齿轮传动装置

齿轮传动装置（精选9篇）

齿轮传动装置 篇1

0 引言

行星齿轮传动装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、工作平稳、传动比范围大、传动功率高的优点, 因此在冶金、矿山、起重运输、汽车等领域得到了越来越广泛的应用。

行星齿轮传动装置是掘进机的关键元部件, 由于工作条件恶劣, 工作载荷冲击大, 允许空间小, 外形尺寸和结构受到诸多限制, 其可靠性直接关系到掘进机的使用寿命 (如图1) 。目前关于行星齿轮传动装置的计算并不完善, 不能对齿轮整个啮合过程中的受载情况进行精确分析, 为了保证可靠性, 只能增加安全系数。近年来, 有限元分析技术的迅速发展和完善, 为行星齿轮传动装置的过程受载情况应力分析提供了有力工具, 具备准确地评估预测情况。基于此, 本文以ANSYS软件为平台, 对其进行有限元分析。

1 行星减速齿轮装置的实体建模、装配、参数化设置

1.1 实体建模

掘进机的行星减速齿轮装置的结构复杂, 在生成有限元模型时同样要对其模型进行简化。掘进机的行星减速齿轮装置可以看作是两对齿轮副的啮合传动———外啮合齿轮副和内啮合齿轮副, 所以在整体装置模型简化上, 只选用一个同时参与内外啮合的行星轮。利用ANSYS软件, 分别进行各个零件的实体建模, 并根据太阳轮、行星轮和内齿圈的材料不同, 在建立有限元模型时, 分别定义它们的弹性模量、泊松比等。实体建模完成后, 进行装配。图2为最后装配完成的掘进机行星减速齿轮装置简化的参数化模型。

1.2 有限元网格划分

为了提高计算机运行效率, 在不影响运算结果的条件下, 合理的简化模型很有必要。按照ANSYS软件网格划分的形式, 对太阳轮、行星轮和齿圈分别进行网格划分。图3是行星减速齿轮装置简化后的划分网格情况。

总体而言, 太阳轮、行星轮以及内齿圈三者齿面接触部位的网格粗细程度比较接近, 沿齿轮纵向的按照扫掠划分的网格数量也比较一致。划分后的网格数量和节点数如表1所示。

1.3 行星减速齿轮装置的约束设置

行星减速齿轮装置设定如下约束设置:太阳轮、行星轮以及内齿圈进行刚性耦合;对太阳轮和行星轮而言, 以齿轮的旋转中心和齿轮的内表面建立耦合关系, 从而形成内部刚性区;对齿圈而言, 以齿圈的旋转中心和齿圈的外表面建立耦合关系, 从而形成外部刚性区。整个刚性区具有相同的旋转自由度, 将转矩或者转速施加在齿轮的内部旋转中心上, 通过刚性区将转速或者转矩传递到整个齿轮上。将转速施加在太阳轮上, 转矩施加齿圈上, 太阳轮、行星轮和齿圈围绕各自的旋转中心进行转动。

本文以太阳轮进行有限元分析, 行星轮和齿圈与太阳轮分析方法相同。

2 行星减速齿轮装置的分析结果及处理

2.1 变形以及总体位移

图4表明了行星减速齿轮装置太阳轮逆时针旋转, 行星轮顺时针旋转, 齿圈瞬时针转动定时的总体位移情况。

2.2 动力学的齿面接触应力

由于太阳轮、行星轮和齿圈的材料不同, 模型中存在两个接触疲劳强度最劣啮合位置, 分别为太阳轮和行星轮齿面啮合接触处, 齿圈和行星轮齿面啮合接触处齿轮接触处呈线接触, 齿轮的实际接触区域是一条接触带, 而并非完全的线接触。当太阳轮和行星轮处于最劣接触位置时, 齿轮由两齿啮合区域进入单齿啮合区域, 综合啮合刚度发生突变, 齿面的接触应力的数值为517.435MPa;当齿圈和行星轮处于最劣接触位置时, 齿轮由三齿啮合区域进入两齿啮合区域, 综合啮合刚度发生突变。此时齿面的接触应力最大为437.445MPa。

为了对太阳轮最劣啮合位置的应力状况进行研究, 分别在最劣接触位置的齿面上沿接触线方向均匀选取18组节点, 进行处理分析。根据曲线变化趋势得到对应采样节点的应力数值, 对表2中的采样数据进行分析, 采样数据接触应力的平均值为511.93MPa, 最大值与平均值的偏差为1.074%, 最小值与平均值的偏差为0.736%;所以行星轮系中太阳轮与行星轮的接触是均匀接触, 沿接触线方向的应力波动不大, 符合实际的齿面啮合接触情况。

2.3 动力学的齿根弯曲应力

行星减速齿轮装置有三处齿根弯曲应力的最劣啮合位置, 分别为太阳轮齿根的最劣啮合位置、行星轮的齿根最劣啮合位置和齿圈的齿根最劣啮合位置。当齿轮长期工作以后, 在受压边和受拉边先后产生疲劳裂纹, 裂纹发展速度前者较慢, 后者较快, 故疲劳折断是从受拉边开始的, 因此, 行星减速齿轮装置的齿根弯曲应力以齿轮受拉侧的拉应力为研究对象进行分析。

图5和图6为太阳轮齿根在动态啮合过程中的最劣啮合位置的等效应力云图和等效应力的应变云图显示。应变的变化情况与应力的变化基本保持一致, 等效应力数值大的部位, 对应应变的数值也比较大。

如图7所示, 在0.686267S时, 太阳轮齿根处于最劣啮合位置, 最大齿根弯曲应力为145.743MPa。

为了对太阳轮齿根处的弯曲应力进行研究, 需要在一个完整的循环周期进行时间历程分析。即对齿根弯曲应力最大的节点53791进行研究, 图8说明了太阳轮齿根处的最大弯曲应力经历了由小变大再减小的过程, 符合行星齿轮在实际的啮合过程中齿根处的应力变化规律。

3 结语

本文利用有限元方法, 对行星减速齿轮装置的啮合过程进行有限元分析, 不仅能够准确求取最易发生疲劳破坏的部位, 而且能精确求得啮轮在每一啮合位置的载荷、应力、应变等关键性能参数, 对齿轮进行优化改进, 为掘进机行星减速齿轮装置设计和生产提供了必要的技术支持。

摘要：本文以行星齿轮传动装置为研究对象, 以ANSYS软件为操作平台, 对其进行了建模, 装配, 有限元分析, 并以太阳轮为例, 得到齿轮啮合任意位置的载荷、应力、应变等关键性能参数, 对齿轮进行优化设计提供了参考。

关键词：掘进机,行星齿轮传动装置,ANSYS,有限元分析

参考文献

[1]包家汉, 张玉华, 薛家国.基于ANSYS的齿轮参数化建模及其应用[J].安徽工业大学学报 (自然科学版) , 2005, 22 (1) :35-38.

[2]庄铁柱, 胡荣君, 王洪海.行星轮系动态啮合应力研究[J].航空工程进展, 2010, 1 (2) :195-200.

[3]陈清胜.直齿圆柱齿轮模态的有限元法分析[J].工程图学报, 2010 (06) :187-190.

