一种无支撑轴承的行星传动机构设计

2023-02-22陈庆贺

矿山机械 2023年2期

陈庆贺

1中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原 030006

2山西天地煤机装备有限公司山西太原 030006

在零件材料和力学性能、制造精度、工作条件等均相同时，与普通齿轮传动相比，行星齿轮具有较多突出优点，常用于减速器、增速器、差速器、换向等传动机构[1-2]。常规的行星齿轮传动为行星轴与行星架固定，行星轮在双列轴承的支撑下绕行星轴转动，行星轴与行星轮在双列轴承支撑下一起转动，如图 1、2 所示。

图1 行星轮与行星轴轴承连接方式

图2 行星轴与行星架轴承连接方式

随着时代发展及科技进步，矿井采、掘、运等机械设备向大功率、大转矩方向发展，而受到矿井巷道尺寸制约，在机械设备功率和转矩增大的情况下，减速器体积不增大、向小型化方向发展。因轴承占用了行星传动内部空间，随输出功率及转矩的不断增大，行星传动各元部件尺寸均不同程度增加，在有限空间内同时保证行星结构强度及轴承寿命，必须寻求对新工艺、新方法的技术突破。笔者对矿井减速器新型行星传动进行了研究。

1 无支撑轴承行星传动机构设计

无支撑轴承行星传动机构即为去除支撑轴承，变轴承滚动为行星轴和行星轮间滑动，行星轮、行星轴与行星架间直接连接，改轴承结构或去除轴承内外圈，增大行星轴直径，提高行星轴强度，在同等外形尺寸工况下可实现更大功率和转矩的传递。

1.1 结构设计

无支撑轴承行星传动机构如图 3 所示。为装配及拆卸方便，采用行星轴与行星架键连接的方式进行定位配合，而行星轴与行星轮保持相对旋转，为防止行星轮旋转时左右滑移，在行星轮两侧各设置 1 个耐磨铜套。因行星轮与行星轴间为滑移运动，为使其配合间隙内形成可润滑油膜[3]，分别在行星轴轴向开设长槽油道并在行星轮齿间预留油液通道，如图 4 所示。

图3 无支撑轴承行星传动机构

图4 行星轮、行星轴油道示意

1.2 配合公差值选取及校核

行星轴分别与行星架和行星轮连接，根据加工工艺与经济性，行星轴和行星架采用基孔制配合，基本偏差代号为 H；行星轴和行星轮采用基轴制配合，基本偏差代号为 h。行星轴与行星架键连接，无相对运动，采用常规间隙配合；铜套与行星架为过盈配合、与行星轴间隙配合；行星轴与行星轮间相互转动，轮孔较行星轴尺寸大，为间隙配合，而间隙值需选择合理，过大或过小均会影响行星传动机构寿命。依据滑动轴承配合公差取值及行星传动工况，配合公差为 F7/h6。

为确保行星轮与行星轴滑移运动的可用性，对配合公差值校核计算：

(1) 实际可形成的最小油膜厚度[4-6]

式中：Δ 为直径间隙，即间隙最大值；e为轴心偏心距，mm；φ为相对间隙，φ=Δ/d；χ为偏心率，χ=e/δ。

(2) 许可的最小油膜厚度

式中：S为相对偏心距；R1、R2分别为行星轴、行星轮孔表面粗糙度十点高度，mm；y为行星轴挠度，mm；e为行星轴轴心偏心距，mm。

本设计中行星轴直径为φ50 h6，行星轮孔直径为φ50 F7，结合上述公式计算得hmin≥[hmin]，满足设计要求。

2 行星轴材料选取

根据行星轴和行星轮滑移传动的特点，经过计算得出，行星轴力学性能[7]的抗拉强度Sb不小于 1 010 MPa，屈服强度σs不小于 850 MPa，延伸率δ不小于 4.6%，硬度不小于 30HRC。

铍青铜是含铍铜基的一种综合性能极好的青铜合金，铍含量约 0.2%～2.5%，加入微量稀有金属元素，时效处理后，其硬度极限约 38～43HRC，最大抗拉强度为 1 300～1 450 MPa；且时效处理后，铍青铜仍有较好的塑形，易于加工成形，具有很高的硬度、弹性、疲劳极限和耐磨性。选铍青铜 QBe1.7 作为行星轴材料，其力学性能试验结果如表 1 所列。