CN104373568A - 夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱 - Google Patents

夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱 Download PDF

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Abstract

本发明夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱，包括箱体、输入轴、传动机构及输出轴，特征在于：箱体内设有内圆筒与圆端盖连接件，内圆筒与箱体连接，圆端盖输入端与箱体输入端内孔紧配，圆端盖与箱体用圆环盘连接，箱内壁与内圆筒与圆端盖连接件外壁形成夹层，箱体顶部、侧部设有排气窗与风机，传动机构包括行相位差180°的二星轮、内齿圈及偏心轴承，输出轴上耐磨圈支承在锌基合金轴承中，输出轴内设有断面呈“T”字型海绵，输出轴内海绵与轴孔构成储油腔Q，润滑油从输出轴小孔流向摩擦面。技术效果：结构简单，制造成本低；调节风量使热功率接近机械功率；合金轴承润滑可靠，合金轴承成本比滚动轴承低60-80％、轴承用钢可节省50-70％。

Description

夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱
【技术领域】
本发明涉及通用行星技术领域中K-V-H机构(N型)少齿差技术的改进，具体涉及渐开线少齿差减速箱的改进，一种夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱。
【背景技术】
通用行星传动主要包括2K-H负号机构(NGW型)与K-V-H机构(N型)两大类，而K-V-H机构(N型)又包括摆线与渐开线少齿差，星轮减速传动实际上就是渐开线少齿差传动。
研究发现，现有通用行星传动技术有两个不足：
(一)输出轴采用滚动轴承支承，成本较滑动轴承高很多，尤其是大功率、大扭矩机型：其依据见于《渐开线齿轮行星传动的设计与制造》第十二章水泥球磨机减速器计算实例：
“由于(行星减速器)输出轴的轴承不承受径向工作负荷(仅承受输出行星架装置的自重)，因而轴承尺寸仅由结构要求确定。”计算例选用的是单列特轻球轴承9707/780。
经查，两轴承共计重量624kg、价格44450元。如改为铸造锌基合金滑动轴承，重量约可减轻500kg、节省4万元之多。
铸造锌基合金滑动轴承的优点在于：
(1)表面粗糙度可达1.6，摩擦因数小；(2)比铜轻40％，成本比锡青铜低40％以上；
(3)使用寿命为锡青铜2～3倍，具有自润滑性能及减震功能，适用于中低速重载场合。
(二)齿轮箱自身不具有散热功能，因而热功率低：
热功率的大小关系到承载力，因而很重要，尤其是大功率、大扭矩机型。其理论依据见于成大先《机械设计手册》3.14-432页：“渐开线行星齿轮传动具有结构紧凑、体积和质量小等等优点广泛应用于冶金、矿山、起重等等部门。...渐开线行星齿轮传动的缺点是由于体积小，导致散热不良，因而要求有良好的润滑，甚至需要采取冷却促施。”
现有技术星轮减速器(JB/T8712-1998)其实就是渐开线少齿差减速器，单级星轮可取代二级行星齿轮传动。现有技术主要缺陷在于：并未采用散热措施，仅依靠自然散热导致热功率低，使得用户不得不加大一、二个机型号进行选型，许多机械理论专著就是这麽规定的，其结果必然增加了费用，功率越大、费用增加越多：如额定HJW-35B型(热功率40kW、重量1042kg、价4.78万元)，现加大一个机型号选用HJW-40B(热功率51kW、重量1365kg、价6.42万元)；如加大二个机型号选用HJW-45B(热功率62kW、重量1800kg、价8.8万元)。
热功率是闭式减速器在润滑油平衡温度条件下所能连续传递的最大功率。热功率应等于或近于实际工作传递的功率。(《齿轮传动设计手册》972页)
热功率是指在自然冷却条件下润滑油温不超过许用温度时的输入功率。热功率是设计润滑系统的重要参数，是选用减速器的重要依据。(《渐开线齿轮行星传动的设计与制造》230页)
