行星齒輪減速器在電梯曳引機中的應(yīng)用設(shè)計
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摘要：行星齒輪傳動的電梯曳引機具有體積小、傳動效率高、節(jié)能環(huán)保、壽命長和維護成本低等優(yōu)點，一直受到曳引機行業(yè)推崇。本文介紹了行星齒輪傳動曳引機的主要優(yōu)點、市場價值和幾種結(jié)構(gòu)形式的原理以及設(shè)計制造中的技術(shù)要點。
關(guān)鍵詞：曳引機；行星齒輪；齒側(cè)間隙
曳引式電梯最早于20世紀(jì)初在美國出現(xiàn)。這種電梯的鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，另一端與對重連接。曳引輪的轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩移動，從而使轎廂和對重做升、降的相對運動。
行星齒輪傳動的曳引機很早就出現(xiàn)在提升設(shè)備中，目前還只有少數(shù)幾家生產(chǎn)廠擁有這項技術(shù)。面對新型曳引機的迅猛發(fā)展，無齒曳引機的大量涌現(xiàn)，具有同樣優(yōu)勢的行星齒輪曳引機仍然有其發(fā)展的機遇。針對采用傳統(tǒng)的蝸桿輪式曳引機存在的不足，介紹采用行星齒輪進行電梯曳引機減速器的一種優(yōu)化設(shè)計。曳引式電梯由于鋼絲繩不用纏繞，鋼絲繩的長度和股數(shù)不受限制，電梯載重量和提升高度有很大提高，因此曳引式電梯一直發(fā)展沿用至今。
1 行星電梯曳引機的優(yōu)勢和市場定位
行星齒輪傳動的電梯曳引機具有體積小、傳動效率高、節(jié)能環(huán)保、壽命長和維護成本低等優(yōu)點，一直受到曳引機行業(yè)推崇。行星齒輪曳引機的機械傳動效率可達(dá)98％ ，相對同樣提升力的蝸輪副式曳引機節(jié)能30％～40％ ， 體積僅僅是它的一半；其設(shè)計壽命超過2萬小時，正常運行l(wèi)5年以上，免維護，可以做到全密封無滲漏、無污染； 變速比范圍大，可與多種電機匹配，可用于低速、中速和高速各種電梯；起動電流小，只是額定電流的1.4倍，可大大降低供電系統(tǒng)容量。
與蝸輪副曳引機相比，運行平穩(wěn)性和噪聲控制是行星齒輪曳引機的弱項，但實踐證明，只要設(shè)計恰當(dāng)，制造精密，行星齒輪曳引機完全能達(dá)到和超過蝸輪副曳引機要求的振動和噪聲指標(biāo)。我們生產(chǎn)的行星齒輪曳引機檢測扭振有效值< 1.5mm ／s，空載噪聲≤62dB(A)(1500r／min時)。各種指標(biāo)均達(dá)國外同類產(chǎn)品的水平。
近年來快速興起的兄齒曳引機結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小而效率更高，具有明顯的優(yōu)勢。但無齒曳引機在低速電動機的制造和低速變頻控制方面都存在很大難度，盡管這些困難正在逐一被克服，而這一切仍要接受時間的考驗。
行星齒輪曳引機可以匹配各種電機和普通變頻器，變速范圍寬，制動力矩小，即使在中低速電梯中也能受到廣泛的應(yīng)用。因此，行星齒輪曳引機首先是蝸桿式曳引機的替代品，其次在中低速新裝電梯中可望成為主選產(chǎn)品， 在舊電梯改造中，行星曳引機其安裝方便和免維護特點， 也會得到廣泛應(yīng)用。
2 行星齒輪減速器的設(shè)計
2.1 蝸輪蝸桿傳動的缺點
采用蝸輪蝸桿傳動方式雖然傳動比較大并且傳動較平穩(wěn)，但其具有以下難以克服的缺點，導(dǎo)致其不能適應(yīng)電梯曳引機減速器的發(fā)展需要。
2.1.1 傳動效率低，能源浪費大。其總效率低于75％ ，即使采用耐磨材料，由于齒面滑動速度高，使傳動效率仍然難以從根本上得到提高；
2.1.2 體積大，重量較大，使現(xiàn)場安裝較困難；
2.1.3 蝸輪至少要二維對中，甚至要求三維對中，現(xiàn)場維修比較困難，同時保證和恢復(fù)裝配的精度困難。
大約4～5年就要調(diào)整蝸桿齒隙，這需要高級技師進行操作，使其維修性不好。
2.1.4 每年需要清洗加油，而且油封的使用壽命不長，在使用一段時間后經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。
2.2 行星齒輪減速器的設(shè)計
鑒于蝸輪蝸桿傳動的上述缺點，研究應(yīng)用行星齒輪傳動用于電梯曳引機減速器的設(shè)計上，取得了較好的效果。
