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      克維斯傳動:電動輪自卸車輪邊減速器的分析
      作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2013-06-18 08:26:10    文字:【】【】【
      摘要:克維斯傳動:電動輪自卸車輪邊減速器的分析
      1 GE788電動輪自卸車輪邊減速器減速機構

        1.1組成

        GE788電動輪自卸車輪邊減速器由1個太陽輪、3個大行星輪、3個小行星輪、1個內齒圈組成,是典型的具有1個內嚙合和1個外嚙合的NW行星齒輪傳動減速機構,其中太陽輪本身浮動,太陽輪的一端通過花鍵套和電樞軸連接,另一端依靠與3個沿圓周均布的大行星輪嚙合自動定位,同時保證適當的嚙合側隙及齒頂間隙。大、小行星齒輪通過熱套過盈配合成為一體的雙聯行星齒輪。3個大行星輪由太陽輪驅動,大行星輪安裝在機架的軸承上,3個小行星輪與扭力管的內齒圈相嚙合。扭力管與輪轂靠螺栓連成一體,其整體在兩個大型向心推力軸承上繞機架轉動。輪轂給輪胎提供了安裝表面。

        1.2 工作原理

        GE788電動輪強制通風的直流電機將電能轉換成機械能,機械能通過NW行星輪系減速機構傳送到輪轂上。由直流電機帶動太陽輪旋轉,太陽輪帶動3個大行星輪旋轉,并通過與大行星輪同軸的小行星輪帶動扭力管上的內齒圈轉動,再經輪轂最后帶動車輪轉動.在電動輪自卸車運行中,施加到每個輪電機部分的電能,隨著電樞對行星輪等減速齒輪的驅動而變成機械能,電機扭矩通過NW行星輪系的減速而放大。

        2 NW行星輪系減速機構的特點

       ?。?)最為顯著的特點是在傳遞動力時可以進行功率分流。

        把3個完全相同的大行星輪均布在太陽輪周圍來共同分擔載荷,因而每個齒輪所受的載荷較小,相應齒輪的模數就可減小。

       ?。?)合理應用了內嚙合。內嚙合與外嚙合相比,中心距小,結構緊湊。凹齒面和凸齒面接觸,齒面承載能力大,重合度大,滑動率小。

       ?。?)共軸線式的傳動裝置。輸入軸與輸出軸共軸線,使這種傳動裝置在長度方向的尺寸大大縮小。

       ?。?)傳動比大。NW行星輪系減速傳動機構,利用少數幾個齒輪的嚙合,就可以得到很大的傳動比。

       ?。?)傳動效率高。NW行星輪系采用的對稱分流傳動結構具有3個均勻分布的行星齒輪,使作用于太陽輪和機架軸承中的反作用力相互平衡,有利于提高傳動效率,其效率可達0.97~0.99.

       ?。?)傳動平穩,抗沖擊和振動的能力強。由于采用3個相同的行星輪,均勻分布在太陽輪周圍,從而使行星輪與機架的慣性力相互平衡。同時也使參與嚙合的齒數增多,故NW輪系傳動平穩,抗沖擊和振動能力強,工作可靠。

        3 GE788輪邊減速器NW行星輪系的均載機構

        采用能夠補償制造和裝配誤差的太陽輪浮動,使各行星輪實現均載,不僅設計合理,而且機構簡單可靠。

        3.1工作原理

        太陽輪浮動最顯著的特點是太陽輪沒有固定的徑向支承,太陽輪一端通過花鍵套和電樞軸連接,另一端依靠3個沿圓周均布的大行星輪嚙合自動定心,在受力不平衡的條件下能夠做徑向游動(即浮動),以使各行星輪均勻分擔載荷。均載機構工作原理:由于基本構件的浮動,使3種基本構件上所承受的3種力2Ft、Fbtca、Fbtcb各自形成力的封閉等邊三角形,形成三角形的各力相等,達到均載的目的。

        3.2太陽輪浮動的特點

        太陽輪質量小、慣性小,太陽輪同時和3個行星輪嚙合,載荷循環次數最多,受力大,受力越大浮動越靈敏,均載效果也就越好。機構簡單可靠、容易制造、通用性強。

        質量輕的太陽輪,慣性力也小,在NW行星輪系的傳動件中,唯獨太陽輪的質量最輕,所以說對太陽輪浮動效果最好。尤其當行星輪數量等于3個,應用于中、低速行星輪傳動時,浮動的效果最好。太陽輪浮動既能降低載荷的不均衡系數,又能降低噪聲、提高運轉的平穩性和可靠性,因而在礦用電動輪自卸車輪邊減速器中得到廣泛的應用。國內外電動輪自卸車輪邊減速器中,全部采用的是太陽輪浮動的均載機構。

      值得注意的是,有了均載機構可以補償制造誤差,并不等于就可以隨意降低齒輪的制造精度,制造質量太差會導致嚴重的噪聲和齒面磨損,降低齒輪的使用壽命。

        4 GE788輪邊減速器齒輪的輪齒修形

        GE788輪邊減速器的硬齒面齒輪(太陽輪、大小行星輪)全部采用了輪齒修形技術,以達到減少輪齒變形和制造誤差及裝配誤差所引起的嚙合沖擊、振動和偏載,改善齒面的潤滑狀態,獲得均勻的載荷分布,提高輪齒的嚙合性能和承載能力及可靠性。這是一項有力的措施,國外及GE公司對這一技術的應用十分重視。