油温过高是减速机故障的一个很重要原因，这是因为：油温高粘度下降，局部油膜破坏，润滑失效导致齿轮胶合、点蚀及异常磨损；油碳化，形成渣滓；油温高导致齿轮异常磨损，异常磨损使油温升高，形成恶性循环。减速齿轮箱润滑油许用油温约为70℃，其依据有二：
(1)德国PPSC1290-MY型风电齿轮箱：润滑油油池最高温度为70℃；
(2)风电增速齿轮箱期望的最高油温70℃(《风电增速齿轮箱的热功率计算箱》风力发电2003.3)
【发明内容】
本发明目的：解决现有技术(一)输出轴采用滚动轴承支承，成本较滑动轴承高很多，尤其是大功率、大扭矩机型；(二)齿轮箱自身不具有散热功能，因而热功率低的缺陷。
提供一种夹层风冷箱体锌基合金轴承支承之星轮减速箱。技术实施方案理论依据：
(一)航空发动机主轴承采用滑动轴承，减速箱为什麽不能？
“普通滑动轴承结构简单、制造方便、承载能力大。”(王文斌《机械设计手册》卷3.21-4页)
“在正常状态下，滑动轴承磨损率是很低的。”(卜炎《实用轴承技术手册》492页)
“铸造锌基合金适用于中、低速(≤7-10m/s)、重载(25-30MPa)、许用接触应力σ＝550MPa条件下工作的轴承。”(成大先《机械设计手册》轴承6页)
本发明技术方案的关键在于：保证锌基合金滑动轴承支承面有足量的清洁油品，因为：“不干净、有外耒颗粒是滑动轴承失效的重要原因。”(《机械设计手册》卷4.27-227页)
(二)根据以下关于冷却散热装置能使热功率不低于机械功率的论述提出的：
《齿轮传动设计手册》1048页：采用外循环散热系统：油箱中润滑油→油泵→虑油器→风扇冷却→油进入油箱，只要供油量和扇风量足够大，减速器甚至可以不受热功率限制；
研究热功率修正公式P＝Bref·BV·BA·BT·PQ(kW)发现：采用足够强风速将箱体油温控制在70℃左右时，减速器热功率P可提高1.5倍，这是因为：
(A)当空气流速v≥3.8m/s时，修正系数Bv＝1.90，比v＝0.5～1.4m/s时Bv＝1.0提高了近一倍，亦即热功率P提高了近一倍。如：小轴流风机150FZY型风速v＝7.6m/s；
(B)减速齿轮箱油温70℃时，油温系数BT＝0.667，使热功率提高了50％。
(式中：Bref、BV、BA及BT分别为环境温度、空气流速、海拔高度及最高油温修正系数，其中：BT＝0.00236·C1.32845＝0.667(70℃)。(《齿轮传动设计手册》979页)
为实现上述目的，本发明采取的技术实施方案如下：
所述箱体内设有内圆筒与圆端盖的连接件，所述内圆筒法兰与箱体输出端面连接，所述圆端盖输入端外圆与箱体输入端内孔紧配，圆端盖输入端面与箱体输入端的圆端面用同一圆环盘密封连接，所述内圆筒与圆端盖外设散热筋，所述箱体与内圆筒本体为均匀薄壁圆筒体；
所述内圆筒与圆端盖连接件的外壁与箱体的内壁围接形成密闭的夹层，所述箱体顶部设有联通密闭夹层的排气窗P，所述箱体的侧面设有与密闭夹层联通的轴流风机F；
所述圆端盖内孔用轴承支承输入轴；
进一步地，所述星轮传动件包括相位差180°的二行星轮、内齿圈、设在输入轴上的偏心轴承及固定机架，所述固定机架用四只均布的支柱将左圆盘与圆端盖联接固定构成，所述二行星轮用第一轴承支承在4只均布的双偏心轴的偏心段上，所述双偏心轴的两端用第二轴承分别支承在左圆盘与圆端盖相应孔中，所述内齿圈联接在输出轴的圆盘上，所述二行星轮中心的轴承孔经偏心轴承装于输入轴轴伸端，二行星轮与内齿圈啮合。
再进一步地，所述输出轴轴颈上紧配耐磨圈，耐磨圈支承在锌基合金轴承中，锌基合金轴承紧固在内圆筒输出端内孔，输出轴内设有“T”字断面的《圆柱-圆盘型》聚酯吸油海绵4，圆柱端与输出轴5轴孔构成一储油腔Q，所述储油腔Q润滑油从输出轴小孔流入合金轴承与耐磨圈间隙，而圆盘端设在输出轴圆盘端面上与圆盘周边均布的径向孔相通。
本发明各单独技术特征虽然完全已知，但彼此互相支持，并且能产生下述有益技术效果：
(1)密闭夹层中的热一方面由排气窗排出，另一方面传递给箱体本体的均匀薄壁圆筒散发到箱体外，冷风容量大、散热面积遍及整个箱体、热功率大，结构简单，制造成本低；通过对风量、风速的正确计算，可以做到热功率不低于机械功率；
(2)锌基合金轴承磨损率低、使用寿命长等优点是滚动轴承所不能替代的；价格低60-80％，内径越大越显著；工作平稳、无噪音、承载力大；结构简单、制造、拆装方便；具有良好的耐冲击和吸振性能；可节约轴承钢50-70％，旧锌基合金滑动轴承可回收重铸。
【附图说明】
