CN101915267A - 行星传动机构中凹滚道滚针轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星传动机构中凹滚道滚针轴承，属轴承技术领域。包括行星轮和行星轮轴，行星轮轴安装在行星轮的内孔中；行星轮的内孔呈与挠度变形后的行星轮轴表面形状相配合的凹形圆柱面。有益效果是：由于把行星轮的内孔加工成向中心凹陷的凹形圆柱面，在行星轮受力最大时，行星轮内孔表面与挠度变形后的行星轮轴表面形状近似，这样在最大负载下工作时，滚针与滚道接触面积最大、接触应力相对变小，从而避免了滚针和滚道表面点蚀的出现，延长了轴承的寿命。

Description

行星传动机构中凹滚道滚针轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，具体是一种行星传动机构中凹滚道滚针轴承，尤其适用于在行星减速机上应用。

背景技术

在行星传动机构中，行星轮和行星轮轴之间可用滚动轴承和滑动轴承支承，滚动轴承又分滚珠轴承和滚针轴承。滚针轴承以承载能力大，对润滑油污染度不敏感的特性在工程机械、石油矿山机械的行星传动装置中得到广泛应用。在径向尺寸局限的情况下，以行星齿轮内孔和行星轮轴作为滚道的滚针轴承被普通采用。

以行星齿轮传动的开式结构为例，行星轮轴单边支承，使用无内外圈的滚针轴承结构，当行星传动机构工作时，行星齿轮轴在行星齿轮切向力、径向力和离心力的综合作用下会产生一定的挠度，行星齿轮的径向力大致是平衡的。而行星齿轮受力变形相对较小，滚针作为滚动体，要在有挠度的行星轮轴表面和无变形的行星轮内孔表面之间滚动，必然造成滚针不能全长接触，局部接触应力相对增大，在长期重载工作的情况下滚针与滚道易形成点蚀。

发明内容

为克服已有技术的上述弊端，本发明提供一种行星传动机构中凹滚道滚针轴承。在行星轮受力最大时，行星轮内孔表面与挠度变形后的行星轮轴表面形状近似，这样在最大负载下工作时，滚针与滚道接触面积最大、接触应力相对变小，从而避免了滚针和滚道表面点蚀的出现，延长了轴承的寿命。

本发明用如下技术方案实现的：一种行星传动机构中凹滚道滚针轴承，包括行星轮和行星轮轴，行星轮轴安装在行星轮的内孔中；行星轮的内孔呈与挠度变形后的行星轮轴表面形状相配合的凹形圆柱面。

一般情况下，行星轮的内孔凹形圆柱面凹度为0.008-0.018mm。

本发明的有益效果是：由于把行星轮的内孔加工成向中心凹陷的凹形圆柱面，在行星轮受力最大时，行星轮内孔表面与挠度变形后的行星轮轴表面形状近似，这样在最大负载下工作时，滚针与滚道接触面积最大、接触应力相对变小，从而避免了滚针和滚道表面点蚀的出现，延长了轴承的寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是传动简图；

图3是中心轮a受力示意图；

图4是行星轮受力示意图；

图5是转臂x受力示意图；

图6行星轮轴受力状态图。

图中：1、行星齿轮架，2、行星轮，3、行星轮轴，4、滚针，5、轴用卡圈，6、垫圈，7、孔用挡圈，8、垫圈。

具体实施方式

如图1所示，行星传动机构中凹滚道滚针轴承包括行星轮2和行星轮轴3，行星轮轴3安装在行星轮2的内孔中；行星轮2通过行星轮轴3安装在行星轮架1上，行星轮轴3和行星轮架1间有垫圈8。行星轮轴3的上端部用轴用卡圈5卡住；在行星轮轴3和行星轮2的内孔间安装有上、下滚针4，上、下滚针4之间有孔用挡圈7。行星轮2的内孔呈与挠度变形后的行星轮轴3表面形状配合的凹形圆柱面。一般情况下，行星轮2的内孔凹形圆柱面凹度为0.008-0.018mm。

