技術研究：起重機械減速器的輕量化應用

起重機械最核心的部件是卷揚機構、回轉機構
、變幅機構及行走機構。這些機構大多采用定軸齒輪減速器。這種減速器存在體積大、質量大、效率低和噪聲高等缺陷
，製約了起重機械向大噸位、高性能、高效率和高可靠性方向發展。

本ben文wen從cong行xing星xing減jian速su器qi的de結jie構gou特te點dian及ji在zai起qi重zhong機ji上shang的de應ying用yong角jiao度du，探tan討tao研yan究jiu零ling部bu件jian的de輕qing量liang化hua技ji術shu，以yi推tui廣guang行xing星xing減jian速su器qi的de應ying用yong，實shi現xian起qi重zhong機ji械xie輕qing量liang化hua目mu標biao。
 

一、特點分析

(1) 行星減速器優點

行星傳動減速器與普通定軸減速器相比
，具有體積小
、質量小、結構緊湊、承載能力高等優點。其每組行星單元有3～7個行星齒輪，可進行載荷分流;它采用內齒輪傳動
，徑向尺寸小，承載能力高，輸入與輸出軸共軸線，大大減小了長度尺寸;其齒輪殼體采用內齒圈設計
，替代了定軸減速器的龐大箱體。

xingxingchuandongyoufujiayundong，nengrongyidishixianjiaodadechuandongbi，caiyongduichengdefenliuchuandongjiegou
，youliyutigaochuandongxiaolv。youyuxingxingchilunjunyunfenbu，nengshiguanxinglixianghupingheng，guxingxingjiansuqiyundongpingwen，kangchongjihezhendongnenglijiaoqiang。

(2) 行星差速傳動減速器

重型起重機減速器一般采用多級行星差速傳動減速器。一般行星傳動采用多級行星串聯傳動，靠末級行星傳動承擔載荷輸出。如圖1所suo示shi，載zai荷he輸shu出chu由you末mo級ji行xing星xing架jia與yu卷juan筒tong連lian接jie並bing輸shu出chu時shi，末mo級ji行xing星xing傳chuan動dong的de體ti積ji會hui很hen大da。而er行xing星xing差cha速su傳chuan動dong能neng將jiang多duo級ji行xing星xing單dan元yuan共gong同tong傳chuan動dong到dao齒chi圈quan輸shu出chu，如ru圖tu2顯示的是3級行星齒輪都傳遞到齒圈共同輸出，圖3xianshideshichiquanyujuantonglianjiebingshuchu。dangxingxingchasuchuandongjiansuqiyuyibanxingxingchuandongjiansuqizhizaohegongzuotiaojianxiangtongshi，xingxingchasuchuandongjiansuqizhiliangnengjianqing20%以上。因此行星差速傳動是減速器輕量化的關鍵技術，其與定軸齒輪減速器參數對比如附表所示。

(3) 硬齒麵齒輪熱處理

caiyongyingchimianchilunchuandongtidairuanchimianhuozhongyingchimianchilunchuandong，zaiyidingfanweineikeshijiansuqiqinglianghua。duiwaichiluncaiyongyouzhishentangangbingjingshentancuihuochuli，biaomianyingdukedadao58～62 HRC，與調質齒輪比較接觸強度成倍增長，而彎曲強度比調質齒輪約增加50%以上。對內齒輪采用高級合金結構鋼並經調質、氮化處理後
，心部硬度可達270～310 HB，表麵硬度可達550～700 HV，齒麵接觸強度明顯提高，能承擔更大的載荷。資料介紹，某軋機減速器用硬齒麵齒輪替代調質齒輪後質量減輕40%
，減速器速度成倍度提高。

(4) 齒輪修形

為wei了le減jian小xiao齧nie合he衝chong擊ji
，改gai善shan齒chi麵mian潤run滑hua狀zhuang態tai，降jiang低di齧nie合he噪zao聲sheng，需xu對dui齒chi輪lun的de齒chi形xing和he齒chi向xiang進jin行xing修xiu整zheng。如ru需xu改gai善shan某mou些xie高gao速su齒chi輪lun齧nie合he質zhi量liang
，還hai應ying增zeng大da齒chi輪lun的de齒chi高gao係xi數shu