图1.本发明实施例结构示意图
图2.本发明实施例箱体1顶部设排风窗P与侧面设进风机F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.、2一种夹层风冷箱体锌基合金轴承支承星轮减速箱，包括箱体1和设置于箱体1内并依次传动的输入轴16、星轮传动件及输出轴5，其特征在于：
所述箱体1内设有内圆筒2与圆端盖9的连接件，所述内圆筒2法兰与箱体1输出端面连接，所述圆端盖9输入端外圆与箱体1输入端内孔紧配，所述圆端盖9输入端面与箱体1输入端的圆端面用同一圆环盘11密封连接，所述内圆筒2与圆端盖9外设散热筋，所述箱体1与内圆筒2本体为均匀薄壁圆筒体；
所述内圆筒2与圆端盖9连接件的外壁与箱体1的内壁围接形成密闭的夹层，所述箱体1顶部设有联通密闭夹层的排气窗P，所述箱体1的侧面设有与密闭夹层联通的轴流风机F；
所述圆端盖9内孔用轴承15支承输入轴16；
所述星轮传动件包括相位差180°的二行星轮12、内齿圈14、设在输入轴16上的偏心轴承10及固定机架，所述固定机架用四只均布的支柱13将左圆盘17与圆端盖9联接固定构成，所述二行星轮12用第一轴承支承在4只均布的双偏心轴7的偏心段上，所述双偏心轴7的两端用第二轴承分别支承在左圆盘17与圆端盖9相应孔中，所述内齿圈14联接在输出轴4的圆盘8上，所述二行星轮12中心的轴承孔经偏心轴承10装于输入轴16轴伸端，二行星轮7与内齿圈16啮合。
所述输出轴5轴颈上紧配耐磨圈3，耐磨圈3支承在锌基合金轴承6中，锌基合金轴承6紧固在内圆筒2输出端内孔，输出轴5内设有“T”字断面的《圆柱-圆盘型》聚酯吸油海绵4，其圆柱端海绵与输出轴5轴孔构成一储油腔Q，所述储油腔Q润滑油从输出轴5小孔流入合金轴承与耐磨圈间隙，而圆盘端海绵设在输出轴5圆盘端面上与圆盘周边均布的径向孔相通，聚酯吸油海绵具有优异的机械强度：耐磨、耐磨蚀、耐高温、拉伸性强、弹性好和独特的耐油抗老化、抗溶剂的特性。箱体油池润滑油被《圆柱-圆盘型》聚酯吸油海绵滤芯吸入后，其圆柱部分储存的油依靠重力会不断滴下，积聚在储油腔Q，通过输出轴上小油孔进入滑动轴承与耐磨圈间的摩擦面，润滑油源源補充，确保摩擦面有很长的使用寿命。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种夹层风冷箱体锌基合金轴承支承星轮减速箱，包括箱体(1)和设置于箱体(1)内并依次传动的输入轴(16)、星轮传动件及输出轴(5)，其特征在于：
所述箱体(1)内设有内圆筒(2)与圆端盖(9)的连接件，所述内圆筒(2)法兰与箱体(1)输出端面连接，所述圆端盖(9)输入端外圆与箱体(1)输入端内孔紧配，所述圆端盖(9)输入端面与箱体(1)输入端的圆端面用同一圆环盘(11)密封连接，所述内圆筒(2)与圆端盖(9)外设散热筋，所述箱体(1)与内圆筒(2)本体为均匀薄壁圆筒体；
所述内圆筒(2)与圆端盖(9)连接件的外壁与箱体(1)的内壁围接形成密闭的夹层，所述箱体(1)顶部设有联通密闭夹层的排气窗(P)，所述箱体(1)的侧面设有与密闭夹层联通的轴流风机(F)；
所述圆端盖(9)内孔用轴承(15)支承输入轴(16)；
所述星轮传动件包括相位差180°的二行星轮(12)、内齿圈(14)、设在输入轴(16)上的偏心轴承(10)及固定机架，所述固定机架用四只均布的支柱(13)将左圆盘(17)与圆端盖(9)联接固定构成，所述二行星轮(12)用第一轴承支承在4只均布的双偏心轴(7)的偏心段上，所述双偏心轴(7)的两端用第二轴承分别支承在左圆盘(17)与圆端盖(9)相应孔中，所述内齿圈(14)联接在输出轴(4)的圆盘(8)上，所述二行星轮(12)中心的轴承孔经偏心轴承(10)装于输入轴(16)轴伸端，二行星轮(7)与内齿圈(16)啮合。
所述输出轴(5)轴颈上紧配耐磨圈(3)，耐磨圈(3)支承在锌基合金轴承(6)中，锌基合金轴承(6)紧固在内圆筒(2)输出端内孔，输出轴(5)内设有“T”字断面的《圆柱-圆盘型》聚酯吸油海绵(4)，其圆柱端海绵与输出轴(5)轴孔构成一储油腔(Q)，所述储油腔(Q)润滑油从输出轴(5)小孔流入合金轴承与耐磨圈间隙，而圆盘端海绵设在输出轴(5)圆盘端面上与圆盘周边均布的径向孔相通。
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