行星齒輪減速機(jī)輕量化、節(jié)約化設(shè)計(jì)分析

李靜

青島海力達(dá)齒輪箱有限公司 山東青島 266000

1 起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)輕量化、節(jié)約化的設(shè)計(jì)思路

近年來隨著科技技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和發(fā)展，我國已從德國、日本等許多發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，通過我國技術(shù)人員不斷吸收，開拓創(chuàng)新，行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)有了迅速的發(fā)展。世界先進(jìn)工業(yè)國已由工業(yè)化、信息化向知識化時(shí)代邁進(jìn)，我國行星齒輪減速機(jī)與世界先進(jìn)水平還是存在一定的差距。我國的行星齒輪減速機(jī)仍需在齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輪齒材料的應(yīng)用上不斷完善，滿足目前工程機(jī)械的需求[1]。

本文所述行星齒輪減速機(jī)包括起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)，兩者均采用NGW型行星齒輪傳動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)是起重機(jī)的重要組成部件，對起重機(jī)起升高度、速度、效率、穩(wěn)定性以及主梁都有很大影響。減速機(jī)轉(zhuǎn)型升級是推動(dòng)起重機(jī)械向輕量化、節(jié)能型發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，起升能力較弱，滿足不了目前高速發(fā)展的起重機(jī)行業(yè)。從輕量化角度考慮，優(yōu)化起升減速機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高空間利用率，提高承載能力，滿足當(dāng)前起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中輕量化、節(jié)約化的要求。

2 優(yōu)化行星齒輪減速機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

目前我國起重機(jī)上采用的減速機(jī)普遍采用行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的行星架大多是鑄造件，采用簡支梁結(jié)構(gòu)，整理重量和體積較大，能耗較高，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。為減輕整機(jī)重量和體積，完善整體結(jié)構(gòu)，提升傳動(dòng)性能，將行星架材料由鑄造件改為鍛造件，由原來的簡支梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，這樣提高了傳動(dòng)性能，減小了整機(jī)體積，提高空間利用率。按各級傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞扭矩的不同，低級傳動(dòng)系統(tǒng)的行星架，可采用行星架與行星軸分體式結(jié)構(gòu)，提高材料利用率，降低了能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本[2]。

優(yōu)化起升機(jī)構(gòu)支撐底座結(jié)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)包括減速機(jī)、卷筒、軸承座和底座四部分。將減速機(jī)內(nèi)置于卷筒內(nèi)部，縮短軸向尺寸，減速機(jī)直接安裝在底座上，卷筒通過支撐軸承與減速機(jī)連接，另一側(cè)則采用插裝式軸承座與底座連接，通過兩個(gè)支撐軸承，減速機(jī)可傳遞較大扭矩，有較好的平穩(wěn)性，并能承受較大的徑向載荷。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效的支撐形式，實(shí)現(xiàn)了起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)輸出扭矩大，承載能力強(qiáng)，傳動(dòng)平穩(wěn)及輕量化的設(shè)計(jì)理念。

優(yōu)化產(chǎn)品的形式，形成技術(shù)參數(shù)系列化、結(jié)構(gòu)形式模塊化。行星齒輪減速機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括：內(nèi)齒圈、行星輪、太陽輪和行星架。行星齒輪傳動(dòng)分為單級和多級傳動(dòng)，級數(shù)一般包括Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級，較常見行星傳動(dòng)為Ⅱ級和Ⅲ級形式。根據(jù)NGW型行星齒輪減速機(jī)的傳動(dòng)特點(diǎn)，按照行星齒輪減速機(jī)的輸出扭矩劃分為幾大系列，各個(gè)系列行星齒輪傳動(dòng)以內(nèi)齒圈的輪齒模數(shù)，齒數(shù)為基準(zhǔn)，通過變換行星架、行星輪及太陽輪的齒數(shù)。根據(jù)主機(jī)使用工況和技術(shù)參數(shù)，確定傳動(dòng)類型和配齒方案，改變行星輪和太陽輪的齒數(shù)即可滿足減速機(jī)輸出速比。形成技術(shù)參數(shù)系列化，滿足相近輸出扭矩和使用工況的不同機(jī)型的使用要求。