齿轮传动装置 篇2

【教学课题】

常见的传动装置

【教学目标】

1． 知识目标

知道一般机械的组成，了解常用机械的传动方式。了解常见齿轮的特点，形式，和应用，会计算简单的齿轮传动比。

2． 能力目标

通过案例，使学生认识到多个齿轮组成的多级齿轮系能达到较大传动比。学生讨论交流各种齿轮传动示意图和特点，掌握常见齿轮的传动形式。3． 情感态度与价值观

发展学生发现美、欣赏美、创造美的能力，体验成功的乐趣。

【教学安排】

90分钟

【教学重难点】

重点：齿轮转动的转动比 难点：带转动和链转动的区别

【教学方法】

实验法、讲练法、归纳法、讲授法

【教学内容】

一、齿轮转动

1、定义

齿轮传动是指主动轮与从动轮的轮齿直接啮合得转动装置，如下图所示。

齿轮

2、齿轮转动的原因

当主动轮转动时，轮上的齿给从动轮的齿一个力F这个力对从动轮的轴产生力矩F×R2，使从动轮转动。

可见，齿轮传动是靠均匀分布于轮上的齿的逐对接触来传递动力的。

3、齿轮的转速与齿数的关系

设主动轮的齿数为Z1，其转动周期为T1，从动轮齿数为Z2,转动周期为T2.再相同的时间内，两轮转过的齿数应该相等，故有：Z2／ T2= Z1 ／ T1

如果n1表示主动轮的转速，n2表示从动轮的转速，那么：T2／ T1= n1 ／ n2 结论：从上式可以看出主动轮与从动轮的转速与两轮的出、齿数成反比。n1 ／ n2叫做转动比活或者是转速比，用符号i12表示。

二、带传动

1、定义

带转动有主动轮和从动轮组成。

带传动

设主动轮的半径是D1，转速为n1从动轮的直径为D2转速为n2.。假设带与轮之间的没有相对滑动两轮边缘的线速度与转动的速度v相等，则有：πn1D1= πn2D2 解得：i12=D2／D1

2、带转动的转动比跟两轮的直径成反比

3、带转动的特点是：

结构简单，转带平稳和噪声较低，由于过载时发生打滑，所以有保护作用，但是转带比不正确，带转动适用于两轴距离较远，转带比要求不高的场合。

【课堂小结】

1、齿轮传动是指主动轮与从动轮的轮齿直接啮合得转动装置。

2、齿轮转动的原因：齿轮传动是靠均匀分布于轮上的齿的逐对接触来传递动力的。

3、带转动有主动轮和从动轮组成。i12=D2／Di12表示转速。

4、带转动的转动比跟两轮的直径成反比

5、带转动的特点是：

结构简单，转带平稳和噪声较低，由于过载时发生打滑，所以有保护作用，但是转带比不正确，带转动适用于两轴距离较远，转带比要求不高的场合。

齿轮传动装置 篇3

摘要：为提升机车牵引电机齿轮的可靠性，长沙机务段对原中频感应电源进行升级改造，增加带显示屏的PLC控制器；设计微型液压站，降低齿轮拆卸的劳动强度，提高作业效率。

关键词：中频感应电源；带显示屏的PLC；预置加热方案；微型液压站

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0021-02

我段承担多种内燃、电力机车检修生产任务，在对牵引电机临修、小修过程中，需要先拆卸电机传动端轴伸上的小齿轮，才能对电机进行解体修理。原电机齿轮的拆卸方式一直采用人工手动，无专用的工装设备，拆卸效率低，遇到难以拆卸的齿轮，改用普通中频感应加热的方式，造成小齿轮表面退火而报废。为此，我段研制一种机械液压装置替代目前人工拆卸齿轮的设备，改变原人工手动和普通中频感应加热的拆卸方式，达到高效率和高可靠性的目的。本文介绍的一种电机齿轮液压拆卸装置，是我段近期潜心研究开发的成果。

1 设备总体结构

牵引电机小齿轮液压拆卸装置由一台中频感应加热电源和一台微型液压站组成。

新改造中频感应加热电源，在原来设计的中频感应加热电源基础上，增加的PLC编程控制功能，可以储存13套“预制加热方案”并在实际使用过程中选择使用。

微型液压站由小车、储油箱、电机/柱塞泵一体机、各种阀块、油管、滤油器、轴头连接管螺纹和防护挡板组成。电机/柱塞泵一体机由2.2kW电机和轴向柱塞泵一体机组成。

2 设备工作原理

2.1 中频感应加热电源主电路工作原理

如图2所示：来自电网三相工频交流电经过整流电路形成电压可调的脉动直流电，经过滤波器滤波为平滑的直流电送至单相逆变器，从逆变器输出高于工频几倍的中频单相交流电至负载。中频感应加热电源的负载是由感应线圈（包括加热工件）及中频电热电容器组成的LC并联振荡电路，该电路对负载的适用性较强，运行稳定可靠。

图2 主电路原理图

2.2 带显示屏PLC控制器

原有的中频感应加热电源，不带显示屏PLC控制器。实际使用该电源，必须先输入各项工作参数，再开机使用。当在工作中出现多种产品需要感应加热时，经常需要不断更换输入的各项工作参数，工作量比较大，而且容易出现参数输错造成工件过热退火或者加热不足的情况。

在原有中频感应加热电源上，增加带显示屏PLC控制器，并对内部电路进行改造。现在，通过带显示器的PLC控制器，可以方便地设置13套工作参数并贮存。实际使用过程中，根据具体情况调出所需要的参数进行工作。

图3 预制加热方案设置界面

2.3 微型液压站工作原理

图4 液压系统原理图

启动电机工作，通过滤油器，轴向柱塞泵一体机把油箱里面的液压油抽到轴向柱塞泵内。在轴向柱塞泵的作用下，液压油进入高压腔形成高压液压油。通过手动转换阀门，高压液压油进入高压油管，经过轴头连接管螺纹、电机轴伸注油孔进入环形油槽，产生强大的膨胀压力。在该压力的作用下，与电机轴伸锥面过盈连接的小齿轮沿锥面滑动，从而完成拆卸过程。

为检测液压压力和保护柱塞泵，在柱塞泵的高压出油口处安装有十字四通接头，分别连接显示油压表和溢流阀。溢流阀的过载保护压力设置为31.5MPa。

3 设备研发技术

机车牵引电机轴伸上安装有小齿轮，牵引电机的检修和小齿轮的检修都需要拆卸小齿轮，所以小齿轮的拆卸频率比较高，工作量比较大。

在没有液压拆卸装置之前，我段基本靠人工拆卸小齿轮。拆卸时，一边通过中频感应电源给小齿轮表面加热；同时往电机轴伸的注油孔添加一定的锂基油脂，在一个M20的螺栓上缠绕生胶带并拧进注满锂基脂的注油孔，拧紧螺栓依靠人工加压锂基油脂达到一定的膨胀压力，最终拆洗安装在电机轴伸锥面的小齿轮。但是，人工拆卸小齿轮的方式，油脂经常泄漏而达不到所需要的膨胀压力，或者是小齿轮与轴伸结合太紧而人力不够，或者是小齿轮加热过度造成表面退火报废。

综上所述，普通的中频感应加热配合人工拆卸的工艺方式不可靠，浪费大量的人力和时间，并且可靠性差、效率低。

通过研究分析，我段设计制造一种新型的电机小齿轮液压拆卸装置，大幅度提高电机小齿轮拆卸的成功率，极大地降低了劳动强度，作业时间明显缩短。该装置根据预存在PLC控制器中的工艺参数，启动中频感应加热电源给小齿轮表面加热；同时轴头连接管螺纹与电机轴伸注油孔拧紧密封后，液压油由油泵加压形成高压，通过轴头连接管螺纹、注油孔流进电机轴伸环形油槽并膨胀，推动小齿轮沿电机轴伸锥面滑动，从而拆卸小齿轮。采用液压油泵加压的液压油可产生高达30MPa的压力，远远超过原来人力所能够达到的压力，所以很轻松地拆卸各种配合公差的小齿轮。

4 结语

机车牵引电机齿轮的拆卸一直是我段检修工艺过程中的一个问题。未设计专用微型液压站之前，我段完全靠人工来完成电机小齿轮的拆卸，投入大量的人力和时间，也造成部分电机轴伸和齿轮损坏。特别是面对齿轮发生弛缓事故需要检修时，根据当时的工艺装备条件就只能破坏性拆卸。

这种改进型的中频感应加热电源配合微型液压站的新型电机齿轮液压拆卸装置，在我段使用后，效果显著，极大解决我段以上问题，该装置具有值得机务段设备换代推广应用的价值。

参考文献

[1] 赵叔东.韶山8型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2] DF型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[3] 朱国敏.过盈热装齿轮拆卸方法[J].现代冶金，

2010.

