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起重機械減速器的結構特點的應用分析

http://www.intansilver.com 天賜網 發布日期:2022-7-19 16:40:42   來源: 作者: 我要投稿
關鍵詞:起重機

 起重機械*核心的配件是卷揚機構、回轉機構、變幅機構及行走機構。這些機構大多使用定軸齒輪減速器。這種減速器存在體積大、質量大、效率低和噪音高等缺陷,制約了起重設備械向大噸位、高性能、高效和可靠性高方向發展。

本文從行星減速器的結構特點及在起重設備上的運用角度,探討研究零配件的重量輕技術,以推廣行星減速器的運用,實現起重設備械重量輕目標。
1.特點分析
(1)行星減速器亮點
行星傳動減速器與普通定軸減速器相比,擁有體積小、質量小、結構緊湊、承重能力高等優勢。其每組行星單元有3~7個行星齒輪,可進行載荷分流;它采用內齒輪傳動,徑向尺寸小,承重能力高,輸入與輸出軸共軸線,大為減小了長度尺寸;其齒輪殼體采用內齒圈設計,替代了定軸減速器的巨大箱體。
行星傳動有附加運動,能容易地實現較大的傳動比,采用對稱的分流傳動結構,有助于提升傳動效率。由于行星齒輪均勻分布,能使慣性力互相平衡,故行星減速器運動平穩,抗沖擊和振動力力較強。
(2)行星差速傳動減速器
重型起重設備減速器大多采用多級行星差速傳動減速器。一般行星傳動采用多級行星串聯傳動,靠末級行星傳動承擔載荷輸出。如圖1所示,載荷輸出由末級行星架與卷筒聯接并輸出時,末級行星傳動的體積會較大。而行星差速傳動力將多級行星單元共同傳動到齒圈輸出,如圖2顯示的是3級行星齒輪都傳遞到齒圈共同輸出,圖3顯示的是齒圈與卷筒聯接并輸出。當行星差速傳動減速器與一般行星傳動減速器制造和工作條件相同時,行星差速傳動減速器質量能降低20%以上。因而行星差速傳動是減速器重量輕的核心技術,其與定軸齒輪減速器參數比對如附表所示。
(3)硬齒面齒輪熱處理
采用硬齒面齒輪傳動替代軟齒面或中硬齒面齒輪傳動,在一定范圍內可使減速器重量輕。對外齒輪采用優秀滲碳鋼并經滲碳淬火處理,表面強度達到到58~62HRC,與調質齒輪比較接觸強度成增強長,而彎曲強度比調質齒輪約增加50%以上。對內齒輪采用高級合金結構鋼并經調質、氮化處理后,心部強度達到270~310HB,表面強度達到550~700HV,齒面接觸強度明顯提升,能承擔十分大的載荷。資料介紹,某軋機減速器用硬齒面齒輪替代調質齒輪后質量降低40%,減速器速度成倍度提升。
(4)齒輪修形
為了減小嚙合沖擊,改善齒面潤滑狀態,減少嚙合噪音,需對齒輪的齒形和齒向進行修整。如需改善某些高速齒輪嚙合質量,還需增大齒輪的齒高系數,促讓其彎曲變形會更大。對承重能力高、精度等級高的硬齒面齒輪采用齒輪齒形和齒向修形技術,不單能提升齒輪接觸精度和嚙合質量,還能提升許用節圓線速度40%左右。
(5)新一代材料應用
隨著以上硬齒面齒輪的采用,齒輪的材料也發生了較大變化,與經常使用的20CrMnTi比較,在硬齒面齒輪材料中,20CrMnMo材料抗拉強度、沖擊值提升10%,17Cr2Ni4材料抗拉強度、沖擊值提升30%,采用42CrMo整體鍛造的行星架比鑄造或組合的行星架質量降低30%以上。采用增加淬透性的材料,也有助于提升大模數齒輪的心部強度,因而提升大模數齒輪的彎曲強度。另外,可使用新一代粉末冶金多摩擦片式制動替代尺寸巨大的帶式制動或鉗盤式制動。
2.技術研發
(1)嚙合參數的選擇
在行星齒輪計算中嚙合角或變位系數的選擇,對減速器的承重能力、使用壽命、減小尺寸和降低質量特別重要,在常用傳動形式(NGW)傳動中,外嚙合的接觸強度和彎曲強度低于內嚙合。在保證外齒輪嚙合重合度及齒頂變尖等條件限制的情況下,理想選擇齒輪嚙合角和變位系數是減速器重量輕的有效途徑。
(2)新一代均載結構
行星傳動減速器每組行星單元中多個行星齒輪的載荷應均勻分布,方案有

