4.5 兩級(jí)三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)兩級(jí)三環(huán)傳動(dòng)的基本參數(shù)以及所要求的傳遞功率，對(duì)兩級(jí)三環(huán)減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。表4-5所示為兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
表4-5 三環(huán)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)表
| 名稱 |
特性 |
| 偏心套外圓直徑 |
Ф40mm |
| 偏心套偏心距 |
4.18mm |
| 偏心軸支承軸承型號(hào) |
左端NU205/P5，右端NU205/P5 |
| 輸出軸支承軸承型號(hào) |
左端6211，右端6211 |
| 環(huán)板轉(zhuǎn)臂軸承型號(hào) |
NU209/P6211 |
| 兩側(cè)環(huán)板浮動(dòng)環(huán)內(nèi)徑、外徑、厚度 |
Ф內(nèi)40mm、Ф外45mm、19mm |
| 中間環(huán)板浮動(dòng)環(huán)內(nèi)徑、外徑、厚度 |
Ф內(nèi)40mm、Ф外45mm、38mm |
| 箱體結(jié)構(gòu) |
焊接、剖分式 |
| 密封形式 |
骨架密封圈和O型密封圈密封 |
| 潤(rùn)滑方式 |
油池潤(rùn)滑 |
根據(jù)兩級(jí)三環(huán)減速器的基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)的兩級(jí)三環(huán)減速器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。
4.6兩級(jí)三環(huán)減速器的均載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
浮環(huán)是油膜浮動(dòng)均載裝置的關(guān)鍵件之一，工作時(shí)它既要承受較大的載荷，又要具有一定的抗磨和抗蝕性。同時(shí)還應(yīng)具有良好的切削加工性能。筆者設(shè)計(jì)的在曲柄軸偏心套與轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)圈之間加一能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬浮動(dòng)環(huán)的方案，工作時(shí)，轉(zhuǎn)臂軸承與浮環(huán)之間、浮環(huán)與偏心套之間各形成一層油膜，共有兩層共轉(zhuǎn)滑動(dòng)軸承油膜。下面以中間環(huán)板轉(zhuǎn)臂軸承處的油膜浮動(dòng)均載裝置為例對(duì)兩層油膜的均載裝置的油膜間隙進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。樣機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4-2和 4-3。下面根據(jù)第二章的受力分析和第三章的油膜浮動(dòng)均載的有關(guān)公式對(duì)油膜浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)形成的雙層厚油膜進(jìn)行設(shè)計(jì)。內(nèi)層油膜的設(shè)計(jì)見(jiàn)表4-6。
表4-6 內(nèi)層油膜間隙的設(shè)計(jì)計(jì)算
由以上的計(jì)算可知，所選參數(shù)滿足要求，故，公差選擇合適。
由于內(nèi)外兩層油膜承受的載荷相等，根據(jù)第三章的有關(guān)公式可得可得外層油膜的有關(guān)計(jì)算如表4-7所示。
表4-7 外層油膜間隙的設(shè)計(jì)計(jì)算
| 計(jì)算內(nèi)容 |
符號(hào) |
計(jì)算公式 |
計(jì)算結(jié)果 |
單位 |
| 半徑間隙 |
c′ |
 |
59.1 |
μm |
| 相對(duì)間隙 |
ψ′ |
 |
0.002625 |
μm |
| 最小油膜厚度 |
hmin |
hmin=r′ψ′（1-ε） |
23.03 |
μm |
| 軸承內(nèi)表面粗糙度 |
RZ1 |
已知 |
1.6 |
μm |
| 浮環(huán)外表面粗糙度 |
RZ2 |
已知 |
1.6 |
μm |
| 安全度 |
S |
 |
7.2＞2 |
|
| 配合公差 |
|
|
F6/d7 |
|
| 軸承內(nèi)徑 |
|
|
 |
mm |
| 浮環(huán)外徑 |
|
|
 |
mm |
| 最大半徑間隙 |
cmax |
|
0.073 |
mm |
| 最大相對(duì)間隙 |
ψmax |
|
0.00324 |
|
| 最大承載量系數(shù) |
CPmax |
|
3.74 |
|
| 最小半徑間隙 |
cmin |
|
0.0525 |
mm |
| 最小相對(duì)間隙 |
ψmin |
|
0.00233 |
|
| 最小承載量系數(shù) |
CPmin |
|
1.94 |
|
| 偏心率 |
ε1 |
由CPmax和b/D=0.95查表 |
0.815 |
|
| 最小油膜厚度 |
hmin1 |
hmin1=r1·ψmax(1-ε1) |
13.5＞6.4 |
μm |
| 偏心率 |
ε2 |
由CPmax和b/D=0.95查表 |
0.72 |
|
| 最小油膜厚度 |
hmin2 |
hmin2=r1·ψmax(1-ε2) |
14.7＞6.4 |
μm |
由于滿足設(shè)計(jì)要求，由此可知，公差選擇合適。
由公式（3-20）和（3-21）計(jì)算兩層油膜的浮動(dòng)量：
油膜浮動(dòng)量與其它彈性件浮動(dòng)量一起，便能夠滿足樣機(jī)對(duì)浮動(dòng)的要求。
樣機(jī)的振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，油膜浮動(dòng)兩級(jí)三環(huán)減速器的振動(dòng)較小，均載效果較好，此表明，筆者設(shè)計(jì)的油膜浮動(dòng)均載裝置的參數(shù)是合理的。