[4] 杨晓静.数字化中频感应加热电源关键技术研究

齿轮传动装置 篇4

1冶金机械设备中齿轮传动装置的技术应用

1 . 1齿轮传动装置的常规应用技术要点

第一,应当针对齿轮传动装置的转速参数和力矩参数实施针对性的调节处理,并以此保证齿轮传动装置能够完全满足冶金机械设备的整体性使用要求。

第二,应当针对齿轮传动装置开展传动活动过程中的具体路线进行合理分配,并在此基础上调节和控制传动技术活动的具体化方向以及空间位置。

第三,将整体冶金机械设备运行过程中的动力性因素,实施合成性或者是分流性处理环节。具体操作过程中,可以借助单独存在的动力源,将整体冶金机械设备中存在的动力源分别切分调配到多个需要动力支持的具体动力源中,并在多个独立动力源相互结合的处理背景下, 为整体冶金机械设备的运行提供技术支持条件。

1 . 2齿轮传动装置在冶金机械设备中的应用和制造技术要点

从现有的技术发展条件角度展开分析,冶金机械设备齿轮转动装置中安装和使用的齿轮技术构件绝大部分属于经历过渗碳、磨削以及淬火加工处理环节的硬齿面式齿轮技术构件。在通常性生产技术标准的指导约制条件下,在开展轧钢生产活动冶金机械设备的齿轮传动装置中,基本不会采用生产技术控制标准在HB300以下的齿轮技术构件。

齿轮技术构件的加工制造过程中,通常情形下应用的技术处理手段主要包含喷砂处理技术、齿根处理技术、压力淬火技术以及无损探伤技术四种类型,而在开展大尺寸齿轮技术构件制造活动过程中,通常可以应用齿轮焊接技术。

近年来,随着我国齿轮制造技术进度水平以及齿轮工件机械承载能力水平的不断提升,硬齿面齿轮技术构件在我国冶金机械设备部件构成体系中被广泛应用。这直接导致单斜齿构件结构在我国现代齿轮构件的设计以及生产制造环节过程中得到了大量且广泛应用。比如,上海宝山钢铁集团公司在炼钢冷轧机设备主传动结构或者双齿轮座中,大量使用具备这一技术结构的齿轮构件,并且该设备机组中完全没有安装应用人字齿轮。事实上,在存在技术结构性或者尺寸性限制的技术条件下,可以借助两个独立的单向斜齿轮技术构件,通过组合拼接的技术处理方式,共同构成人字齿轮技术应用结构。在钢铁厂冶金机械设备的部件构成体系中增加多流式传动装置的使用数量,能够实现在最小化的环境体积参数限制条件下, 完成对更大力矩的传送技术目标。因此,在钢铁厂冶金机械车间的日常生产技术活动开展过程中,为切实促进齿轮技术构件的机械承载能力能够顺利达到最高水平,通常可以采用变为齿轮或者延齿端修整等技术处理手段。 同时,在炼钢轧机设备齿轮传装置技术组成构件制造活动的开展过程中,应当保证技术参数的控制精度水平在80 % 以上。

1 . 3齿轮传动装置主要零部件结构的设计加工状况

现阶段,我国钢铁冶炼企业在开展冶金机械设备齿轮传动装置建设活动过程中,通常会在内部构件的安装结合方面倾向于选择焊接式结构完成部件之间的结构组成。同时,在这种部件组合条件下,齿轮构件的副结构同时存在着多种彼此不同的形式选择,其中主要包含轴齿轮、铸造齿轮、锻造带孔齿轮、镶圈齿轮以及焊接齿轮等具体形式。而从现有的技术发展状况分析,合金钢锻造齿轮以及焊接齿轮是最为常见的齿轮构件应用类型。但是, 在我国机械工业技术水平快速发展的背景下,更换齿轮副结构的部件应用类型对齿轮传动装置机械承载力水平的改善提升具备重要的技术保障作用。

1 . 4齿轮技术构件的制造材料及其热处理技术

在现代大型冶金机械设备的部件构成体系中,齿轮传动装置中最为重要的技术构成部件是齿轮轴、焊接齿轮齿圈以及齿轮结构。而在实际进行上述齿轮技术构件生产制造过程中,应当优先选取优质的合金钢材料作为齿轮技术构件的主要制造材料。通常,在制造调质齿轮技术构件过程中,推荐选用的主要材料包含38Si Mn Mo、42Cr Mo4以及35Cr Mo等,并且要求将制造材料的硬度控制在HB280~360。除此之外,在制造渗碳淬火齿轮技术构件过程中,推荐选用的主要技术材料包括20Cr Mn Mo、20Cr Ni4、20Cr Ni Mo以及25Cr2Mov等。在完成磨削处理环节后,要保证齿面结构的总体硬度水平达到HRC58~62,同时在一般性机械负载强度条件下,要保证渗碳层的深度参数以及有效硬化层的深度参数均达到标准技术规范的控制要求。在实际开展重承载齿轮构件应用活动的过程中,要针对齿面结构的应力分布特征展开针对性的计算处理,并切实关注这一部件在最大剪应力承载条件下的机械深度值,同时将这一参数的实际表现水平视为开展有效硬化层结构深度参数要求值可靠性衡量工作开展过程中的主要依据。

2冶金机械设备齿轮传动装置制造技术的未来发展方向

2.1更高水平的强度

现阶段,我国大型冶金机械设备中应用的绝大多数齿轮技术构件都属于硬齿面类齿轮构件,其总体的应用数量占比已经超过95%。因而,在齿轮制造技术的未来发展过程中,应当逐步提升生产制造材料的质量以及技术应用水平,并以此促进齿轮技术构件综合机械承载能力的改善提升。

2.2更高水平的精准度

在我国现有的大型机械设备构成体系中,通常普遍使用的都是以磨齿和硬刮削等为代表的精准加工式技术处理应用技巧,且通常都能够促进齿轮技术构件的加工制造精准度达到或者超过ISO6级,甚或是更高的技术水平,并在此基础上促进齿轮部件的粗糙程度达到Ra0.8~1.6的技术标准,有效保障齿轮构件能够顺利实现平稳转动的技术状态,降低齿轮技术构件在实际运行过程中的噪声强度。

2.3更加完善的技术性能

齿轮技术构件设计加工技术未来发展过程中的主要方向,在于模数不断增加以及齿数不断减少。未来在开展齿轮构件的传动技术活动过程中,也将会逐步普及运用柔性均载技术结构,并以此促进齿轮技术构件具备更加充足的机械承载力。

2冶金机械设备齿轮传动装置制造技术的未来发展方向2 . 1更高水平的强度

现阶段,我国大型冶金机械设备中应用的绝大多数齿轮技术构件都属于硬齿面类齿轮构件,其总体的应用数量占比已经超过95%。因而,在齿轮制造技术的未来发展过程中,应当逐步提升生产制造材料的质量以及技术应用水平,并以此促进齿轮技术构件综合机械承载能力的改善提升。

2 . 2更高水平的精准度

在我国现有的大型机械设备构成体系中,通常普遍使用的都是以磨齿和硬刮削等为代表的精准加工式技术处理应用技巧,且通常都能够促进齿轮技术构件的加工制造精准度达到或者超过ISO6级,甚或是更高的技术水平, 并在此基础上促进齿轮部件的粗糙程度达到Ra0.8~1.6的技术标准,有效保障齿轮构件能够顺利实现平稳转动的技术状态,降低齿轮技术构件在实际运行过程中的噪声强度。

2 . 3更加完善的技术性能

齿轮技术构件设计加工技术未来发展过程中的主要方向,在于模数不断增加以及齿数不断减少。未来在开展齿轮构件的传动技术活动过程中,也将会逐步普及运用柔性均载技术结构,并以此促进齿轮技术构件具备更加充足的机械承载力。

3结语

针对冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势, 本文从冶金机械设备中齿轮传动装置的技术应用以及冶金机械设备齿轮传动装置制造技术的未来发展方向两个具体方面展开详细论述,以期为相关领域的研究人员提供借鉴。

摘要：齿轮传动装置是冶金机械设备技术部件构成体系中的重要组成部分。做好齿轮技术构件的生产加工活动,对我国冶金机械设备生产加工工艺技术的稳定有序发展具有深刻影响。本文围绕冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势展开简要论述。

关键词：冶金机械,齿轮传动装置,制造技术

参考文献

[1]陶慧明.冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势[J].宝钢技术,2002,(5):1-3.

