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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(yán)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(yán)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。現(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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