CN105819333A - 一种行车大车减速机组 - Google Patents

一种行车大车减速机组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种行车大车减速机组，包括若干减速机和变频器，所述减速机为二级传动机构，主要包括高速轴、齿轮组一、中间轴、齿轮组二和输出轴，齿轮组一分别与高速轴和中间轴配合以构成第一级传动，齿轮组二分别与中间轴和输出轴配合以构成第二级传动，二级传动机构具有国标三级减速机的传动效果。本发明的行车大车减速机组采用二级传动减速机，结构简单，在高负荷工况下，不易损坏，制造成本得到了降低，传动效率更高，稳定了生产。

Description

一种行车大车减速机组
技术领域
本发明涉及一种行车大车减速机组，尤其涉及一种在安装位置和安装尺寸不变的前提下，减速机的改型设计，增大减速机承载能力和冲击载荷。
背景技术
减速机是钢铁领域热处理生产重要设备之一，鉴于热处理生产工序的特殊性，行车的使用成为了主线生产的核心，使用作业率变为了焦点。对于24台减速机二十四小时全天候运转，频繁启、制动及工作负荷极大，经常造成齿轮轴断、齿轮断齿和断轴等现象，严重制约了生产安全性。与此同时也增加了设备备件成本费用。尤其是近几年热处理产量在不断攀升，更增加了减速机频繁的启、制动次数，增多了齿轮轴、齿轮的冲击，造成齿形磨损严重及轴的疲劳载荷增加，故而很容易导致减速机发生故障。尤其是同台使用的4台减速机，如果有一台损坏，不及时停产更换，势必造成其他3台减速机的驱动负荷增大，造成车体整体扭转而发生啃轨现象，严重的可造成车体框架变形。同时当行车吊重物运行时，由于大梁的变形，啃轨现象越发明显，啃轨现象导致行车主动轮的驱动阻力以及啃轨时的载荷冲击，势必造成减速机断轴、断齿现象发生。如果高速运行，更加剧此种现象的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种改进了的减速机组，在保证高负荷运行的工况下不损坏，延长使用寿命，降低成本，稳定生产。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种行车大车减速机组，包括若干减速机和变频器，所述减速机为二级传动机构，主要包括高速轴、齿轮组一、中间轴、齿轮组二和输出轴，齿轮组一分别与高速轴和中间轴配合以构成第一级传动，齿轮组二分别与中间轴和输出轴配合以构成第二级传动；
二级传动机构具有国标三级减速机的传动效果，二级传动机构的具体参数如下：
第一级：齿轮轴最小直径50mm；
模数4mm；
齿数17/73；
螺旋角9度；
齿定圆80.344/305.36mm；
第二级：齿轮轴最小直径90mm；
模数5.5mm；
齿数16/74；
螺旋角10度；
齿定圆105.28/426.335mm；
总中心距a=185+255=440mm；
总速比I=19.85。
单一行车大车运行机构包括四台减速机和两台变频器，两台减速机对应一台变频器。
上述二级传动减速机的设计开发遵循如下原理：
电机参数；30kw980rpm；行车大车运行机构采用四机构驱动，2个变频器采用一拖二形式，2个变频器调试范围0---1000rpm。
在现场工况条件及原来使用三级传动减速机三点式安装形式和定位尺寸不变，且总速比基本不变的前提下，由国家标准的减速机三级传动设计改型为非国家标准速比二级传动减速机。
一、减速机改型后，箱体设计长度按原减速机中心距不变，长度方向体积增至最大空间尺寸；箱体设计高度按原减速机安装标高不变，高度方向体积向下延伸至最大空间尺寸；
低速级大齿轮直接影响减速机的尺寸，减小低速级传动比，即减小了低速级大齿轮及包容它的箱体的尺寸；增大高速级的传动比，即增大高速级大齿轮的尺寸，减小了与低速级大齿轮的尺寸差。其一，设计符合在减速机安装形式和定位尺寸及总速比基本不变，增大箱体的设计思路；其二，有利于各级齿轮同时油浴润滑。
二、减速机改型后，齿轮轴齿数和单齿轮齿数及模数确定
