行走马达 RV减速装置的研制

2015-06-12眭小利

机械制造 2015年4期

□ 眭小利

常州轻工职业技术学院江苏常州 213164

工程机械液压挖掘机是靠一对行走马达装置驱动行走的，而行走马达是集液压马达、RV（Rotate Vector）减速装置、液压阀、停车制动装置于一体的高度集成化和小型化的走行驱动装置，其中RV减速装置为行走马达产品的关键部件。RV减速装置结构紧凑，采用行星齿轮及RV摆线针轮减速机构，具有非常好的抗冲击性和回转精度，减速比大，使用寿命长。

RV减速装置属于高端技术产品，被国内挖掘机生产厂家广泛采用，并逐渐应用到更广泛的机械设备领域，但目前国内还不能提供性能可靠的RV减速装置产品，主要依赖进口。为了适应我国工程机械行业的快速发展，利用国内某公司的技术优势，对行走马达RV减速装置进行开发具有重要的现实意义。

1 主要技术参数

行走马达RV减速装置的主要技术参数为：①环境温度-10～+45℃；② 最大输出扭矩34 300 N·m；③最高输出速度60 r/min；④ 速比44.87；⑤ 制动扭矩398 N·m。

2 工作原理及结构特点

RV减速装置结构如图1所示，核心为RV传动机构，由渐开线圆柱齿轮行星减速机构（第一减速部）和摆线针轮行星减速机构（第二减速部）两部分组成。它对液压马达的高速低转矩回转进行减速，变换成低速大转矩，使链轮毂回转，带动链轮旋转，从而通过履带传动来驱动整机走行。RV传动作为一种新型的二级封闭式、少齿差行星传动，从结构上看有如下特点。

（1）传动机构可置于行星架的支撑组架内，故传动的轴向尺寸可以大大缩小。

（2）采用二级减速机构，处于低速级的摆线针轮行星传动更加平稳，同时由于转臂轴承个数的增多且内外环相对转速的下降，其寿命将大大提高。

（3）只要设计合理，保证制造和装配精度，就可以获得很高的运动精度和很小的回差。

（4）扭转刚度大，RV传动的输出机构是采用两端支承的尽可能大的刚性圆盘类零件，其扭转刚度远大于一般摆线减速器的输出机构（多为悬臂梁结构）；摆线针轮是硬齿面的多齿啮合，针齿不用两或三支点，而用半埋齿圆柱面，因而啮合刚度大，抗冲击性能也会大大提高。

（5）传动比大，即使摆线轮齿数不变，只要改变渐开线啮合齿轮的齿数，也可以得到多级传动比。

（6）传动效率高，通常可达到85%～92%。

3 关键技术

由文献［1］可知，曲轴的偏心误差、摆线轮上轴承孔的偏心误差、摆线轮周节累积误差、链轮毂上针齿销孔位置累积误差等因素对传动误差的影响较大。由文献［2］可知，不同误差的组合方式对RV减速装置传动精度的灵敏度影响也不尽相同，因此，研制RV减速装置时对关键零件的设计、加工工艺和装配工艺要重点考虑。

3.1 摆线轮的设计与制造

▲图1 RV减速装置结构图

摆线轮为带有3个轴承孔、3个工艺孔和多个外摆线齿的盘类零件，厚度薄，渗碳淬火热处理后的有效硬化层较深，表面硬度较高，但热处理变形控制难度较大。同时成对组装的两个摆线轮有较为严格的错位位置要求，制造难度较大，需研制专用工装和制定合理的加工工艺。

根据机构误差分析得出的 “相对杆长误差应同向分布”结论，一对摆线轮上3个轴承孔的相对位置精度（即杆长误差）对运动精度的影响较大，而不是每个零件的绝对位置精度。因此，加工时，先将摆线轮的3个轴承孔加工好，然后依此为基准，加工摆线齿和行星组架零件上相对应的3个轴承孔，从而可以有效保证齿形精度和对应组孔的相对位置精度。

摆线轮齿形修形采用负等距与负移距组合方法，加工时，重点控制摆线轮齿的相邻周节和周节累积误差，采用专用工装将由数控成形磨床加工好的3个轴承孔中的2个孔进行定位装夹，由夹具保证定位精度；摆线齿形成对加工，并做好相应标记，组装时成对使用。成品经专用检测设备检测，符合设计要求。

3.2 曲轴的设计与制造

曲轴为带有偏心挡和渐开线外花键的轴类零件，其偏心距、偏心部相位、偏心部平行度、轴径处同轴度、渐开线花键与同侧偏心部的位置对应关系要求都很高。同时，根据相对杆长误差应同向分布原则，在曲轴加工过程中，一定要保证3个同侧偏心部轴颈的偏心距公差在符合设计要求的同时，还要保证其偏心距偏差应为同向分布。

