攪拌減速機(jī)軸向受力問題的分析和改進(jìn)方法

摘 要：本公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的混凝土攪拌減速機(jī)，在負(fù)載試驗(yàn)中，遇到了噪音、冒煙、中心輪磨損嚴(yán)重等問題。為了解決這些問題，我們對(duì)整個(gè)減速機(jī)的工況、傳動(dòng)、受力進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生以上各種問題的主要原因是：各級(jí)中心輪之間軸向力過大，據(jù)此，提出新的設(shè)計(jì)方案，并且按新方案，我們進(jìn)行了試制、空載試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、裝車實(shí)驗(yàn)、小批量生產(chǎn)，從而保證了整個(gè)項(xiàng)目的順利完成。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌減速機(jī)；軸向力；分析

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種工程建設(shè)的混凝土需求旺盛，混凝土攪拌車需求量大增，與之配套攪拌車減速機(jī)需求量也隨之升高。而現(xiàn)階段國內(nèi)的攪拌減速機(jī)市場(chǎng)多為外國品牌占據(jù)，和進(jìn)口產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品有些問題沒能很好解決，其中，減速機(jī)軸向受力問題就是一個(gè)比較嚴(yán)重的問題。

1 攪拌減速機(jī)的工作組成、原理及其受力問題

攪拌減速機(jī)一般采用行星減速傳動(dòng)形式。行星減速機(jī)安裝形式有：水平安裝、豎直安裝和傾斜安裝，其中水平安裝和豎直安裝為常規(guī)的、普通的安裝方式，受力情況比較簡單，傾斜安裝受力情況最為復(fù)雜。而混凝土運(yùn)輸車因?yàn)槠鋵?shí)際情況，要求攪拌減速機(jī)傾斜安裝。一般攪拌減速機(jī)由兩級(jí)或是三級(jí)行星傳動(dòng)構(gòu)成，為了滿足行星機(jī)構(gòu)均載要求，各級(jí)中心輪和行星架采用浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。浮動(dòng)機(jī)構(gòu)和傾斜安裝就產(chǎn)生了各級(jí)中心輪之間軸向受力的問題，解決軸向受力問題就是攪拌減速機(jī)能否正常工作和使用壽命的關(guān)鍵。

在最先的設(shè)計(jì)中，我們按照常規(guī)的多級(jí)行星減速機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，即讓兩級(jí)中心輪端面直接相互接觸，并且在相互接觸的端面銑油槽潤滑，這種安裝方式，因?yàn)楹唵巍⒔?jīng)濟(jì)、實(shí)用，行星減速機(jī)中最為常用。設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了試制、空載試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)。空載實(shí)驗(yàn)減速機(jī)正常工作，但是在負(fù)載以后，攪拌減速機(jī)很快就冒煙并且噪音比較大，拆檢以后發(fā)現(xiàn)一級(jí)中心輪和二級(jí)中心輪接觸端面磨損非常嚴(yán)重，并且有燒結(jié)、發(fā)藍(lán)等現(xiàn)象；二級(jí)中心輪和三級(jí)中心輪接觸的兩個(gè)端面磨損比較嚴(yán)重；三級(jí)中心輪和三級(jí)行星架接觸的兩個(gè)端面也有磨損。為了解決以上問題，我們對(duì)攪拌減速機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行了受力分析。在減速機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于各部件的自重和各個(gè)嚙合齒輪之間齒側(cè)間隙的存在，使減速機(jī)各級(jí)都產(chǎn)生比較大的斜向下的推力；各級(jí)推力累積，在減速機(jī)輸入止口出處有較大的推力存在。結(jié)合圖1進(jìn)行詳細(xì)說明：1輸出法蘭和2鼓型連接盤固定在一起，在23底座殼體和24大軸承作用下，在靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)幾級(jí)傳動(dòng)部分不產(chǎn)生推力；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，1輸出法蘭和3三級(jí)行星架之間，2鼓型連接盤和3三級(jí)行星架之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)關(guān)節(jié)副均為球面，理論上不產(chǎn)生推力，但由于加工和裝配存在誤差，會(huì)產(chǎn)生一定的推力并且推力會(huì)向三級(jí)傳動(dòng)部分傳遞。三級(jí)傳動(dòng)部分浮動(dòng)且傾斜安裝，自重會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向二級(jí)出動(dòng)部分的軸向分力；由于齒側(cè)間隙、加工誤差、裝配誤差的存在，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向二級(jí)傳動(dòng)部分的軸向分力；這兩個(gè)力再加上輸出部分關(guān)節(jié)副產(chǎn)生的力，三力合成、疊加后傳到二級(jí)傳動(dòng)部分；4三級(jí)中心輪為軸向限位件，力會(huì)通過三級(jí)中心輪向前一級(jí)傳遞。同理：二級(jí)中心輪為軸向限位件，在4三級(jí)中心輪上累積的力和二級(jí)傳動(dòng)部分產(chǎn)生的力就通過8二級(jí)中心輪向前傳遞；一級(jí)中心輪為軸向限位件，在8二級(jí)中心輪上累積的力和一級(jí)動(dòng)部分產(chǎn)生的力就通過12一級(jí)中心輪向前傳遞。16軸用擋圈55、15球軸承6011、14孔用擋圈90對(duì)12一級(jí)中心輪進(jìn)行軸向限位，并且將一級(jí)中心輪上的累積的力傳遞到減速機(jī)外殼上。

