CN102192279A - 土压平衡盾构机摆线减速器 - Google Patents

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本发明涉及盾构机减速技术领域，一种土压平衡盾构机摆线减速器，其特征在于：摆线传动件装在由针齿壳联接前、后端盖所形成的空腔内，其中：针齿壳半埋孔与不带套针销动配；双偏心轴承上四摆线轮：一与二轮及三与四轮相位均差180°，二与三轮相位相同；W输出机构由输出轴、柱销与均载盘构成，柱销上有三只圆环板，形成四段简支结构，W输出机构分别用轴承支承在前端盖内孔与后端盖内凸缘外圆上。有益效果：(1)轴向尺寸比背景技术三级行星减速器短45-55％；(2)摆线轮可反转过来装配，使用寿命延长了一倍；(3)制造成本为背景技术三级行星减速器的40-50％；(4)运转时惯性力和惯性力矩理论上完全平衡。

Description

土压平衡盾构机摆线减速器
技术领域
本发明涉及盾机减速技术领域，一种土压平衡盾构机摆线减速器。
背景技术
中信重工机械公司、洛阳矿山机械设计研究院《用于土压平衡盾构机的大功率三级行星减速器》(200810231114.1)是国家2007-2010三年863计划项目。该项目是当前世界上最先进隧道施工机械-土压平衡盾构机核心部件，我国长期依赖进口，交货时间长、价格昂贵。
该发明构思系建立在①成大先《机械设计手册》卷3.图14-5-31；②朱孝录《齿轮传动设计手册》图7-23；③《悬浮均载行星齿轮减速器》95243413.X；④张展《行星差动传动装置》图8-4；⑤饶振钢《行星齿轮传动设计》图10-9基础上。
该发明称效率≥97％，但由朱孝录《齿轮传动设手册》1030页、《机械传动装置选用手册》393页；张展《行星差动传动装置》310页单级(NAD)η＝0.98，得出背景技术总效率应为：η＝0.983＝0.941。据报导，减速器(150kW，外形φ570×1000)已通过国家863专家组验收。
发明内容
本发明目的提供一种轴向尺寸短45-55％土压平衡盾构机摆线减速器。
技术方案
土压平衡盾构机价格几千万，常年在户外恶劣环境中工作，因此与之配套减速器的最大困难在于必须具有很高承载能力、外形小及使用可靠、寿命长。维尔特NFM盾构机减速器：功率＝150kW，最大理论扭矩＝154200Nm.脱困扭矩为最大理论扭矩的1.30倍。
据《机械设计手册》(成大先)卷4.16-127页，现代最先进8275(即日本住友6275)型：外形φ986×1462、2460kg，承载能力：n1＝1000rpm、i＝87、N1＝51.3kW、T2＝39400(Nm)。显然，日本住友6000型摆线不能用作维尔特NFM盾构机减速器。现描述改进技术方案：
朱孝录《齿轮传动设计手册》6页、《齿轮手册》上，1-12页：摆线效率η＝0.9～0.98＝0.94，这与背景技术总效率η＝0.941相同，因而可取代三级行星减速器。技术方案如下：
摆线传动件装在由针齿壳两端分别联接前、后端盖所形成的空腔内，其中：
(A)针齿壳上均布的针销半埋孔是将内孔车大至DZ-dz+4e+(0.2-0.4)得到的，式中：DZ-针销中心圆直径，dz-针销直径，e-偏心距，半埋孔开口处两侧尖角修钝；
针销(15)不带套，针销(15)与半埋孔动配合，理论计算表明，针销与半埋孔的接触应力仅为许用值的6-8％，因而可保证针齿壳能够长期使用，不带针套使润滑更好，可将传统单级最大减速比87增大到143而毋须抽齿；
(B)传统二片轮改为四片轮：输入轴上偏心的布置是一、二轮间及三、四轮间相位均差180°，而二、三轮间相位相同，优点在于：输入轴上的回转质量处于静平衡、动平衡状态，使传动更平稳。
(C)采用笼形W输出机构：用均布柱销将输出轴圆盘与均载盘联接一体，其支承轴承置于W机构的两侧，可大大减短轴向尺寸，轮与轮间装置圆环板使柱销弯曲应力提高一倍。
接触强度计算结果表明改进后承载能力为原摆线2-3倍，满足设计要求。计算如下：【摆线盾构减速器参数】N＝150kW，n1＝1000rpm，i＝109，T2＝146774Nm(η＝0.94)，Rz＝250，e＝1.50，K1＝0.66，K2＝1.586，Y1max＝1.361，b＝65mm，针套(齿)半径rz＝ρI＝4.50，半埋孔曲率半径ρ2＝4.509(孔φ＝9.018)，不抽齿。
若η≈0.94，则四片即两组二片时扭矩为T2＝73388Nm，于是：
由针销作用在轮齿上的力Fmax＝2000T/(K1Rz Za)＝8161(N)，
(A)针齿与半埋孔接触应力：
σJmax＝0.418{FE(ρ1 -1-ρ2 -1)/b}0.5＝
＝0.418{8161×2.12×105(ρ1 -1-ρ2 -1/65}0.5＝45.4(MPa)＝7％[σH]
许用接触应力[σH]＝633(MPa)，E＝2.12×105MPa(注)
(B)针齿与摆线轮接触应力：
σJmax＝(900/Rz)(YmaxT/b)0.5＝36(1.361×73388×9.81/6.5)0.5＝13977(kg/cm2)＝1371(MPa)脱困时的接触应力σJmax＝(900/Rz)(YmaxT/b)0.5＝1594(MPa)≈[σH]＝1617(MPa)
许用接触应力[σH]＝1617(MPa)(HB600-600)(注)
(注)徐灏《机械设计手册》卷1.4-289页：钢-铸铁[σH]＝633(MPa)；钢-钢[σH]＝1617(MPa)有益效果：比照发明专利200810231114.1，其创造性在于：
(1)轴向尺寸比背景技术三级行星减速器短45-55％；
(2)摆线轮可反转过来装配，使用寿命延长了一倍；
(3)制造成本为背景技术三级行星减速器的40-50％；
(4)运转时惯性力和惯性力矩理论上完全平衡。
附图说明图1，本发明实施例结构示意图
具体实施方式下面结合附图对本发明详加描述：
参照图1.一种土压平衡盾构机摆线减速器，包括针齿壳、摆线轮、偏心轴承、针销、柱销、柱套、输入轴、W输出机构及支承轴承，其特征在于：摆线传动件装在由针齿壳(1)两端分别联接前端盖(5)与后端盖(11)所形成的空腔内，其中：
(A)所述针齿壳(1)上均布的针销半埋孔是将针齿壳内孔车大至DZ-dz+4e+(0.2-0.4)得到的，半埋孔开口指向针齿壳中心线，半埋孔开口处两侧尖角修钝，既提高尖角强度又利于摩擦面进油，(式中：DZ-针销中心圆直径，dz-针销直径，e-偏心距)；
(B)所述的针销(15)不带套，针销(15)与半埋孔动配合，使针销与摆线轮齿如同针套与摆线轮齿一样的滚动啮合，又便于将针齿从半埋孔沿轴向抽出，计算表明，针销与半埋孔接触应力仅为许用值的6-8％，因而针齿壳可长期使用，单级减速比由87增大到143而毋须抽齿；
(C)所述偏心轴承是两只相同双偏心轴承(9)装在输入轴(13)轴伸端，所述的输入轴(13)由轴承(14)支承在后端盖(11)内孔，所述摆线轮是四片相同的摆线轮(4)，其中：第一双偏心轴承上第一片摆线轮与第二片摆线轮相位差180°，第二双偏心轴承上第三片摆线轮与第四片摆线轮相位差180°，第二片摆线轮与第三片摆线轮相位相同，优点在于：输入轴上的回转质量处于静平衡、动平衡状态，使传动更平稳；
(D)所述W输出机构由输出轴(8)、与输出轴(8)圆盘上均布孔紧配的柱销(6)穿过摆线轮销孔而与均载盘(10)上均布孔紧配构成，所述的柱销(6)上装有三只圆环板(2)，每只圆环板各自置于二摆线轮之间，从而使柱销(6)整个长度上形成四段简支结构，所述W输出机构中，输出轴(8)轴颈上用轴承(7)支承在前端盖(5)内孔，均载盘(10)内孔用轴承(12)支承在后端盖(11)内凸缘外圆上，所述柱销(6)上的柱套(3)与摆线轮等厚，用均布柱销将输出轴圆盘与均载盘联接一体，其支承轴承置于摆轮的两侧，可大大减短轴向尺寸，在轮与轮间装置圆环板以变悬臂柱销为简支结构，使柱销弯曲应力提高一倍。