設(shè)計電梯曳引機時，曳引機輸出軸端的平穩(wěn)性直接影響了電梯的整體性能和乘坐的舒適性。同時行星齒輪曳引機的設(shè)計要求體積小、結(jié)構(gòu)緊湊并且傳遞轉(zhuǎn)矩大。設(shè)計采用的行星齒輪傳動方式是普通漸開線斜齒輪行星齒輪傳動 ，這可以令齒輪嚙合更加平穩(wěn)。與直齒輪相比，斜齒輪副的總接觸面積增大，可以承受更大的荷載。同時采用高精密加工將側(cè)隙控制在較小的數(shù)值內(nèi)，從而使齒輪在嚙合時兒乎只是沿著嚙合線作滾動運動，沒有產(chǎn)生齒輪碰擊，避免了輪齒磨損以及由此引起的震動，提高了靜音效果。由于斜齒輪的原因，齒輪副作用于齒輪上沿軸線方向的軸向力較大，所以齒輪箱使用圓錐滾子軸承承受軸向力，這需要有較高的傳動潤滑要求作保證。
太陽輪a的軸為齒輪箱的輸入軸，與電機連接；行星架h是第1級減速裝置的輸出軸，也是第2級減速裝置的輸入軸；行星架H軸為齒輪箱的輸出軸與曳引輪連接， 內(nèi)齒圈b的轉(zhuǎn)速等于行星架H的轉(zhuǎn)速。在行星輪系中該輸出軸同時是第1級齒輪系的內(nèi)齒圈和第2級齒輪系的行星架，對外與曳引機直接連接；該輸出軸直徑較大，
扭轉(zhuǎn)剛度高，即可承載大轉(zhuǎn)矩，同時降低了曳引機的共振頻率；另一方面，這種第1級齒輪系的內(nèi)齒圈和第2級齒輪系的行星架，對外與曳引輪直接連接，及第2級內(nèi)齒輪直接加工在減速器箱體上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使減速器的結(jié)構(gòu)更緊湊，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有效地壓縮了整個減速器的體積。
2.3 行星齒輪設(shè)計的特點
2.3.1 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。對于行星齒輪傳動方式中，數(shù)個行星輪均勻地分布在中心輪的周圍來共同分擔(dān)負(fù)載，使得每個齒輪所承受的負(fù)荷較小，所以可以采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，使外廓尺寸縮小。緊湊的結(jié)構(gòu)使得其更適合小機房、無機房電梯的發(fā)展趨勢。
2.3.2 傳動效率高。同樣是由于數(shù)個行星輪勻稱分布的特點，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，有利于傳動效率的提高。在結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其傳動效率可高達(dá)97％以上。與蝸輪蝸桿相比，節(jié)電達(dá)40％ 以上。
2.3.3 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、抗振動和沖擊的能力較強。由于數(shù)個相同的行星輪在中心輪周圍的均勻分布，使得行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力互相平衡。嚙合齒數(shù)的增多也使得傳動運行平穩(wěn)，抗沖擊和振動能力較強，工作穩(wěn)定可靠。
2.4 齒輪的修形
為了保證傳動的平穩(wěn)性，減少振動和噪聲，必須對齒輪進行齒形和齒向修形設(shè)計。
曳引機是正反向交替運行的動力設(shè)備，速度和載負(fù)變化都很大。實驗證明， 齒輪修形后，噪聲大幅降低。
行星曳引機均應(yīng)選用硬齒面齒輪，采用磨齒工藝來控制各項精度及齒形、齒向的修形量。
2.5 齒輪變位設(shè)計
齒輪變位設(shè)計不但可使各級齒輪載荷能力趨于平衡，還可調(diào)配齒數(shù)比達(dá)到均化誤差的作用。通常情況下，曳引機在運行一段時間后振動和噪聲會變得最小。
3 結(jié)束語
針對行星齒輪減速器在電梯曳引機中應(yīng)用的設(shè)計方法，并進行了相關(guān)參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化。行星曳引機雖然在設(shè)計和制造方面有一定難度，只要我們認(rèn)真思考，努力攻關(guān)，一定會把它做好、做精，讓這種節(jié)能、環(huán)保、耐用的品種在曳引機市場上占有一定的位置。
參考文獻：
[1] 胡青春，段福海，莫海軍.復(fù)雜行星齒輪系運動學(xué)分析及效率計算.中國機械工程，2006，17(20)
[2]成大先 機械設(shè)計手冊[M]3版 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，l997
