CN103016635A - 含行星机构的起升减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含行星机构的起升减速器，其包括依次设置的第一输出轴、第一电机轴、第一传动轴、第二传动轴、第二电机轴和第二输出轴，以及第一至第九齿轮、行星机构。行星机构具有齿圈、行星轮、太阳轮和系杆，齿圈同时具有内齿圈和外齿圈，第一电机轴直接驱动太阳轮，系杆的输出端连接于第二齿轮以与第二齿轮同步转动；其中，第一齿轮至第六齿轮依次啮合；外齿圈、第七齿轮、第八齿轮和第九齿轮依次啮合。本发明系杆上中间轮减小很多，各齿轮的线速度及浸油深度均减小一半，搅油损失大大减少，不需设置散热装置。

Description

含行星机构的起升减速器

技术领域

本发明涉及起升机构的减速器，尤其涉及一种含行星机构的起升减速器。

背景技术

现有技术中，含行星机构（通常是行星包）的起升减速器在起重机等起升装置中得到较多的应用。

如图1和图2所示为一种德国设计的含行星机构的减速器，这种含行星机构的起升减速器包括输出轴11、电机轴（或称输入电机轴）12、传动轴13、电机轴14、传动轴15和输出轴16。在输出轴11上设置有与输出轴11同步转动的齿轮21。在电机轴12上设置有行星机构30和齿轮22，行星机构30的齿圈同时具有内齿圈20和外齿圈27，齿轮22连接于行星机构30的系杆，因而与系杆同步转动。在传动轴13上设置有齿轮23和齿轮28，其中，齿轮23与传动轴13同步转动，而齿轮28通过轴承31而套设在传动轴13上，因而不与传动轴13同步转动。在电机轴14上设置有齿轮24和齿轮29，其中，齿轮29与电机轴14同步转动，而齿轮24通过轴承32而套设在电机轴14上，因而不与电机轴14同步转动。在传动轴15上则设置有与传动轴15同步转动的齿轮25。在输出轴16上则设置有与输出轴16同步转动的齿轮26。

如图1和图2所示，齿轮21、齿轮22、齿轮23、齿轮24、齿轮25和齿轮26依次啮合，而外齿圈27、齿轮28和齿轮29也依次啮合。

如图1和图2所示，电机轴12所连接的电机直接驱动行星机构30的太阳轮，而电机轴14上所连接的电机通过附加的二级中间轮（齿轮29和齿轮28）传动而驱动外齿圈27，两个运动在行星机构30中合成输出。

这种结构的优点是可以自动均衡电机轴12、14所连接的双电机启动过程的不同步。并且在一个电机发生故障时，另一个电机仍然按正常负荷工作。但这种类型的起升减速器均存在发热问题。这种减速器按常规计算总效率0.95，对连续运转的该减速器的热功率校核表明差的不多。但实际发热严重，总效率低的多。现有技术的这种含有行星机构的起升减速器，存在的主要问题是由于结构限制，行星机构30的系杆上的中间轮（即齿轮22）外径必须相当大，其外径约为1070mm。这使整排中间轮（长型有10个中间轮，短型有6个中间轮）的线速度V太高，达到V=20m/sec。并且为了保证行星机构能够浸油，几个较大中间轮浸油深度过大（允许不超过2倍齿高即45mm，但实际中间轮浸油深度最大280mm,为允许的6倍多）。这些将引起减速器搅油损失增加，加剧连续运转下发热。实际使用中，要增加一套散热装置，增加了成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种含行星机构的起升减速器，以解决现有技术中的含行星机构的起升减速器由于中间轮线速度过高和浸油深度过大所导致的搅油损失大、发热量大需要增加散热装置的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种含行星机构的起升减速器，所述含行星机构的起升减速器包括依次设置的：第一输出轴，设置有与所述第一输出轴同步转动的第一齿轮；第一电机轴，其上设置有：第二齿轮以及行星机构；第一传动轴，其上设置有：通过第一轴承套设于所述第一传动轴的第三齿轮；以及与所述第一传动轴同步转动的第七齿轮；第二传动轴，其上设置有：与所述第二传动轴同步转动的第四齿轮；以及通过第二轴承套设于所述第二传动轴的第八齿轮；第二电机轴，其上设置有：通过第三轴承套设于第一传动轴的第五齿轮；以及与所述第二电机轴同步转动的第九齿轮；以及第二输出轴，其上设置有：与所述第二输出轴同步转动的第六齿轮；所述行星机构具有齿圈、行星轮、太阳轮和系杆，所述齿圈同时具有内齿圈和外齿圈，所述第一电机轴直接驱动所述太阳轮，所述系杆的输出端连接于所述第二齿轮以与所述第二齿轮同步转动；其中，所述第一齿轮、所述第二齿轮、所述第三齿轮、所述第四齿轮、所述第五齿轮和所述第六齿轮依次啮合；所述外齿圈、所述第七齿轮、所述第八齿轮和所述第九齿轮依次啮合。

