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摘要：通過某設(shè)計中擺線針輪減速器受徑向載荷作用所反映出的問題,分析了徑向載荷對擺線針輪減速器的影響,提出擺錢針輪減速器、諧波減速器、少齒差行星減速器等受有較大徑向載荷時,應(yīng)適當降低許用扭矩,以保證減速器能安全正常工作。
1 減速器選擇及使用中發(fā)現(xiàn)的問題
某產(chǎn)品傳動系統(tǒng)中需要一同軸式減速器,輸入轉(zhuǎn)速1450 r/m in,輸出傳速3 r/m in,短時續(xù)工作制,負載轉(zhuǎn)矩Tz= 2380N m,原動機為三相異步電動機,起動轉(zhuǎn)矩約為工作負載轉(zhuǎn)矩的180%,據(jù)文獻〔1〕和產(chǎn)品使用說明書選擇減速器。
取載荷系數(shù)KA= 1. 0;計算傳動比ica= 1450/3= 483. 3,選取減速器的傳動比i= 493;計算負載轉(zhuǎn)矩Tzmax=Tz kA 180% = 4284N m;減速器允許的過載系數(shù)為1. 6,那么計算轉(zhuǎn)矩Tca=Tzmax/1. 6= 2677. 5N m。
我們選用XWED1. 5- 74- 493行星擺線針輪減速器,同步轉(zhuǎn)速1500 r/m in,減速比i= 9×17= 493,許用轉(zhuǎn)矩TP= 2700N m。輸出軸上安裝了一個分度園直線d= 126mm,寬
度B= 80mm的標準漸開線直齒園柱齒輪,開式傳動,齒輪副滿足強度條件。
裝機使用時,我們發(fā)現(xiàn):,減速器輸出軸端出現(xiàn)“搖頭”現(xiàn)象,位移量近1mm,嚴重影響開式齒輪的嚙合質(zhì)量。第二,針輪殼與機座接合處有明顯的徑向位移。第三,針輪殼與機座接合處有軸向縫隙。
2 分析討論
XWED1. 5- 74- 493減速器輸出軸結(jié)構(gòu)簡圖及受力如圖1示。圖中FBA、FBB、FBC分別為軸承A、B、C的支承反力;FLA、FLB分別為兩個擺線針輪給輸出軸的徑向作用力,Fz為負載壓力。Fz=2 Tzd cosTn=2×2380126×cos20°N= 40. 22 kN,其中Tn為齒輪的嚙合角。
2. 1 Tz≠0,Fz= 0的情況
假設(shè)輸出軸端安裝一聯(lián)軸器,即可認為Tz≠0;Fz= 0。如不考慮制造安裝誤差,則有FLA與FLB大小相等,方向相反,不共線,并對輸出軸形成一個彎矩ML=FLA(b-a)的作用,此時,FBA、FBB、FBC均可認為不太大,且由于輸出軸的轉(zhuǎn)動受力平面也隨之轉(zhuǎn)動。
2. 2 Tz≠0,Fz≠0的情況
當輸出軸端安裝一齒輪,即認為Tz≠0;Fz≠0。設(shè)Fz為恒力(大小、方向、作用點不變),而輸出軸以其輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,則輸出軸受力如圖2示,針輪殼受力如圖3示。
2. 2. 1 由圖2知,FLA和FLB分別由負載轉(zhuǎn)矩Tz和徑向載荷Fz引起。由Tz產(chǎn)生的分力FLA1
和FLB2應(yīng)大小相等、方向相反、不共線且隨輸出軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動;由Fz產(chǎn)生的分為FLA2和FLB2則是大小、方向不變。在任一時刻,FLA是FLA1和FLA2的合力,FLB是FLB1和FLB2的合力。故FLA和FLB的大小和方向是不斷變化的,當FLA1與FLA2共線且方向相同時,FLA,;當FLA1與FLA2共線而方向相反時,FLA最小,由于該力的作用,就出現(xiàn)了“搖頭”現(xiàn)象。
2. 2. 2 由圖2、圖3知,由于擺線輪A、B對針輪殼的作用
力F′LA、F′LB不共線,必然使針輪殼受到一個彎矩MZL=F′LB d-F′LA c≈∑Fi D cos2 i的作用,式中Fi為第i個螺栓所承受的張力; i為相角;E點為傾翻中心。當Fi大于初始預緊力Fio時,螺栓拉伸變形,沿受拉螺栓軸向,機座與針輪殼之間出現(xiàn)裂縫,由于該力的變化,會出現(xiàn)裂縫一張一合的現(xiàn)象。
2. 2. 3 由圖3知,由于F′LA≠F′LB,加之機座與針輪殼的定位止口處存在間隙,當|F′LA-F′LB|大于其間的摩擦力Ff時,就會出現(xiàn)針輪殼與機座間的徑向位移,直到定位止口提供一個徑向剪力Q=|F′LA-F′LB|-Ff為止。由于F′LA、F′LB的方向隨輸出軸的轉(zhuǎn)動而變化,就出現(xiàn)了前面觀察到的徑向晃動。
2. 3 同2. 2的受力狀態(tài),但Tz和Fz均為周期性脈動負載
2. 3. 1 由前面分析知,由于徑向負載較大依然會引起針輪殼與機座結(jié)合面的相對位移和晃動。
2. 3. 2 分析圖1、圖2,在Fz所在的力平面,輸出軸端的力和力矩本身是脈動的,加之擺線輪
對輸出軸的作用力FLA、FLB也是變化的。故輸出軸端就會產(chǎn)生一個交變的位移。該位移主要由
三部分構(gòu)成。(1)軸的撓曲變形的WDB; (2)軸承的變形WDG; (3)機架的變形WDj。變形WD=WDB
+WDG+WDj。
2. 3. 3 由于該減速器為懸臂結(jié)構(gòu),軸的變形較大,機架的剛度較差,軸承為普通單列向心球軸承,無預緊,支承剛度較差,使輸出軸端部產(chǎn)生較大的變形。加之該負載是變化的,出現(xiàn)輸出軸的“搖頭”現(xiàn)象是必然的。
2. 4 結(jié) 論
2. 4. 1 輸出軸的徑向載荷較大時,會使針輪殼與機架產(chǎn)生相對晃動。
2. 4. 2 當作用于輸出軸的負載轉(zhuǎn)矩接近其許用轉(zhuǎn)矩、徑向力較大時,若負載是周期性變化的,輸出軸會產(chǎn)生“搖頭”現(xiàn)象。
2. 4. 3 選用該類減速器時,應(yīng)考慮徑向載荷的影響。
3 驗 證
提高減速器的性能,我們將減速器作了改造,將支座FBA移到輸出軸的端部,負載移到兩支承FBA與FBB之間,受力簡圖如圖4。由于改進后的減速器,改善了受力狀態(tài),減小了徑向力影響,增加了機座的剛性。實用表明:機座與針輪殼之間的縫隙消失,無晃動和“搖頭”現(xiàn)象。
4 推 論
4. 1 選用擺線針輪減速器時,應(yīng)考慮徑向載荷的影響,徑向載荷較大時應(yīng)適當降低輸出軸的許用轉(zhuǎn)矩。因該產(chǎn)品已系列化,應(yīng)組織專家進行分析和實驗,制定出選用規(guī)范。
4. 2 推而廣之,諧波減速器,少齒差行星減速器等也應(yīng)考慮徑向力的影響,制定出相應(yīng)的選擇范。
4. 3 對于系列產(chǎn)品,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計和實驗手段的提高,應(yīng)該對老產(chǎn)品進行改造,重新設(shè)計新系列產(chǎn)品,以提高使用性能。
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