行星齿轮减速机轻量化、节约化设计分析

李静

青岛海力达齿轮箱有限公司 山东青岛 266000

1 起升机构减速机轻量化、节约化的设计思路

近年来随着科技技术水平的不断进步和发展，我国已从德国、日本等许多发达国家引进了大量先进设备和技术，通过我国技术人员不断吸收，开拓创新，行星齿轮传动技术有了迅速的发展。世界先进工业国已由工业化、信息化向知识化时代迈进，我国行星齿轮减速机与世界先进水平还是存在一定的差距。我国的行星齿轮减速机仍需在齿轮传动的结构设计，轮齿材料的应用上不断完善，满足目前工程机械的需求[1]。

本文所述行星齿轮减速机包括起升机构减速机和回转机构减速机，两者均采用NGW型行星齿轮传动，起升机构和回转机构减速机是起重机的重要组成部件，对起重机起升高度、速度、效率、稳定性以及主梁都有很大影响。减速机转型升级是推动起重机械向轻量化、节能型发展的重要环节。传统的起升机构减速机整体结构复杂，体积较大，起升能力较弱，满足不了目前高速发展的起重机行业。从轻量化角度考虑，优化起升减速机的传动结构，提高空间利用率，提高承载能力，满足当前起升机构减速机在实际应用中轻量化、节约化的要求。

2 优化行星齿轮减速机的传动结构

目前我国起重机上采用的减速机普遍采用行星齿轮传动机构，该机构的行星架大多是铸造件，采用简支梁结构，整理重量和体积较大，能耗较高，造成了严重的资源浪费。为减轻整机重量和体积，完善整体结构，提升传动性能，将行星架材料由铸造件改为锻造件，由原来的简支梁结构优化为悬臂梁结构，这样提高了传动性能，减小了整机体积，提高空间利用率。按各级传动机构传递扭矩的不同，低级传动系统的行星架，可采用行星架与行星轴分体式结构，提高材料利用率，降低了能耗，节约了生产成本[2]。

优化起升机构支撑底座结构。起升机构包括减速机、卷筒、轴承座和底座四部分。将减速机内置于卷筒内部，缩短轴向尺寸，减速机直接安装在底座上，卷筒通过支撑轴承与减速机连接，另一侧则采用插装式轴承座与底座连接，通过两个支撑轴承，减速机可传递较大扭矩，有较好的平稳性，并能承受较大的径向载荷。合理的结构设计，有效的支撑形式，实现了起升机构减速机输出扭矩大，承载能力强，传动平稳及轻量化的设计理念。

优化产品的形式，形成技术参数系列化、结构形式模块化。行星齿轮减速机主要结构包括：内齿圈、行星轮、太阳轮和行星架。行星齿轮传动分为单级和多级传动，级数一般包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级，较常见行星传动为Ⅱ级和Ⅲ级形式。根据NGW型行星齿轮减速机的传动特点，按照行星齿轮减速机的输出扭矩划分为几大系列，各个系列行星齿轮传动以内齿圈的轮齿模数，齿数为基准，通过变换行星架、行星轮及太阳轮的齿数。根据主机使用工况和技术参数，确定传动类型和配齿方案，改变行星轮和太阳轮的齿数即可满足减速机输出速比。形成技术参数系列化，满足相近输出扭矩和使用工况的不同机型的使用要求。

行星齿轮传动采用NGW型结构形式，行星架固定，内齿圈输出动力，行星架与太阳轮采用浮动式连接，行星架与行星轮采用悬臂梁结构，实行统一的传动结构形式，组装配合各个零部件，实现不同输出速比。结构性的统一，使不同型号减速机产品可以通用相同的零部件产品，减少了零部件生产的工艺流程。结构形式的模块化简化了生产加工工艺，形成统一的加工工序，提高了产品加工精度及生产效率，降低了产品加工成本[3]。

3 优化产品性能，运用新型材料

优化产品零件选材，提升材料的热处理工艺。通过优化产品零件材料，采用新型优质钢材，经热处理获得高硬轮齿齿面，经精密加工获得较高的齿轮精度和光滑的齿面粗糙度，提高轮齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，从而提高整机承载能力，减轻整机重量与体积，保证工作的可靠性、传动的平稳性，提高减速机的使用寿命，降低中间环节的维护成本。实现行星齿轮减速机轻量化、节约化制造，新材料的运用，是当代产业发展的需要，更是我国十二五专项规划和中长期科学技术发展的必然选择。

4 优化行星齿轮减速机的传动形式

行星齿轮减速机以体积小，结构紧凑、传动效率高、承载能力大等优点，广泛应用在起重机等吊装作业设备上，并等到了广大用户好评。内齿圈、行星轮和太阳轮在传动啮合过程中，根据加工精度等级不同，会有一定的传动间隙，从输入端到输出端会产生较大的累计传动间隙。起重机在高空作业时，由于底盘制动的回转减速机有输出回转间隙，而产生自由旷量，造成起重机大臂有一定的摆动。那么对高空精准作业来说，影响起重机精准吊装的工作效率。目前减小减速机的输出自由旷量，一是控制行星架和太阳轮静连接无行星齿轮啮合的间隙，二是控制内齿圈、行星轮、太阳轮的加工精度等级，减小行星齿轮传动的啮合间隙。三是控制减速机输出齿轮与起重机回转支撑的啮合间隙。经验证，采取以上措施取得了一定的效果，起重机大臂高空作业时，大臂摆动幅度明显减小。

5 结语

随着科技技术水平的进步和发展，我国对行星齿轮减速机进行了深入、系统的研究和批量生产制造工作，无论从设计理论方面和应用实践方面，均取得了较大的成就，并取得了许多的研究成果。时代在发展，人类追求科技进步的脚步不会停歇，与时俱进根据生产生活的需要，从轻量化、节约化的角度出发，不断提高行星齿轮减速机的技术设计水平，完善行星齿轮减速机综合使用性能，满足新型履带式起重机，汽车轮胎起重机等工程机械的生产需要。