本发明的有益效果在于，本发明的含行星机构的起升减速器，两电机轴的中心距适当增大，形成3级中间轮传动，使得系杆上中间轮减小很多，各齿轮的线速度减小一半，浸油深度减小一半，搅油损失大大减少，解决了现有技术的含行星机构的起升减速器所存在的发热问题，不需再加装散热器，降低了成本，可以取得良好的经济效益。

附图说明

图1为现有技术的含行星机构的起升减速器的简化主视示意图；

图2为现有技术的含行星机构的起升减速器的俯视示意图；

图3为本发明实施例的含行星机构的起升减速器的简化主视示意图；

图4为本发明实施例的含行星机构的起升减速器在的俯视示意图；

图5为本发明实施例的含行星机构的起升减速器的俯视简化示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明实施例的含行星机构的起升减速器能够用于起重机等起升机构。

以下具体介绍本发明实施例的含行星机构的起升减速器，本发明采用双排共轴的三级中间轮传动的方式。

如图3和图4所示，本发明实施例的含行星机构的起升减速器包括依次平行设置的输出轴41、电机轴42、传动轴43、传动轴44、电机轴45和输出轴46。

在输出轴41上设置有与输出轴41同步转动的齿轮51。在电机轴42上设置有行星机构60和齿轮52。在传动轴43上设置有齿轮53和齿轮57，其中，齿轮57与传动轴43同步转动，而齿轮53通过轴承72而套设在传动轴43上，因而不与传动轴43同步转动。在传动轴44上则设置有齿轮54和齿轮58，其中，齿轮54与传动轴44同步转动，而齿轮58通过轴承74而套设在传动轴44上，因而不与传动轴44同步转动。在电机轴45上则设置有齿轮55和齿轮59，其中，齿轮59与电机轴45同步转动，而齿轮55通过轴承73而套设在电机轴45上，因而不与电机轴45同步转动。在输出轴46上则设置有与输出轴46同步转动的齿轮56。

如图3-图5所示，行星机构60包括齿圈、太阳轮63、行星轮64和系杆（或称行星架）65，齿圈同时具有内齿圈62和外齿圈61，系杆65的输出端连接于齿轮52，因此，齿轮52的转动始终与系杆65同步。行星轮64的个数可为三个，行星机构60的中心距（即太阳轮与行星轮的中心距）可为192mm，所述外齿圈的外径为850.27mm，所述太阳轮的外径为168mm。

其中，电机轴42所连接的电机直接驱动太阳轮63，而电机轴45上所连接的电机通过附加的三级中间轮（齿轮59、齿轮58和齿轮57）传动并通过外齿圈61而驱动内齿圈62，两个运动在行星机构60中合成输出。

