CN105864410A - 两级行星轮边减速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减速器技术领域，一种两级行星轮边减速器，包括电机、轮毂及二级行星部件，其特征：齿形密封与第四耐磨圈间形成密封面，齿形密封前有防尘密封，固定架内孔与第三耐磨圈间有第三密封，第二内齿圈与第一轴承间有第一密封，第一密封与第二耐磨圈间形成密封面，第二内齿圈与第二轴承间有第二密封，第二密封与第一耐磨圈间形成密封面。第一行星轮用第一密封轴承支承在第一星轮轴上，行星架两侧用第三、四密封轴承分别支承在大、小端盖内，第二行星轮用第二密封轴承支承在第二星轮轴上，耐磨圈硬度Rc≥55、粗糙度Ra＝0.2～0.8μm。有益效果：齿形密封优于骨架与浮动油封；齿形密封磨损自动补偿；齿轮与轴承分别用油与脂润滑，减速器寿命长。

Description

两级行星轮边减速器

【技术领域】

本发明涉及一种减速装置领域，具体说涉及大吨位电动轮自卸车轮边减速器技术领域，是现有轮边减速器技术的改进，一种两级行星轮边减速器。

【背景技术】

轮边减速器是20世纪50年代[美]科学家罗伯特的发明创造：“电机-减速-增大力矩-传递给轮辋-驱动车轮旋转”。之后，美国通用公司于1968年将这种构思应用于大型矿用自卸车。1977年后，我国湘潭电机厂等也相继研制成功，目前我国已接近国外先进水平。

十二五期间，我国大型矿山将需要大量的电动轮自卸车。大型电动轮自卸车是露天矿主要设备，而轮边减速器则是电动轮自卸车的主要传动机构，起到减速增扭的作用，提高了自卸车的动力输出，在自卸车中占有重要地位，目前国内矿用汽车多为二级行星轮边减速器。

减速驱动型电动轮多数采用内转子电动机，减速部件设在电动机与车轮之间，以保证低速时获得足够大的转矩。减速部件多为行星传动，因此具有轻量化程度高、噪声小及成本低等优点。现有轮边减速器技术存在密封不好及轴承使用寿命短两个问题，理论依据如下：

我国汤双清教授《电动轮驱动技术研究》指出：“但是，由于电动轮驱动某些关键技术的局限，致使该技术还没能被广泛应用。…由于电动轮直接安装在车上，…扬起的灰尘、飞溅的泥水也极易进入电动轮。…”(《机械工程与自动化》2009-4)

辽宁工程技术大学王旭《基于Ag ent的电动轮轴承温监控系统的研究》指出：

“电动轮是整个自卸车故障多发部位，损失严重：每次故障造成的经济损失几万元至几十万元。因轴承温升过高造成行星齿轮打齿事故占绝大多数。某矿十几年来共发生电动轮轴承温度过高有关事故数百起，数十台自卸车主要部件严重烧毁，造成了数千万元的直接损失。”

姚冠华《矿用减速器的破坏原因及处理方法》指出：“减速器故障在煤矿设备故障中约占40％。…轴承是减速器中常用的零件，非常容易损坏的。轴承的损坏形式：轴承划伤；轴承侵入杂质；轴承过热变色等。”(见于煤矿机械2002.07)

下面来讨论轮边减速器中的密封与轴承：

(一)现有轮边减速器技术的密封主要采用骨架油封与浮动密封，其存在问题分述如下：

(A)骨架油封不可采用的理由-过盈配合、磨损、密封面失效、漏油：

秦大同《现代机械设计手册》：“在自由状态下，油封内径比轴径小，即有一定的过盈量，过盈量随轴径增大而增大(卷3-18-7、182页)。”电机驱动后，输入轴运转一定时间，过盈量会使油封内唇与旋转轴之间的摩擦使旋转轴发热、发烫，轴承内的润滑脂会开始融化，慢慢从轴承单边密封圈缝隙间流失，导致轴承因渴油而失效，最终使齿轮箱损坏。

(1)发明专利《矿用电传动重型汽车轮边减速器》(201110374210.3)：电动机壳与轮毂联接处有两个大型骨架密封圈，它们之间的空腔可以在外部通过润滑油嘴加油；