4.7 兩級(jí)三環(huán)減速器的傳動(dòng)效率計(jì)算
傳動(dòng)效率η是評(píng)價(jià)機(jī)器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和它的結(jié)構(gòu)型式、工作表面狀態(tài)、摩擦阻力的類(lèi)型、潤(rùn)滑劑的性能以及制造安裝精度和工作條件等有關(guān)。其實(shí)際值應(yīng)由實(shí)測(cè)確定，進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算時(shí)，其傳動(dòng)效率采用理論估算值。
式中 Wr——輸出功；
Wd——輸入功；
Wf——損耗功。
本文研究的三環(huán)減速機(jī)是由一級(jí)同步帶傳動(dòng)和二級(jí)三環(huán)少齒差傳動(dòng)組成，它的效率η由一級(jí)傳動(dòng)效率和二級(jí)傳動(dòng)效率串聯(lián)而成，即
η=η1·η2 （4-5）
一級(jí)同步帶傳動(dòng)效率概略計(jì)算取η1=0.99。
二級(jí)少齒差傳動(dòng)的機(jī)械效率η2的確定有兩種文法：理論計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試法，其中，以實(shí)測(cè)值作為評(píng)價(jià)依據(jù)。盡管理論計(jì)算值不可能與實(shí)測(cè)值相同，但在設(shè)計(jì)時(shí)首先要進(jìn)行理論計(jì)算。
對(duì)于少齒差行星傳動(dòng)的總效率η2，可以認(rèn)為主要由四部分串聯(lián)而成，即
η2=ηeηbηwηM （4-6）
式中 ηe——行星機(jī)構(gòu)的嚙合效率；
ηb——轉(zhuǎn)臂軸承的效率；
ηw——輸出機(jī)構(gòu)的效率；
ηM——液力損失的效率。
由上式可見(jiàn)，少齒差行星傳動(dòng)的總效率是考慮到輪齒嚙合損失、軸承摩擦損失、輸出機(jī)構(gòu)傳動(dòng)損失和液力損失的效率。
三環(huán)減速機(jī)傳動(dòng)是一種新型的三相并列少齒差行星傳動(dòng)，沒(méi)有輸出機(jī)構(gòu)，它的每一相傳動(dòng)效率η2參考少齒差傳動(dòng)計(jì)算如下：
η2=ηeηbηM （4-7）
行星機(jī)構(gòu)的嚙合效率ηe:
式中 ηH——轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的嚙合效率。
三環(huán)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)為定軸少齒差內(nèi)齒輪副，對(duì)于本文研究的三環(huán)減速機(jī)，因a′＞aa1，節(jié)點(diǎn)P在嚙合線B1B2外，故轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的效率計(jì)算如下：
式中 fg——嚙合過(guò)程中齒面的摩擦系數(shù)，一般取fg=0.05～0.10。
對(duì)于本文的三環(huán)減速機(jī)，各項(xiàng)數(shù)值代入上式得：ηe=0.97。
轉(zhuǎn)臂軸承的效率ηb:
式中 TB——摩擦力矩；
TH——轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)矩。
概略計(jì)算時(shí)可近似地取ηb=0.98～0.995。
液力損失的效率ηM：
式中 P——傳動(dòng)功率，kW；
v——齒輪的圓周速度，m/s；
b——浸入潤(rùn)滑油中的齒輪寬度，mm；
U——潤(rùn)滑油在工作溫度時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度，cSt；
Z∑——嚙合齒輪副的齒數(shù)和。
選取上述參數(shù)，計(jì)算得ηM=0.95。
綜上所述，兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)的總效率：
η=η1η2=η1ηeηbηM=0.99×0.97×0.99×0.95=90.3%
4.8 本章小結(jié)
本章在完全平衡雙軸輸入式三環(huán)減速器受力分析、誤差分析以及流體動(dòng)力潤(rùn)滑分析的基礎(chǔ)上，提出了完全平衡兩級(jí)三環(huán)減速器的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)、制造及安裝中的諸多問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。
提出了以同步齒形帶傳動(dòng)作為新型三環(huán)減速器的一級(jí)傳動(dòng)方案，并完成了一級(jí)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。
提出了以完全平衡的三環(huán)傳動(dòng)作為新型減速器的二級(jí)傳動(dòng)方案，并完成了二級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
依據(jù)有關(guān)理論，討論了新型兩級(jí)三環(huán)減速器的傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率和制造以及安裝調(diào)試等有關(guān)問(wèn)題。
依據(jù)流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論和機(jī)械學(xué)理論，設(shè)計(jì)出了新型減速器樣機(jī)的雙層厚油膜浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)。
通過(guò)對(duì)新型兩級(jí)三環(huán)減速器的分析，可得出新型兩級(jí)三環(huán)減速器有著使用壽命長(zhǎng)，各環(huán)板單位齒寬上作用的載荷均勻，承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。
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