如图3和图4所示，齿轮51、齿轮52、齿轮53、齿轮54、齿轮55和齿轮56依次啮合，而外齿圈61、齿轮57、齿轮58和齿轮59也依次啮合。

如图3和图4所示，本发明实施例的含行星机构的起升减速器，除齿轮51和齿轮56外，外齿圈61的外径大于其他各个齿轮的外径，包括大于齿轮57和所述齿轮59的外径，齿轮58的外径略小于外齿圈61的外径，齿轮52的外径小于内齿圈62的内径。因此，本发明实施例的含行星机构的起升减速器，其中间轮浸油深度大大减少，现有技术的如图1和图2所示的含行星机构的起升减速器中齿轮22的浸油深度为300mm，齿轮21和齿轮26的浸油深度也有200mm，外齿圈27的浸油深度为149mm，齿轮28的浸油深度也有93mm，而本发明实施例中，最大的齿轮51的浸油深度为136mm，齿轮56的浸油深度与齿轮51的浸油深度大致相同。外齿圈61的浸油深度为110mm，而齿轮58的浸油深度为110mm，因此，本发明的含行星机构的起升减速器，其油位1与中轴线2的距离（即油位分箱面距离）可为300mm，而现有技术中，其油位1与中轴线2的距离为235mm。另外，本发明实施例的含行星机构的起升减速器，两输出轴41、46的间距可以减少到2930mm，因此，相比现有技术的3080mm，本发明实施例的含行星机构的起升减速器，在长度方向可以做的更短；在宽度方向，本发明实施例的含行星机构的起升减速器也没有增加宽度，因此整体体积可以缩小。除了体积可以较小以外，由于各齿轮的外径有所减小，因此本发明实施例的含行星机构的起升减速器的总重量也可以明显减轻，可以减小到现有技术的70-80%。

下面介绍一下本发明的含行星机构的起升减速器的中间轮齿数的计算。

通过机构简图可以看出，双电机输入通过第1排中间轮（齿轮57-齿轮59）运动合成系杆65转动，系杆65输出并带动双侧输出的第2排中间轮（齿轮52-56）。首先确定需确定行星机构60的齿轮参数，先进行第1排中间轮传动设计，再做行星机构60的系杆65输出后的第2排中间轮传动设计。

第1排中间轮传动设计，首先需满足以下条件：

1）速比需满足公式1

$u=\frac{z_4}{z_1}\≈\frac{z_b}{z_a}$          （公式1）

其中z₁为第1排中间轮齿轮59的齿数；z₄为第1排中间轮的最后一个齿轮齿数，即齿圈的外齿圈61的齿数；z_a为行星机构60中心轮，即太阳轮63的齿数；z_b为行星机构60的内齿圈62的齿数。

2）第1排中间轮齿轮模数要比行星机构60齿轮模数大2，这样基本满足几何结构尺寸要求。

3）第1排3级中间轮传动按各级中心距接近相等原则确定，这样基本保证各级传动等强度。

4）对3级中间轮传动，通过初步设计得到参考原始数据，试定中心距，按公式2-公式5粗算齿轮齿数：

$z_1=\frac{2\cos \mathrm{\β}(a_1-a_2+a_3-y_{1}m+y_{2}m-y_{3}m)}{m(1+u)}$     （公式2）

$z_2=\frac{2\cos \mathrm{\β}(u{a}_1-a_2-a_3-{\mathrm{uy}}_{1}m+y_{2}m-y_{3}m)}{m(1+u)}$     （公式3）

$z_3=\frac{2\cos \mathrm{\β}(-u{a}_1-{\mathrm{ua}}_2+a_3-{\mathrm{uy}}_{1}m+{\mathrm{uy}}_{2}m-y_{3}m)}{m(1+u)}$     （公式4）

z₄＝uz₁          （公式5）

其中z₂为第1排中间轮齿轮58的齿数；z₃为第1排中间轮齿轮57的齿数；a₁、a₂、a₃为各级中心距，也即齿轮59与齿轮58的中心距、齿轮58与齿轮57的中心距及齿轮57与外齿圈61的中心距；y₁、y₂、y₃为各级中心距分离系数。m为模数，β为螺旋角。

从上式可以直接求出z₁、z₂、z₃、z₄，四舍五入圆整后计算各级齿轮参数，如果不符合结构尺寸，重新设定中心距等，重新计算，直到合理为止。可编制软件做此计算，自动给出合理参数。其中，z₁、z₂、z₃、z₄例如为20、79、19、81。

二、第2排中间轮传动设计

第2排中间轮短侧1级（即齿轮52-齿轮51）是独立设计，长侧4级（即齿轮52-齿轮56）是在短侧基础上的关联设计。短侧尽可能选择系杆齿轮52齿数少以减小第2排中间轮线速度，长侧4级按第1排中间轮的中心距a₃、a₂、a₁作为长侧4级前3级的中心距a₁、a₂、a₃设计，保证前3级中心距与第1排中间轮对应的相等。

完成短侧1级的独立设计后，得到与系杆65连接的齿轮52的齿数，及与齿轮52啮合的大齿轮（齿轮51）的齿数。长侧4级的首级齿轮是齿轮52（齿数z₁），末级齿轮是齿轮56（齿数为z₅）与齿轮51的齿数相同（包括变位系数），以下的计算是***短侧1级两个齿轮之间的且有3级中心距限制的关联设计。

