定日鏡用減速機的研制

金良華　張劍寒　葉勝康　于　洋

（1.浙江恒豐泰減速機制造有限公司，溫州 325025；2.中國科學院電工研究所，北京，100190）

定日鏡用減速機的研制

金良華1張劍寒2葉勝康1于洋1

（1.浙江恒豐泰減速機制造有限公司，溫州 325025；2.中國科學院電工研究所，北京，100190）

間隙可調(diào)的高精度定日鏡用減速機，采用方位角與俯仰角傳動機構(gòu)置于同一箱體的整體方案，設計了一種分體式蝸桿結(jié)構(gòu)，再通過螺紋夾緊機構(gòu)以調(diào)整蝸輪、蝸桿副之間的間隙，研究了分體式蝸桿的加工、裝配工藝。減速機具有傳動精度高、工作壽命長和易于現(xiàn)場調(diào)整間隙的優(yōu)點，可用于定日鏡、碟式聚光器和跟蹤光伏。

減速機分體式蝸桿調(diào)整間隙

引言

太陽能熱發(fā)電具有電力輸出平穩(wěn)可控的特點，是一種易于被電網(wǎng)接納的可再生能源技術形式。塔式太陽能熱發(fā)電技術具有系統(tǒng)運行溫度高，光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢，在新建的太陽能熱發(fā)電站中占據(jù)重要地位。定日鏡是塔式太陽能熱發(fā)電的核心裝備，其成本占電站一次投資成本的50%左右［1］。定日鏡用減速機是定日鏡的關鍵部件，控制系統(tǒng)通過電動機和減速機驅(qū)動定日鏡跟蹤太陽，并將太陽光準確的反射到吸熱器采光口，定日鏡在工作中還要承受很大的風載荷和自身重力載荷，這就要求定日鏡用減速機具有高精度和大承載能力。定日鏡通常采用二維跟蹤方式，需要兩個減速機同時工作，一個減速機驅(qū)動定日鏡水平旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽的方位角，另一個減速機驅(qū)動定日鏡俯仰旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽的高度角，因此定日鏡用減速機具有緊湊的結(jié)構(gòu)和低成本也很重要，依據(jù)設計方案的不同，定日鏡用減速機可占定日鏡成本的35%～60%。

1　結(jié)構(gòu)設計及原理

蝸輪蝸桿傳動具有大傳動比，承載能力大的特點，但是傳統(tǒng)的加工工藝很難保證其傳動精度。為了獲得較高的傳動精度，可以采用彈性元件，使蝸輪與蝸桿嚙合面之間產(chǎn)生一定的預壓緊力，以消除蝸輪蝸桿之間的間隙，但是這種方案增大了蝸輪蝸桿之間的摩擦力，會大幅度降低傳動效率。而采用雙導程蝸桿調(diào)整間隙，蝸輪和蝸桿之間只有單齒嚙合，降低了減速機的承載能力。如果完全依靠機床的加工精度保證蝸輪蝸桿之間間隙，減速機的加工成本會變得異常昂貴。傳動的定日鏡用減速機采用兩個箱體，分別負責定日鏡的方位角和俯仰角轉(zhuǎn)動，這種方案使得減速機結(jié)構(gòu)不夠緊湊，增加減速機重量和成本。

如圖1所示，本文采用單箱體的整體結(jié)構(gòu)設計方案，將方位角傳動機構(gòu)和俯仰角傳動機構(gòu)均放置在一個箱體內(nèi)。具體布置方法為：方位角傳動機構(gòu)布置在箱體下部，方位角蝸輪通過方位角蝸輪軸與法蘭盤連接作為輸出端，方位角蝸桿與方位角電動機連接作為輸入端，當法蘭盤固定不動時，則方位角蝸桿轉(zhuǎn)動，而方位角蝸桿與箱體連接，進而箱體也發(fā)生轉(zhuǎn)動。高度角傳動機構(gòu)位于箱體上方，當箱體轉(zhuǎn)動時，高度角傳動機構(gòu)也隨著箱體轉(zhuǎn)動。高度角傳動機構(gòu)也采用蝸輪蝸桿傳動，高度角電動機帶動高度角蝸桿轉(zhuǎn)動，再通過高度角蝸輪帶動高度角蝸輪軸轉(zhuǎn)動，高度角蝸輪軸作為輸出端。

