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行星齿轮传动在电动滚筒中的应用
行星齿轮传动在电动滚筒中的应用
在港口的水陆货物转运装卸中，皮带运输机是最常见且用途最，“的装卸机之一。在皮带运输机的组成中。电动滚筒是其关键部件，广泛用于皮带输送机系统中，起到传递功率、调节转速的关键作用。电动滚筒用在皮带运输机中，对其工作环境的耐候性、安装尺寸的紧紧凑眭、变速比的呵挖陆和重量的轻便性等方面均有严格要求[1]，要达到这些综合要求是设计者和研究者不断改进传动方式的内在动因。目前，即使是比较常用的电动滚筒，由于其存在内空间狭小、传热有限、不便于经常拆卸与维修等不足之处，也需要不断地对其结构进行改进，对其设计参数进行优化，改善电动滚筒的传动性能，因此，本论文通过对电动滚筒的传动方式对比之后，选用行星齿轮传动方式，改善电动滚筒的运行可靠性、结构紧凑性、传动高效性等性能。
二、电动滚筒常用传动方式对比
电动滚筒的其传动方式常见的有定轴齿轮传动、摆线针轮传动、行星齿轮传动等，各种传动方式的结构和性能各不相同，进行相关的比较如下。
1．定轴齿轮传动方式
定轴齿轮传动方式是采用普通的多级圆柱齿轮传动，如图1所示，由于单级传动尺寸有限，通常需要两级传动来完成，即第一级外啮合的圆柱齿轮传动和第二级内啮合的圆柱齿轮传动，才能达到普通电动滚筒所需要的传动比，其特点是传动方式简单，制造方便，是目前生产厂家的各类电动滚筒普遍采用的传动方式。
图1 定轴齿轮传动
由于其传动结构的特点，自身存在诸多缺陷，如单级传动的径向力，造成电动滚筒的中心轴线始终存在较大的侧向力，运行时有交变力，使滚筒端盖螺栓容易松动、漏油。
2．摆线针轮传动方式
摆线针轮传动方式是应用摆线传动原理，其特点是传动比范围大，只要单级传动就可以完成普通电动滚筒所需要的传动比，传递扭矩大，通常应用于较大功率的内置式和外置式电动滚筒中，其结构 如图2所示。
摆线针轮传动方式最大的弊病是高速输入端为偏心结构，容易磨损，影响使用寿命。特别是较大功率的滚筒，所用的摆线输入中心轮的偏心结构，无法克服高速运行时，产生的巨大惯性矩对其输入轴承的破坏作用。
1—H机构2—偏心套3—w输出机构4一输出轴5一摆线轮6一针轮
图2摆线针轮传动
3．行星齿轮传动方式
行星齿轮传动结构紧凑，三点对称，受力均衡，传动效率高，具有功率分流和动轴线的运动特性，如图3所示，由于在中心轮的周围均匀分布着数个行星轮来共同分担载荷，故使得每个齿轮所承受的负荷较小，所以可以采用较小的模数，从而缩小了其外廓尺寸，使其结构紧凑。
Za—输入齿轮(太阳轮) zc一行星齿轮 H一行星架Zb一齿圈
图3行星齿轮传动
行星齿轮传动的特点是运动平稳、抗冲击和振动能力的能力较强。使用寿命长。
通过上述比较，行星齿轮传动机构具有较多的综合优点，通过必要的结构设计改进和参数优化。可以适宜于在港口皮带传动机械上应用，能够使所设计的电动滚筒符合港口祝械的工况要求。
三、行星齿轮的设计[2]
1. 传动结构
传统的行星齿轮传动要达到电动滚筒所需要的传动比，往往要两级、甚至三级传动，还要考虑级问联接方式，如图4所示两级传动，实现该传动方式，将使电动滚筒的结构变得非常复杂。对制造、安装、检测都有严格的要求，生产成本高，使得推广应用困难。失去了行星齿轮传动体积小结构紧凑的优势。
图4 两级2K—H行星齿轮传动电动滚筒
本文从皮带运输机的工作环境出发，对传动结构进行改进，通过结构优化设计，仅用一级传动就达到所需的传动比，结构相当筒啦，如图5所示。
图5 一级行星齿轮传动电动滚筒
2. 设计参数选择与计算
本文讨论的设计方法，解决了普通行星齿轮传动在电动滚筒应用的难题，可以在电动滚筒领域，针对不同外径、不同线速度完拿系列化，仅用一级传动就完成了所需的传动比。
这样简化了结构，并且对零件材料和加工精度的要求也大大的降低，从而大幅降低了生产成本。现以 电机转速980r／min，功率55KW，带速4m／s，带宽1000mm，滚筒直径φ630mm，外装式电动滚筒为例，设计计算行星齿轮参数。
(1)计算传动比及齿数
滚筒转速n2=4×(60/(O.63X3.14)=121.26r/rain；齿轮传动比i=980/121.26=8.0817。
采用行星架固定方式，太阳轮作为输入件，齿圈作为输出件，因此，可以选择太阳轮齿数Za=12，为满足行星齿轮安装条件，齿圈齿数取Zb=96，传动比i=Zb/Za=8，行星轮齿数Zc=(96-12)/2=42。
(2)计算齿轮模数
按齿根弯曲强度条件确定模数m
由公式
式中系数可以从文献[3]中查到。
其中，K为载荷系数，取1.5；
KFP为载荷分布不均匀系数，取1.75；
b为齿宽系数，初选0.4；
YF1为齿形系数，查得2.32；
YS1为应力修正系数，查得1.71；
δFP1为轮齿弯曲许用强度，40Cr调质齿面高频，取600N/m；
Z1为太阳轮齿数12；
T1为太阳轮轮齿扭矩。
Ta=9550000×55/980=53596.38(N·mm)
T1=Ta/3=178656.46(N·mm)
代入公式(1)，得m≥4.757mm,取模数m=5mm
由以上计算可知，行星传动齿轮仅用较小的齿轮模数，就可以传递较大的功率。
(3)计算中心距a及齿数变位系数
行星齿轮具有两个啮合齿轮副：a-c，b-c，各齿轮副的中心距a为：
aac=m×(Za+Zg)/2=135mm
abc=m×(Zb-zc)/2=135mm
由于太阳轮齿数Za=12，齿数较少，为了防止加工时产生根切，应进行变位，变位系数取经验值Xa=0.5。并且，为了提高齿轮的弯曲强度，我们把行星轮的变位系数也取为Xb=0.5。
这时，节点位于双齿啮合区，使受接触强度限制的承载能力最高，且太阳齿轮、行星齿轮的轮齿弯曲强度接近相等。
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