起升機(jī)構(gòu)行星減速器的結(jié)構(gòu)分析

孫彩華

（太原重型機(jī)械（集團(tuán)）有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

引言

減速器是機(jī)械傳動的一個重要零部件，尤其行星減速器以其特有的性能備受工程設(shè)計人員和用戶的青睞。行星減速器的設(shè)計性能直接影響起重機(jī)的使用性能，特別在吊運(yùn)發(fā)動機(jī)定轉(zhuǎn)子、液態(tài)金屬及干熄焦場合，對起升機(jī)構(gòu)行星減速器提出更高要求。

1 行星減速器的工作原理

起升機(jī)構(gòu)的行星減速器至少有兩臺輸入電機(jī)，輸出可以是一個或多個。兩臺電機(jī)可以同時工作，也可以獨立工作。當(dāng)兩臺電機(jī)同時工作時，起升速度為V，當(dāng)一臺電機(jī)工作時，起升速度為V/2，整個起升機(jī)構(gòu)可以獲得兩組穩(wěn)定的運(yùn)行速度，使起升機(jī)構(gòu)的使用性能得到大幅提升。行星減速器中的行星機(jī)構(gòu)（見圖1）包括太陽輪、行星輪、系桿、內(nèi)外齒圈，行星輪和太陽輪外嚙合，行星輪和齒圈外嚙合，行星輪固定在行星架上，行星輪既自轉(zhuǎn)又繞行星架公轉(zhuǎn)。起升機(jī)構(gòu)主要采用差動輪系，有兩個自由度，可獨立輸入兩個主動運(yùn)動。

為了輸出有確定的運(yùn)動，通常驅(qū)動1 到系桿的傳動比i1和驅(qū)動2 到系桿的傳動比i2相等，驅(qū)動1的轉(zhuǎn)動角速度ω1和驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動角速度ω2相等。

圖1 行星機(jī)構(gòu)

工況1：驅(qū)動1 轉(zhuǎn)動，驅(qū)動2 靜止（見圖2），即驅(qū)動1 的轉(zhuǎn)動角速度ω1，驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動角速度ω2=0，驅(qū)動1 到系桿的傳動比i1，這時系桿的轉(zhuǎn)動角速度ωx1=ω1/i1，驅(qū)動1 的轉(zhuǎn)動方向和系桿的轉(zhuǎn)動方向一致，齒圈靜止。驅(qū)動1 可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)。

圖2 工況1

工況2：驅(qū)動2 轉(zhuǎn)動，驅(qū)動1 靜止（見圖3），即驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動角速度ω2，驅(qū)動1 的轉(zhuǎn)動角速度ω1=0，驅(qū)動2 到系桿的傳動比i2，這時系桿的轉(zhuǎn)動角速度ωx2=ω2/i2，驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動方向和系桿、齒圈的轉(zhuǎn)動方向一致，靜止。驅(qū)動2 同樣可以正轉(zhuǎn)，也可以反轉(zhuǎn)。

圖3 工況2

工況3：驅(qū)動1 轉(zhuǎn)動，驅(qū)動2 轉(zhuǎn)動（見下頁圖4），即驅(qū)動1 的轉(zhuǎn)動角速度ω1，驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動角速度ω2。驅(qū)動1 到系桿的傳動比i1，這時系桿轉(zhuǎn)動的相對角速度ωx1=ω1/i1，驅(qū)動1 的轉(zhuǎn)動方向和系桿的轉(zhuǎn)動方向一致；驅(qū)動2 到系桿的傳動比i2，這時系桿轉(zhuǎn)動的相對角速度ωx2=ω2/i2，驅(qū)動2 的轉(zhuǎn)動方向和系桿的轉(zhuǎn)動方向相反。

通常ω1=ω2，i1=i2，ωx1=ωx2此時系桿轉(zhuǎn)動的絕對角速度ωx=ωx1+ωx2=2ωx1，行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動的合成。

圖4 工況3

2 起升機(jī)構(gòu)常用行星減速器結(jié)構(gòu)

行星減速器是起升機(jī)構(gòu)實現(xiàn)快速和慢速兩種穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。常用結(jié)構(gòu)如下：

