=2.2 kW,可確定型號為Y 100L1-4,另外系統(tǒng)的額定功

率為2.2kW,滿載時轉(zhuǎn)速為1430r/min,要求行星減速器所輸出轉(zhuǎn)速為2r/min,根據(jù)這些條件及其推算可知：

查機械設(shè)計手冊可知：

由上述數(shù)據(jù),計算實際總傳動比,

各軸轉(zhuǎn)速計算如下：

各軸輸入轉(zhuǎn)矩計算如下：

3.2 高速級級齒輪計算及校核

3.2.1 高速級計算

關(guān)于配齒的計算：nw=3

查機械設(shè)計手冊可確定各輪齒數(shù)：

3.2.2 驗算a-c傳動的接觸疲勞強度和彎曲強度

接觸強度計算a輪分度圓直徑：

因此,校驗合格。

圖3和圖4是行星齒輪減速器的CAD裝配圖。

4 結(jié)論

行星齒輪傳動技術(shù)現(xiàn)在很成熟,可靠性較高。在自動減速器中使用,不僅可以減輕減速器的重量,而且可以提高其可靠性和使用壽命。另外,可以在不影響齒輪設(shè)計強度的條件下,精確地調(diào)整齒輪中心距、保證傳動比,同時也減小了減速器的結(jié)構(gòu)尺寸。通過實踐表明,該行星減速器的齒輪彎曲強度提高了不少,同時也降低了對制造工藝的要求,減少了運行故障,有良好的應(yīng)用價值。

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