，以yi使shi其qi彎wan曲qu變bian形xing會hui更geng大da。對dui承cheng載zai能neng力li高gao
、精度等級高的硬齒麵齒輪采用齒輪齒形和齒向修形技術，不僅能提高齒輪接觸精度和齧合質量
，還能提高許用節圓線速度40%左右。

(5) 新材料應用

隨著上述硬齒麵齒輪的采用，齒輪的材料也發生了較大變化，與常用的20CrMnTi比較
，在硬齒麵齒輪材料中，20CrMnMo材料抗拉強度、衝擊值提高10%
，17Cr2Ni4材料抗拉強度、衝擊值提高30%，采用42CrMo整體鍛造的行星架比鑄造或組合的行星架質量減輕30%yishang。caiyongzengjiacuitouxingdecailiao
，yeyouzhuyutigaodamoshuchilundexinbuyingdu，congertigaodamoshuchilundewanquqiangdu。ciwai，kecaiyongxinxingfenmoyejinduomocapianshizhidongtidaichicunpangdadedaishizhidonghuoqianpanshizhidong。
 

二、技術研究

(1) 齧合參數的選擇

在行星齒輪計算中齧合角或變位係數的選擇，對減速器的承載能力、使用壽命、減小尺寸和減輕質量特別重要，在常用傳動形式(NGW)chuandongzhong，wainiehedejiechuqiangduhewanquqiangdudiyuneiniehe。zaibaozhengwaichilunniehezhonghedujichidingbianjiandengtiaojianxianzhideqingkuangxia，helixuanzechilunniehejiaohebianweixishushijiansuqiqinglianghuadeyouxiaotujing。

(2) 新型均載結構

行星傳動減速器每組行星單元中多個行星齒輪的載荷應均勻分布
，方案有二：

一是將每組行星齒輪的齒厚做成一致，並使齒輪齒部達到國家標準的6級精度。此時行星架的行星軸線位置度誤差不得大於形位公差國家標準的5級。

二是使每組零部件浮動。減速器中的太陽輪、行星架浮動，可在行星齒輪受力時自動找平衡，使每個行星齒輪的受力均勻，從而實現行星齒輪的載荷分布均勻

、運轉平穩
、承載能力提高。

(3) 新型製動器

新型行星減速器采用內置製動器替代結構龐大的帶式製動器和鉗盤式製動器
，因此製動可靠
、使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)長(chang)。內(nei)置(zhi)製(zhi)動(dong)器(qi)采(cai)用(yong)濕(shi)式(shi)多(duo)摩(mo)擦(ca)片(pian)式(shi)製(zhi)動(dong)
，由(you)多(duo)組(zu)主(zhu)動(dong)片(pian)和(he)從(cong)動(dong)片(pian)組(zu)成(cheng)，主(zhu)動(dong)片(pian)采(cai)用(yong)彈(dan)簧(huang)鋼(gang)並(bing)經(jing)淬(cui)火(huo)處(chu)理(li)，從(cong)動(dong)片(pian)采(cai)用(yong)銅(tong)基(ji)或(huo)紙(zhi)基(ji)粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)摩(mo)擦(ca)材(cai)料(liao)。製(zhi)動(dong)摩(mo)擦(ca)片(pian)通(tong)過(guo)彈(dan)簧(huang)
、活(huo)塞(sai)壓(ya)緊(jin)閉(bi)合(he)，實(shi)現(xian)行(xing)星(xing)減(jian)速(su)器(qi)的(de)駐(zhu)車(che)製(zhi)動(dong)。解(jie)除(chu)製(zhi)動(dong)時(shi)，油(you)液(ye)壓(ya)力(li)推(tui)動(dong)活(huo)塞(sai)動(dong)作(zuo)，活(huo)塞(sai)克(ke)服(fu)彈(dan)簧(huang)力(li)而(er)使(shi)摩(mo)擦(ca)片(pian)分(fen)離(li)
，行(xing)星(xing)減(jian)速(su)器(qi)得(de)以(yi)正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)。