[2]杨宁.冶金机械齿轮传动装置的制造技术与发展趋势[J].中小企业管理与科技,2016,(2).

[3]刘忠明,王长路,张元国,张立勇,陈国民.中国齿轮工业的现状、挑战与2030年愿景——《机械工业工程技术路线图》齿轮部分解读[J].机械传动,2011,(12):1-6.

[4]赵韩,吴其林,黄康,邱明明,刘鹏.国内齿轮研究现状及问题研究[J].机械工程学报,2013,(19):11-20.

齿轮传动装置 篇5

液力传动的应用与发展已有百年的历史,诸多的优良传动品质与特点,如能容大、功率质量比大、高可靠性、自动适应性,隔离衰减扭振、良好地过载保护与大惯性负载的启动性能等,已为广大用户所熟知与认可。

目前用于负载调速的液力传动装置主要有调速型液力偶合器和可调式液力变矩器。调速型液力偶合器采用外部手段调节工作腔中的充液量,改变偶合器的输出特性,达到调节工作机械转速的目的。在电站锅炉给水泵、钢厂煤粉输运风机、石化工业泵与压缩机的传动与调速方面有着非常广泛的应用。

液力元件传递的功率与泵轮输入转速的三次方、循环圆直径的五次方成正比,因此提高泵轮输入转速可大幅增加传动功率并减小体积,图1是齿轮增速式调速型液力偶合器,目前单机传递功率可以达到60 MW、转速20 000 r/min以上[1,2,3,4]。

液力偶合器调速技术成熟简单,使用维护方便、工作寿命长,初始投资低、运行维护费用低。但调速型液力偶合器装置传动效率等于转速比,在额定工况转速附近效率很高,而在较低负荷工况传动效率明显降低,因此不大适合调速范围要求较大的大功率调速的应用。

导叶可调节式液力变矩器可通过调节可调导轮的叶片角来改变输出特性,图2为结构简图,特性曲线如图3所示。

1-输入轴;2-泵轮;3-涡轮;4-输出轴;5-可调导叶;6-导叶调节机构;7-齿轮泵;8-安全阀;9-油箱

从液力变矩器的特性曲线可以看出,涡轮输出转矩在制动工况时最大,随着转速比的增大,涡轮输出力矩单调下降,近似一条等功率曲线。可调式液力变矩器可应用于恒转矩的场合[5],如容积式的往复泵(化肥厂的甲胺泵等)、螺杆泵、压缩机,还有混合搅拌机(如化工行业中的反应釜)、挤压机、石油钻机(绞车、钻井泵的驱动)等。对于恒转矩类的负载,虽然随着转速的降低,负载转矩近似不变,导叶开度减小泵轮转矩下降,泵轮输入功率减小,因此在低转速下效率要高于偶合器。

德国福伊特公司的导叶可调式液力变矩器的一个重要应用场合是联合电厂燃气轮机启动[6,7,8,9,10],通过设置不同的导叶开度,获得不同的输出特性,满足启动过程变化的速度与力矩特性的要求。导叶可调离心涡轮液力变矩器正反转工况特性还适合某些特殊负载工况的应用,如石油钻机驱动中替代电磁涡流刹车实现下钻制动功能[11]。

导叶可调式液力变矩器的最高效率一般不会超过90%,随着负荷的减小效率还会下降,虽然在低转速下效率高于偶合器,但还是比较低,用于大功率调速不占优势。

随着工业技术的发展与人们节能减排意识的逐渐深入,在大功率的应用场合,对于动力传输设备的传动效率提出了更高的要求。调速控制是目前应用非常广泛的节能运行方式,而传统的调速型液力偶合器、可调式液力变矩器都存在效率方面的局限,由此促使液力行业更加重视高效液力变速与传动装置的应用与开发。

1 液力变速行星齿轮复合传动装置

液力机械传动的效率很高,采用可调式液力元件即可实现调速。液力变矩器的效率曲线是抛物线形状,高效范围有限,要在增速、减速、恒速传动中获得高效,需要液力变矩器和行星齿轮结构参数之间的合理匹配。

1.1 增速调速传动

图4所示为福伊特公司的RWE型液力行星齿轮传动装置,其基本组成为导叶可调式液力变矩器和行星变速箱,在60%～100%的调速范围内,可以保持较高的传动效率。

液力变速行星齿轮的运行基于功率分流原理,即大部分的功率直接通过主轴和行星齿轮以机械传动方式传递,只有一小部分功率通过液力变矩器叠加在旋转的行星齿轮上。由于大部分功率都是以机械形式传递,整个装置的最高效率可以超过95%。

A-导叶可调式液力变矩器;B-固定的行星齿轮;C-旋转的行星齿轮;D-工作油循环

图5给出分流各功率随相对输出转速的变化曲线。差动轮系太阳轮的输出功率(P3)相当于传输给工作机械的功率,这个功率包含齿圈传递的功率(P1)和行星架传递的功率(P2)。旋转行星齿轮的齿圈通过主输入轴直接与驱动电机相连,以恒定转速运转;接近75%的主电机功率通过差动齿轮系高效地传递给工作机械;旋转行星齿轮行星架的功率(P2)则通过液力变矩器传递。在高转速工作区域,只有大约25%的传递功率从液力变矩器分流到行星架,也只有这部分功率受液力变矩器工作效率的影响,计算工况变矩器的效率可以达到89%,也就是说,在液力变矩器中的损失功率占变矩器分流功率的11%左右,相对于整个传递功率,比例则更小一些。图5中P2负功率表明的是在较低的装置输出转速情况下,液力变矩器工作于反转制动工况,液力变矩器的涡轮吸收外部功率。

图6给出的是液力变速行星齿轮与齿轮式调速型偶合器传动效率的对比,齿轮式调速型偶合器只有在额定工况附近才具有较高的传动效率,而液力行星齿轮在较宽的负荷变化范围内可以保持较高的传动效率。

图7给出的是福伊特公司液力变速行星齿轮的另一种型号,与RWE型相比,除了液力变矩器以外,包含调速型液力偶合器,以及内置的摩擦离合器和充液量可调的液力制动器,集成了液力传动中的三大主要元件,这种设计使装置的转速控制范围扩大到了10%至100%。

A-调速型液力偶合器;B-摩擦离合器;C-可调式液力变矩器;D-变充液量液力制动器;E-固定的行星齿轮;F-旋转的行星齿轮

液力变速行星齿轮弥补了调速型液力偶合器低速比或者低负荷工况效率偏低的不足之处,在机组60%～100%的负载率变化范围内具有与变频传动可比拟的总体传动效率,这一点,齿轮式调速型液力偶合器是做不到的。在负荷变化并不是十分大的场合,液力行星齿轮的总体优势还是非常明显的,是能够与高压变频器抗衡的大功率调速装置。国内此类产品目前处于空白,认知程度也不是很高,具有一定的应用及发展空间。这类传动装置重点应用在海上钻井平台、天然气管道、原油和流体输送管道、石油精炼厂、石化厂和其他工业设备中,应用环境对设备运行的经济性及可靠性具有很高的要求。 具体应用领域有:

(1)能源工业:电站锅炉给水泵,鼓风机等;

