5.4.3箱體軸承載荷的分布規(guī)律
箱體軸承載荷的分布曲線如圖5-10、5-11、5-12的所示。
總體說(shuō)來(lái),箱體軸承載荷比行星載荷變化要平緩一些;輸入軸的箱體承載荷幅值比支承軸的大1倍以上,比輸出軸的大3.8倍以上。由于各軸的載荷分配不均等現(xiàn)現(xiàn)象,也將使減速器產(chǎn)生振動(dòng)。各軸的箱體軸承載荷的最大值為
輸入軸 H(1)1max=28513.0064N φ=15
支承軸 H(1)2max=-32149.23N φ=15
輸出軸 H(1)0max=12587.355N φ=15
5.5影響三環(huán)減速器動(dòng)力特性的因素
影響三環(huán)減速器的載荷分布特性的參數(shù)主要有輸入軸扭矩、轉(zhuǎn)速、嚙合角、傳動(dòng)比、軸承剛度、齒板齒圈剛度以及偏心套或齒板的結(jié)構(gòu)參數(shù)等。了解這些參數(shù)對(duì)三環(huán)減速器動(dòng)力性能的影響,對(duì)正確設(shè)計(jì)三環(huán)減速器具有重要意義。
5.5.1輸入?yún)?shù)的影響
輸入?yún)?shù)包括輸入扭矩、輸入轉(zhuǎn)速。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)三環(huán)減速器的影響很大,F(xiàn)有的三環(huán)減速器用于高速重載時(shí),產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲都非常大、輸入扭轉(zhuǎn)的影響可由式(5-4)分析。
當(dāng)n=1 即單軸輸入時(shí)
由上式可知,當(dāng)減速器幾何參數(shù)一確定,e及r2均為已知參數(shù)。因此增大M,必須引起左邊的行星軸承載荷F(j)Lx,F(xiàn)(j)1y增大使方程式(5-30)平衡。圖5-13是輸入扭矩分別為150N.m及200N.m時(shí)的嚙合圖。由圖可看出,負(fù)載增加,嚙合力幅值增大。采用雙軸輸入時(shí)可降低各載荷的幅值,使其均衡化。圖5-14是單軸輸入時(shí)的嚙合力及行星軸承載荷。圖5-15是雙軸輸入時(shí)的嚙合力及行星軸承載荷。從兩圖比較得知,無(wú)論是嚙合力,還是軸承載荷,采用雙軸輸入后其變化均趨于平緩,幅值降低很多,三相嚙合力趨于均衡,而且負(fù)向嚙合力已消除。
輸入扭矩對(duì)減速器的靜態(tài)載荷產(chǎn)生影響,而轉(zhuǎn)速是對(duì)動(dòng)態(tài)載荷產(chǎn)生影響。圖5-16是輸入轉(zhuǎn)速對(duì)減速器的載荷影響情況。轉(zhuǎn)速越大,三相嚙合力越不均衡,當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)1500rpm后,第三相齒板與外齒輪的嚙合力變成負(fù)值。負(fù)向嚙合力將阻礙輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng),使內(nèi)嚙合副產(chǎn)生干涉。第一片齒板的嚙合力最大,幅值隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。從行星軸承載荷看,轉(zhuǎn)速小于1600rpm時(shí)載荷較均衡,大于1600rpm后,隨轉(zhuǎn)速加大,其幅值變大。
5.5.2結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響
當(dāng)三環(huán)減速器各軸之間的中心距確定后,影響其動(dòng)力性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有偏心距、壓力角、齒數(shù)差(或傳動(dòng)比)以及偏心套外圓半徑、內(nèi)齒板高速軸孔大。ɑ蛐行禽S承尺寸)等等。設(shè)計(jì)時(shí),不能孤立地考慮這些參數(shù),它們之間存在相互影響的關(guān)系。偏心距由壓力角、齒數(shù)差(或傳動(dòng)比)決定,即:
由上式知,當(dāng)齒數(shù)差Z2-Z1越小或傳動(dòng)比i越大時(shí),偏心距e越小;壓力角越大時(shí),偏心距e越大,則選用的行星軸承尺寸大,齒板高速軸承孔徑也就大。圖5-17是傳動(dòng)比、壓力角、以減速器行星軸承載荷的影響。由圖可見(jiàn),傳動(dòng)比的變化對(duì)減速器的動(dòng)力性能影響極大;傳動(dòng)比越大,則偏心距越小。由式(5-30)分析得,行星軸承載荷必須大。壓力角的變化,對(duì)行星軸承載荷影響小得多。
