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行星减速机损坏原因及改进措施

发表时间: 2021-12-21 09:48:13

作者: 浙江塞纳德动力科技有限公司

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行星减速机损坏原因及改进措施

1 行星减速机安装结构

行星减速机具有减速比大、扭矩大、相对体积小、安装方便等优点,广泛应用于直线拉丝机(尤其是大型直线拉丝机)。大多数直线拉丝机都是立式拉丝机,拉丝滚筒的轴线是垂直的。因此,当行星减速机用于直线拉丝机的主传动系统时,大多是垂直安装的。减速器的输入轴通过皮带轮输入运动,经过1 ~ 2级行星减速机结构减速后,运动从输出轴传递到滚筒,减速器的中间法兰与拉丝机工作台以一定方式固定连接。它的安装图如图1所示。行星架支撑轴承损坏、输入轴支撑轴承损坏和太阳轮支撑定位故障约占行星减速机异常损坏的80%。作者分析了主要损坏因素,并提出了改进措施。

减速器损坏因素分析

2.1行星架支撑轴承损坏。

2.1.1轴向载荷来源

行星减速机用于立式直线拉丝机时,行星架的支承轴承要承受较大的轴向载荷,主要来自:(1)与一级行星架连接的卷筒及其附件的质量;(2)行星架和行星轮本身的质量;(3)不同条件下钢丝对卷筒施加的轴向力;(4)卷筒上收集的钢丝质量;(5)装配时的轴向静压或冲击力。

2.1.2轴向和径向载荷比

在使用的拉丝机中,主行星架的轴向载荷和径向载荷的比较如表1所示。在表1中,轴向载荷只考虑卷筒和附件的质量,径向载荷只考虑径向拉力。

2.1.3圆柱滚子轴承轴向承载能力分析

一般,行星减速机行星架轴承基本采用圆柱滚子轴承。图2是某品牌行星减速机的行星架支撑结构图。行星架的每一级都由圆柱滚子轴承支撑。在垂直安装中,轴向和径向载荷的比率如表1所示。设计者打算增加圆柱滚子轴承的类型,并通过使用径向尺寸紧凑的径向滑动轴承为外围圆柱滚子轴承腾出空间。但是在实际使用中,这个地方先被损坏了,整个减速器因为这里的定位失效而报废了。

副行星承受主行星通过中心太阳轮传递的部分轴向力,以及自身行星架及其行星轮产生的轴向力。由于副行星使用的轴承比主行星使用的轴承更轻更小,额定承载能力有限,也是容易损坏的零件。

2.2输入轴承损坏

在减速器的输入端,输入轴与皮带轮连接。除了滑轮质量是轴向力的来源外,另一个来源是在直线拉丝机中,由于滚筒以一定角度倾斜,两个滑轮的高度和角度不能完全调整到相同,导致滑轮传动中轴向力较大。当这个力向下时,它将与滑轮的质量叠加,形成更大的向下轴向力。

图3显示了品牌行星箱的输入结构。使用不到半年,减速机输入端轴承相继损坏。由于两套轴承都是轴向承载能力差的轴承,所以改为图4的结构。增加了圆锥滚子轴承,增加了新的油孔,使轴承得到充分润滑,提高了轴承的轴向支撑能力和润滑条件。它们已经使用了5年,输入端没有损坏。

2.3太阳齿轮支架定位故障

对于立式行星减速机,中心太阳轮的轴向力大于卧式减速器,主要来自行星架。在使用中,太阳轮支架多次定位失效,导致零件位移、齿轮失效、异常磨损、零件破损;如果先磨损或损坏上部零件,磨损碎屑和碎片可能会直接损坏下部零件,甚至导致整机在短时间内报废。图5、图6和图7是常见的支撑形式。