4级中间轮传动有3个中间轮。如果给出的是总中心距a和前2级中心距a₁、a₂，满足公式6-公式8：

$z_2=\frac{2(a_1-y_{1}m)\cos \mathrm{\β}}{m}-z_1$     （公式6）

$z_3=\frac{2(a_2-y_{2}m)\cos \mathrm{\β}}{m}-z_2$     （公式7）

$z_4=\frac{\cos \mathrm{\β}(a-a_1-a_2-y_{3}m-y_{4}m)}{m}-\frac{z_3+z_5}{2}$     （公式8）

四舍五入圆整后计算各级齿轮参数，如果不符合结构尺寸，重新设定中心距等，重新计算，直到合理为止。也可编制软件做此计算，自动给出合理参数。经上述计算，本实施例中，齿轮51-齿轮56的齿数分别为78、40、51、38、51、78。

本发明实施例的含行星机构的起升减速器，两电机轴42、45的中心距适当增大为1530mm(现有技术中电机轴12、14的中心距为1110mm)，形成3级中间轮传动，使得系杆上中间轮（尤其是齿轮22，现有技术是1070mm，本实施例中小于600mm）的外径减小很多，各齿轮的线速度减小一半（现有技术是21.6米/秒，本实施例为9.3米/秒），浸油深度减小一半，搅油损失大大减少，解决了现有技术的含行星机构的起升减速器所存在的发热问题，不需再加装散热器，降低了成本，可以取得良好的经济效益。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述含行星机构的起升减速器包括依次设置的：

第一输出轴，设置有与所述第一输出轴同步转动的第一齿轮；

第一电机轴，其上设置有：

第二齿轮；以及

行星机构；

第一传动轴，其上设置有：

通过第一轴承套设于所述第一传动轴的第三齿轮；以及

与所述第一传动轴同步转动的第七齿轮；

第二传动轴，其上设置有：

与所述第二传动轴同步转动的第四齿轮；以及

通过第二轴承套设于所述第二传动轴的第八齿轮；

第二电机轴，其上设置有：

通过第三轴承套设于第一传动轴的第五齿轮；以及

与所述第二电机轴同步转动的第九齿轮；以及

第二输出轴，其上设置有：

与所述第二输出轴同步转动的第六齿轮；

所述行星机构具有齿圈、行星轮、太阳轮和系杆，所述齿圈同时具有内齿圈和外齿圈，所述第一电机轴直接驱动所述太阳轮，所述系杆的输出端连接于所述第二齿轮以与所述第二齿轮同步转动；

其中，所述第一齿轮、所述第二齿轮、所述第三齿轮、所述第四齿轮、所述第五齿轮和所述第六齿轮依次啮合；所述外齿圈、所述第七齿轮、所述第八齿轮和所述第九齿轮依次啮合。

2.如权利要求1所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述外齿圈的外径大于所述第七齿轮和所述第九齿轮的外径，所述第八齿轮的外径大于所述第七齿轮和所述第九齿轮的外径。

3.如权利要求2所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述外齿圈的外径大于所述第八齿轮的外径，也大于所述第二至第五齿轮的外径。

4.如权利要求3所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第二齿轮的外径小于所述内齿圈的内径。

5.如权利要求1所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第一输出轴与所述第二输出轴之间的中心距为2930mm，所述第一电机轴与所述第二电机轴的中心距为1530mm。

6.如权利要求5所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第一传动轴与所述第二传动轴的中心距为505mm，所述第一传动轴与所述第一电机轴的中心距为515mm，所述第二传动轴与所述第二电机轴的中心距为510mm。

7.如权利要求6所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第一齿轮和所述第六齿轮的齿数相同。

8.如权利要求7所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第一齿轮至所述第六齿轮的齿数分别为78、40、51、38、51、78。

9.如权利要求7所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述第七齿轮至第九齿轮的齿数分别为19、79、20，所述外齿圈的齿数为81。

10.如权利要求1所述的含行星机构的起升减速器，其特征在于，所述行星机构60的中心距可为192mm，所述外齿圈的外径为850.27mm，所述太阳轮的外径为168mm。

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