Claims (1)

1.一种土压平衡盾构机摆线减速器，包括针齿壳、摆线轮、偏心轴承、针销、柱销、柱套、输入轴、W输出机构及支承轴承，其特征在于：摆线传动件装在由针齿壳(1)两端分别联接前端盖(5)与后端盖(11)所形成的空腔内，其中：
(A)所述针齿壳(1)上均布的针销半埋孔是将针齿壳内孔车大至DZ-dz+4e+(0.2-0.4)得到的，半埋孔开口指向针齿壳中心线，半埋孔开口处两侧尖角修钝(式中：DZ-针销中心圆直径，dz-针销直径，e-偏心距)；
(B)所述的针销(15)不带套，针销(15)与半埋孔动配合；
(C)所述偏心轴承是两只相同双偏心轴承(9)装在输入轴(13)轴伸端，所述的输入轴(13)由轴承(14)支承在后端盖(11)内孔，所述摆线轮是四片相同的摆线轮(4)，其中：第一双偏心轴承上第一片摆线轮与第二片摆线轮相位差180°，第二双偏心轴承上第三片摆线轮与第四片摆线轮相位差180°，第二片摆线轮与第三片摆线轮相位相同；
(D)所述W输出机构由输出轴(8)、与输出轴(8)圆盘上均布孔紧配的柱销(6)穿过摆线轮销孔而与均载盘(10)上均布孔紧配构成，所述的柱销(6)上装有三只圆环板(2)，每只圆环板各自置于二摆线轮之间，从而使柱销(6)整个长度上形成四段简支结构，所述W输出机构中，输出轴(8)轴颈上用轴承(7)支承在前端盖(5)内孔，均载盘(10)内孔用轴承(12)支承在后端盖(11)内凸缘外圆上，所述柱销(6)上的柱套(3)与摆线轮等厚。
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