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行星齒輪傳動在電動滾筒中的應(yīng)用
行星齒輪傳動在電動滾筒中的應(yīng)用
在港口的水陸貨物轉(zhuǎn)運裝卸中,，皮帶運輸機是最常見且用途最,，“的裝卸機之一,。在皮帶運輸機的組成中,。電動滾筒是其關(guān)鍵部件,，廣泛用于皮帶輸送機系統(tǒng)中,，起到傳遞功率,、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵作用,。電動滾筒用在皮帶運輸機中，對其工作環(huán)境的耐候性,、安裝尺寸的緊緊湊眭,、變速比的呵挖陸和重量的輕便性等方面均有嚴格要求[1]，要達到這些綜合要求是設(shè)計者和研究者不斷改進傳動方式的內(nèi)在動因,。目前,，即使是比較常用的電動滾筒，由于其存在內(nèi)空間狹小、傳熱有限,、不便于經(jīng)常拆卸與維修等不足之處,，也需要不斷地對其結(jié)構(gòu)進行改進，對其設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化,，改善電動滾筒的傳動性能,，因此，本論文通過對電動滾筒的傳動方式對比之后,，選用行星齒輪傳動方式,，改善電動滾筒的運行可靠性、結(jié)構(gòu)緊湊性,、傳動高效性等性能,。
二、電動滾筒常用傳動方式對比
電動滾筒的其傳動方式常見的有定軸齒輪傳動,、擺線針輪傳動,、行星齒輪傳動等，各種傳動方式的結(jié)構(gòu)和性能各不相同,，進行相關(guān)的比較如下,。
1．定軸齒輪傳動方式
定軸齒輪傳動方式是采用普通的多級圓柱齒輪傳動，如圖1所示,，由于單級傳動尺寸有限,，通常需要兩級傳動來完成，即第一級外嚙合的圓柱齒輪傳動和第二級內(nèi)嚙合的圓柱齒輪傳動,，才能達到普通電動滾筒所需要的傳動比,，其特點是傳動方式簡單，制造方便,，是目前生產(chǎn)廠家的各類電動滾筒普遍采用的傳動方式,。
圖1 定軸齒輪傳動
由于其傳動結(jié)構(gòu)的特點，自身存在諸多缺陷,，如單級傳動的徑向力,，造成電動滾筒的中心軸線始終存在較大的側(cè)向力，運行時有交變力,，使?jié)L筒端蓋螺栓容易松動,、漏油。
2．?dāng)[線針輪傳動方式
擺線針輪傳動方式是應(yīng)用擺線傳動原理,，其特點是傳動比范圍大，只要單級傳動就可以完成普通電動滾筒所需要的傳動比,，傳遞扭矩大,，通常應(yīng)用于較大功率的內(nèi)置式和外置式電動滾筒中，其結(jié)構(gòu) 如圖2所示。
擺線針輪傳動方式最大的弊病是高速輸入端為偏心結(jié)構(gòu),，容易磨損,，影響使用壽命。特別是較大功率的滾筒,，所用的擺線輸入中心輪的偏心結(jié)構(gòu),，無法克服高速運行時，產(chǎn)生的巨大慣性矩對其輸入軸承的破壞作用,。
1—H機構(gòu)2—偏心套3—w輸出機構(gòu)4一輸出軸5一擺線輪6一針輪
圖2擺線針輪傳動
3．行星齒輪傳動方式
行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊,，三點對稱，受力均衡,，傳動效率高,，具有功率分流和動軸線的運動特性，如圖3所示,，由于在中心輪的周圍均勻分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷,，故使得每個齒輪所承受的負荷較小，所以可以采用較小的模數(shù),，從而縮小了其外廓尺寸,，使其結(jié)構(gòu)緊湊。
Za—輸入齒輪(太陽輪) zc一行星齒輪 H一行星架Zb一齒圈
圖3行星齒輪傳動
行星齒輪傳動的特點是運動平穩(wěn),、抗沖擊和振動能力的能力較強,。使用壽命長。
通過上述比較,，行星齒輪傳動機構(gòu)具有較多的綜合優(yōu)點,，通過必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進和參數(shù)優(yōu)化?？梢赃m宜于在港口皮帶傳動機械上應(yīng)用,，能夠使所設(shè)計的電動滾筒符合港口祝械的工況要求。