(4) 浮封環密封方式

浮(fu)封(feng)環(huan)密(mi)封(feng)的(de)特(te)點(dian)是(shi)能(neng)承(cheng)受(shou)齒(chi)輪(lun)箱(xiang)一(yi)定(ding)的(de)內(nei)部(bu)壓(ya)力(li)
，並(bing)能(neng)阻(zu)擋(dang)外(wai)部(bu)的(de)泥(ni)水(shui)及(ji)灰(hui)塵(chen)，特(te)別(bie)適(shi)合(he)大(da)型(xing)起(qi)重(zhong)機(ji)械(xie)野(ye)外(wai)或(huo)露(lu)天(tian)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)。行(xing)星(xing)減(jian)速(su)機(ji)的(de)回(hui)轉(zhuan)結(jie)合(he)麵(mian)采(cai)用(yong)浮(fu)封(feng)環(huan)密(mi)封(feng)時(shi)，浮(fu)封(feng)環(huan)與(yu)兩(liang)相(xiang)對(dui)回(hui)轉(zhuan)零(ling)件(jian)采(cai)用(yong)O形圈分別壓嵌在兩相對運動零件的座腔內，形成靜密封;浮封環的回轉結合麵采用1對耐磨合金鑄件並經研磨形成非常細密的刃帶，實現回轉結合麵動密封。

(5) 內藏式結構

如圖1和圖3所(suo)示(shi)，行(xing)星(xing)減(jian)速(su)器(qi)可(ke)以(yi)安(an)裝(zhuang)在(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)械(xie)卷(juan)揚(yang)和(he)變(bian)幅(fu)機(ji)構(gou)卷(juan)筒(tong)的(de)內(nei)部(bu)，也(ye)可(ke)安(an)裝(zhuang)在(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)行(xing)走(zou)履(lv)帶(dai)鏈(lian)輪(lun)或(huo)機(ji)器(qi)的(de)最(zui)終(zhong)傳(chuan)動(dong)內(nei)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)了(le)卷(juan)揚(yang)機(ji)構(gou)和(he)行(xing)走(zou)機(ji)構(gou)的(de)安(an)裝(zhuang)空(kong)間(jian)，改(gai)善(shan)了(le)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)通(tong)過(guo)性(xing)
，並(bing)使(shi)其(qi)易(yi)於(yu)安(an)裝(zhuang)。

(6) 雙行星減速器驅動

因對大型的起重機的卷揚和變幅機構的扭矩要求較大，必要時可采用雙行星減速機驅動
，即在同一卷筒的兩端各安裝1台相同的行星減速器，2台減速器共同驅動卷筒進行工作
，如圖4所示。這種結構的特點是增大了機構的扭矩
，而卷筒直徑沒有增大。行走機構也可由雙驅動改為4個行星減速器驅動，這樣可降低總成成本。

(7) 零部件改進

早期的行星架一般采用雙壁整體式鑄造或焊接結構和雙壁裝配式結構(如圖1中的行星架)，其結構複雜、尺寸龐大。現在多采用1種單壁式行星架(見圖2中的行星架)
，其采用整體鍛造成型，較雙壁行星架能減輕質量1/3以上
，而且便於裝配。

采用齒輪軸輸出，簡化了行星架加工，去掉了壓板、螺栓等零件，而且解除了裝配齒輪對軸徑和齒數的限製
，提高了輸出齒輪的強度。
 

三、工藝方法

(1) 硬齒麵齒輪熱處理

硬齒麵齒輪的外齒輪若采用優質滲碳鋼20CrMnTi、20CrMnMo和17Cr2Ni4材料，鍛造後或粗加工後進行正火處理時，要求其正火溫度超過滲碳溫度
，起到細化組織
、減少滲碳變形的作用。機械加工後若采用計算機控製的多用爐進行滲碳淬火和回火處理，表麵硬度可達到58～62 HRC，心部硬度可達到30～45 HRC
，齒部接觸強度和彎曲強度都能達到比較理想的狀態。

內齒輪若采用高級合金結構鋼42CrMo材料
，鍛造後再進行調質處理時，使用多用爐可保證其調質硬度均勻，氮化時不變形，心部硬度可達270～310 HB。機加工製齒後若采用等離子氮化爐進行氮化處理
，氮化深度可達0.5 mm左右，表麵硬度可達550～700 HV，齒部接觸強度和彎曲強度也都能達到比較理想的狀態。