行星齒輪傳動(dòng)采用NGW型結(jié)構(gòu)形式，行星架固定，內(nèi)齒圈輸出動(dòng)力，行星架與太陽輪采用浮動(dòng)式連接，行星架與行星輪采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，實(shí)行統(tǒng)一的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，組裝配合各個(gè)零部件，實(shí)現(xiàn)不同輸出速比。結(jié)構(gòu)性的統(tǒng)一，使不同型號減速機(jī)產(chǎn)品可以通用相同的零部件產(chǎn)品，減少了零部件生產(chǎn)的工藝流程。結(jié)構(gòu)形式的模塊化簡化了生產(chǎn)加工工藝，形成統(tǒng)一的加工工序，提高了產(chǎn)品加工精度及生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品加工成本[3]。

3 優(yōu)化產(chǎn)品性能，運(yùn)用新型材料

優(yōu)化產(chǎn)品零件選材，提升材料的熱處理工藝。通過優(yōu)化產(chǎn)品零件材料，采用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)熱處理獲得高硬輪齒齒面，經(jīng)精密加工獲得較高的齒輪精度和光滑的齒面粗糙度，提高輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，從而提高整機(jī)承載能力，減輕整機(jī)重量與體積，保證工作的可靠性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性，提高減速機(jī)的使用壽命，降低中間環(huán)節(jié)的維護(hù)成本。實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速機(jī)輕量化、節(jié)約化制造，新材料的運(yùn)用，是當(dāng)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，更是我國十二五專項(xiàng)規(guī)劃和中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

4 優(yōu)化行星齒輪減速機(jī)的傳動(dòng)形式

行星齒輪減速機(jī)以體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在起重機(jī)等吊裝作業(yè)設(shè)備上，并等到了廣大用戶好評。內(nèi)齒圈、行星輪和太陽輪在傳動(dòng)嚙合過程中，根據(jù)加工精度等級不同，會(huì)有一定的傳動(dòng)間隙，從輸入端到輸出端會(huì)產(chǎn)生較大的累計(jì)傳動(dòng)間隙。起重機(jī)在高空作業(yè)時(shí)，由于底盤制動(dòng)的回轉(zhuǎn)減速機(jī)有輸出回轉(zhuǎn)間隙，而產(chǎn)生自由曠量，造成起重機(jī)大臂有一定的擺動(dòng)。那么對高空精準(zhǔn)作業(yè)來說，影響起重機(jī)精準(zhǔn)吊裝的工作效率。目前減小減速機(jī)的輸出自由曠量，一是控制行星架和太陽輪靜連接無行星齒輪嚙合的間隙，二是控制內(nèi)齒圈、行星輪、太陽輪的加工精度等級，減小行星齒輪傳動(dòng)的嚙合間隙。三是控制減速機(jī)輸出齒輪與起重機(jī)回轉(zhuǎn)支撐的嚙合間隙。經(jīng)驗(yàn)證，采取以上措施取得了一定的效果，起重機(jī)大臂高空作業(yè)時(shí)，大臂擺動(dòng)幅度明顯減小。

5 結(jié)語

隨著科技技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展，我國對行星齒輪減速機(jī)進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究和批量生產(chǎn)制造工作，無論從設(shè)計(jì)理論方面和應(yīng)用實(shí)踐方面，均取得了較大的成就，并取得了許多的研究成果。時(shí)代在發(fā)展，人類追求科技進(jìn)步的腳步不會(huì)停歇，與時(shí)俱進(jìn)根據(jù)生產(chǎn)生活的需要，從輕量化、節(jié)約化的角度出發(fā)，不斷提高行星齒輪減速機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)水平，完善行星齒輪減速機(jī)綜合使用性能，滿足新型履帶式起重機(jī)，汽車輪胎起重機(jī)等工程機(jī)械的生產(chǎn)需要。