2.1 兩個驅(qū)動間無中間輪傳動

該結(jié)構(gòu)形式緊湊，通常有兩根驅(qū)動軸和一根負(fù)載軸：一根驅(qū)動軸可以用一個或兩個電機(jī)同時驅(qū)動；一根負(fù)載軸，可以一端帶負(fù)載或兩端帶負(fù)載。兩根驅(qū)動軸可以同時運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以只其中任何一根運(yùn)轉(zhuǎn)，見圖5。

圖5 驅(qū)動軸間無中間輪傳動行星減速器結(jié)構(gòu)

如果一個驅(qū)動軸運(yùn)行，另一個驅(qū)動軸靜止，則此時系桿輸出轉(zhuǎn)速為n。如果兩個驅(qū)動軸同時反向運(yùn)轉(zhuǎn)，通過行星機(jī)構(gòu)，則此時系桿輸出轉(zhuǎn)速為2n。如果兩個驅(qū)動軸同時同向運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過行星機(jī)構(gòu)，則此時系桿輸出轉(zhuǎn)速為0，此時重物可以懸停在空中。

2.2 兩個驅(qū)動間兩級中間輪傳動

該結(jié)構(gòu)形式通常有兩根驅(qū)動軸、兩根負(fù)載軸。兩根負(fù)載軸在兩根驅(qū)動軸的兩側(cè)，兩個驅(qū)動軸間有兩級中間輪傳動，見圖6。

這種結(jié)構(gòu)的系桿輸出齒輪既要兼顧一側(cè)負(fù)載端齒輪，又要兼顧另一側(cè)中間輪軸的齒輪，往往該齒輪直徑比較大，線速度比較高，從而導(dǎo)致相嚙合的齒輪的線速度都比較高，同時幾個較大齒輪的浸油深度過大，將引起減速器攪油損失增加，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下發(fā)熱嚴(yán)重，對潤滑油的品質(zhì)要求高，在使用中還需增加一套散熱裝置做體外循環(huán)，不但成本增加，而且減速器可靠性也相應(yīng)降低，對環(huán)境溫度高的場合適應(yīng)性差。

圖6 驅(qū)動軸間有兩級中間輪傳動行星減速器結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)的兩根驅(qū)動軸可以同步運(yùn)行，也可以單獨運(yùn)行：一根驅(qū)動軸運(yùn)行時，系桿輸出轉(zhuǎn)速為n；兩根驅(qū)動軸同步同向運(yùn)行時，行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動合成，系桿輸出轉(zhuǎn)速為2n；兩根驅(qū)動軸同步反向運(yùn)行時，系桿輸出轉(zhuǎn)速為0，此時重物可以懸停在空中。

2.3 兩個驅(qū)動間三級中間輪傳動

該結(jié)構(gòu)形式通常有兩根驅(qū)動軸，兩根負(fù)載軸，兩根負(fù)載軸在兩根驅(qū)動軸的兩側(cè)，兩個驅(qū)動軸間有三級中間輪傳動，見圖7。

圖7 驅(qū)動軸間有三級中間輪傳動行星減速器結(jié)構(gòu)

由于兩驅(qū)動軸間增加一級中間輪傳動，使得系桿上的輸出齒輪直徑減小，線速度小，與之相嚙合的齒輪的線速度也比較小，浸油深度也減小，攪油損失大大減少，減速器內(nèi)軸承溫升小，不需體外循環(huán)散熱裝置，對環(huán)境溫度高的場合適應(yīng)性強(qiáng)。

該結(jié)構(gòu)的兩根驅(qū)動軸可以同步運(yùn)行，也可以單獨運(yùn)行：一根驅(qū)動軸運(yùn)行時，系桿輸出轉(zhuǎn)速為n；兩根驅(qū)動軸同步反向運(yùn)行時，行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動合成，系桿輸出轉(zhuǎn)速為2n；兩根驅(qū)動軸同步同向運(yùn)行時，系桿輸出轉(zhuǎn)速為0，此時重物可以懸停在空中。

3 結(jié)語

由于該行星減速器是利用差動原理，有兩個自由度，一旦出現(xiàn)問題，則起吊重物就會自由落體墜落，造成不可估量的損失，所以從設(shè)計、制造到使用都必須引起足夠的重視。行星減速器設(shè)計的可靠性是前提，制造的精密性是關(guān)鍵，使用維護(hù)的準(zhǔn)確是保障，必須將安全可靠性放在第一位，確保行星減速器使用萬無一失。