(2) 硬齒麵齒輪加工

硬齒麵齒輪加工時
，應先采用滾齒機或插齒機對齒輪坯製齒，進行滲碳淬火後，再采用數控蝸杆砂輪磨齒機磨齒。

對加工批量大、精度高、齒數多的行星齒輪，可采用成組磨齒，這樣可保證每組行星齒輪的齒部完全一致;對於齒數少、moshudadetaiyanglunjizhouchilunjiagongshi

，qineichilunyibancaiyongshukonghuogaosuchachijichachichengxing，biaomiandanhuachulihoubuzaimochi
，dangxuyaomochishikeyongchengxingshalunmochijijinxingmochi。

據資料介紹，行星齒輪減速機在齒輪精度為4～8級範圍內時
，精度等級每提高一級可使承載能力提高10%左右(或使體積、質量減少8%～10%)，工作噪聲降低2～3 dB。

對超大型起重機械齒輪硬齒麵加工時，若外齒輪模數m大於10
、直徑大於500 mm時shi，應ying采cai用yong大da型xing滾gun齒chi機ji滾gun齒chi。滾gun齒chi後hou需xu要yao先xian修xiu整zheng齒chi根gen圓yuan弧hu，滲shen碳tan淬cui火huo後hou，再zai采cai用yong數shu控kong立li式shi成cheng形xing砂sha輪lun磨mo齒chi機ji磨mo齒chi。對dui內nei齒chi輪lun仍reng以yi插cha齒chi為wei主zhu，也ye可ke進jin行xing銑xi齒chi，氮dan化hua處chu理li後hou再zai進jin行xing磨mo齒chi。

(3) 齒輪的修形

為了提高減速器的齒輪傳動效率
，減輕振動，降低噪聲，需要對齒輪的齒形及齒向進行修形處理。

齒chi輪lun修xiu形xing一yi般ban采cai用yong剃ti齒chi或huo磨mo齒chi方fang法fa，我wo國guo主zhu要yao采cai用yong磨mo齒chi的de方fang法fa。采cai用yong磨mo齒chi方fang法fa對dui經jing過guo滲shen碳tan淬cui火huo的de行xing星xing齒chi輪lun進jin行xing修xiu形xing，能neng消xiao除chu熱re處chu理li變bian形xing。數shu控kong蝸wo杆gan砂sha輪lun磨mo齒chi機ji具ju備bei齒chi向xiang鼓gu形xing齒chi修xiu形xing功gong能neng，通tong過guo特te殊shu金jin剛gang石shi砂sha輪lun修xiu整zheng滾gun輪lun，可ke以yi進jin行xing齒chi形xing修xiu形xing。使shi用yong數shu控kong成cheng形xing砂sha輪lun磨mo齒chi機ji能neng進jin行xing齒chi形xing及ji齒chi向xiang修xiu形xing。

(4) 軸承的選配與預緊

xingxingchuandongjiansujidesuoyoubujiandouxuanyonggundongzhouchengzhicheng。xingxingchilundeneikongzhuangyoumanpaigunzideyuanzhugunzizhoucheng，yongyitigaozhouchengdechengzainengli。duiyulianjiezhijiahechiquande2個圓錐滾子軸承，要求必須選用加強型圓錐滾子軸承，且必須成對裝配。

youyuzhouchengcunzaiyidingdedanxingbianxing，zhuangpeihoubunengwanquanxiaochubianxing，dangjiansuqigongzuoshiyouyuzaihejingxianglidezuoyonghuishiyuanzhuigunzizhouchengchanshengjingxiangjianxi，daozhizhouchenggunziyuneiwaiquanyuanzhuimianfashengbuzhengchangjiechu，congerzaochengzhouchenghuochilunsunhuai。cishikegei2個圓錐滾子軸承1個預緊力，保證軸承受力時能正常運轉。

(5) 行星減速器的試驗

在出廠前要對行星減速器逐台進行試驗，檢驗項目包括噪聲測試、製動力矩測試和密封性試驗等。對采用計算機控製的專用行星減速機
，應在載荷試驗台進行載荷、扭矩、轉速、效率和溫度等實試驗。

行星齒輪減速器具有體積小、質量輕、效率高和承載能力大等特點，非常適應起重機械減速器輕量化要求
，起重機械采用行星減速器可比傳統減速器的質量降低15%～20%。