(2)发明专利《一种轮边减速箱》(201210279394.X)：采用一只骨架油封；

(3)发明专利《轮边减速器》(201510120706.6)：采用一只骨架油封；

(4)发明专利《一种电动轮矿用自卸车的轮边减速装置》(ZL201110207136.6)：骨架油封；

(5)康凯《斯太尔桥轮边油封漏油故障原因及处理方法》：当半轴油封失效时，主减速器润滑油会流入轮边减速器内，使轮边减速器油位升高冲坏油封造成漏油；

(6)刘晋现等《R6660罗利冈轮边减速器密封失效原因分析及改造》：半轴油封过早老化、磨损使半轴油封失效。(物探装备2007.9)；

(7)左晖《起重机驱动桥轮边减速器漏油原因分析及改进措施》：漏油原因是油封唇口偏磨，磨损严重造成漏油。(工程机械与维修20014.8)；

(8)李宏、杨建华《SX2190汽车轮边油封漏油原因及处理》：漏油原因是半轴油封过早老化、磨损使半轴油封失效。

(B)浮动油封不可采用的理由：

(1)浮动油封工艺难度大，浮动油封有以下问题：

①当温度不均匀或受力不一致时，直径大且细的浮动环会出现扭曲变形，即使很小变形，随着慢慢泄油、泥浆微细渗入密封层，磨损便开始直至密封失效；

②浮动油封自动补偿能力差，特别是橡胶圈开始老化或因周边水泥浆冻结时。

(2)中国煤炭太原研究院刘志更《浮动油封在大扭矩轮边减速器中的应用于研究》指出：

“大扭矩轮边减速器失效是因为浮动油封漏油。浮动油封漏油原因：密封面载荷不均匀使浮动油封烧坏；密封面硬度与粗糙度要求高的工艺难度大；密封面上有杂质；浮动油封经常曝露在灰渣、沙石、泥浆中工作，污染物会粘结在O形圈上使之老化失效；浮动油封承受压力小，连续运转时仅为0.24MPa。”(煤炭工业2014.10)；

(3)朱国勇等《推土机终传动浮动油封漏油故障解决》：2013年上半年浮动油封故障占到90％，故障表现都为外部可观察到的漏油，尤其以SD16湿地型推土机更为明显，其比例高达发生故障机型的95％。(建筑机械化2015-03)；

(4)发明《支架搬运车带制动器的轮边减速器》(ZL 200910075507.2)：设两处浮动油封：

(5)发明专利《一种梭车的轮边减速器》(ZL 201010290044.4)：设置一处浮动油封；

(6)发明《动密封装置及具有该装置的轮边减速器》(200910250155.X)：一处浮动油封。

(二)现在讨论轮边减速器中的轴承：

《滚动轴承应用手册》指出：“润滑不良是引起轴承早期破坏的主要原因”(891页)；

《密封深沟球轴承的密封技术》指出：“…轴承早期失效往往不是材质引起的疲劳破坏，而是污染物进入轴承后润滑脂质逐渐变坏，在滚动接触面上产生压痕所致。”(轴承2009.05)

(1)杨钟胜《电动轮自卸车轮边减速器齿轮常见失效形式和预防措施》指出：“在影响轴承失效的众多因素中，安装方面的原因占16％、污染方面的原因占16％，而属于润滑和疲劳方面的原因各占34％。在使用中有70％的轴承达不到使用寿命。”(汽车工艺与材料2009-01)

(2)专利《一种大型矿用汽车轮边减速器》(201420114845.9)：“由于作业环境恶劣，这些重型矿用汽车的轮边减速器内的齿轮油中铁金属颗粒的含量经常超标，致使齿轮啮合过程中，齿面上不能形成有效的油膜，进而导致齿轮齿面的胶合和擦伤，不仅大大提高了重型矿用汽车的维修成本，而且给生产造成了严重的影响。”

(3)B.Д.伊萨科夫博士论文《自卸汽车电动轮减速器状况的诊断》指出：

“据统计现有电动轮减速器故障间期为2～20万公里，故障间期波动很大。…

“联合公司于1984年建立了汽车可靠性的诊断机构，采用磁强计测定润滑油中的铁粉含量来判断电动轮减速器的技术状况。”

(4)《矿用减速器的破坏原因及处理方法》指出：“轴承是减速器中常用的零件，非常容易损坏的。引起损坏的最主要的原因是润滑油中混入铁粉杂质含量较高。”(煤矿机械2002.07)

(5)丁守祥《重载齿轮齿面疲劳损坏及预防》指出：

“承载轮齿表面各处承受着不同形式的应力作用，齿面和皮下金属可能产生微小裂纹形成疲劳源，随之应力循环次数增加，裂纹将不断扩展以致相互连接起来形成小块金属脱落，齿面出现点蚀剥落，齿轮齿面产生疲劳损坏。”(兵器材料科学与工程2002.01)