实施例：以本公司生产的JH13-90行星回转减速机为例：

1、技术参数

1、)最大输入扭矩：T_a1＝178N.m；

2、)最大输入转速：n_a1＝3000r/min；

3、)最大输出扭矩：T_max＝16000N.m；

4、)最大输出转速：n_max＝33r/min；

5、)减速比90.2，其中一级减速比i₁＝4.67，二级减速比i₂＝4.14；

6、)三级行星轮模数M＝3，齿数Zc＝23，压力角α＝20°，齿宽B＝44mm，变为系数x＝0.444，行星齿轮数量np＝4；

7、)三级中心轮齿数Za3＝18，齿宽B＝50，变位系数x＝0.502，节圆直径d′a3＝58mm；

8、)三级中心轮输入扭矩T_a3：T_a3＝T_a1*i₁*i₂＝178*4.67*4.14＝3441.4N.m。

2、受力分析：参照图2-图5

1、)中心轮a作用于行星轮c的切向力F_a3C3：

$F_{a3C3}=\frac{-2000T_{a3}}{n_p*d_{a3}}=\frac{-2000*3441.4}{4*58}=-29667.24N,$

2、)转臂x作用于行星轮c的切向力F_x3C3：

3、)内齿轮b作用于行星轮c的切向力F_b3C3：

3、行星轮轴受力状态

参照图1，可以认为行星轮轴受力状态如图6所示的悬臂梁，现要求C点的挠度f_xc，其挠度公式如下：

1、

2、l＝45；3、

4、行星轮轴直径为φ30，E取206000Pa.将，1、2、3、4、式代入上式，即得如下结果：

$f_{\mathrm{xc}}=\frac{{\mathrm{ql}}^4}{24\mathrm{EJ}}(3-4\mathrm{\ζ}+{\mathrm{\ζ}}^4)=\frac{1348.5*{45}^4}{24*206000*79481.3}(3-4*0.4667+{0.4667}^4)=0.0163\mathrm{mm}$

上述计算公式均为公知计算公式，本专业技术人员皆知。上式中未计算行星轮的离心力及瞬时载荷分布不均匀对行星轮轴的影响，如加上这些因素，行星轮轴的最大挠度应接近0.02mm。

4、在行星减速机上使用中凹滚道滚针轴承的优越性

a、可缩小行星减速机的径向尺寸

用在工程机械的行星减速机，一般都传递较大的功率和扭矩，因而决定了齿轮件的模数不能小；同时一个系列的减速机又需要有不同的减速比，中心轮的径向尺寸由于工作频率高不易过分缩小。要想缩小行星减速机的径向尺寸，缩小行星轮的外形尺寸是比较可行的方法，缩小行星轮的外形尺寸要保证行星轮齿根和内孔之间有足够的厚度，这就要求行星轮轴和行星轮内孔之间的空间相应缩小，使用无内外圈滚针轴承正好可以满足上述要求。而使用中凹滚道滚针轴承可以增大滚针与滚道的接触面，从而提高承载能力。经试验表明在同等情况下，可提高15％的动载荷。在相同载荷的情况下，可以缩减滚针的直径。从而进一步缩小了行星轮的外形尺寸，我公司生产的JH17-90减速机使用此结构后径向尺寸缩小16mm，大大方便了用动力扳手把减速机固定在主机上。

b、可提高轴承的使用寿命

在行星轮内孔精加工时，利用成形金刚石刀修整内孔磨头砂轮外表面，然后用修整过的内孔磨头砂轮磨出中凹滚道的内孔。可根据计算行星轮轴挠度的大小决定凹度的大小，一般情况下在0.008-0.018mm。由于行星轮中凹度和行星轮轴挠度近似、滚针在工作时与滚道的接触面增加，在同等载荷的情况下单位面积的应力缩小，因而滚针和滚道便不易出现点蚀现象，从而提高轴承的寿命。

综上所述，在行星减速机上使用中凹滚道滚针轴承，可以缩小减速机的径向尺寸，从而节省了原材料，降低了生产成本。而用一个成型金刚石刀修整内孔磨头砂轮可加工1万多件行星轮内孔，增加成本不到1元钱，综合经济效益是可观的。另外由于可以缩减行星减速机的径向尺寸，减少了材料消耗，使结构布局更灵活，同时方便主机厂安装。

本公司使用中凹滚道滚针轴承设计制造的JH13系列减速机，主要参数如下：最大输入扭矩178N.m；最大输入转速3000r/min；最大输出扭矩16000N.m；最大输出转速33r/min；减速比90.2和104.5。

比相同的原系列减速机重量轻了近10％，由于该系列减速机体积小、重量轻，方便用户安装，受到用户的广泛好评。

Claims (2)

1.一种行星传动机构中凹滚道滚针轴承，包括行星轮(2)和行星轮轴(3)，行星轮轴(3)安装在行星轮(2)的内孔中；其特征是：行星轮(2)的内孔呈与挠度变形后的行星轮轴(3)表面形状相配合的凹形圆柱面。

2.根据权利要求1所述的行星传动机构中凹滚道滚针轴承，其特征是：行星轮(2)的内孔凹形圆柱面凹度为0.008-0.018mm。

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