(2)石油和天然气、化工行业:管线压缩机,工艺压缩机,制冷压缩机,氢再循环压缩机,液化天然气(LNG)原料气体压缩机,液化天然气(LNG)闪蒸气体压缩机等;

(3)其他工业:压缩机、泵和风机的驱动。

1.2 减速调速传动

RWE..AB是福伊特液力行星齿轮中用于低速传动的一种型号,转速调节范围60%～100%,配备的液力制动器可使大惯性的工作机械在停止运转时能够快速停机,图8是其原理简图。

大功率液力变速行星齿轮减速传动,可用工业普通的4极或6极定速电动机,而不必考虑选用昂贵的、大功率多极低速电机配置高压变频器。

减速液力行星齿轮传动在火电厂的磨煤机上已有成熟应用。其他行业,如化工领域PVC生产线上的聚合釜、化肥厂柱塞式甲胺泵,石油矿场钻机设备,液化天然气往复式压缩机等低速工作机械,也可探讨采用液力行星齿轮替代可调式液力变矩器、调速型液力偶合器作为调速驱动装置。

1.3 恒速控制

福伊特公司于2003年提出“风电液力驱动”的概念,2006年研制成功液力恒速控制装置应用于DeWind公司的D8.2风力机,装置命名为“WinDrive”, 实现了与常规燃油、燃气或燃煤电厂相似的直接并网发电方式。WinDrive装置的基本组成为一台行星变速箱和一台导叶可调式液力变矩器,仍然是一类典型的液力变速行星齿轮复合传动装置[14]。

图10给出采用WindRive装置的风力发电系统原理,此种风力发电系统,可调式液力变矩器的主要功能是配合行星齿轮系,适应不断变化的风轮转速,利用分流的小部分功率实现变化的风轮转速到同步发电机转速的恒定输入,从而保证发电机输出电压与频率的稳定而不必附加其他大功率逆变装置。

对于采用液力变速行星齿轮的风力发电系统具有如图11所示的组成部件的运动关系,图11中的液力变矩器“B”代表泵轮;“T”代表涡轮;“D”表示导轮。

根据图11的原理图,通过运动方程关系的建立与推导,可以得出变化的风轮转速到恒定的发电机输入转速、涡轮输出转速与风轮转速的匹配关系。

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式中 nG(nB)——太阳轮的转速,也是液力变矩器的泵轮和发电机的输入转速/r·min-1;

nT——液力变矩器涡轮输出转速/r·min-1;

nR——风轮转速/r·min-1;

α1——差动轮系传动比;

α2——行星轮系传动比;

α3——增速箱传动比。

风轮通过增速装置驱动行星架旋转,太阳轮驱动液力变矩器的泵轮和发电机,通过液力变矩器涡轮输出转速的调节,使齿圈转速按某一规律响应风轮转速的变化,即可达到使发电机转速恒定输入的目的。

对于图11中的差动轮系传动机构,三个构件与它们相联的三个轴上的转矩存在如下关系。

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式中 MB——液力变矩器泵轮输入转矩;

MG——发电机输入轴转矩;

-MT——液力变矩器涡轮输出转矩;

MR——风轮转矩。

根据式(2)中的转矩比例关系,可以得到液力变矩器涡轮的输出转矩。

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由式(1)可得涡轮输出转速。

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变矩器涡轮输出转矩与风轮转矩是标准的比例关系,而涡轮转速与风轮转速的关系则是一条负斜率直线的关系,即随着风轮转速的增大,风轮转矩增大,而液力变矩器涡轮输出转速则是降低的,涡轮输出转矩也是增大的。液力变矩器适应风轮工作的这种特征正是液力变矩器本身自动适应性的体现。

作为流体机械,液力变矩器的输出特性与风轮转子转矩—转速特性相吻合,因此,将两者配合起来使用是非常理想的。同时也不难理解,在图12所示的WinDrive工作特性曲线中,在常见的装置输入转速(对应变化的风轮输入转速)变化范围(n2～nmean)内,可调式液力变矩器工作在某一固定导叶开度附近即可满足系统工作要求,并保持较高的传动效率。

WinDrive装置已经进入商业化运行阶段,兰州电机公司(LEC)也于2011年引进采用WinDrive技术的风力发电机组[14]。WinDrive装置在新能源开发中的应用,为传统的液力传动技术拓宽应用领域开辟了新的方向。

2 结论

(1)调速型液力偶合器和单独的液力变矩器都难以满足用户在更宽的负荷变化范围内保持节能高效的运行要求。

(2)液力变速行星齿轮可以满足工业生产大多数应用场合高效传动的要求,同时也适应多种负载(包括恒转矩)类型的调速与驱动。模块化的各个组成部分都采用了实践证明的成熟可靠技术,对于经济性和控制方面有更高要求的场合是一个很好的选择。

(3)液力行星齿轮应用于大型风力发电系统,仍然是基于功率分流的原理,从而获得较高的传动效率。兆瓦级的风机,几百千瓦以上的分流功率,对于液力传动尚属于低功率的等级,液力传动的明显优势依旧得以发挥。

摘要：由调速型液力偶合器或可调式液力变矩器和行星齿轮传动构成的液力机械调速装置具有效率高、寿命长、工作可靠等优点,特别适合应用于各种大功率工作机的速度控制。本文分析了液力行星齿轮复合传动装置的基本结构和系统的功率分流原理,介绍了风力发电恒速控制等几种典型应用实例及工作特性。新型液力机械调速装置有优良的传动品质及经济性,具有良好的应用与开发前景。

一种机械传动装置 篇6

(专利申请号:201110224613.8)

本发明涉及一种动力传动装置, 包括箱体部分、动力输入和输出部分、转动盘组合部件、转动盘组合部件的安装部分、转动盘组合部件的旋转平衡部分、传动装置之间的串联部分、传动装置的安装固定部分和润滑部分。通过本传动装置的传动方式和较少齿轮, 按齿轮传动的杠杆原理, 在输出齿轮上, 相等于公转齿轮的半径的点上, 所输出的动力被增大, 再经复速齿轮的复速, 使本传动装置的输出转速等于输入转速, 复速后的输出动力比输入动力提高了2～1.5倍。本传动装置之间能够实现串联, 通过串联进一步提高输出动力。本传动装置结构合理、体积较小、应用方便, 可广泛应用于工业、农业、发电、水利、交通等多领域。本专利技术国内外领先, 市场前景广阔。

农用轻卡万向传动装置维修 篇7

一、万向传动装置的功用

在发动机前置后轮驱动的汽车上, 变速器常与发动机、离合器连成一体支承在车架上。而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接, 如图1所示。

1.变速器;2.万向传动装置;3.驱动桥;4.后悬架;5.车架

变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线难以布置得重合, 并且在汽车行驶的过程中, 由于不平路面的冲击等因素, 弹性悬架系统产生振动, 使两轴相对位置经常变化, 故变速器的输出轴与传动桥的输入轴不可能刚性连接, 而必须采用由两个万向节和一根传动轴组成的万向传动装置。在变速器与驱动桥距离较远的情况下, 应将传动轴分成两段, 即主传动轴和中间传动轴, 用万向节连接, 且在中间传动轴后端设置了中间支承, 这样可避免因传动轴过长而产生的自振, 和高转速下产生共振。

二、万向传动装置的维护

万向传动装置在使用过程中会出现各种损伤, 尤其是对于传动轴管长度大、工作条件恶劣、润滑条件极差、行驶在不良的道路上的汽车, 冲击载荷的峰值往往会超过正常值的一倍以上, 使万向传动装置技术状况变差, 传动效率降低, 从而影响汽车的动力性和经济性。所以要注意万向传动装置的维护保养工作。

一级维护时, 应进行润滑和紧固作业。对万向节的十字轴、传动轴滑动叉、中间支承轴承等加注润滑脂;检查传动轴各部螺栓和螺母的紧固情况, 特别是万向节叉凸缘连接螺栓和中间支承支架的固定螺栓等, 应按规定的力矩拧紧。