【发明内容】本发明提供的两级行星轮边减速器，是针对现有轮边减速器密封不可靠及污染物进入轴承的不足而作出的改进，从而提高轮边减速器使用寿命，减少车辆维修费用。

【技术方案】为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

固定架外圆装有耐磨圈，轮毂内有齿形密封座，齿形密封座内有齿形密封，齿形密封与第四耐磨圈之间形成密封面。

进一步，齿形密封之前设有一只防尘密封，防尘密封置于防尘密封座内，防尘密封与第四耐磨圈形成密封面，防尘密封座连接在轮毂端面；

进一步，固定架内孔与设在第二太阳轮轴颈上的第三耐磨圈之间有第三密封；

进一步，第二内齿圈与第一轴承间有第一密封，第一密封装在轮毂内孔，第一密封与连接在固定架外圆上的第二耐磨圈之间形成密封面；

进一步，第二内齿圈与第二轴承之间有装在密封座内的第二密封，第二密封与设在连接盘11外圆的第一耐磨圈之间形成密封面；

进一步，第一行星轮用第一密封轴承支承在第一星轮轴上；

进一步，行星架两侧用第三、第四密封轴承1分别支承在大端盖与小端盖内孔；

更进一步，第二行星轮用第二密封轴承支承在第二行星轮轴上；

第一、第二及第三耐磨圈的表面硬度Rc≥55、表面粗糙度Ra＝0.2～0.8μm。

第一轴承与第二轴承的两侧设置第一密封与第二密封的功能是，行星部件用齿轮油润滑，第一、二轴承用脂润滑，混入齿轮油中的铁粉不会进入轴承内。

脂润滑轴承的理论依据：

①埃斯曼《滚动轴承设设计与应用手册》221页：“当结构紧凑时，最好使用装有两面密封的向心球轴承。装有两面密封圈的向心球轴承已装入足够轴承整个使用期限的润滑脂。”

②卜炎《实用轴承技术手册》95页：“在那些结构紧凑、轴向尺寸要求小、密封要求严格、维护补油困难，不便采用附加密封装置的地方，可以优先选用密封轴承。”

③刘泽九《滚动轴承应用手册》593页：“密封轴承既可以有一个良好密封润滑环境，同时也省去复杂的润滑系统。所以在结构紧凑、密封要求严格部位，均建议使用密封轴承。”

【有益效果】比照现有技术，本发明具有下述有益技术效果：

(1)齿形密封耐压、耐低温及许用线速度均优于骨架油封与浮动油封；

(2)齿形密封磨损自动补偿的，使减速器内很长时间内不漏油处于良好润滑状态；

(3)轴承用脂润滑，而行星部件用齿轮油润滑，因而轴承润滑脂不被污染，使轴承长时间可靠运转，噪声低，大大提高了减速器的使用寿命长。

【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1.一种两级行星轮边减速器，包括电机1、轮毂3及第一、二级行星部件，所述第一级行星部件包括输入轴33轴伸上的第一太阳轮31、行星架32、第一行星轮25、第一星轮轴27、紧固在大端盖12内的第一内齿圈24，所述第二行星部件包括与第一行星架32连接的第二太阳轮14、紧固在车架上的固定架2、第二行星轮17、第二星轮轴16、紧固在轮毂3内的第二内齿圈7，第二星轮轴16两端分别紧固在固定架2与连接盘13上，固定架2与连接盘13用第一、第二轴承4、10分别支承在轮毂3内孔的两侧，轮毂3端面连接大端盖12，大端盖12端面连接小端盖28，小端盖28端面连接圆盖板30，圆盖板30上有呼吸器，其特征在于：所述固定架2外圆装有耐磨圈，所述轮毂3内有齿形密封座21，齿形密封座21内有齿形密封20，所述齿形密封20与第四耐磨圈之间形成密封面，防止泥浆等进入行星传动齿轮。