二、
一是將每組行星齒輪的齒厚做成一致,并且使齒輪齒部達到國標的6級精度。這時行星架的行星軸線位置度誤差不得高于形位公差國標的5級。
二是使每組零配件浮動。減速器中的太陽輪、行星架浮動,可以在行星齒輪受力時自動找平衡,使每個行星齒輪的受力均勻,因而實現行星齒輪的載荷均勻分布、平穩運轉、承重能力提升。
(3)新一代制動系統
新一代行星減速器采用內置制動系統替代結構巨大的帶式制動系統和鉗盤式制動系統,因而制動可靠、使用使用期限長。內置制動系統采用濕式多摩擦片式制動,由多組主動片和從動片組成,主動片采用彈簧鋼并經淬火處理,從動片采用銅基或紙基粉末冶金摩擦材料。制動摩擦片經過彈簧、活塞壓緊合閉,實現行星減速器的駐車制動。解除制動時,油液壓力帶動活塞動作,活塞克服彈簧力而使摩擦片分離,行星減速器得以運轉正常。
(4)浮封環密封方法
浮封環密封的特點是可以承受齒輪箱一定的內部壓力,可以阻擋外部的泥水及灰塵,特別適合大型起重設備械野外或露天的工作環境。行星減速器的回轉組合面采用浮封環密封時,浮封環與兩相對回轉零件采用O形圈分別壓嵌在兩相對運動零件的座腔內,形成靜密封;浮封環的回轉組合面采用1對耐磨合金鑄件并經研磨形成十分細密的刃帶,實現回轉組合面動密封。
(5)內藏式結構
如圖1和圖3所示,行星減速器可以安裝在起重設備械卷揚和變幅機構卷筒的內部,也可安裝在起重設備行走履帶鏈輪或機器的*終傳動內,因而減小了卷揚機構和行走機構的安裝空間,改善了起重設備的經過性,并且讓其安裝容易。
(6)雙行星減速器帶動
因對大型的起重設備的卷揚和變幅機構的扭矩要求較大,如有需要時可使用雙行星減速器帶動,即在相同卷筒的兩端各安裝1臺相同的行星減速器,2臺減速器聯合帶動卷筒進行工作,如圖4所示。這種結構的特點是增大了機構的扭矩,而卷筒直徑沒有增大。行走機構也可由雙帶動改為4個行星減速器帶動,這樣可減少總成成本。
(7)零配件改進
早期的行星架大多采用雙壁整體式鑄造或焊接結構和雙壁安裝式結構(如圖1中的行星架),其結構復雜、尺寸巨大。目前多使用1種單壁式行星架(見圖2中的行星架),其采用整體鍛造成型,較雙壁行星架能降低質量1/3以上,并且便于安裝。
采用齒輪軸輸出,調優了行星架加工,去掉了壓板、螺栓等零件,并且解除了安裝齒輪對軸徑和齒數的限制,提升了輸出齒輪的強度。
3.工藝方法
(1)硬齒面齒輪熱處理
硬齒面齒輪的外齒輪若采用優秀滲碳鋼20CrMnTi、20CrMnMo和17Cr2Ni4材料,鍛造后或粗加工后進行正火處理時,要求其正火溫度高于滲碳溫度,起到細化組織、減少滲碳變形的作用。機械加工后若采用計算機控制的多用爐進行滲碳淬火和回火處理,表面強度達到到58~62HRC,心部強度達到到30~45HRC,齒部接觸強度和彎曲強度均能達到比較理想的狀態。
內齒輪若采用高級合金結構鋼42CrMo材料,鍛造后再進行調質處理時,使用多用爐能確保其調質強度均勻,氮化時不易變形,心部強度達到270~310HB.機加工制齒后若采用等離子氮化爐進行氮化處理,氮化深度達到0.5mm左右,表面強度達到550~700HV,齒部接觸強度和彎曲強度也均能達到比較理想的狀態。
(2)硬齒面齒輪加工
硬齒面齒輪加工時,應先采用滾齒機或插齒機對齒輪坯制齒,進行滲碳淬火后,再采用數控蝸桿砂輪磨齒機磨齒。
對加工大量大、高精度、齒數多的行星齒輪,可使用成組磨齒,這樣能保證每組行星齒輪的齒部完全一致;對于齒數少、模數大的太陽輪及軸齒輪加工時,其內齒輪大多采用數控或高速插齒機插齒成形,表面氮化處理后不再磨齒,當需要磨齒時可用成形砂輪磨齒機進行磨齒。
據資料介紹,行星齒輪減速器在齒輪精度為4~8級范圍內時,精度等級每提升一級可使承重能力提升10%左右(或使體積、質量減少8%~10%),工作噪音減少2~3dB.
對超大型起重設備械齒輪硬齒面加工時,若外齒輪模數m高于
10、直徑高于500mm時,應采用大型滾齒機滾齒。滾齒后需要先修整齒根圓弧,滲碳淬火后,再采用數控立式成形砂輪磨齒機磨齒。對內齒輪仍以插齒為主,也可進行銑齒,氮化處理后再進行磨齒。
(3)齒輪的修形
為了提升減速器的齒輪傳動效率,降低振動,減少噪音,需要對齒輪的齒形及齒向進行修形處理。
齒輪修形大多采用剃齒或磨齒方法,我國主要采用磨齒的方法。采用磨齒方法對經過滲碳淬火的行星齒輪進行修形,能排除熱處理變形。數控蝸桿砂輪磨齒機擁有齒向鼓形齒修形功能,經過特殊金剛石砂輪修整滾輪,能進行齒形修形。使用數控成形砂輪磨齒功能進行齒形及齒向修形。
(4)軸承的選配與預緊
行星傳動減速器的所有配件都選用滾動軸承支撐。行星齒輪的內孔裝有滿排滾子的圓柱滾子軸承,用以提升軸承的承重能力。對于聯接支架和齒圈的2個圓錐滾子軸承,要求必須選用強化型圓錐滾子軸承,且必須成對安裝。
由于軸承有一定的彈性變形,安裝后無法完全排除變形,當減速器運轉時由于載荷徑向力的作用會使圓錐滾子軸承形成徑向縫隙,導致軸承滾子與內外圈圓錐面發生反常接觸,因而造成軸承或齒輪損壞。這時可給2個圓錐滾子軸承1個預緊力,保證軸承受力時能運轉正常。
(5)行星減速器的試驗
在出廠前要對行星減速器逐臺進行試驗,檢驗項目包括噪音測試、制動力矩測試和密封性試驗等。對采用計算機控制的專用行星減速器,應在載荷試驗臺進行載荷、扭矩、轉速、效率和溫度等實試驗。
行星齒輪減速器擁有體積小、重量輕、高效和承重能力大等特點,十分適應起重設備械減速器重量輕要求,起重設備械采用行星減速器可比傳統減速器的質量減少15%~20%.

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