圖5-18是偏心套外徑對(duì)嚙合圖的影響。當(dāng)不考慮偏心套外徑(r2=0)時(shí),嚙合力分布為正值?紤]偏心套外徑(r2=37.5mm)計(jì)算結(jié)果,出現(xiàn)負(fù)向嚙合力。而且其幅值明顯增大。輸入扭矩也不再是固定值。因此,對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算,必須考慮r2的影響。此外,行星軸承內(nèi)外圈接觸承載位置,也影響三環(huán)減速器的動(dòng)力性能。
5.5.3剛度的影響
只考慮行星軸承變形及齒板變形時(shí),影響三環(huán)減速器載荷特性的剛度,主要是行星軸承剛度、和內(nèi)齒圈的變形剛度。軸承剛度與軸承材料、間隙、油膜等很多因素有關(guān)。圖5-19是輸入軸行星軸承剛度對(duì)嚙合力及行星軸承載荷的影響。當(dāng)輸入行星軸承剛度小一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),負(fù)向嚙合力區(qū)域增大(見(jiàn)圖5-19a);隨剛度減小、各相嚙合力越不均恒(圖5-19b),輸入軸行星軸承剛度的影響比輸入軸行星軸承剛度更大,見(jiàn)圖5-20所示。嚙合力及各行星軸承載荷在軸承剛度較小的情況時(shí),都出現(xiàn)正常載荷的10倍以上的沖擊現(xiàn)象,沖擊產(chǎn)生的位置隨剛度變化不同。內(nèi)齒圈剛度對(duì)載荷的影響與行星軸承剛度相反(見(jiàn)圖5-21所錄)。當(dāng)剛度越小時(shí),三相齒板的嚙合力越均恒(見(jiàn)圖5-21a),而且行星軸承載荷幅值基本上不變(見(jiàn)圖5-21b)。同此可推知,減小三環(huán)減速器振動(dòng)的途徑之一就是提高行星軸承剛度,減小內(nèi)齒圈剛度。這可以通過(guò)對(duì)行星軸承進(jìn)行預(yù)緊,和采用軟齒面或大柔度齒圈的辦法,以使嚙合力和行星軸承載荷均衡化,以達(dá)到減振降噪的目的。
5.6三環(huán)減速器的軸間布置
三環(huán)減速器的特點(diǎn)之一就是適應(yīng)性強(qiáng),只要保證輸入與輸出的中心距要求,就可以任意調(diào)整支承軸,以滿足各種空間要求,但各軸間的相對(duì)位置不同,對(duì)其動(dòng)力特性的影響各異。
5.6.1各軸水平布置時(shí)的載荷分布特性
各軸水平布置時(shí),軸間的中心距變化,將引起各載荷大小幅值、規(guī)律均發(fā)生變化。圖5-22是輸入軸相對(duì)輸出軸位置變化時(shí),減速器的嚙合力及軸承載荷變化情況。由圖可知,當(dāng)輸入軸與支承軸中心距(L2=200mm)很小時(shí),三齒板的嚙合力分配很不均衡,隨著L1的增加嚙合力趨于均衡(見(jiàn)圖5-22a)。行星軸承載荷變化情況見(jiàn)圖5-22b所示。
當(dāng)|L1-L2|≤50mm時(shí),載荷產(chǎn)生沖擊為無(wú)窮大,L1≥400mm以后,隨著L1的增加,三相行星軸承載荷幅值變化很緩慢,接近于直線分布。但箱體軸承載荷的幅值在L1>350mm后,隨L1增加各相之間的幅值差變大,趨于不均衡狀態(tài)(見(jiàn)圖5-22c)。因此SHQ50型及SHQ63型的三環(huán)減速器的振動(dòng)比SHQ40型的大。
支承軸的位置L2變化的載荷分布規(guī)律與輸入軸位置L1變化的載荷分布規(guī)律相似(見(jiàn)圖5-23所示),但當(dāng)L2后各相載荷之間的幅值差比L1變化時(shí)要小很多,故各相之間的載荷分配比較均衡。這是因?yàn)長(zhǎng)2>L1=200mm以后,減速器為中軸輸入。中軸輸入時(shí),無(wú)論是嚙合力還是軸承載荷的分布特性都較好。各相載荷分配也比較均衡。
5.6.2各軸任意布置時(shí)的載荷分布特性
當(dāng)輸入軸與軸出軸的中心距確定后,可通過(guò)調(diào)整支承軸的位置,滿足特殊的空間位置要求,或者設(shè)計(jì)成載荷分布特性最優(yōu)、幅值最小的減速器。圖5-24是中心距L1=400mm、L2=200mm時(shí),支承軸相對(duì)于輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移β2變化時(shí)嚙合力及行星軸承載荷的分布情況。由圖看出,各種載荷均在180°附近(SHQ偏置式減速器)取得極大值。在0°~90°和270°~360°范圍(Ⅰ、Ⅳ限內(nèi)),三相齒板嚙合力分配很均衡,嚙合沖擊很小。因此。設(shè)計(jì)三環(huán)減速器時(shí),為減小載荷的幅值和各相之間載荷的差值、支承軸應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離180°,即不采用三軸心共線的水平位置的結(jié)構(gòu)。圖5-25為幾個(gè)特殊位置的嚙合力隨轉(zhuǎn)角變化的分布規(guī)律。
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