CN102305270A - 高承载力制动式摆线减速器 - Google Patents

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吴声震
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吴小杰
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Abstract

本发明涉及机械减速技术领域,一种高承载力制动式摆线减速器,其特征在于:由制动件与摆线传动件组成,其中:制动件由钢球V型槽机构、摩擦副及弹簧组成,摩擦副包括内锥体与锥盘,锥盘与从动盘内花键与轴外花键滑配,弹簧一端靠紧轴的轴肩上,另一端靠紧锥盘端面上使圆锥摩擦面压紧;摆线传动件由偏心轴承、摆线轮、针齿壳、针齿销、柱销与柱套、输出轴及轴承组成,针齿销半埋在针齿壳上,针齿壳联接在输出轴圆盘上,柱销另一端紧配均载环。有益效果:承载能力提高100-200%;制动时无火花,使用性能可靠;轮齿啮合副润滑良好,大大延长了使用寿命;结构简单、机加工工艺性能好、制造成本约为行星减速器的35-45%。

Description

高承载力制动式摆线减速器
技术领域
本发明涉及机械减速技术领域,一种高承载力制动式摆线减速器。 
背景技术
矿井提升机、各种起重机最需要的是具有制动功能减速器,然背景技术Q系列定轴及ZK系列行星减速器必须配制动电机或另装制动器,这是现代减速器技术领域的一大空白。 
发明内容
发明人志在建立起系列制动减速器发明专利,以适应矿井、钢铁、冶金及运输等工业部门的需要,从而填补我国减速器技术领域的空白。特别是一种造价低、使用寿命长(除销齿折断外使用寿命一般为10-15年)的高承载力制动式摆线减速器。 
技术方案 
四十多年实践证明,摆线价格低、摆线轮永不断齿而具有很大的承载能力。认真研究发现减速器箱体既具高机械强度又有足够大空间,因此箱体内安装制动器是很有价值的创新。 
(A)大承载力技术方案:改双支点针销结构为半埋齿结构(工业机器人RV减速器结构),使针销永不断齿,根据接触强度计算结果,表明承载能力可提高100-200%; 
(B)制动技术方案:制动件由钢球V型槽机构、摩擦副与压缩弹簧组成,其中:钢球V型槽机构是机械无级变速重要部件,包括主、从动V型槽盘与居中的钢球,其自身具有离合与联轴器两功能。其工作原理是:当通电时,输入轴上主动V型槽盘的V型槽面对钢球产生正压力:其轴向分力推动从动V型槽盘使摩擦副分离,制动力矩消失;其周向分力用以驱动与从动V型槽盘联接的输出轴,经减速后输出作功;断电时输入轴仃止转动,压缩弹簧的轴向力迅速使摩擦副结合产生制动力矩,于是机构即处于稳定制动状态。 
有益效果: 
(1)半埋齿针销结构使摆线传动件的承载能力提高100-200%; 
(2)由于制动件装在减速器机体端盖内,因而制动时无火花,使用性能可靠; 
(3)针齿壳转动结构使摆线轮齿与针齿销处于良好润滑状态,大大延长了使用寿命; 
(4)结构简单、机加工工艺性能好、制造成本约为ZK型行星减速器的35-45%。 
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1.一种高承载力制动式摆线减速器,其特征在于:由装在箱体(3)内的摆线传动件与装在端盖(13)内的制动件组成,所述端盖(13)联接在机架(5)上,所述机架(5)法兰联接在箱体(3)输入端端面上,所述机架(5)将摆线传动件与制动件分隔开,其中: 
(A)制动件由装在端盖(13)内孔的输入轴(10)、装在输入轴(10)上的主动V型槽盘(11)、从动V型槽盘(21)、置于二V型槽之间的钢球(12)、摩擦副及复位弹簧(8)组成,所述钢球均布在保持架上,所述钢球数量与主、从动V型槽盘槽数相等,所述摩擦副由固定在机架(5)内孔的内锥体(6)与锥盘(7)组成,所述锥盘(7)和从动V型槽盘(21)内花键与轴(9)外花键滑配,所述复位弹簧(8)一端靠紧轴(9)的轴肩上,另一端靠紧锥盘(7)端面上使锥盘(7)与内锥体(6)圆锥摩擦面压紧,其工作原理是:当通电时,主动V型槽盘(11)的V型槽面对钢球(12)产生正压力,其轴向分力推动从动V型槽盘(21)与锥盘(7),于是摩擦副分离,制动力矩消失,其周向分力经钢球(12)、从动V型槽盘(11)驱动轴(9),经摆线传动件减速输出作功;断电时输入轴仃止转动,压缩弹簧迅速使摩擦副处于制动力矩等于1.5-2倍额定力矩状态。钢球V型槽机构的优点是:离、合灵敏,无火花安全可靠,制动力矩恒定; 
(B)摆线传动件由装在轴(9)轴伸端上的双偏心轴承a、相位角错开180°的二摆线轮(15、17)、均布在针齿壳(4)上的针齿销(16)、柱销(14)与柱套(18)、输出轴(1)及装在箱体(3)内孔二支承轴承(2)组成,所述针齿销(16)半埋在针齿壳(4)上,所述针齿壳(4)联接在输出轴(1)圆盘上,所述柱销(14)一端紧配在机架(5)均布孔中,另一端上装有一只均载环(19),所述柱销(14)上还有一只均载环(20)置于二摆线轮(15、17)之间。 
针齿壳转动使摆线轮齿与针齿销处于良好润滑状态,同时由于针齿与半埋孔的当量曲率半径很小,意味针齿与半埋孔的接触应力将很小而毋需担心针齿与半埋孔的磨损(见计算例)。 
半埋齿结构使针齿销具有很高的抗弯曲能力,因而承载能力取决于轮齿-针齿接触强度。 
现以X12型为例:N=180kW,n1=1000rpm,i=59,T2=101420Nm(设η=1.0),Rz=325mm,e=3.50,K1=0.646,K2=1.70,最大接触系数:Y1max=1.407,摆线轮齿宽b=80mm,针齿半径rz=ρ1=10.0,针齿半埋孔曲率半径ρ2=10.017(φ=20.034), 
于是:由针销作用在轮齿上的力Fmax=16375(N),求得针齿与半埋孔 
接触应力σJmax=0.418{FE(ρ1 -12 -1)/b}0.5=36(MPa)<[σH]=492(MPa) 
针齿与轮接触应力σJmax=900(YmaxT/b)0.5/(Rz)=900(1.407×1014210/8.0)0.5/(32.5)= 
=11696(kg/cm2)=1147(MPa)<[σH]=1617(MPa) 
根据徐灏《机械设计手册》卷1.4-289页: 
钢-铸铁的许用接触应力[σH]=492(MPa)(HB200)、633(MPa)(HB250); 
钢-钢的许用接触应力[σH]=1336(MPa)(HB500-500)、1617(MPa)(HB600-600) 
摆线减速器中最大机型8275的最大承载能力仅为39400(Nm)(见成大先《机械设计手册》卷4.16-154页),因此可得出结论:半埋齿针销使摆线传动件的承载能力提高100-200%。 
为了与现有的制动盘或、或与制动电机、或与电磁制动器进行比较特附下表: 
圆锥摩擦副计算表 
    计算公式   ZKL1   ZKL3   ZKL5   ZKL7
  1   输入功率N(kW),1000r/min,i=40   163   522   1155   2059(750r/min)
  2   输入扭矩T(Nm)   1553(Nm)   4982(Nm)   11030(Nm)   26215(Nm)
  3   输入轴径d≈(T/0.008)0.333   58   85.2   111   148.5
  4   摩擦锥中径Dp≈4.0d,/b=0.25Dp   230  /58   340  /85   445  /110   600  /150
  5   摩擦锥大径D2=Dp+b sinα   241.56   356.95   466.9   629.9
  6   摩擦锥小径D1=Dp-b sinα   218.44   323.05   423.1   570.1
  7   所需轴向力Q=2000T∑÷(μDp)   20912(N)   45382   76767   135319
  8   比压p=4Q÷π(D2 2-D1 2)(MPa)   2.51(MPa)   2.51   2.51   .2.4
  9   Kv=1.358v-0.3332  /v≤25m/s   0.59/12m/s   0.52/17.8m/s   0.48/23.3m/s   0.51/18.9m/s
  10   Tp=πDp 2bμPpKvKT/2000β(Pp=3)   1991(Nm)   5618(Nm)   11400(Nm)   30280(Nm)
  11   ZK系列矿井提升机减速器外径   φ920   φ1280   φ1700   φ2100
计算表中:Tp为圆锥摩擦副承载力矩,系数∑=μcosα+sinα=0.542 
(1)铁基粉末冶金摩擦副:许用压强Pp=1.2~3.0MPa,摩擦系数μ=0.3~0.4=0.35, 
摩擦角Φ=tg-1μ=19.3°,许用应力σp=19.6~29.4MPa=25(铸铁); 
(2)圆锥摩擦副;α=8°~15°=11.5°(金属~金属), 
锥面母线长度b=(0.15~0.25)Dp=0.25Dp,Dp≈(4~6)d=4d, 
摩擦副脱开行程x=δ/sinα=2.50mm(间隙δ=0.5~1.0=0.50,无衬层), 
(3)(分离)接合系数KT=1.0(每小时结合次数≤120), 
安全系数β=1.2~1.5=1.50。 