       ?。?)GE公司輪齒修形的形式輪齒修形分為齒廓修形和齒向修形兩部分。

       ?。?)GE公司輪齒修形的特點

        對齒頂附近齒廓形狀進行有意識的修緣,使齒廓形狀偏離理論齒廓,這種形式的齒廓修形也就是常說的修緣。GE公司在齒廓修形中,大量采用這一方式。

        國內齒向修形比較多見的是在輪齒兩端,在1/4齒長或1/3齒長長度范圍內,朝齒端方向齒厚進行逐漸減薄的修整。GE公司的齒向修形由1/2齒長中線處,朝齒端方向齒厚進行逐漸減薄的修整。

        GE公司的輪齒修形特點:采用齒向和齒廓同時修形的方法,使輪齒在齒面中部區域與相嚙合的齒面接觸。驗收時,必須在位于齒長的中部測量公法線。

        GE公司的修形已不限于對齒輪的輪齒修形,同樣的道理已擴展到對太陽輪花鍵部分進行齒向修形。國內生產的電動輪自卸車輪邊減速器太陽輪的花鍵部位就沒有進行齒向修形,在這方面尚存在一定的認識上的差距。

        5 GE公司對齒輪齒根部位的要求

        GE788輪邊減速器的齒輪齒根不需要也不允許磨削,同時齒輪不允許磨后出現凸臺,GE公司為了滿足以上兩點要求,齒輪在滾齒中全部采用帶突角的磨前滾刀加工,以保證漸開線和齒根過渡曲線連接平滑,這對于重載齒輪尤為重要,這也是GE公司的獨到之處,值得我們借鑒和學習。

        5.1對齒根部位的要求

       ?。?)磨后齒根處出現凸臺或尖點對齒輪的強度影響很大,因此磨后齒根處不允許出現凸臺或尖點等缺陷。

       ?。?)齒根漸開線和齒根過渡曲線連接應平滑,而且越光滑越好。

       ?。?)齒根表面粗糙度控制在Ra3.2μm為宜,齒根部位的圓弧越光滑、越圓滑越不容易產生應力集圖5GE788太陽輪花鍵齒向修形中,熱處理的效果就越好。

        5.2不磨齒根的好處

       ?。?)避免齒根底部硬度降低,保持滲碳、淬火、噴丸后形成的負壓應力層,以提高齒根部抗彎疲勞強度。

       ?。?)齒根溝槽底狹小,散熱條件差,以及過渡曲線處余量大小變化大,在磨削中都容易產生燒傷和磨削裂紋。

       ?。?)齒根槽底磨削條件差,砂輪外圓磨粒容易脫落和磨損,從而影響磨削質量。

       ?。?)從抗斷齒能力來看,齒根處要有一定量的根切,否則磨齒時不可避免地要在齒根產生凸臺,這將造成較大的應力集中,嚴重影響抗斷齒能力。發生凸臺是絕對不允許的。

        總之,齒槽根部不磨削可以提高齒輪承載能力,避免磨齒損傷,提高磨齒質量,降低磨齒負荷,提高生產率。為了滿足這一要求,必須在齒輪的滾齒過程中使用有突角磨前滾刀。

        6 GE公司在齒輪和機架的加工中對尺寸及形位公差的要求

        為了保證NW行星輪系內嚙合和外嚙合的齒側間隙、齒長接觸精度以及3個行星輪的均載效果,GE公司在太陽輪、行星輪的加工中對尺寸和形位公差的要求有以下獨到之處。

       ?。?)在太陽輪的加工中,對太陽輪的內孔在全長范圍內進行磨削,這正是GE公司高水平的表現。

        由于太陽輪和電機轉速同步轉速高,對內孔進行磨削完全保證了內孔和齒輪以及花鍵部分完全同心,以達到運轉平穩和控制慣性力為最小的目的。GE公司在太陽輪加工中采取的工藝措施是對太陽輪浮動實現均載的質量保證。

       ?。?)行星輪的偏心誤差(含端面跳動在內)對浮動量影響最大,所以GE公司在齒輪加工中對齒圈的徑向跳動控制得比較嚴格。

       ?。?)行星輪齒厚的不相等性(也即公法線相等性誤差)對浮動量影響很大,所以GE公司在加工中對其控制得比較嚴格。其目的就是控制慣性力,使齒輪運轉平穩,提高均載效果。

        7 GE公司對GE788NW行星輪系減速機構齒輪的材料選擇

        GE788輪邊減速器齒輪主要工作特點是傳遞功率大、摩擦力大、速度不高、沖擊力大。由于美國是產鎳富國,為了滿足齒輪心部具有最佳的強度和韌性的需要,GE公司在齒輪材料選擇上采用了高強度的高Cr-Ni低碳合金鋼。

        GE788礦用電動輪自卸車輪邊減速器的齒輪全部是硬齒面齒輪,是典型的中速重載齒輪,齒面不硬化已無法滿足使用的要求。

       ?。?)太陽輪選材:太陽輪同時與3個行星輪嚙合,載荷循環次數最多,受力最大,因此GE公司選用承載能力高的高強度低碳合金鋼。

       ?。?)大、小行星輪選材:NW行星輪系最顯著的特點是在傳遞動力時可進行功率分流,把3個完全相同的大行星輪均布在太陽輪周圍來共同分擔載荷,因而每個齒輪所受的載荷較小,所以用材上和太陽輪相比,可用稍差一些的低碳合金鋼。

       ?。?)內齒圈選材:內齒圈的強度一般裕量較大,相比之下可用稍差一些的材料,齒面的硬度可低一些。GE公司通常選用中碳合金結構鋼,齒面采用調質+中頻淬火的工藝,使用效果很好。

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