二级维护时, 检查十字轴轴承的间隙。十字轴轴承的配合应用手不能感觉出轴向移动量。对传动轴中间支承轴承, 应检查其是否松旷及运转中有无异响, 当其径向松旷超过规定或拆检轴承出现黏着磨损时, 应更换中间支承轴承。

三、万向传动装置的拆装

1. 万向传动装置的拆卸

拆卸传动轴前, 车辆用举升器举起或车辆停在水平的路面上 (楔住汽车的前、后轮, 防止拆卸传动轴时车辆移动) 。拆卸前注意其标志, 若无标志的, 应按图2所示的方法在适当部位做好记号, 以利组装, 否则会破坏传动轴的动平衡。

拆卸传动轴时, 应从传动轴后端与驱动桥开始, 先把与后桥凸缘连接的螺栓拧松取下, 然后将与中间传动轴凸缘连接的螺栓拧下, 拆下传动轴总成。接着, 松开中间支承支架与车架的连接螺栓, 最后松下前端凸缘盘, 拆下中间传动轴。有时止口过紧, 可用手锤轻轻边敲振, 边向后推传动轴的滑动叉, 即可卸下传动轴。先用卡簧钳把每个耳孔内弹性挡圈取出来, 左手把传动轴一端抬起;右手拿锤子轻敲耳根部。将一个滚针轴承座震出来。再将传动轴转过180°, 用同样方法将突缘叉上的另一滚针轴承座震出, 再把突缘叉取下来, 取下十字轴, 但注意勿将油嘴碰坏。

2. 万向传动装置的装配

(1) 按记号装复原位

万向传动装置装配时, 要按做好的记号原位装复。这是由于传动轴是等角速万向传动, 即发动机和变速器动力总成的旋转轴线与后桥主传动器主动锥齿轮的旋转轴线不在同一条直线上。特别是汽车在行驶过程中, 由于汽车的垂直振动, 主传动器主动锥齿轮的旋转轴线是变化的, 而发动机和变速器的旋转轴线变化很小, 因此旋转轴线变化的传动要由万向节传动来实现。为消除转速不均匀, 十字轴万向节总是成对安装使用的, 相对应的两个十字轴端节叉的滚针轴承孔的轴线必须在同一个平面里, 否则就不能实现等角速传动。传动轴在制造时, 为了保证等角速传动, 在滑动叉和传动轴管对应的位置各印有一个相向的箭头。在拆散时要注意这两个箭头标记, 装配时将这一对箭头位置相对, 即可保证等速传动的要求。如果标记不清, 拆卸时要做好标记。

(2) 十字轴的装复

将十字轴装入突缘叉内, 用铜锤轻轻击入轴承座至卡环槽下端, 然后装上卡环。用压力和工装压装突缘端十字轴承时, 首先将滑动叉置于十字轴工装内, 然后将十字轴一轴承座放入, 用铜锤轻击导入耳孔内, 然后放入十字轴, 操纵压头将轴承座刚好压至卡环槽下端, 用尖嘴钳子将卡环装入卡环槽内。翻转突缘用同样方法压装入另一端轴承座并装入卡环。压装时注意, 十字轴滑脂嘴方向在外侧, 也就是十字轴上的滑脂嘴必须向着传动轴轴管的一面, 十字轴孔内应注满汽车通用锂基润滑脂2号。最后用铜锤敲振突缘下端, 使十字轴转动灵活。十字轴装好后, 应检查其松紧程度。一般用手扳动十字轴, 应不费力在轴承座内自由转动, 而没有旷量即为合适, 不允许有发卡现象。万向节十字轴装配时, 先将十字轴和轴承涂上适量的多功能润滑脂, 使突缘和万向节叉的记号对正, 将十字轴装入万向节叉里, 用专用工具 (或在虎钳上) 将轴颈轴承压入万向节叉中, 选用适当厚度的锁环, 以使两端的锁环具有同样的厚度, 确保万向节叉的中心不偏移。调整十字轴轴向间隙不超过0.05 mm。安装时, 万向节上的注油嘴应朝向传动轴, 且所有万向节和滑动叉上的注油嘴应在一条直线上, 以方便润滑。安装传动轴总成时, 应注意润滑花键轴, 不准损伤伸缩节防尘套。传动轴应使用规定的螺栓, 充分拧紧。

(3) 传动轴花键副的装复

将两防尘套环箍分别套入防尘套的两侧凹槽内, 然后将防尘套放入传动轴焊接组合件的花键轴上。向滑动叉内齿条均匀涂满汽车通用锂基润滑脂2号。在保证各滑脂嘴 (或其连接孔) 在轴线同一方向上对正组装, 然后将两环箍分别套进滑动叉及花键轴的两凹槽内。

(4) 传动轴的装配

机械传动装置设计方法研究 篇8

不同功能的机电一体化产品, 其结构组成、传动方式不尽相同, 但是其设计思路、设计基本要求是一致的。

1 机械传动装置的基本要求

机械传动装置是机械产品的主要部分, 各种机构组合形成满足机械产品传动要求的传动装置。各种机械产品尽管在功能、原理、类型、结构等诸多方面均有不同, 但是在进行机械设计时, 却有许多共同的要求。具体如下:

1.1 满足功能要求

机械产品必须满足客户提出的使用上要达到的基本功能要求, 这是进行机械设计必须遵守的最基本的原则, 如果所设计的机械产品不具备完成预期工作任务的功能, 就失去了设计该机械产品的意义。具体如下:

(1) 满足运动要求。必须正确选择机械产品中传动装置的工作原理, 合理地设计机构组合, 使机械产品有适宜的运动规律、运动速度, 满足灵活启动、平稳制动、工作顺畅等各方面的要求。

(2) 满足动力要求。要正确分析各传动机构和零件上的扭矩和有效作用力, 正确计算机械产品所需的功率, 确保机械产品有足够的动力克服阻力完成预定的任务。

(3) 满足可靠性要求。机械产品应该能够在预定的寿命期限内可靠地工作, 各零部件应具有足够的强度和刚度, 确保机械产品的使用安全。

1.2 满足经济性和工艺性要求

(1) 提高设计和制造的经济性。设计中尽量考虑采用标准件、通用件或借用现成批量销售的部件;合理选择材料及用量, 尽量避免自己加工、减少制造工时, 改善制造和装配工艺性等, 以便提高经济性。

(2) 提高使用经济性。提高机械产品的自动化程度和降低功率损耗, 以提高机械效率、减少动力和燃油损耗, 达到绿色、节能和环保的目标。

(3) 提高产品经济性。机械产品既要美观、实用, 符合人体工程学原理, 又要结构要简单, 便于制造, 降低制造成本和使用成本。

1.3 满足劳动保护要求

(1) 设计的机械产品要确保操作安全, 使用可靠。

(2) 机械产品操作轻巧简便, 操纵件数量适当、位置集中且易达, 便于观察, 减少操作者的体力和脑力消耗。

(3) 改善操作者的工作环境, 如低噪声、空气清新、合理排污、减少粉尘、机械产品外形合理、色彩协调等。

1.4 满足其它特殊要求

机器的使用场合和使用环境各不相同, 特殊情况下使用的机器将有针对性的提出特殊要求。例如, 长期在海边使用的机器要注意防碱、防腐蚀、防潮;在较寒冷的地方应考虑防冻或用低温油;飞机上的油箱、液体润滑的齿轮箱等除应考虑重量轻外, 还要注意不让油液溢出, 并考虑飞机翻滚对供油或润滑的影响。

2 机械设计的过程

机械产品设计的过程遵循工作过程的六步法, 即资讯、计划、决策、主体设计、检查与评价。

2.1 任务资讯

(1) 任务书的提出。设计任务通常是根据生产需要或经市场调查发现某种机械产品有较大需求时提出的, 设计的机械产品要确保一定的先进性, 使其占有较大的市场份额和市场发展前景。

