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(dòng)的一個(gè)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(jì)人員和用戶的青睞。行星減速器的設(shè)計(jì)性能直接影響起重機(jī)的使用性能，特別在吊運(yùn)發(fā)動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子、液態(tài)金屬及干熄焦場(chǎng)合，對(duì)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(tái)輸入電機(jī)，輸出可以是一個(gè)或多個(gè)。兩臺(tái)電機(jī)可以同時(shí)工作，也可以獨(dú)立工作。當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，起升速度為V，當(dāng)一臺(tái)電機(jī)工作時(shí)，起升速度為V/2，整個(gè)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(yáng)輪、行星輪、系桿、內(nèi)外齒圈，行星輪和太陽(yáng)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(dòng)輪系，有兩個(gè)自由度，可獨(dú)立輸入兩個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

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

圖1 行星機(jī)構(gòu)

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

圖2 工況1

工況2：驅(qū)動(dòng)2 轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)1 靜止（見圖3），即驅(qū)動(dòng)2 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω2，驅(qū)動(dòng)1 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω1=0，驅(qū)動(dòng)2 到系桿的傳動(dòng)比i2，這時(shí)系桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ωx2=ω2/i2，驅(qū)動(dòng)2 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和系桿、齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，靜止。驅(qū)動(dòng)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(dòng)1 轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)2 轉(zhuǎn)動(dòng)（見下頁(yè)圖4），即驅(qū)動(dòng)1 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω1，驅(qū)動(dòng)2 的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω2。驅(qū)動(dòng)1 到系桿的傳動(dòng)比i1，這時(shí)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)角速度ωx1=ω1/i1，驅(qū)動(dòng)1 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和系桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致；驅(qū)動(dòng)2 到系桿的傳動(dòng)比i2，這時(shí)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)角速度ωx2=ω2/i2，驅(qū)動(dòng)2 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和系桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

通常ω1=ω2，i1=i2，ωx1=ωx2此時(shí)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)角速度ωx=ωx1+ωx2=2ωx1，行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(shí)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(gè)驅(qū)動(dòng)間無(wú)中間輪傳動(dòng)

該結(jié)構(gòu)形式緊湊，通常有兩根驅(qū)動(dòng)軸和一根負(fù)載軸：一根驅(qū)動(dòng)軸可以用一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)；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(dòng)軸可以同時(shí)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(dòng)軸間無(wú)中間輪傳動(dòng)行星減速器結(jié)構(gòu)

如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)行，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸靜止，則此時(shí)系桿輸出轉(zhuǎn)速為n。如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸同時(shí)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)行星機(jī)構(gòu)，則此時(shí)系桿輸出轉(zhuǎn)速為2n。如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸同時(shí)同向運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)行星機(jī)構(gòu)，則此時(shí)系桿輸出轉(zhuǎn)速為0，此時(shí)重物可以懸停在空中。

2.2 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)間兩級(jí)中間輪傳動(dòng)

該結(jié)構(gòu)形式通常有兩根驅(qū)動(dòng)軸、兩根負(fù)載軸。兩根負(fù)載軸在兩根驅(qū)動(dòng)軸的兩側(cè)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸間有兩級(jí)中間輪傳動(dòng)，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(shí)幾個(gè)較大齒輪的浸油深度過(guò)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(duì)潤(rùn)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(duì)環(huán)境溫度高的場(chǎng)合適應(yīng)性差。

圖6 驅(qū)動(dòng)軸間有兩級(jí)中間輪傳動(dòng)行星減速器結(jié)構(gòu)

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

2.3 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)間三級(jí)中間輪傳動(dòng)

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

圖7 驅(qū)動(dòng)軸間有三級(jí)中間輪傳動(dòng)行星減速器結(jié)構(gòu)

由于兩驅(qū)動(dòng)軸間增加一級(jí)中間輪傳動(dòng)，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(duì)環(huán)境溫度高的場(chǎng)合適應(yīng)性強(qiáng)。

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

3 結(jié)語(yǔ)

由于該行星減速器是利用差動(dòng)原理，有兩個(gè)自由度，一旦出現(xiàn)問題，則起吊重物就會(huì)自由落體墜落，造成不可估量的損失，所以從設(shè)計(jì)、制造到使用都必須引起足夠的重視。行星減速器設(shè)計(jì)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(wàn)無(wú)一失。