煤礦機(jī)械無(wú)軸承行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)思路

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摘要：

無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于重載低速的齒輪箱。為保證無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的可靠性，針對(duì)煤礦井下使用條件，從行星軸與行星輪潤(rùn)滑條件、行星軸與行星輪潤(rùn)滑道、無(wú)軸承行星傳動(dòng)的磨損分析等方面闡述無(wú)軸承行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和思路。

關(guān)鍵詞：煤礦；無(wú)軸承；行星傳動(dòng)；設(shè)計(jì)

0引言

在煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中受實(shí)際空間尺寸限制，常規(guī)的滾動(dòng)軸承不能符合強(qiáng)度、可靠性和尺寸等方面的標(biāo)準(zhǔn)，而采用采用無(wú)軸承支撐行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)行星軸與行星架固定，行星軸直接支撐行星輪并相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可大幅增加行星軸的強(qiáng)度，提高傳動(dòng)裝置的功率體積比。目前無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式已被廣大設(shè)計(jì)者所認(rèn)可。本文從煤礦機(jī)械實(shí)際工況出發(fā)，闡述無(wú)軸承行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和思路。

1行星軸與行星輪潤(rùn)滑條件

無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，行星輪與行星軸的潤(rùn)滑可類比滑動(dòng)軸承，是利用流體動(dòng)壓的原理，依靠行星輪與行星軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將一定粘度的油液帶入行星軸與行星輪的間隙中，生成動(dòng)壓油膜，將行星軸與行星輪隔離，形成穩(wěn)定的液體動(dòng)壓潤(rùn)滑，以達(dá)到承受負(fù)載、降低摩擦、減緩磨損的目的。其主要參數(shù)如下。

1.1平均壓強(qiáng)pm

在保證行星軸與行星輪之間形成一定的油膜厚度及在合適溫升等等具體條件下，平均壓強(qiáng)pm宜取較高值，以此來(lái)保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，減小行星軸和行星輪及行星架的尺寸。但當(dāng)平均壓強(qiáng)pm過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致形成的油膜厚度過(guò)薄，對(duì)油質(zhì)的要求將提高，且液壓潤(rùn)滑容易遭到破壞，從而使得行星軸和行星輪之間的摩擦面損傷。

1.2寬徑比B/D

對(duì)于行星輪或行星軸的寬徑比B/D（B為行星輪寬度，mm；D為行星輪徑向長(zhǎng)度，mm），當(dāng)寬徑比較小時(shí)，有利于增大壓強(qiáng)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；增加流量，降低溫升；減輕行星輪邊緣接觸現(xiàn)象。隨著行星輪寬度B的減小，功耗將降低，占用空間減小，但行星軸和行星輪的承載能力也將降低，容易出現(xiàn)局部過(guò)熱的現(xiàn)象。高速重載的行星輪，溫度升高時(shí)有邊緣接觸危險(xiǎn)，寬徑比B/D宜取較小值；低速重載的情況，為提高整體剛度，寬徑比B/D宜取較大值。

1.3間隙比ψ

間隙比ψ的大小主要應(yīng)根據(jù)載荷和速度來(lái)選取：速度越高，ψ值應(yīng)越大；載荷越大，ψ值應(yīng)越小。此外，直徑大，寬徑比小，對(duì)加工精度高時(shí)，ψ值可取小值，反之，取大值。間隙比ψ大時(shí)，流量大，溫升低，承載能力低[1]。

2行星軸與行星輪潤(rùn)滑道

高可靠性無(wú)軸承行星傳動(dòng)主要依靠行星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)將潤(rùn)滑油代入行星輪與行星軸之間的配合表面，形成潤(rùn)滑油膜。因此，無(wú)軸承行星傳動(dòng)的行星輪與行星軸的配合既要保證兩者的配合精度，又要保證行星輪與行星軸的接觸面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能充分形成油膜。為此，設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮潤(rùn)滑油道的尺寸與布置，保證行星輪與行星軸之間無(wú)潤(rùn)滑死角。

3無(wú)軸承行星傳動(dòng)的磨損分析

高可靠性無(wú)軸承行星傳動(dòng)的主要失效形式為過(guò)渡磨損，防止磨損失效的關(guān)鍵在于保證行星軸和行星輪之間的潤(rùn)滑油膜質(zhì)量。

3.1PV值計(jì)算與校核

無(wú)軸承行星傳動(dòng)工作時(shí)，其摩擦效應(yīng)引起溫度升高，摩擦熱量的產(chǎn)生與單位面積上的摩擦功耗成正比，而承載面壓強(qiáng)P與速度V的乘積通常用來(lái)表征無(wú)軸承行星傳動(dòng)的摩擦功耗，稱為PV值。無(wú)軸承行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，用限制PV值的辦法，控制其工作溫升。

3.2磨損量計(jì)算

無(wú)軸承行星傳動(dòng)的使用壽命，通常由行星軸和行星輪的磨損量來(lái)決定，磨損量主要受摩擦條件影響，而摩擦又受承載、材質(zhì)、速度、雜質(zhì)、工作溫度、表面粗糙度、不同運(yùn)行方式及所使用潤(rùn)滑劑等條件的影響。因此，磨損量只能是一個(gè)理論估計(jì)值，其壽命取決于各種復(fù)雜條件。若因供油不良、雜質(zhì)滲入而使得磨損急劇變化時(shí)，便很難預(yù)測(cè)磨損情況[3]。下面是正常情況下由試驗(yàn)得出的磨損量計(jì)算方法。W=KPVT，(1)式(1)中，W為磨損量，mm；K為摩擦系數(shù)；P為承載壓力，N/mm2；V為線速度，m/min；T為磨損時(shí)間，h。

4結(jié)語(yǔ)

無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于重載低速，為保證無(wú)軸承行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的可靠性，就需在設(shè)計(jì)中考慮所闡述的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過(guò)保證行星輪于行星軸之間潤(rùn)滑油膜的質(zhì)量，保證行星輪與行星軸表面凸峰不直接接觸，使摩擦只發(fā)生于流體內(nèi)部。因此，行星軸與行星輪配合間隙設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算校核，既保證兩者的配合精度，又保證接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能形成潤(rùn)滑油膜，達(dá)到最佳潤(rùn)滑效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡冬良，郭瑞娜，錢忠，等.動(dòng)壓滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑狀態(tài)與磨損分析［J］.機(jī)械工程師，2010(9)：39-42.

［2］楊麗穎，李長(zhǎng)春，王守仁，等.固體自潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.軸承，2004(3)：9-11.

［3］鄭發(fā)正，謝鳳.潤(rùn)滑油膜的形成和結(jié)構(gòu)分析［J］.合成潤(rùn)滑材料，2001(1)：24-27.

作者：石濤 單位：中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司