如何提升擺線針輪減速機(jī)承載能力

發(fā)布時(shí)間：2017-10-05 22:37:00 點(diǎn)擊：

泰興減速機(jī)：對(duì)目前國(guó)內(nèi)外

擺線針輪減速機(jī)

市場(chǎng)和減速機(jī)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)帶均載機(jī)構(gòu)的行星擺線針輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)、受力、均載理論進(jìn)行了分析;并提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造與實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了提升承載能力的可靠性,證實(shí)了采用該方法的有效性與實(shí)用性。

近年來(lái),由于硬齒面齒輪減速機(jī)的迅猛發(fā)展,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。減速機(jī)的發(fā)展方向是:“六高、三化、二低”,即:高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高傳動(dòng)效率;標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、小型化;低噪聲、低成本。如何在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上提升

擺線針輪減速機(jī)

的承載能力,值得進(jìn)一步探討。

通過(guò)對(duì)比中外大量的減速機(jī)產(chǎn)品及設(shè)計(jì)理論,發(fā)現(xiàn)國(guó)外的減速機(jī)更注重在基礎(chǔ)工藝、加工及材質(zhì)方面做更深入的研究與改進(jìn),如硬齒面技術(shù)等,而產(chǎn)品大部分卻采用最傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加以高水平的模塊化設(shè)計(jì)與嚴(yán)格、成熟的企業(yè)管理,憑借先進(jìn)的齒輪設(shè)計(jì)與制造技術(shù)及穩(wěn)定的材料性能組合成高品質(zhì)的產(chǎn)品牢牢地占領(lǐng)著我國(guó)減速機(jī)的高端市場(chǎng),如ＳＥＷ,ＦＬＥＮＤＥＲ等著名公司。國(guó)內(nèi)的大部分減速機(jī)企業(yè)只是仿造,在品質(zhì)上很難超越。但在中低端市場(chǎng),這些企業(yè)卻憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì),具有很好的市場(chǎng)占有率。此外,國(guó)內(nèi)也有一些產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的減速機(jī)廠家生產(chǎn)的新產(chǎn)品,如星輪減速機(jī)、ＲＶ減速機(jī)、三環(huán)減速機(jī)等,雖然在提升減速機(jī)承載能力上各有所長(zhǎng),但都存在一個(gè)共同的弱點(diǎn),即過(guò)于注重理論和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新而導(dǎo)致工藝性復(fù)雜、加工困難,缺乏良好的性價(jià)比和最佳選用性,有些產(chǎn)品甚至存在理論上的先天不足,產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)不是非常突出。這也是這些產(chǎn)品形式雖然新穎卻長(zhǎng)期不能被市場(chǎng)廣泛認(rèn)同,得不到較大發(fā)展和推廣的主要原因。目前發(fā)現(xiàn)大部分“發(fā)

明”均處在理論研究層面,缺乏可操作性。目前國(guó)內(nèi)有些中小型企業(yè)處于產(chǎn)品品牌、質(zhì)量、價(jià)格的市場(chǎng)中間位置,企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力大大降低。它的前提是在明顯提升產(chǎn)品性能的同時(shí),盡量不打亂現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、盡量減少現(xiàn)有零件的變動(dòng)、盡量保持現(xiàn)有主打產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)以節(jié)約成本。這就需要從現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中尋找不足。首先是在現(xiàn)有理論上進(jìn)行了分析、提出傳統(tǒng)

擺線針輪減速機(jī)

采用的孔銷式Ｗ機(jī)構(gòu),由于其柱銷為懸臂結(jié)構(gòu),造成左右擺線輪傳遞功率嚴(yán)重不均衡,導(dǎo)致減速機(jī)效率較低,并極大限制了輸出轉(zhuǎn)矩的提高的論點(diǎn)。在文獻(xiàn)[1]中,根據(jù)柱銷的懸臂結(jié)構(gòu),從左右柱銷受力變形和變形協(xié)調(diào)條件出發(fā),全部導(dǎo)出并建立了各柱銷受力、左右擺線輪傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法,并計(jì)算出了傳遞轉(zhuǎn)矩不均衡的準(zhǔn)確值。

1　均載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析

1.1　均載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

均載機(jī)構(gòu)(如圖1所示)是在傳統(tǒng)孔銷式Ｗ機(jī)構(gòu)的右側(cè)加了一均載環(huán)而構(gòu)成的。均載環(huán)上環(huán)形布置的孔與柱銷右端的軸臺(tái)一一對(duì)應(yīng),緊密配合,將全部柱銷連接成整體。因此理論上均載環(huán)將與輸出軸做同步剛體平面運(yùn)動(dòng)。