以改型前易损坏的三级传动减速机速比和中心距为设计参数依据，遵循传动比决定齿数，中心距和齿数决定模数的原则展开设计。
（1）以改型前使用的易损坏减速机速比为设计参数依据，遵循传动比决定齿数。
对于改型前使用的易损坏减速机三级传动改为二级传动，在三级传动国标设计要求速比控制在±5%的同时尽量满足二级传动国标设计要求速比控制在±4%。但是由于根据现场安装设计的最大箱体结构尺寸，由传动比分配齿轮齿数不满足国标二级传动设计，即设计形成了二级传动的非国家标准减速机速比控制在4.24%。如果，传动比国标20，二级减速，按照轮齿接触强度相等的条件进行传动比分配，设计传动比是19.957。
为了使齿轮传动机构紧凑，计算选择高速级小齿轮的齿数，接近允许的最小齿数（以易损坏三级传动减速机高速级小齿轮的齿数为最小齿数），保证不发生根切（对于硬齿面齿轮传动齿根弯曲疲劳折断齿根弯曲疲劳强度准则）的齿数为齿数的基准设计，其设计规律：传动比，等于齿轮齿数反比，齿数选取是整数。
（2）以改型前使用的易损坏减速机中心距为设计参数依据，遵循中心距和齿数决定模数的原则展开设计。
利用（1）设计二级传动减速机齿数、保持三级传动中心距不变改为二级传动减速机。模数与中心距成正比，与齿数和成反比；三级传动中心距不变时二级传动设计模数增大，齿数减少；
齿轮模数的选取是齿轮设计时，根据强度计算、校核确定的。模数强度的校核是根据设定的齿数与模数、工作性质、润滑因素等套用设计公式进行校核，因为模数设置取决于制造原因，不会去制造出很多种模数的齿轮，模数种类越多加工成本就越高，所以设计时列出各种组合进行校核，哪个满足条件即使用哪个。
三、改型前使用的易损坏三级传动减速机存在高速轴和中间轴扭力折断的缺陷；设计增大高速轴、中间轴直径，相应加大扭转强度。
轴是组成减速机的主要零件之一，它本身要求有足够的强度和刚度，足够精确的尺寸和较高的表面粗糙度，与轴承配合处的轴颈表面还要有高的硬度，因而材料选取应具有较高的综合机械性能，且工作中能够经常承受较大的冲击性载荷。
（1）易损坏三级传动减速机高速轴和中间轴的扭力折断，主要是扭矩强度不够造成的。按扭矩强度（截面系数和截面形状决定）约束条件，计算轴的传递力矩、齿轮的圆周力、齿轮的径向力、齿轮的轴向力，选择轴的材料（屈服强度来换算），确定轴的最小直径。这里设计是按照三级传动减速机高速轴和中间轴的最大直径作为二级传动减速机高速轴和中间轴的最小直径。
（2）按轴上轴承支撑、齿轮安装位和轴上零件定位、加工要求以及不同零件装配方式等几何约束条件，且齿轮轴上安装轴承从力学角度是同时受到径向力和轴向力，确定轴的结构设计和结构尺寸及轴承型号。
（3）根据结构尺寸和工作要求，选择物理约束，检验是否满足相应的物理约束，若不满足，需对轴结构尺寸作必要修改，直到满足要求。
（4）传动轴结构尺寸选定后，受力分析，从克服轴向力和径向力为出发点，确定辅助零件的结构尺寸。
与现有三级传动减速机相比，本发明的优点在于：
1）、二级传动比三级传动效率高，对于同一类型减速机，级数减少传动效率增高。如果二级传动效率为98%，那么三级传动效率为96.04%=98%×98%。
2）、模数增大、高速轴直径增大、中间轴直径增大，相应加大扭转强度，其设备可靠性高。
3）、结构设计简单合理，便于装配和拆卸。
4）、承载能力的提高，齿轮冲击刚度增加。
5）、可维修性强，互换程度高，高速和低速轴采用双速出，不受减速机安装传动形式的影响，对于现场装机的24台减速机，备件库存2台即可。
6）、在特定使用目的下，满足强度、刚度及稳定性要求。
7）、减少齿轮、齿轮轴、轴等互换性大的零件库存，缩短供货周期。
8）、缩短减速机整机生产周期，减少库存。
9）、零件的尺寸、规格简化统一，大大减少系列内零件数量。
10）、改型的二级传动减速机使用后，整机寿命提高4倍以上。
附图说明
图1为本现有三级传动减速机的结构；
图2为本发明实施例中二级传动减速机的结构；