(2) 任务书的内容。详细的任务书应包括机械产品的用途、主要性能参数、环境条件及有关特殊要求、生产量、承制单位、预期的总成本、提供的设计成果要求以及要求完成的日期等。

2.2 计划决策

拟定计划就是根据任务书的要求, 组织有关人员就设计任务书提出的各项要求进行全面分析和调查研究, 以便理解任务的经济价值、技术要求、重点、难点、需攻关的方向、完成任务的主要途径和关键技术等, 将设计过程涉及到的各项工作做出详细的计划, 包括人员安排、时间节点和提交的成果要求等。

2.3 主体设计

包括总体设计、结构设计和零件设计三个阶段, 是机械设计的关键。

(1) 总体设计。总体设计即从机械产品的工作原理设计到机构运动简图设计的阶段, 也称方案拟定阶段, 具体任务是选择机械产品的工作原理, 本着简单、实用、经济、美观等原则, 拟定实现预期功能工作原理和传动机构。

设计成果要达到经济实用的目标, 需要进行多种传动方案的比较, 以及具体传动机构的原理设计和分析, 要求把机械产品各个部分之间的运动关系、动力关系以及主要零件在产品中的大体位置, 用规定的简单符号表示在图纸上, 构成机械产品的机构运动简图。利用机构运动简图分析该机构的自由度、受力状况, 通过比较分析选取合理的传动方案进行下一步的设计。最后, 以运动简图的形式体现本阶段的设计成果。

(2) 结构设计。结构设计是把机构的运动简图变成装配图的阶段, 具体任务是将运动简图中的符号变成具体的零部件。首先根据机械产品的运动特性、工作阻力、工作速度以及传动系统的总效率等具体情况初步选择原动机, 再根据工作阻力或原动机的功率大小及运动参数, 计算出各个主要零件的关键尺寸并选定材料;一些直接影响机械产品性能、运动精度、寿命或特殊的关键部位, 还应考虑选定合适的公差配合、热处理等。最后, 以装配图的形式体现本阶段的设计成果。

(3) 零件设计。零件设计的具体任务是把要加工零件的结构要素、全部尺寸及加工要求等用零件图详细地表现出来, 从总体要求出发, 综合考虑零件的强度、刚度、寿命、制造工艺以及重量、体积、成本等因素, 确定零件的材料、尺寸、结构要素、制造精度以及技术要求。最后, 以零件图的形式体现本阶段的设计成果。

本体设计的完成, 为机械产品的设计制造提供了运动简图、装配图和零件图, 从原理、结构和制造上为一台机械产品的诞生做好了准备。应该注意, 设计过程的三个阶段是密切联系的, 前一阶段的工作为后一阶段提供依据, 而后一阶段经深入的设计如果超出前一阶段的限制, 就要求对前一阶段的设计作适当修改。因此, 本体设计的三个阶段是互相牵连、互相影响的, 需要互相交叉地反复进行。

2.4 检查与评价

在设计过程中, 因考虑不周造成的错误在所难免, 为了减少不必要的浪费, 应尽可能把错误扼杀在图纸阶段。为此, 设计成果必须经过一定程序的审批手续, 比如组织相关的专家组进行审核、答辩等, 尽量找出问题或不合理的地方加以改进。本体设计完成之后, 即可进行零件制造和产品装配。

所设计产品在试制、装配、试车、鉴定等过程中还会发现一些问题, 即使是样机完成了, 在此后的工业性试验中还可能发现新的问题, 针对出现的问题还要做改进设计。

必须指出, 一套完整的设计文件, 除了上述设计成果外, 还应包括如下内容: (1) 工作循环图, 即一个工作循环中各部分动作的协调配合关系图; (2) 设计计算说明书; (3) 调节顺序图;即电气、液压、气动、润滑、冷却等系统图; (4) 使用说明书; (5) 组合件、标准件、外购件、通用件及易损件的明细表。

3 机械传动装置设计的要点

传动装置的总体设计, 主要是分析和拟定传动方案, 选择电动机型号, 计算传动装置的运动和动力参数, 为设计传动件和装配草图提供依据。

3.1 正确分析和拟定传动方案

机械产品通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置是机械产品的重要组成部分, 用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要, 传动装置的传动方案是否合理将直接影响机械产品的工作性能、使用寿命、重量和成本。

满足工作装置的需要是拟定传动方案的最基本要求。同一种运动可以由几种不同的传动方案来实现, 这就需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较, 从而选择出最符合实际情况的一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外, 还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。

3.2 合理选择电动机

电动机具有结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点, 是最常用的原动机。电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式、容量 (功率) 和转速。

(1) 选择电动机的类型。电动机已经系列化、标准化, 在设计时应根据工作载荷 (大小、特性及变化情况) 、工作要求 (转速高低、调速要求、启动和正反转的频繁程度) 、工作环境 (尘土、油、高温及爆炸气体等) 、安装要求及尺寸重量的特殊限制等条件进行选择。工业上广泛应用三相交流电动机, 尤以三相鼠笼型异步电动机应用最多, 其中Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型异步电动机广泛应用于输送机、搅拌机等。煤矿井下及其他有易燃易爆气体的场合应选用防爆电动机, 如YB系列电动机。

(2) 选择电动机的容量。电动机的容量 (功率) 选择是否合适, 对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求, 则不能保证工作机的正常工作, 或使电动机因长期超载而过早损坏;容量选得过大, 则电动机的价格高, 传动能力又不能充分利用, 而且由于电动机经常在轻载下运转, 其效率和功率因数较低从而造成能源的浪费。

对于载荷比较稳定、长期运转的机械 (例如运输机) , 通常按照电动机的额定功率选择, 而不必校核电动机的发热和起动转矩。选择电动机容量时应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率。

3.3 恰当选择联轴器类型和规格

在传动装置中一般有两个联轴器, 一个联接电动机与减速器高速轴, 另一个联接减速器低速轴与工作机。前者由于转速较高, 为了减小起动载荷、缓和冲击, 应选用具有较小转动惯量的弹性联轴器, 如弹性柱销联轴器等;后者由于所联接的转速较低, 传递的转矩较大, 减速器与工作机经常不在同一底座上, 要求有较大的轴向偏移, 常选用无弹性元件的挠性联轴器, 如十字滑块联轴器等。

在确定联轴器的类型后, 对于标准联轴器, 按传递转矩的大小和转速选择型号。选择时注意:每一种型号的联轴器都有几种孔径, 孔径尺寸必须与两联接轴相适应。

3.4 传动零件的设计计算

传动零件设计包括带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆蜗轮传动等。设计时注意:

(1) 皮带已经标准化、系列化, 设计的主要内容是确定带型号和根数, 带轮的材料、直径和轮缘宽度, 中心距等;注意带轮大小与其他机件的装配或协调关系, 如小带轮直径与电动机中心高是否相称, 其轴孔直径与电动机轴径是否一致, 大带轮直径是否过大导致与机架相碰等。大小带轮直径及带长均应符合标准系列, 如果有必要应重新修改前面的设计方案;

(2) 齿轮的结构尺寸、计算, 必须按《机械设计手册》等相关资料查阅并选取, 以便于制造和测量。各级大小齿轮几何尺寸和参数计算的结果应及时整理并列表, 同时画出结构简图, 以备装配图设计时使用。

(3) 轴的结构设计就是确定轴的结构形状、各部分的直径和长度等。设计时应满足:轴及轴上零件有准确工作位置, 固定可靠;轴及轴上零件拆装和调整方便, 具有良好的制造工艺性;轴的结构有利于提高轴的强度、减轻应力集中等。

4 结束语

在机械装置设计中, 合理的传动方案除了满足机械产品的工作要求外, 还应保证机械产品的工作性能和可靠性, 具有高的传动效率、工艺性好、结构简单、成本低廉、结构紧凑和使用维护方便等。但同时达到这些要求是不容易的。因此在设计过程中, 往往需要拟定多种方案以进行技术经济分析比较, 确保设计结果能够转化为有价值的机械产品。

摘要：机械传动装置设计是机电一体化产品设计开发的一个关键部分。基于这一论点, 阐述机械传动装置设计的基本要求、设计思路和注意的问题, 并对具体的设计步骤做了详细分析, 为提高初学者的设计能力和效率提供帮助。

关键词：机械传动,装置,设计

参考文献

[1]楼晓明.机电一体化产品设计问题探析[J].机电信息, 2010, (6) :109-110.