圖2為(從輸入軸端看)左右擺線輪對(duì)柱銷傳動(dòng)原理圖[2]。圖中,當(dāng)擺線輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí),Ｗ機(jī)構(gòu)在反時(shí)針?lè)较蜃饔糜跀[線輪上一個(gè)阻力矩Ｍａ,此時(shí),左擺線輪在ｙ軸右邊及右擺線輪在ｙ軸左邊的柱銷孔與柱銷(套)有離開(kāi)的趨勢(shì),所以在它們之間沒(méi)有作用力存在;左擺線輪在ｙ軸左邊及右擺線輪在ｙ軸右邊的柱銷孔與柱銷(套)間有作用力和反作用力存在。左擺線輪的柱銷孔作用于ｉ位置柱銷的力Ｑｉ必然是接觸點(diǎn)的法線方向,即ｙ向。在僅考慮傳動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí),各柱銷變形相當(dāng)于輸出軸相對(duì)于擺線輪產(chǎn)生了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了一個(gè)微小的Δλ的角位移(此時(shí)不考慮均載環(huán)作用),其ｙ向變形Ｓｙｉ最大值在αｉ=90°時(shí),即水平位值,為Ｒｗ·Δλ(Ｒｗ為柱銷中心分布圓半徑)。并有:

上式即處于不同位置各柱銷在ｙ向的變形協(xié)調(diào)條件?？梢?jiàn)處于水平位置的柱銷ｙ向變形最大,因此受力也最大。

同理,當(dāng)柱銷處于ｙ軸上,即αｉ=180°時(shí),其變形的ｙ向分量將等于0,即不受垂直方向的力,因此不傳動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩。

由此可見(jiàn),均載環(huán)的作用就是將各柱銷相對(duì)固定,其在ｘ,ｙ向的剛度將產(chǎn)生反作用力于柱銷端點(diǎn)3(見(jiàn)表1),通過(guò)均載環(huán),使受力較小的柱銷幫助受力較大(變形也應(yīng)較大)的柱銷減小變形,使端點(diǎn)3起到支承作用,因此受力趨于均衡。這就是均載環(huán)起到均載作用的理論基礎(chǔ)。

但是由于結(jié)構(gòu)中每一柱銷已不是懸臂梁結(jié)構(gòu),使求解的未知數(shù)大大增加,計(jì)算將極為復(fù)雜;另一方面,由于制造和裝配誤差不可忽視的影響,將使理論計(jì)算與實(shí)際產(chǎn)生較大誤差,因此,文中僅做理論分析,探討求解方法。

1.2　均載環(huán)作用下各柱銷受力分析

1.2.1　各柱銷端點(diǎn)的位移

由于均載環(huán)相對(duì)于輸出軸并不是剛性結(jié)構(gòu),因此在輸出軸負(fù)載作用下,由于柱銷傳力變形,各柱銷右端點(diǎn)3也將產(chǎn)生相應(yīng)撓度。處于不同αｉ角的柱銷受力大小不同,因此均載環(huán)(假設(shè)為剛體,由于兩端面受約束,因此僅做剛體平面位移)相對(duì)于擺線輪將產(chǎn)生相對(duì)位移。均載環(huán)中心點(diǎn)理論上將有3個(gè)位移分量:Δｘ,Δｙ,Δα(設(shè)為順時(shí)針)。由于均載環(huán)強(qiáng)制使各柱銷右端變形后仍在均載環(huán)的相應(yīng)配合孔內(nèi),因此各柱銷端點(diǎn)的Ｊｘｉ,Ｊｙｉ必然是該3個(gè)位移分量的函數(shù)。對(duì)第ｉ個(gè)柱銷,端點(diǎn)位移為:

由于柱銷在端點(diǎn)3受均載環(huán)的強(qiáng)制變形,必然在該點(diǎn)上對(duì)柱銷產(chǎn)生ＱＬｘｉ,ＱＬｙｉ的作用力。

1.2.2　各柱銷受力和變形

文獻(xiàn)[1]中的圖2和圖3是為簡(jiǎn)化分析計(jì)算和建立通用計(jì)算模型,在此取柱銷數(shù)為8;由于柱銷剪切變形均小一數(shù)量級(jí),故本計(jì)算僅考慮彎曲變形。表1為計(jì)算圖,分析步驟如下:

(1)首先在柱銷的懸臂梁上1,2,3點(diǎn)分別作用一單位力,求出其在1,2,3點(diǎn)上的變形量。這由材料力學(xué)可直接導(dǎo)出:

λｉｊ的力學(xué)意義為:在ｉ點(diǎn)作用一單位力是在ｊ點(diǎn)引起的變形量。

(2)順序求出各梁在圖示載荷作用下,在1,2,3點(diǎn)的ｙ向總變形ｆ1,ｆ2,ｆ3和ｘ向變形ｆ3ｘ。

因?yàn)樵趶椥粤W(xué)范圍內(nèi),載荷對(duì)任一點(diǎn)引起的變形與該載荷成比例;各載荷對(duì)同一點(diǎn)引起的總變形也可疊加。故根據(jù)每一柱銷的圖形,即可方便地寫(xiě)出在各點(diǎn)的變形方程(見(jiàn)表1)。

(3)找出與全部未知載荷數(shù)量相等的變形協(xié)調(diào)條件,以便聯(lián)立求解。

該算例的8個(gè)柱銷共有29個(gè)未知載荷,因此需要29個(gè)獨(dú)立的變形協(xié)調(diào)條件。因?yàn)楦髦N變形受左右擺線輪和均載環(huán)約束;同時(shí)通過(guò)全部柱銷的受力形成輸出轉(zhuǎn)矩,故其變形協(xié)調(diào)條件并不難求出,其中:左右擺線輪對(duì)柱銷1～5在ｙ向有ｆ1=ｆ2,故可得到5個(gè)方程左右擺線輪約束的對(duì)稱性,使處于對(duì)稱位置(如2與8;3與7;4與6;)的左柱銷和右柱銷在2點(diǎn)的ｙ向變形相等,因此可得到3個(gè)方程。

柱銷1～5各ｙ向變形由式(2)可得到4個(gè)方程。

各柱銷右端,即第3點(diǎn)在,ｘ,ｙ向受均載環(huán)約束,即式(3)和式(4),可得到16個(gè)方程。注意:這些方程中都有均載環(huán)中心點(diǎn)的3個(gè)未知數(shù),它們可用任選柱銷變形的3個(gè)分量方程代入(例如:Ｊｙ2,Ｊｙ8,Ｊｘ5)即可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)力的函數(shù)。

最后一個(gè)變形協(xié)調(diào)條件可由Ｑ1～Ｑ13形成的力矩等于減速機(jī)輸出力矩得到。

通過(guò)以上步驟,將得到29個(gè)方程。全部方程均為Ｑ1～Ｑ29的線性方程,可用矩陣表示為:

矩陣中各系數(shù)ａｉｊ和Ｋｉ均為結(jié)構(gòu)尺寸Ｌ1,Ｌ2,Ｌ3和柱銷直徑ｄ,銷孔分布圓半徑Ｒｗ,以及減速機(jī)輸入功率Ｎ,轉(zhuǎn)速ｎ,和速比ｉ的函數(shù),均為已知,因此可以求解。

求解的方法分為兩步:(1)消元,將矩陣消元為上三角矩陣;然后迭代:將Ｑ29代回ｉ=28行求出,然后再代入上一行求Ｑ27,如此繼續(xù)可將全部載荷求出。這一過(guò)程工作量太大不可能用手工完成,必須使用計(jì)算機(jī)程序求解。

2　均載機(jī)構(gòu)對(duì)提升

擺線針輪減速機(jī)

承載能力的實(shí)際效果

經(jīng)過(guò)大量的加載試驗(yàn),以及大批用戶對(duì)該產(chǎn)品的實(shí)際使用,證明帶均載環(huán)結(jié)構(gòu)的

擺線針輪減速機(jī)

可提升承載能力20%以上、降低溫升20%以上。對(duì)提升擺線針輪減速機(jī)的承載能力有明顯的效果,是一個(gè)成功的改進(jìn)。所以在提升擺線針輪減速機(jī)的承載能力的解決方法中力推均載機(jī)構(gòu),并非認(rèn)為它是最好的方案,而是認(rèn)為它是目前最適合現(xiàn)有擺線針輪減速機(jī)產(chǎn)品的方案。該結(jié)構(gòu)的實(shí)用性是:工藝性、經(jīng)濟(jì)性好,僅對(duì)減速機(jī)的輸入法蘭盤(pán)、銷軸、輸出軸等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單改動(dòng)以騰出均載環(huán)的安放空間,未牽扯其標(biāo)準(zhǔn)木型、鑄件的改動(dòng)。成本增加極少,減速機(jī)的外形及安裝尺寸絲毫未變,卻能明顯地提升承載能力。達(dá)到了企業(yè)對(duì)老產(chǎn)品升級(jí)改造的初衷與要求。

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