曲轴加工工艺难度非常大，制造难点为：① 热处理过程外花键变形及尺寸稳定性控制；②外花键一齿槽应与靠近花键端偏心部位的最低处位置对应一致，角度偏差≤1′；③两个偏心挡偏心位置相差180°±1′。采用进口专用曲轴磨床磨削，外花键磨齿后采用中心孔双顶尖装夹，专用工装定位，利用渐开线花键齿槽球针定位和在线检测技术，一次完成磨削两个曲轴偏心挡及两端轴承挡，保证曲轴偏心部的相位精度及一致性、外花键与同侧偏心部的位置对应关系。

3.3 链轮毂的设计与制作

链轮毂为RV减速装置传动输出的主体，属于薄壁铸件，外形尺寸相对较大，为了保证24-φ23 mm针齿销孔和2-φ355 mm主轴承孔的机械加工精度要求，故加工工艺难度较大。

由于24-φ23 mm针齿销孔不足半圆，正常加工时刀具振动较大，精度难以保证，故毛坯设计为完整孔加工，并留出余量，以保证完整孔加工精度。主要工序用加工中心加工，采用定中心后用钻、镗、铰工艺加工出完整的针齿销孔，然后采用线切割加工，最后可得到符合图纸针齿销孔孔径、圆度、垂直度、孔中心位置度、表面粗糙度等设计要求的半圆孔，各个工序间注意消除组织内应力。上、下端部2-φ355 mm主轴承孔采用一次装夹精镗加工，可保证轴承孔间的同轴度要求。

▲图2 进口RV机构与试制部件组装后试验温度时间曲线

▲图3 试制RV机构与进口部件组装后试验温度时间曲线

▲图4 进口产品试验温度时间曲线

▲图5 试制产品试验温度时间曲线

链轮毂针齿销孔表面采用离子喷涂MoS2+Sb2O3涂层膜，厚度15～20 μm。喷涂前预处理，以保证涂层与基体材料的密接性和粘结强度，且耐油性较好。其中MoS2涂层膜是一种综合性能很好的固体润滑膜，作为固体润滑剂，它不仅摩擦因数小、承载能力大、耐磨性好，而且还具有与基材的黏附力强、蒸发率低、耐辐射等优点［3］，但是随着温度升高，MoS2会发生氧化，而加入Sb2O3就是为了提高MoS2的抗氧化性。同时Sb2O3对于MoS2还具有良好增效作用，能提高MoS2涂层膜的抗摩擦与磨损性能［4］。

3.4 曲轴几何稳定性控制

曲轴零件在服役过程中的尺寸变化会导致RV减速装置回差精度下降，接触应力上升。通过系统设计曲轴零件的预备热处理工艺、淬火工艺和深冷工艺，确保控制残余奥氏体含量≤1%，从而可有效保证零件全寿命周期内的尺寸稳定性，同时提高曲轴基体硬度、疲劳强度和耐磨性，有效保证零件全寿命周期内高精度运行的功能稳定性。

4 组装与试验

4.1 组装及试验方法

对研制成功的行走马达RV减速装置，为了能够与进口产品进行有效的比对分析，制定组装及试验方案为：分别对试制产品与进口产品进行空载型式试验，将试制产品与进口产品的关键部件互换组装后再进行空载型式试验。

4.2 试验目的

为确保研发产品的可靠性，在组装好后，需要按照试验大纲要求对其各项性能进行空载型式试验，合格后才能装车考核，目的是为了试验轴承和齿轮润滑状态的好坏、密封的可靠性、轴承的温升、噪声等。

4.3 试验结果

产品的空载型式试验在专用液压试验台上进行，采用整机实际使用工况时的转速，其中图2、图3分别为试制的RV机构与进口产品互换后再试验的温度时间曲线，图4、图5分别为进口产品和试制产品试验后的温度时间曲线。

对上述不同组装后产品的试验结果进行分析比对可知，4种组装方案产品型式试验过程中，RV减速装置运行平稳，温升、噪声指标正常，密封可靠，润滑良好，总体性能良好，各项指标均符合设计要求。对试制产品与进口产品的空载型式试验结果进行比较分析可知，在相同的试验条件及要求下，两者的温度时间曲线非常接近，温升基本相同。

2012年10月，两台样机产品装车使用，截至目前，行走马达RV减速装置使用情况良好，没有发现其它异常情况，完全满足了产品设计和液压挖掘机的使用要求。