齿轮传动装置 篇9

洗灌器是高压水射流清洗系统用于容器、罐、反应釜等物体内表面清洗的专用清洗设备[1],是目前自动清洗市场应用比较广泛的设备。对其传动技术研究的发展历程从二维清洗到三维清洗,从简单机构到复杂机构,从近距离清洗到远靶距清洗。发达国家从20世纪70年代末开始应用此项技术,自20世纪80年代中期传入我国,历时40年。

洗罐器从传动系统上可分为两类:1)是采用流体驱动叶轮旋转,首先经一系列减速传动装置,驱动洗罐器公转,再同时驱动喷嘴自转,实现公转及自转齿轮配比关系,从而实现了球面空间网状覆盖无盲点清洗,因此也称作三维洗罐器;2)高压流体流经特殊结构的喷嘴(如两个成S型布置的出液口)喷出时产生一转动力矩,形成喷嘴的自转,同时由于喷出的反冲力矩以同一方向作用于反冲轮,形成反冲轮的旋转运动,反冲轮又通过减速传动装置带动洗灌器整体做公转,从而实现了即自转又在壳体的带动下公转的喷嘴对容器内壁同时做纵向和横向360°方向的万向喷射,达到全面清洗作用。无论哪一种传动系统,其基本工作原理都是经喷嘴喷出的射流,以其很高的冲击动能,连续不断地作用在工业产品表面,从而使垢物脱落达到清洗的目的。

目前高压水射流清洗技术领域对洗罐器的工作效率和性能的研究主要集中于传动系统的设计和终端设备———喷嘴的结构性能的研究。目前国产产品尚存在使用寿命较短、零件易损坏、工作效率较低的不足,文中从传动系统的设计角度提出了用于洗灌器的行星齿轮复合传动装置的设计,以充分发挥行星传动技术的优势。

1 行星齿轮复合传动装置的设计

1.1 行星齿轮机构的特点

行星齿轮传动承载能力大、传动比大,且占用空间较小。由于是纯扭矩传动,故传动效率高,同时,行星齿轮中每个齿轮分配到的动力是相等的,所以行星齿轮的动力输出非常平稳,而且可以多个行星齿轮互相搭配作用。

1.2 行星齿轮减速结构

根据洗灌器需要体积小、结构简单紧凑、传动效率高的工况要求,再结合各传动类型的特点,设计采用2K-H(WW)型作为减速机构,结构简图如图1所示。其中包括两对外啮合齿轮(WW)1和3、2和4,转臂H绕着固定的中心齿轮2的轴心线旋转,由于转臂H的另一端与双联的行星齿轮3和4的轴固联,因此,当动力从中心齿轮1的轴(或从转臂H)输入时,就带动了双联行星齿轮3和4既自转又公转的运动。

1、2—中心齿轮;3、4—行星齿轮;H—转臂

图1 2K-H(WW)行星齿轮结构简图

1.3 行星齿轮机构的匹配计算分析

按照行星齿轮减速比i2h1=20设计,计算公式如下:

同时考虑在行星齿轮传动中各齿轮齿数需要满足的同心条件,为了提高承载能力及整机运动的平衡性和平稳性,并考虑为了相互抵消减速器的各齿轮啮合时候产生的径向力,采用3个行星齿轮,各传动零件的主要参数如表1所示,最终修订行星减速传动比系数为20.74。

表1 齿轮主要参数

1.4 行星齿轮复合传动装置的设计

文中所设计的液力洗罐器适用于铁路油罐车体远靶距清洗场合。传动系统部分主要由叶轮、行星齿轮机构、圆锥齿轮机构组成。行星齿轮复合传动装置简图如图2所示。

1.5 行星齿轮复合传动装置的工作原理

图2显示了行星齿轮复合传动装置的工作原理:当供液泵产生的一定压力的水流(或洗涤液)从洗灌器的进液口进入,经由叶轮7时,形成叶轮的旋转运动,叶轮又通过轴带动转臂H旋转,进而带动行星齿轮3和4的转动,其中中心齿轮2固定,又通过中心齿轮1带动固连在洗灌器壳体上的圆锥齿轮6旋转(公转),由于与圆锥齿轮6啮合的圆锥齿轮8固定,因此同时又形成了圆锥齿轮6的自转,最终由圆锥齿轮6带动与其共轴安装的喷嘴5既随着壳体绕进液轴公转同时又绕着出液轴旋转的自转运动[5]。

1、2—中心齿轮;3、4—行星齿轮;5—喷嘴;6、8—圆锥齿轮;7—叶轮;H—转臂

图2 洗灌器行星齿轮复合传动装置简图

由技术参数计算可得洗罐器整机每旋转一周,喷嘴的自转速度为3.3周,使得喷嘴对容器内壁同时做横向和纵向360°方向的万向喷射,达到全面清洗的作用。

2 行星齿轮复合传动装置的仿真研究

为了缩短设计周期,提高设计品质,采用CAD软件对该行星齿轮复合传动装置进行了三维实体造型、虚拟装配和机械传动的动态仿真,并对运动学仿真结果进行分析[10]。

2.1 行星齿轮复合传动装置的三维建模

由表1所确定的参数进行齿轮的三维建模,按照图1搭建2K-H(WW)型作为减速机构,并设计进液轴、出液轴、轴系零件、转臂、壳体、喷嘴等零件的结构形状,最后通过虚拟装配,确定行星齿轮复合传动装置的三维模型如图3所示。

2.2 运动学仿真分析

将洗罐器三维仿真模型按照实际工况施加约束,对叶轮输入功率P=10 k W,输入转速n=100 r/min,取运动时间300 s,做运动学仿真分析。

得到行星齿轮在垂直于轴向平面内角位移变化曲线如图4所示,该曲线为近似更等规律曲线,表明行星齿轮在转臂上做匀速公转,且齿轮正常传动。

图4 行星齿轮角位移曲线

运动仿真得到壳体、喷嘴的角位移曲线和角加速度曲线,分别如图5~图8所示,由图6和图8可以看出,在启动的前10 s内,壳体和喷嘴的加速度都略有波动,随后趋于稳定,近似为零,两者基本处于匀速运转状态。

图5 壳体角位移曲线

图6 壳体角加速度曲线

图7 喷嘴角位移曲线

图8 喷嘴角加速度曲线

3 结语

高压水射流清洗设备的核心部分是机械传动部分,针对铁路油罐车体远靶距清洗的实际需要,综合考虑机械零件的传动特点,用工程分析与仿真校验相结合的方法对传动系统的主要零件进行了选型,确定了零件的主要性能参数,设计了用于洗灌器的行星齿轮复合传动装置,并进行了三维建模和运动学仿真。仿真结果表明,该传动系统结构设计合理、紧凑,传动比分配符合要求,可以很好的实现喷嘴的自转与公转,保证了洗罐器整机工作性能的稳定性和可靠性。

摘要：设计了一款利用高压水射流进行清洗作用的新型洗灌器的行星齿轮复合传动装置,并通过对传动系统运动学的仿真分析,对传动零件的选型、结构参数的确定做了一定的实用分析,可为洗灌器的机械传动装置的深入研究与开发提供参考与借鉴。

关键词：洗灌器,行星齿轮机构,高压水射流,传动系统

参考文献

[1]诸雪征,吴明飞,等.双喷嘴三维洗罐器工作特性的研究[J].中国安全科学学报,1998.4.

[2]朱大卫,赵松怡.液力洗灌器[P].中国专利:87205368,1988-12.