从设计结构来看,每个厂家都有不同的设计理念。图2和图6重点解决轴向力的问题,其他主要解决径向定位和轴向力的问题。图5中结构的轴向和径向得到了很好的考虑。

从使用情况来看,图2的支撑形式使用8a没有损坏。这种类型的支架轴向承载能力强,径向定位主要基于下太阳轮轴与行星架中孔之间的花键定位,相对稳定。

图6支撑形式的失效出现最早也最频繁,一般是球头损坏磨损,其中磨损形式为粘着磨损,完全粘在一起。究其原因,一是其刚性和强度相对较低,易受力变形损坏;二是接触面积相对较小,散热性差。在承受较大轴向力的前提下,高速旋转(第二行星太阳轮转速为600 ~ 1200 r/min)易产生高温,导致材料表面强度和硬度降低,润滑油膜破坏。金属的磨损量与接触压力和摩擦距离成正比(转速高时一定时间内摩擦距离较长),与材料的硬度成反比。磨损量也与材料突出部分的尖端形状有关[2]。图6中针尖形状尖锐,单位面积应力大,散热差,所以磨损快。

摩擦副材料的硬度对磨损起着决定性的作用,尤其是相互接触的两个摩擦副之间的硬度差[3]。因此将图6的形式改为图8,镶嵌在太阳轮体中的轴承钢淬火硬度可达60 ~ 60~66HRC,表面粗糙度容易提高(Ra在0.8以上),消除了硬度差,保证了材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性,满足滑动轴承的材料要求[4]这种结构非常牢固,适当扩大了接触面积,有效降低了温升,使用7年也没有损坏。

图7支撑形式也已损坏。这种方法采用径向定位,更适合水平安装。但在立式拉丝机中使用时,行星架传递的轴向力比较大,在轻承载的情况下,承受轴向载荷的能力很弱,容易损坏。

图9为改进后的支撑结构:选用圆锥滚子轴承,其径向和单向轴向承载能力都很好[5]。多对轴承的统计对比:同尺寸圆锥滚子轴承的基本额定静载荷约为深沟球轴承的3 ~ 5倍,基本额定动载荷为深沟球轴承的1.5 ~ 2.5倍;深沟球轴承在任意方向的轴向载荷可达未用许用径向载荷的70%,圆锥滚子轴承在一个方向的轴向载荷可达未用许用径向载荷的70%[6]。采用图9的形式,原结构在径向和轴向的承载能力提高了1.5 ~ 2.5倍,效果比较好,使用7年也没有出现损坏。

2.4行星齿轮定位支架

在行星减速机,由于结构尺寸限制,滚针轴承用于行星齿轮的径向定位支撑。区别在于有的采用双列滚针轴承(图6、图7),有的采用四列滚针轴承(图5);有些轴承没有内圈,有些没有外圈。在拉丝过程中,需要减速器一直驱动滚筒向一个方向转动,以克服拉拔力,因此行星齿轮沿着自身的轨迹向一个方向转动。在这个过程中,行星轴(或轴承内圈)不旋转,所以它总是在一个方向受力(图10)。滚针轴承如果没有内圈,会造成轴的单侧磨损;如果有内圈,受力方向会先磨损;如果滚针轴承没有外圈,行星齿轮的内孔就充当了轴承的外圈,但由于转动,磨损会更均匀。

当行星轴一侧或滚针轴承内圈磨损时,定位功能自然消失,齿轮啮合的精度无法保证,导致齿轮异常损坏和其他零件损坏。

行星轮轴或轴承的损坏并不是行星减速机出现故障的第一个地方,而是在使用一定时间后经常出现故障的地方。

结论3

行星减速机,立式直线拉丝机使用的行星架支撑轴承、太阳轮支撑轴承、输入轴支撑轴承都会承受较大的轴向力。除了选择足够的扭矩和传递功率外,还要了解内部轴承的配置,尤其是行星架轴承的轴向承载能力。太阳轮的支撑在结构上应选择强度好、轴向承载力好的方式;行星齿轮轴承最好有内环;输入端轴承应配备能够承受较大向下轴向力的轴承。否则,轴承定位故障会对其他重要部件造成异常损坏,缩短减速机寿命。

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