Claims (1)

1.一种高承载力制动式摆线减速器,其特征在于:由装在箱体(3)内的摆线传动件与装在端盖(13)内的制动件组成,所述的端盖(13)联接在机架(5)上,所述机架(5)用法兰联接在箱体(3)输入端端面上,所述的机架(5)将摆线传动件与制动件分隔开,其中:
(A)制动件由装在端盖(13)内孔的输入轴(10)、装在输入轴(10)上的主动V型槽盘(11)、从动V型槽盘(21)、置于二V型槽之间的钢球(12)、摩擦副及复位弹簧(8)组成,所述的钢球均布在保持架上,所述的钢球数量与主、从动V型槽盘槽数相等,所述的摩擦副由固定在机架(5)内孔的内锥体(6)与锥盘(7)组成,所述的锥盘(7)及从动V型槽盘(21)的内花键与轴(9)外花键滑配,所述复位弹簧(8)一端靠紧轴(9)的轴肩上,另一端靠紧锥盘(7)端面上使锥盘(7)与内锥体(6)圆锥摩擦面压紧;
(B)摆线传动件包括轴(9)轴伸端双偏心轴承a、相位角错开180°二摆线轮(15、17)、均布在针齿壳(4)上的针齿销(16)、柱销(14)与柱套(18)、输出轴(1)及装在箱体(3)内孔二支承轴承(2)组成,所述针齿销(16)半埋在针齿壳(4)上,所述的针齿壳(4)联接在输出轴(1)圆盘上,所述的柱销(14)一端紧配在机架(5)均布孔中,另一端上装有一只均载环(19),所述的柱销(14)上还有一只均载环(20)置于二摆线轮(15、17)之间。
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