三,、行星齒輪的設(shè)計[2]
1. 傳動結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的行星齒輪傳動要達到電動滾筒所需要的傳動比,，往往要兩級、甚至三級傳動,，還要考慮級問聯(lián)接方式,，如圖4所示兩級傳動，實現(xiàn)該傳動方式,，將使電動滾筒的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜,。對制造、安裝,、檢測都有嚴格的要求,，生產(chǎn)成本高,，使得推廣應(yīng)用困難。失去了行星齒輪傳動體積小結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢,。
圖4 兩級2K—H行星齒輪傳動電動滾筒
本文從皮帶運輸機的工作環(huán)境出發(fā),，對傳動結(jié)構(gòu)進行改進，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,，僅用一級傳動就達到所需的傳動比,，結(jié)構(gòu)相當(dāng)筒啦，如圖5所示,。
圖5 一級行星齒輪傳動電動滾筒
2. 設(shè)計參數(shù)選擇與計算
本文討論的設(shè)計方法,，解決了普通行星齒輪傳動在電動滾筒應(yīng)用的難題，可以在電動滾筒領(lǐng)域,，針對不同外徑,、不同線速度完拿系列化，僅用一級傳動就完成了所需的傳動比,。
這樣簡化了結(jié)構(gòu),，并且對零件材料和加工精度的要求也大大的降低，從而大幅降低了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)以 電機轉(zhuǎn)速980r／min,，功率55KW，帶速4m／s,，帶寬1000mm,，滾筒直徑φ630mm，外裝式電動滾筒為例,，設(shè)計計算行星齒輪參數(shù),。
(1)計算傳動比及齒數(shù)
滾筒轉(zhuǎn)速n2=4×(60/(O.63X3.14)=121.26r/rain；齒輪傳動比i=980/121.26=8.0817,。
采用行星架固定方式,，太陽輪作為輸入件，齒圈作為輸出件,，因此,，可以選擇太陽輪齒數(shù)Za=12，為滿足行星齒輪安裝條件,，齒圈齒數(shù)取Zb=96,，傳動比i=Zb/Za=8，行星輪齒數(shù)Zc=(96-12)/2=42,。
(2)計算齒輪模數(shù)
按齒根彎曲強度條件確定模數(shù)m
由公式
式中系數(shù)可以從文獻[3]中查到,。
其中，K為載荷系數(shù),，取1.5,；
KFP為載荷分布不均勻系數(shù),，取1.75,；
b為齒寬系數(shù),，初選0.4；
YF1為齒形系數(shù),，查得2.32,；
YS1為應(yīng)力修正系數(shù)，查得1.71,；
δFP1為輪齒彎曲許用強度,，40Cr調(diào)質(zhì)齒面高頻，取600N/m,；
Z1為太陽輪齒數(shù)12,；
T1為太陽輪輪齒扭矩。
Ta=9550000×55/980=53596.38(N·mm)
T1=Ta/3=178656.46(N·mm)
代入公式(1),，得m≥4.757mm,取模數(shù)m=5mm
由以上計算可知,，行星傳動齒輪僅用較小的齒輪模數(shù)，就可以傳遞較大的功率,。
(3)計算中心距a及齒數(shù)變位系數(shù)
行星齒輪具有兩個嚙合齒輪副：a-c,，b-c，各齒輪副的中心距a為：
aac=m×(Za+Zg)/2=135mm
abc=m×(Zb-zc)/2=135mm
由于太陽輪齒數(shù)Za=12,，齒數(shù)較少,，為了防止加工時產(chǎn)生根切，應(yīng)進行變位,，變位系數(shù)取經(jīng)驗值Xa=0.5,。并且，為了提高齒輪的彎曲強度,，我們把行星輪的變位系數(shù)也取為Xb=0.5,。
這時，節(jié)點位于雙齒嚙合區(qū),，使受接觸強度限制的承載能力最高,，且太陽齒輪、行星齒輪的輪齒彎曲強度接近相等,。
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