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0引言
隨著煤機(jī)設(shè)備朝大功率、大規(guī)格和大扭矩方向發(fā)展,產(chǎn)品可靠性和壽命的要求也越來(lái)越高,而受井下空間尺寸的限制,齒輪傳動(dòng)要求的功率體積比越來(lái)越大。行星輪傳動(dòng)裝置采用多個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷,實(shí)現(xiàn)功率分流,具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、效率高、振動(dòng)小、噪音低的優(yōu)點(diǎn),得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。
1使用現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的行星傳動(dòng)裝置一般采用雙軸承支撐行星軸,軸承或置于行星輪內(nèi),或置于行星架中,見(jiàn)圖2,軸承不可避免地要占用有限空間內(nèi)的徑向尺寸,在有限空間內(nèi)布置軸承就需要減小減小行星軸直徑或行星輪、行星架外壁壁厚,在具體設(shè)計(jì)計(jì)算中,在一定空間尺寸限制下,很難同時(shí)滿足行星輪或行星架、行星軸強(qiáng)度及軸承壽命要求。目前,國(guó)內(nèi)為提高行星傳動(dòng)系統(tǒng)功率體積比,設(shè)計(jì)中往往采用去內(nèi)圈或外圈的滾動(dòng)軸承及行星軸充當(dāng)內(nèi)圈、行星輪內(nèi)孔充當(dāng)外圈的滾珠軸承方式。在空間尺寸緊張、轉(zhuǎn)速較低的情況下,采用薄壁滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)。但在功率、體積矛盾日益突出的情況下,行星軸的徑向尺寸加大10mm,甚至是5mm對(duì)強(qiáng)度的影響也不可忽視:比如一根直徑50mm的軸,其抗彎截面模量是直徑45mm軸的1.37倍,那么在彎矩相同的情況下,其應(yīng)力值僅為直徑45mm軸的72%左右。因此,采用無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu),可在有限空間內(nèi)合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸,均衡各零件強(qiáng)度,提高行星傳動(dòng)的整體可靠性。
2無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖5,行星軸與行星架固定,無(wú)軸承支撐,行星輪與行星軸相對(duì)旋轉(zhuǎn),行星軸兼具軸承的功能。該結(jié)構(gòu)充分利用有限空間,提高行星傳動(dòng)功率體積比。國(guó)外先進(jìn)煤機(jī)制造商已有使用該技術(shù)的相關(guān)的產(chǎn)品問(wèn)世,并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了很好地應(yīng)用,中國(guó)目前尚未發(fā)現(xiàn)有使用無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)礦用齒輪箱,該項(xiàng)目的研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白。無(wú)軸承行星傳動(dòng)的關(guān)鍵在于合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸,均衡各零件強(qiáng)度,提高行星傳動(dòng)的整體可靠性。設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先利用經(jīng)典力學(xué)理論計(jì)算齒輪壽命和強(qiáng)度、行星軸強(qiáng)度,并調(diào)整行星軸直徑,保證二者均滿足設(shè)計(jì)要求,然后利用有限元軟件進(jìn)一步分析行星輪、行星軸和行星架,優(yōu)化結(jié)構(gòu),使行星架強(qiáng)度與行星輪、行星軸強(qiáng)度均衡,提高行星組件體積功率比。無(wú)軸承行星傳動(dòng)行星輪與行星軸、行星軸與行星架之間的配合關(guān)系也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。行星架的孔的加工難度高于行星輪的孔的加工難度,正常情況下,行星軸與行星架配合按基孔制,行星軸與行星輪配合按基軸制。行星軸與行星架固定,安裝定位鍵,防止行星軸與行星架發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn),這樣行星軸與行星架可選較松的配合,便于裝配,只需滿足定心要求即可。行星輪與行星軸相對(duì)旋轉(zhuǎn),應(yīng)選擇間隙配合,但間隙太大,影響齒輪嚙合及均載效果;間隙太小,行星輪與行星軸之間無(wú)法形成油膜,行星軸磨損嚴(yán)重,影響行星軸使用壽命。另外,無(wú)軸承行星傳動(dòng)的原理上是一種滑動(dòng)摩擦,工作部件溫度較高,必須考慮行星軸的熱膨脹量對(duì)配合間隙的影響。在設(shè)計(jì)時(shí),行星輪孔的公差要加入熱膨脹量,熱膨脹量的值可按下式計(jì)算:σ=dtε,(1)式(1)中,σ為行星軸的熱膨脹量,mm;d為行星軸的直徑,mm;t為環(huán)境溫度,℃;α為材料熱膨脹系數(shù)。行星輪與行星軸配合關(guān)系影響潤(rùn)滑油膜形成質(zhì)量,初步確定后必須按潤(rùn)滑方式研究部分進(jìn)行詳細(xì)校核,合理調(diào)整。
3結(jié)語(yǔ)
煤礦井下條件惡劣,巷道底板不平整,經(jīng)常有較多煤泥水,承載能力相對(duì)較低,因此,行走齒輪箱必須提供充足的動(dòng)力,保證整機(jī)可靠運(yùn)行。在井下工業(yè)性試驗(yàn)期間,項(xiàng)目組對(duì)應(yīng)用無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)行走齒輪箱進(jìn)行功率、振動(dòng)等方面數(shù)據(jù)的采集,并分析實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù),結(jié)果顯示無(wú)軸承行星傳動(dòng)裝置動(dòng)力輸出穩(wěn)定。
作者:石濤 單位:中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司
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