图1中，1.1高速轴、1.2齿轮Ⅰ、1.3中间轴一、1.4齿轮Ⅱ、1.5中间轴二、1.6齿轮Ⅲ、1.7输出轴。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，本实施例中的减速机为二级传动机构，主要包括高速轴1、齿轮组一2、中间轴3、齿轮组二4和输出轴5，齿轮组一2分别与高速轴1和中间轴3配合以构成第一级传动，齿轮组二4分别与中间轴3和输出轴5配合以构成第二级传动。
上述减速机参数；30kw980rpm；行车大车运行机构采用四机构驱动，2个变频器采用一拖二形式，2个变频器调试范围0---1000rpm。
二级传动机构具有国标三级减速机的传动效果，二级传动机构的具体参数如下：
第一级：齿轮轴最小直径50mm；
模数4mm；
齿数17/73；
螺旋角9度；
齿定圆80.344/305.36mm；
第二级：齿轮轴最小直径90mm；
模数5.5mm；
齿数16/74；
螺旋角10度；
齿定圆105.28/426.335mm；
总中心距a=185+255=440mm；
总速比I=19.85；
二级传动机构的设计方法如下：
电机功率30Kw、转速980rpm、中心距440mm
一、输入轴的设计
（1）、材料选取：20CrMnTi材料系数A=98—107，危险截面根据键槽适当增大4—5%；
（2）、轴的最小直径选取:
d≥A=33.705mm
三级减速机的此轴径是35m，也满足设计要求；但是现场使用后，此处为危险断面，出现多次断裂；
综合考虑取:输入齿轮轴最小直径取50mm；
二、分配传动比
初步分配传动比，传动比分配应合理，符合传动的工作特点，并使结构紧凑，尺寸结构均匀合理，传动零件之间不会干涉。按展开式布置，考虑润滑及散热条件，为使两级大齿轮直径相似，尽量接近国标三级减速机速比，如果不同于三级传动速比，应选择变频器可调速的范围，基本保持国标三级减速机的运行速度，对比国标展开曲线得：传动比I=4.294×4.625；
三、齿形设计
按国标设计选取斜齿轮
（1）、材质选取20CrMnTi按MQ级质量取其强度等级：屈服强度835MPa，抗拉强度1080MPa；
（2）、以国标三级减速机的参数作为改造二级减速机设计参数的基础数据，结合现场频繁多次出现故障点的统计分析，确定中心距和模数，
利用经验公式m=(0.007—0.03)a
其中：m—模数；a—中心距
分别确定二级传动减速机的一级、二级模数和中心距，并保证440mm总中心距不变，
根据现场国标三级减速机的第二级模数为3时出现齿根断裂现象；
设计二级时，第一级模数取m1=4；结合上述经验公式初定a1=185
第二级模数取m1=5.5；结合上述经验公式初定a1=255
计算取用系数均为0.007～0.03中的0.021；
计算取用模数均为优选系列模数；
总中心距440=185+255；
（3）、考虑到传动的平稳性，结合国标三级减速机的参数，初步设计螺旋角φ=9度；
（4）、确定齿数及传动比
遵循齿数选择原则：任一齿制有一个最小齿数，为防止在滚齿时产生根切，选择时尽量大于最小齿数17：
Z1=2aCOSφ/m(i+1)
Z2=Z1i
其中：Z1和Z2是其中一对齿轮的齿数；
a为一对齿轮中心距；
i为一对齿轮的速比Z2/Z1；
得到：Z2=73.65取Z2=73
I1=Z2/Z1=73/17=4.29
如果要保持与国标三级传动总速比19.57基本不变，则I2=Z3/Z4=19.57/4.29=4.56
为保证二级减速机能够达到国标三级减速机的运行速度，且控制在变频电机调速范围内可调速，总速比调整到19.82，螺旋角φ=10度，满足二级齿轮分配，
同理二级得出：Z3=16Z4=74
（5）、精求螺旋角φ：COSφ=m(Z1+Z2)2a后满足要求；
（6）、确定齿轮分度圆直径
法向模数=端面模数×COSφ
分度圆直径=端面模数×齿数=(法向模数/COSφ)×齿数。
上述结构的行车大车减速机组采用二级传动减速机，结构简单，在高负荷工况下，不易损坏，制造成本得到了降低，传动效率更高，稳定了生产。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种行车大车减速机组，包括若干减速机和变频器，其特征在于：所述减速机为二级传动机构，主要包括高速轴、齿轮组一、中间轴、齿轮组二和输出轴，齿轮组一分别与高速轴和中间轴配合以构成第一级传动，齿轮组二分别与中间轴和输出轴配合以构成第二级传动；
