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起重机械最核心的部件是卷扬机构、回转机构、变幅机构及行走机构。这些机构大多采用定轴齿轮减速器。这种减速器存在体积大、质量大、效率低和噪声高等缺陷，制约了起重机械向大吨位、高性能、高效率和高可靠性方向发展。 本文从行星减速器的结构特点及在起重机上的应用角度，探讨研究零部件的轻量化技术，以推广行星减速器的应用，实现起重机械轻量化目标。 1.特点分析 (1) 行星减速器优点 行星传动减速器与普通定轴减速器相比，具有体积小、质量小、结构紧凑、承载能力高等优点。其每组行星单元有3～7个行星齿轮，可进行载荷分流；它采用内齿轮传动，径向尺寸小，承载能力高，输入与输出轴共轴线，大大减小了长度尺寸；其齿轮壳体采用内齿圈设计，替代了定轴减速器的庞大箱体。 行星传动有附加运动，能容易地实现较大的传动比，采用对称的分流传动结构，有利于提高传动效率。由于行星齿轮均匀分布，能使惯性力相互平衡，故行星减速器运动平稳，抗冲击和振动能力较强。 (2) 行星差速传动减速器 重型起重机减速器一般采用多级行星差速传动减速器。一般行星传动采用多级行星串联传动，靠末级行星传动承担载荷输出。如图1所示，载荷输出由末级行星架与卷筒连接并输出时，末级行星传动的体积会很大。 (3) 硬齿面齿轮热处理 采用硬齿面齿轮传动替代软齿面或中硬齿面齿轮传动，在一定范围内可使减速器轻量化。对外齿轮采用优质渗碳钢并经渗碳淬火处理，表面硬度可达到58～62 HRC，与调质齿轮比较接触强度成倍增长，而弯曲强度比调质齿轮约增加50%以上。对内齿轮采用高级合金结构钢并经调质、氮化处理后，心部硬度可达270～310 HB，表面硬度可达550～700 HV，齿面接触强度明显提高，能承担更大的载荷。资料介绍，某轧机减速器用硬齿面齿轮替代调质齿轮后质量减轻40%，减速器速度成倍度提高。 (4) 齿轮修形 为了减小啮合冲击，改善齿面润滑状态，降低啮合噪声，需对齿轮的齿形和齿向进行修整。如需改善某些高速齿轮啮合质量，还应增大齿轮的齿高系数，以使其弯曲变形会更大。对承载能力高、精度等级高的硬齿面齿轮采用齿轮齿形和齿向修形技术，不仅能提高齿轮接触精度和啮合质量，还能提高许用节圆线速度40%左右。 (5) 新材料应用 随着上述硬齿面齿轮的采用，齿轮的材料也发生了较大变化，与常用的20CrMnTi比较，在硬齿面齿轮材料中，20CrMnMo材料抗拉强度、冲击值提高10%，17Cr2Ni4材料抗拉强度、冲击值提高30%，采用42CrMo整体锻造的行星架比铸造或组合的行星架质量减轻30%以上。采用增加淬透性的材料，也有助于提高大模数齿轮的心部硬度，从而提高大模数齿轮的弯曲强度。此外，可采用新型粉末冶金多摩擦片式制动替代尺寸庞大的带式制动或钳盘式制动。 2.技术研究 在行星齿轮计算中啮合角或变位系数的选择，对减速器的承载能力、使用寿命、减小尺寸和减轻质量特别重要，在常用传动形式（NGW）传动中，外啮合的接触强度和弯曲强度低于内啮合。在保证外齿轮啮合重合度及齿顶变尖等条件限制的情况下，合理选择齿轮啮合角和变位系数是减速器轻量化的有效途径。 |
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