摘要：通過(guò)某設(shè)計(jì)中擺線(xiàn)針輪減速器受徑向載荷作用所反映出的問(wèn)題,分析了徑向載荷對(duì)擺線(xiàn)針輪減速器的影響,提出擺錢(qián)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(shí),應(yīng)適當(dāng)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(wèn)題
       某產(chǎn)品傳動(dòng)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(shí)續(xù)工作制,負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz= 2380N m,原動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī),起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩的180%,據(jù)文獻(xiàn)〔1〕和產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)選擇減速器。
        取載荷系數(shù)KA= 1. 0;計(jì)算傳動(dòng)比ica= 1450/3= 483. 3,選取減速器的傳動(dòng)比i= 493;計(jì)算最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tzmax=Tz kA 180% = 4284N m;減速器允許的過(guò)載系數(shù)為1. 6,那么計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=Tzmax/1. 6= 2677. 5N m。
        我們選用XWED1. 5- 74- 493行星擺線(xiàn)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(gè)分度園直線(xiàn)d= 126mm,寬
度B= 80mm的標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)直齒園柱齒輪,開(kāi)式傳動(dòng),齒輪副滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。
         裝機(jī)使用時(shí),我們發(fā)現(xiàn):第一,減速器輸出軸端出現(xiàn)“搖頭”現(xiàn)象,位移量近1mm,嚴(yán)重影響開(kāi)式齒輪的嚙合質(zhì)量。第二,針輪殼與機(jī)座接合處有明顯的徑向位移。第三,針輪殼與機(jī)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(jiǎn)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(gè)擺線(xiàn)針輪給輸出軸的徑向作用力,Fz為負(fù)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(rèn)為T(mén)z≠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(xiàn),并對(duì)輸出軸形成一個(gè)彎矩ML=FLA(b-a)的作用,此時(shí),FBA、FBB、FBC均可認(rèn)為不太大,且由于輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)受力平面也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 2　Tz≠0,Fz≠0的情況
          當(dāng)輸出軸端安裝一齒輪,即認(rèn)為T(mén)z≠0;Fz≠0。設(shè)Fz為恒力(大小、方向、作用點(diǎn)不變),而輸出軸以其輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),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(fù)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(xiàn)且隨輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng);由Fz產(chǎn)生的分為FLA2和FLB2則是大小、方向不變。在任一時(shí)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(dāng)FLA1與FLA2共線(xiàn)且方向相同時(shí),FLA最大,;當(dāng)FLA1與FLA2共線(xiàn)而方向相反時(shí),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(xiàn)輪A、B對(duì)針輪殼的作用
力F′LA、F′LB不共線(xiàn),必然使針輪殼受到一個(gè)彎矩MZL=F′LB d-F′LA c≈∑Fi D cos2 i的作用,式中Fi為第i個(gè)螺栓所承受的張力; i為相角;E點(diǎn)為傾翻中心。當(dāng)Fi大于初始預(yù)緊力Fio時(shí),螺栓拉伸變形,沿受拉螺栓軸向,機(jī)座與針輪殼之間出現(xiàn)裂縫,由于該力的變化,會(huì)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(jī)座與針輪殼的定位止口處存在間隙,當(dāng)|F′LA-F′LB|大于其間的摩擦力Ff時(shí),就會(huì)出現(xiàn)針輪殼與機(jī)座間的徑向位移,直到定位止口提供一個(gè)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(dòng)而變化,就出現(xiàn)了前面觀察到的徑向晃動(dòng)。
2. 3　同2. 2的受力狀態(tài),但Tz和Fz均為周期性脈動(dòng)負(fù)載
2. 3. 1　由前面分析知,由于徑向負(fù)載較大依然會(huì)引起針輪殼與機(jī)座結(jié)合面的相對(duì)位移和晃動(dòng)。
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(dòng)的,加之?dāng)[線(xiàn)輪
對(duì)輸出軸的作用力FLA、FLB也是變化的。故輸出軸端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(jī)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(jī)架的剛度較差,軸承為普通單列向心球軸承,無(wú)預(yù)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(fù)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(shí),會(huì)使針輪殼與機(jī)架產(chǎn)生相對(duì)晃動(dòng)。
2. 4. 2　當(dāng)作用于輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近其許用轉(zhuǎn)矩、徑向力較大時(shí),若負(fù)載是周期性變化的,輸出軸會(huì)產(chǎn)生“搖頭”現(xiàn)象。
2. 4. 3　選用該類(lèi)減速器時(shí),應(yīng)考慮徑向載荷的影響。

3　驗(yàn)　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(fù)載移到兩支承FBA與FBB之間,受力簡(jiǎn)圖如圖4。由于改進(jìn)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(jī)座的剛性。實(shí)用表明:機(jī)座與針輪殼之間的縫隙消失,無(wú)晃動(dòng)和“搖頭”現(xiàn)象。
      
4　推　論
4. 1　選用擺線(xiàn)針輪減速器時(shí),應(yīng)考慮徑向載荷的影響,徑向載荷較大時(shí)應(yīng)適當(dāng)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(zhuān)家進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn),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(duì)于系列產(chǎn)品,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)手段的提高,應(yīng)該對(duì)老產(chǎn)品進(jìn)行改造,重新設(shè)計(jì)新系列產(chǎn)品,以提高使用性能。