二级传动机构具有国标三级减速机的传动效果，二级传动机构的具体参数如下：
第一级：齿轮轴最小直径50mm；
模数4mm；
齿数17/73；
螺旋角9度；
齿定圆80.344/305.36mm；
第二级：齿轮轴最小直径90mm；
模数5.5mm；
齿数16/74；
螺旋角10度；
齿定圆105.28/426.335mm；
总中心距a=185+255=440mm；
总速比I=19.85；
二级传动机构的设计方法如下：
电机功率30Kw、转速980rpm、中心距440mm
一、输入轴的设计
（1）、材料选取：20CrMnTi材料系数A=98—107，危险截面根据键槽适当增大4—5%；
（2）、轴的最小直径选取:
d≥A=33.705mm
三级减速机的此轴径是35m，也满足设计要求；但是现场使用后，此处为危险断面，出现多次断裂；
综合考虑取:输入齿轮轴最小直径取50mm；
二、分配传动比
初步分配传动比，传动比分配应合理，符合传动的工作特点，并使结构紧凑，尺寸结构均匀合理，传动零件之间不会干涉；按展开式布置，考虑润滑及散热条件，为使两级大齿轮直径相似，尽量接近国标三级减速机速比，如果不同于三级传动速比，应选择变频器可调速的范围，基本保持国标三级减速机的运行速度，对比国标展开曲线得：传动比I=4.294×4.625；
三、齿形设计
按国标设计选取斜齿轮
（1）、材质选取20CrMnTi按MQ级质量取其强度等级：屈服强度835MPa，抗拉强度1080MPa；
（2）、以国标三级减速机的参数作为改造二级减速机设计参数的基础数据，结合现场频繁多次出现故障点的统计分析，确定中心距和模数，
利用经验公式m=(0.007—0.03)a
其中：m—模数；a—中心距
分别确定二级传动减速机的一级、二级模数和中心距，并保证440mm总中心距不变，
根据现场国标三级减速机的第二级模数为3时出现齿根断裂现象；
设计二级时，第一级模数取m1=4；结合上述经验公式初定a1=185
第二级模数取m1=5.5；结合上述经验公式初定a1=255
计算取用系数均为0.007～0.03中的0.021；
计算取用模数均为优选系列模数；
总中心距440=185+255；
（3）、考虑到传动的平稳性，结合国标三级减速机的参数，初步设计螺旋角φ=9度；
（4）、确定齿数及传动比
遵循齿数选择原则：任一齿制有一个最小齿数，为防止在滚齿时产生根切，选择时尽量大于最小齿数17：
Z1=2aCOSφ/m(i+1)
Z2=Z1i
其中：Z1和Z2是其中一对齿轮的齿数；
a为一对齿轮中心距；
i为一对齿轮的速比Z2/Z1；
得到：Z2=73.65取Z2=73
I1=Z2/Z1=73/17=4.29
如果要保持与国标三级传动总速比19.57基本不变，则I2=Z3/Z4=19.57/4.29=4.56
为保证二级减速机能够达到国标三级减速机的运行速度，且控制在变频电机调速范围内可调速，总速比调整到19.82，螺旋角φ=10度，满足二级齿轮分配，
同理二级得出：Z3=16Z4=74
（5）、精求螺旋角φ：COSφ=m(Z1+Z2)2a后满足要求；
（6）、确定齿轮分度圆直径
法向模数=端面模数×COSφ
分度圆直径=端面模数×齿数=(法向模数/COSφ)×齿数。
2.根据权利要求1所述的行车大车减速机组，其特征在于：单一行车大车运行机构包括四台减速机和两台变频器，两台减速机对应一台变频器。
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CN114671344A (zh) * 2022-05-27 2022-06-28 河南东起机械有限公司 一种起重机动力组件

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