圖1　定日鏡用減速機結(jié)構(gòu)設計圖

圖2是調(diào)整間隙的結(jié)構(gòu)示意圖。將方位角蝸桿從中間剖分為兩半，一半為蝸桿軸，一半為蝸桿套，蝸桿套套在蝸桿軸上。方位角蝸桿與蝸輪之間的間隙調(diào)整方法是：將采用開槽螺母的間隙調(diào)節(jié)螺母旋入有內(nèi)螺紋的軸承蓋里，通過旋轉(zhuǎn)間隙調(diào)節(jié)螺母，推動墊圈壓緊軸承，使方位角蝸桿無軸向間隙，然后反向旋轉(zhuǎn)間隙調(diào)節(jié)螺母一定角度，減小方位角蝸桿齒面與蝸輪齒面之間的間隙，當二者之間的間隙滿足設計時，再鎖緊設置在間隙調(diào)節(jié)螺母上的螺釘，最后鎖緊脹緊聯(lián)接套即完成方位角蝸桿間隙的調(diào)整。

圖2　調(diào)整間隙示意圖

2　分體式蝸桿加工、裝配工藝研究

分體式蝸桿是定日鏡用減速機的核心零件，其加工精度直接影響減速機的定位精度。圖3為分體式蝸桿的結(jié)構(gòu)示意圖。為了降低成本，在不提高蝸桿加工精度等級的前提下，保證蝸輪副的傳動精度，將蝸桿的齒部軸向方向一分為二，以便調(diào)整蝸桿軸與蝸桿套之間的軸向間隙，進而調(diào)整蝸輪蝸桿傳動副的嚙合背隙。這種結(jié)構(gòu)的關鍵是要保證蝸桿軸與蝸桿套的螺旋線一致，因此采取組合加工蝸桿齒形。具體加工工藝如下：

（1）將蝸桿軸除蝸輪桿齒部不加工以外，其余尺寸加工到圖紙要求；

（2）將蝸桿套除蝸桿齒部不加工以外，其余尺寸加工到圖紙要求；

（3）將蝸桿套套入軸蝸桿，在兩蝸桿齒部結(jié)合處設置間隔墊，采用脹緊連接套固定兩蝸桿；

（4）在兩蝸桿尾端組合配銑定位鍵槽，安裝定位導向鍵；

（5）組合加工蝸桿齒形，加工完畢后解體。

整體組裝時，首先安裝定位導向鍵，確保兩蝸桿的齒部螺旋線重合，再擰緊脹緊連接套。

圖3　分體式蝸桿

3　效果與應用

減速機所采用的螺紋調(diào)隙結(jié)構(gòu)，通過螺紋的進給調(diào)整蝸桿與蝸輪的嚙合間隙，保證了機構(gòu)正反轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，沒有彈性預緊力，在提高傳動精度的同時不會影響油膜的形成，不會增加當量動摩擦角，不會降低蝸輪蝸桿傳動的效率，蝸輪蝸桿之間的磨損獲得改善。調(diào)隙過程中不需拆卸主要零件，只需扳手和螺絲刀，在使用現(xiàn)場完成間隙調(diào)整任務。本文研制的減速機獲得發(fā)明專利一項［2］，并獲得了商業(yè)化應用，圖4為本文減速機的應用實例。

圖4　減速機應用

4　結(jié)論

本文創(chuàng)造性的采用分體式蝸桿，采用螺紋軸向調(diào)隙工藝，整體式箱體結(jié)構(gòu)，研制了一種新型定日鏡用減速機。具有以下優(yōu)勢：

（1）傳動精度達到設計要求，可用于定日鏡、高倍聚光光伏和碟式聚光器等對傳動精度要求很高的太陽能聚光器；

（2）易于現(xiàn)場調(diào)整間隙，可保證減速機具有長期的傳動精度，增加了減速機的使用壽命。

［1］孟力，尤政.定日鏡鏡面彎曲機構(gòu)設計及面形優(yōu)化.機械工程學報［J］，2013，49（11）：36-42

［2］葉勝康，金良華.整體式多功能定位傳動機構(gòu)：，CN20111 0203568.X.2014.

The Design of Heliostat Reducer

JIN Lianghua1，ZHANG Jianhan2，YE Shengkang1，YU Yang1
（1.Zhejiang Hengfengtai Reducer Manufacturing Co.，Ltd.，Wenzhou 325025；2.China Institute of Electrical Engineering，Beijing，100190）

High precision heliostat reducer with adjustable gap，using the overall scheme of azimuth angle and pitching angle transmission mechanism which is arranged in the same box，designed a split type worm structure.Through the screw clamping mechanism to adjust the worm gear，worm gear pair is designed，split worm machining and assembly process was studied.Reducer has high transmission precision，long service life and easy to adjust gap，which can be used for heliostat，disc type concentrator and tracking photovoltaic.

speed reducer，split type worm，adjustment gap