攪拌減速機(jī)中，在3三級(jí)行星架和4三級(jí)中心輪之間，在4三級(jí)中心輪和8二級(jí)中心輪之間，在8二級(jí)中心輪和12一級(jí)中心輪之間存在著軸向力和速度差。特別是8二級(jí)中心輪和12一級(jí)中心輪之間，8一級(jí)中心輪做為高速輸入端和軸向力最后承受端，8二級(jí)中心輪和12一級(jí)中心輪之間有比較大的軸向力和和速度差。而且負(fù)載實(shí)驗(yàn)充分表明，這種普通的行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不適用于攪拌車減速機(jī)。

2 改進(jìn)缺陷的方法

為了解決以上問題，我們對(duì)攪拌減速機(jī)方案進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，在各級(jí)中心輪之間增加了一個(gè)軸承結(jié)構(gòu)：在8二級(jí)中心輪和12一級(jí)中心輪之間，增加17軸承頂軸和18角接觸球軸承7005C；在8二級(jí)中心輪和4三級(jí)中心輪之間增加19角接觸球軸承7005C和20軸承頂軸；在4三級(jí)中心輪和3三級(jí)行星架之間增加21角接觸球軸承7005C和22軸承頂軸。角接觸球軸承可以高速轉(zhuǎn)動(dòng)并且可以承受較大的軸向力，以此來解決攪拌減速機(jī)各級(jí)中心輪之間的軸向受力問題。按照新的設(shè)計(jì)思路，我們進(jìn)行試制、空載和負(fù)載試驗(yàn)。空載試驗(yàn)情況良好，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，噪音比較低，沒有出現(xiàn)冒煙情況。為了進(jìn)一步驗(yàn)證新的設(shè)計(jì)方案，我們進(jìn)行型式實(shí)驗(yàn)，即負(fù)載長跑，在負(fù)載長跑實(shí)驗(yàn)中，攪拌減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)始終平穩(wěn)且噪音比較低，符合使用和壽命要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)改進(jìn)的目的。之后，又進(jìn)行了裝車實(shí)驗(yàn)，達(dá)到主機(jī)廠的使用要求。

3 結(jié)束語

新方案的軸承結(jié)構(gòu)解決了攪拌減速機(jī)各級(jí)中心輪之間的受力較大和摩擦比較嚴(yán)重的問題，現(xiàn)實(shí)情況也證明了此點(diǎn)。而且我公司根據(jù)新的方案申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，已經(jīng)得到批準(zhǔn)。

1、輸出法蘭；2、鼓型連接盤；3、三級(jí)行星架；4、三級(jí)中心輪；5、三級(jí)行星輪；6、三級(jí)齒圈；7、二級(jí)行星架；8、二級(jí)中心輪；9、二級(jí)行星輪；10、一二級(jí)齒圈；11、一級(jí)行星架；12、一級(jí)中心輪；13、一級(jí)行星輪；14、孔用擋圈90；15、深溝球軸承6011；16、軸用擋圈55；17、軸承頂軸；18、角接觸球軸承7005c；19、角接觸球軸承7005c；20、軸承頂軸；21、角接觸球軸承7005c；22、軸承頂軸；23、底座；24、大軸承

作者簡介：黃春有（1983，8-），男，大學(xué)學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)闇p速機(jī)、液壓系統(tǒng)。