[3]楊實如，段欽華.NGW 型直齒行星傳動的設(shè)計方法研究.煤礦機械，2005(10)
[4] 貿(mào)振華，雙排行星齒輪變速機構(gòu)的傳動分析，山東交通學(xué)院學(xué)報，2006，14(4)
關(guān)鍵詞：曳引機；行星齒輪；齒側(cè)間隙
曳引式電梯最早于20世紀(jì)初在美國出現(xiàn)。這種電梯的鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，另一端與對重連接。曳引輪的轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩移動，從而使轎廂和對重做升、降的相對運動。
行星齒輪傳動的曳引機很早就出現(xiàn)在提升設(shè)備中，目前還只有少數(shù)幾家生產(chǎn)廠擁有這項技術(shù)。面對新型曳引機的迅猛發(fā)展，無齒曳引機的大量涌現(xiàn)，具有同樣優(yōu)勢的行星齒輪曳引機仍然有其發(fā)展的機遇。針對采用傳統(tǒng)的蝸桿輪式曳引機存在的不足，介紹采用行星齒輪進行電梯曳引機減速器的一種優(yōu)化設(shè)計。曳引式電梯由于鋼絲繩不用纏繞，鋼絲繩的長度和股數(shù)不受限制，電梯載重量和提升高度有很大提高，因此曳引式電梯一直發(fā)展沿用至今。
1 行星電梯曳引機的優(yōu)勢和市場定位
行星齒輪傳動的電梯曳引機具有體積小、傳動效率高、節(jié)能環(huán)保、壽命長和維護成本低等優(yōu)點，一直受到曳引機行業(yè)推崇。行星齒輪曳引機的機械傳動效率可達(dá)98％ ，相對同樣提升力的蝸輪副式曳引機節(jié)能30％～40％ ， 體積僅僅是它的一半；其設(shè)計壽命超過2萬小時，正常運行l(wèi)5年以上，免維護，可以做到全密封無滲漏、無污染； 變速比范圍大，可與多種電機匹配，可用于低速、中速和高速各種電梯；起動電流小，只是額定電流的1.4倍，可大大降低供電系統(tǒng)容量。
與蝸輪副曳引機相比，運行平穩(wěn)性和噪聲控制是行星齒輪曳引機的弱項，但實踐證明，只要設(shè)計恰當(dāng)，制造精密，行星齒輪曳引機完全能達(dá)到和超過蝸輪副曳引機要求的振動和噪聲指標(biāo)。我們生產(chǎn)的行星齒輪曳引機檢測扭振有效值< 1.5mm ／s，空載噪聲≤62dB(A)(1500r／min時)。各種指標(biāo)均達(dá)國外同類產(chǎn)品的水平。
近年來快速興起的兄齒曳引機結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小而效率更高，具有明顯的優(yōu)勢。但無齒曳引機在低速電動機的制造和低速變頻控制方面都存在很大難度，盡管這些困難正在逐一被克服，而這一切仍要接受時間的考驗。
行星齒輪曳引機可以匹配各種電機和普通變頻器，變速范圍寬，制動力矩小，即使在中低速電梯中也能受到廣泛的應(yīng)用。因此，行星齒輪曳引機首先是蝸桿式曳引機的替代品，其次在中低速新裝電梯中可望成為主選產(chǎn)品， 在舊電梯改造中，行星曳引機其安裝方便和免維護特點， 也會得到廣泛應(yīng)用。
2 行星齒輪減速器的設(shè)計
2.1 蝸輪蝸桿傳動的缺點
采用蝸輪蝸桿傳動方式雖然傳動比較大并且傳動較平穩(wěn)，但其具有以下難以克服的缺點，導(dǎo)致其不能適應(yīng)電梯曳引機減速器的發(fā)展需要。
2.1.1 傳動效率低，能源浪費大。其總效率低于75％ ，即使采用耐磨材料，由于齒面滑動速度高，使傳動效率仍然難以從根本上得到提高；
2.1.2 體積大，重量較大，使現(xiàn)場安裝較困難；
2.1.3 蝸輪至少要二維對中，甚至要求三維對中，現(xiàn)場維修比較困難，同時保證和恢復(fù)裝配的精度困難。
大約4～5年就要調(diào)整蝸桿齒隙，這需要高級技師進行操作，使其維修性不好。
2.1.4 每年需要清洗加油，而且油封的使用壽命不長，在使用一段時間后經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。
2.2 行星齒輪減速器的設(shè)計
鑒于蝸輪蝸桿傳動的上述缺點，研究應(yīng)用行星齒輪傳動用于電梯曳引機減速器的設(shè)計上，取得了較好的效果。