齿形密封全称是齿形滑环式组合密封，由薄唇齿形滑环与O型圈组成。齿形密封的滑环齿尖与旋转面的接触近于线接触，可大大减少高速旋转产生的摩擦热。滑环薄唇刚性小，O型圈使滑环薄唇束紧于滑动面，但接触面有一层很薄油膜(0.001mm～0.0025mm)，因而只起润滑作用，而不至被刮出成滴(泄漏)，O型圈的弹力使线接触密封面磨损得以自动补偿。齿形密封的使用条件为：工作压力0～40Mpa、工作温度-55～250℃、v＝10m/s，工作介质：油、水等等，使用寿命为普通骨架油封十几至二十几倍。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：齿形密封20之前设有一只防尘密封23，所述防尘密封23置于防尘密封座22内，所述防尘密封23与第四耐磨圈形成密封面，所述防尘密封座22连接在轮毂3端面，防尘密封用来保护齿形密封粘上泥浆等污物。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：第四耐磨圈的表面硬度Rc≥55、表面粗糙度Ra＝0.2～0.8μm，使密封更可靠。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：固定架2内孔与设在第二太阳轮14轴颈上的第三耐磨圈18之间有一只第三密封19，防止漏油。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：所述第二内齿圈7与第一轴承4间有第一密封5，所述第一密封5装在轮毂3内孔，第一密封5与连接在固定架2外圆上的第二耐磨圈6之间形成密封面，防止混入铁粉的齿轮油污染第一轴承4。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：所述第二内齿圈7与第二轴承10之间有装在密封座内的第二密封8，所述第二密封8与设在连接盘11外圆的第一耐磨圈9之间形成密封面。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：所述第一行星轮25用第一密封轴承26支承在第一星轮轴27上，防止混入铁粉的齿轮油污染轴承。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：行星架32两侧用第三、第四密封轴承11、29分别支承在大端盖12与小端盖28内孔。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：所述第二行星轮17用第二密封轴承15支承在第二星轮轴16上，防止混入铁粉的齿轮油污染轴承。

所述密封轴承为接触式径向密封轴承，如RK、或RS、或HMS(A)、或MHS(A)型。

所述两级行星轮边减速器的特征在于：所述第一、第二及第三耐磨圈9、6及18的表面硬度Rc≥55、表面粗糙度Ra＝0.2～0.8μm。

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 (10)

1.一种两级行星轮边减速器，包括电机(1)、轮毂(3)及第一、二级行星部件，所述第一级行星部件包括输入轴(33)轴伸上的第一太阳轮(31)、行星架(32)、第一行星轮(25)、第一星轮轴(27)、紧固在大端盖(12)内孔的第一内齿圈(24)，所述第二行星部件包括与第一行星架(32)连接的第二太阳轮(14)、紧固在车架上的固定架(2)、第二行星轮(17)、第二星轮轴(16)、紧固在轮毂(3)内的第二内齿圈(7)，第二星轮轴(16)两端分别紧固在固定架(2)与连接盘(13)上，固定架(2)与连接盘(13)用第一、第二轴承(4、10)分别支承在轮毂(3)内孔的两侧，轮毂(3)端面连接大端盖(12)，大端盖(12)端面连接小端盖(28)，小端盖(28)端面连接圆盖板(30)，圆盖板(30)上有呼吸器，其特征在于：

所述固定行星架(2)外圆装有耐磨圈，所述轮毂(3)内孔有齿形密封座(21)，齿形密封座(21)内有齿形密封(20)，所述齿形密封(20)与第四耐磨圈之间形成密封面。

2.根据权利要求1所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：齿形密封(20)之前设有一只防尘密封(23)，所述防尘密封(23)置于防尘密封座(22)内，所述防尘密封(23)与第四耐磨圈形成密封面，所述防尘密封座(22)连接在轮毂(3)端面。

3.根据权利要求1或2所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：第四耐磨圈的表面硬度Rc≥55、表面粗糙度Ra＝0.2～0.8μm。

4.根据权利要求3所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：固定架(2)内孔与设在第二太阳轮(14)轴颈上的第三耐磨圈(18)之间有一只第三密封(19)。

5.根据权利要求4所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：所述第二内齿圈(7)与第一轴承(4)间有第一密封(5)，所述第一密封(5)装在轮毂(3)内孔，第一密封(5)与连接在固定架(2)外圆上的第二耐磨圈(6)之间形成密封面。

6.根据权利要求5所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：所述第二内齿圈(7)与第二轴承(10)之间有装在密封座内的第二密封(8)，所述第二密封(8)与设在连接盘(11)外圆的第一耐磨圈(9)之间形成密封面。

7.根据权利要求6所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：所述第一行星轮(25)用第一密封轴承(26)支承在第一星轮轴(27)上。

8.根据权利要求7所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：行星架(32)两侧用第三、第四密封轴承(11、29)分别支承在大端盖(12)与小端盖(28)内孔。

9.根据权利要求8所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：所述第二行星轮(17)用第二密封轴承(15)支承在第二星轮轴(16)上。

10.根据权利要求4或5或6所述的两级行星轮边减速器，其特征在于：所述第一、第二及第三耐磨圈(9、6及18)的表面硬度Rc≥55、表面粗糙度Ra＝0.2～0.8μm。