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          行星齒輪傳動在電動滾筒中的應用

          點擊次數:0   更新時間:2018-12-29  【關閉分    享:

                                                        行星齒輪傳動在電動滾筒中的應用
               在港口的水陸貨物轉運裝卸中,皮帶運輸機是最常見且用途最,“的裝卸機之一。在皮帶運輸機的組成中。電動滾筒是其關鍵部件,廣泛用于皮帶輸送機系統中,起到傳遞功率、調節轉速的關鍵作用。電動滾筒用在皮帶運輸機中,對其工作環境的耐候性、安裝尺寸的緊緊湊眭、變速比的呵挖陸和重量的輕便性等方面均有嚴格要求[1],要達到這些綜合要求是設計者和研究者不斷改進傳動方式的內在動因。目前,即使是比較常用的電動滾筒,由于其存在內空間狹小、傳熱有限、不便于經常拆卸與維修等不足之處,也需要不斷地對其結構進行改進,對其設計參數進行優化,改善電動滾筒的傳動性能,因此,本論文通過對電動滾筒的傳動方式對比之后,選用行星齒輪傳動方式,改善電動滾筒的運行可靠性、結構緊湊性、傳動高效性等性能。
               二、電動滾筒常用傳動方式對比
              電動滾筒的其傳動方式常見的有定軸齒輪傳動、擺線針輪傳動、行星齒輪傳動等,各種傳動方式的結構和性能各不相同,進行相關的比較如下。
              1.定軸齒輪傳動方式
              定軸齒輪傳動方式是采用普通的多級圓柱齒輪傳動,如圖1所示,由于單級傳動尺寸有限,通常需要兩級傳動來完成,即第一級外嚙合的圓柱齒輪傳動和第二級內嚙合的圓柱齒輪傳動,才能達到普通電動滾筒所需要的傳動比,其特點是傳動方式簡單,制造方便,是目前生產廠家的各類電動滾筒普遍采用的傳動方式。
                                                       
                                                           圖1 定軸齒輪傳動
              由于其傳動結構的特點,自身存在諸多缺陷,如單級傳動的徑向力,造成電動滾筒的中心軸線始終存在較大的側向力,運行時有交變力,使滾筒端蓋螺栓容易松動、漏油。
              2.擺線針輪傳動方式
              擺線針輪傳動方式是應用擺線傳動原理,其特點是傳動比范圍大,只要單級傳動就可以完成普通電動滾筒所需要的傳動比,傳遞扭矩大,通常應用于較大功率的內置式和外置式電動滾筒中,其結構 如圖2所示。
              擺線針輪傳動方式最大的弊病是高速輸入端為偏心結構,容易磨損,影響使用壽命。特別是較大功率的滾筒,所用的擺線輸入中心輪的偏心結構,無法克服高速運行時,產生的巨大慣性矩對其輸入軸承的破壞作用。
                                            
                            1—H機構2—偏心套3—w輸出機構4一輸出軸5一擺線輪6一針輪
                                                        圖2擺線針輪傳動
               3.行星齒輪傳動方式
               行星齒輪傳動結構緊湊,三點對稱,受力均衡,傳動效率高,具有功率分流和動軸線的運動特性,如圖3所示,由于在中心輪的周圍均勻分布著數個行星輪來共同分擔載荷,故使得每個齒輪所承受的負荷較小,所以可以采用較小的模數,從而縮小了其外廓尺寸,使其結構緊湊。
                                       
                                 Za—輸入齒輪(太陽輪) zc一行星齒輪 H一行星架Zb一齒圈
                                                        圖3行星齒輪傳動
               行星齒輪傳動的特點是運動平穩、抗沖擊和振動能力的能力較強。使用壽命長。
          通過上述比較,行星齒輪傳動機構具有較多的綜合優點,通過必要的結構設計改進和參數優化??梢赃m宜于在港口皮帶傳動機械上應用,能夠使所設計的電動滾筒符合港口祝械的工況要求。
               三、行星齒輪的設計[2]
              1. 傳動結構
              傳統的行星齒輪傳動要達到電動滾筒所需要的傳動比,往往要兩級、甚至三級傳動,還要考慮級問聯接方式,如圖4所示兩級傳動,實現該傳動方式,將使電動滾筒的結構變得非常復雜。對制造、安裝、檢測都有嚴格的要求,生產成本高,使得推廣應用困難。失去了行星齒輪傳動體積小結構緊湊的優勢。
                                   
                                                      圖4 兩級2K—H行星齒輪傳動電動滾筒
              本文從皮帶運輸機的工作環境出發,對傳動結構進行改進,通過結構優化設計,僅用一級傳動就達到所需的傳動比,結構相當筒啦,如圖5所示。
                                  
                                            圖5 一級行星齒輪傳動電動滾筒
              2. 設計參數選擇與計算
              本文討論的設計方法,解決了普通行星齒輪傳動在電動滾筒應用的難題,可以在電動滾筒領域,針對不同外徑、不同線速度完拿系列化,僅用一級傳動就完成了所需的傳動比。
              這樣簡化了結構,并且對零件材料和加工精度的要求也大大的降低,從而大幅降低了生產成本?,F以 電機轉速980r/min,功率55KW,帶速4m/s,帶寬1000mm,滾筒直徑φ630mm,外裝式電動滾筒為例,設計計算行星齒輪參數。
              (1)計算傳動比及齒數
              滾筒轉速n2=4×(60/(O.63X3.14)=121.26r/rain;齒輪傳動比i=980/121.26=8.0817。
             采用行星架固定方式,太陽輪作為輸入件,齒圈作為輸出件,因此,可以選擇太陽輪齒數Za=12,為滿足行星齒輪安裝條件,齒圈齒數取Zb=96,傳動比i=Zb/Za=8,行星輪齒數Zc=(96-12)/2=42。
          (2)計算齒輪模數
          按齒根彎曲強度條件確定模數m
          由公式
                                      
          式中系數可以從文獻[3]中查到。
          其中,K為載荷系數,取1.5;
          KFP為載荷分布不均勻系數,取1.75;
          b為齒寬系數,初選0.4;
          YF1為齒形系數,查得2.32;
          YS1為應力修正系數,查得1.71;
          δFP1為輪齒彎曲許用強度,40Cr調質齒面高頻,取600N/m;
          Z1為太陽輪齒數12;
          T1為太陽輪輪齒扭矩。
          Ta=9550000×55/980=53596.38(N·mm)
          T1=Ta/3=178656.46(N·mm)
          代入公式(1),得m≥4.757mm,取模數m=5mm
          由以上計算可知,行星傳動齒輪僅用較小的齒輪模數,就可以傳遞較大的功率。
          (3)計算中心距a及齒數變位系數
          行星齒輪具有兩個嚙合齒輪副:a-c,b-c,各齒輪副的中心距a為:
          aac=m×(Za+Zg)/2=135mm
          abc=m×(Zb-zc)/2=135mm
              由于太陽輪齒數Za=12,齒數較少,為了防止加工時產生根切,應進行變位,變位系數取經驗值Xa=0.5。并且,為了提高齒輪的彎曲強度,我們把行星輪的變位系數也取為Xb=0.5。
              這時,節點位于雙齒嚙合區,使受接觸強度限制的承載能力最高,且太陽齒輪、行星齒輪的輪齒彎曲強度接近相等。

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