設(shè)計電梯曳引機時，曳引機輸出軸端的平穩(wěn)性直接影響了電梯的整體性能和乘坐的舒適性。同時行星齒輪曳引機的設(shè)計要求體積小、結(jié)構(gòu)緊湊并且傳遞轉(zhuǎn)矩大。設(shè)計采用的行星齒輪傳動方式是普通漸開線斜齒輪行星齒輪傳動 ，這可以令齒輪嚙合更加平穩(wěn)。與直齒輪相比，斜齒輪副的總接觸面積增大，可以承受更大的荷載。同時采用高精密加工將側(cè)隙控制在較小的數(shù)值內(nèi)，從而使齒輪在嚙合時兒乎只是沿著嚙合線作滾動運動，沒有產(chǎn)生齒輪碰擊，避免了輪齒磨損以及由此引起的震動，提高了靜音效果。由于斜齒輪的原因，齒輪副作用于齒輪上沿軸線方向的軸向力較大，所以齒輪箱使用圓錐滾子軸承承受軸向力，這需要有較高的傳動潤滑要求作保證。
太陽輪a的軸為齒輪箱的輸入軸，與電機連接；行星架h是第1級減速裝置的輸出軸，也是第2級減速裝置的輸入軸；行星架H軸為齒輪箱的輸出軸與曳引輪連接， 內(nèi)齒圈b的轉(zhuǎn)速等于行星架H的轉(zhuǎn)速。在行星輪系中該輸出軸同時是第1級齒輪系的內(nèi)齒圈和第2級齒輪系的行星架，對外與曳引機直接連接；該輸出軸直徑較大，
扭轉(zhuǎn)剛度高，即可承載大轉(zhuǎn)矩，同時降低了曳引機的共振頻率；另一方面，這種第1級齒輪系的內(nèi)齒圈和第2級齒輪系的行星架，對外與曳引輪直接連接，及第2級內(nèi)齒輪直接加工在減速器箱體上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使減速器的結(jié)構(gòu)更緊湊，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有效地壓縮了整個減速器的體積。
2.3 行星齒輪設(shè)計的特點
2.3.1 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。對于行星齒輪傳動方式中，數(shù)個行星輪均勻地分布在中心輪的周圍來共同分擔(dān)負(fù)載，使得每個齒輪所承受的負(fù)荷較小，所以可以采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，使外廓尺寸縮小。緊湊的結(jié)構(gòu)使得其更適合小機房、無機房電梯的發(fā)展趨勢。
2.3.2 傳動效率高。同樣是由于數(shù)個行星輪勻稱分布的特點，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，有利于傳動效率的提高。在結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其傳動效率可高達(dá)97％以上。與蝸輪蝸桿相比，節(jié)電達(dá)40％ 以上。
2.3.3 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、抗振動和沖擊的能力較強。由于數(shù)個相同的行星輪在中心輪周圍的均勻分布，使得行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力互相平衡。嚙合齒數(shù)的增多也使得傳動運行平穩(wěn)，抗沖擊和振動能力較強，工作穩(wěn)定可靠。
2.4 齒輪的修形
為了保證傳動的平穩(wěn)性，減少振動和噪聲，必須對齒輪進行齒形和齒向修形設(shè)計。
曳引機是正反向交替運行的動力設(shè)備，速度和載負(fù)變化都很大。實驗證明， 齒輪修形后，噪聲大幅降低。
行星曳引機均應(yīng)選用硬齒面齒輪，采用磨齒工藝來控制各項精度及齒形、齒向的修形量。
2.5 齒輪變位設(shè)計
齒輪變位設(shè)計不但可使各級齒輪載荷能力趨于平衡，還可調(diào)配齒數(shù)比達(dá)到均化誤差的作用。通常情況下，曳引機在運行一段時間后振動和噪聲會變得最小。
3 結(jié)束語
針對行星齒輪減速器在電梯曳引機中應(yīng)用的設(shè)計方法，并進行了相關(guān)參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化。行星曳引機雖然在設(shè)計和制造方面有一定難度，只要我們認(rèn)真思考，努力攻關(guān)，一定會把它做好、做精，讓這種節(jié)能、環(huán)保、耐用的品種在曳引機市場上占有一定的位置。
參考文獻：
[1] 胡青春，段福海，莫海軍.復(fù)雜行星齒輪系運動學(xué)分析及效率計算.中國機械工程，2006，17(20)
[2]成大先 機械設(shè)計手冊[M]3版 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，l997
[3]楊實如，段欽華.NGW 型直齒行星傳動的設(shè)計方法研究.煤礦機械，2005(10)
[4] 貿(mào)振華，雙排行星齒輪變速機構(gòu)的傳動分析，山東交通學(xué)院學(xué)報，2006，14(4)