《日立23t门机立式行星回转减速器的研制解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日立23t门机立式行星回转减速器的研制解析（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录目录11.1 论文研究背景及意义31.2 门机旋转结构及特点简介41.3 国内外研究现状51.4 论文研究主要内容与结构8第二章 门机旋转机构减速装置改造方案102.1门机旋转减速机构故障分析102.2门机旋转机构减速装置改造方案152.2.1 减速装置主要形式简介152.2.2 本文减速装置改造方案设计182.3 本章小结20第三章立式行星减速器设计与制造213.1齿轮传动设计计算213.2 电机的选择233.3 制动装置设计233.4 主要零件设计243.5本章小结26第四章 基于有限元法的立式行星减速器分析与优化274.1引言274.2 基于有限元法的箱体应力分析294.2.1 有限
2、元模型294.2.2 边界条件及载荷施加304.3 箱体模态分析324.3.1 模态提取方法324.3.2 求解分析334.4 结论355.1 研究成果使用中特点375.2 工程效益分析375.3 本章小结39第六章 总结与展望406.1 论文工作的总结406.2 论文工作的展望40发表论文和参加科研情况说明43致 谢44第一章 绪论1.1 论文研究背景及意义门座式起重机（简称门机），是世界各国港口赖以生存和发展所必不可少的装卸设备，它的工作状况的好坏直接影响港口的吞吐量以及经济效益，可以说门机是港口机械中最最重要的设备，为出车完好率起到了至关重要的保障作用。天津港五公司是专门接卸散矿石和矿粉
3、的装卸公司，拥有5个专业的矿石装卸泊位。近年来，天津港五公司的吞吐量在不断提高，经济效益也在逐年增长，这不得不归功于公司对门机的科学管理和使用上。公司总共有19台门机，为了使这19台门机能够始终处于良好的运行状态，除了日常的保养和维修外，我们还经常对其不合理的结构和部位进行技术改造，使其更加适应公司的生产形势。天津港五公司西侧码头所属的2台日立23t门机，其旋转机构采用的是“锥齿-锥盘”式结构。 随着服役年限的增长， 各个系统结构存在不同程度的老化，造成旋转减速器输入级的损坏情况频繁发生。通过分析得出结论，造成减速器损坏频率过高的原因主要有以下几个方面：（1）该型门机于1984年开始服役，进口
4、零配件已不再提供。而采用国产零配件进行维修更换，在材质、热处理等方面难以与原机设计技术标准一致；（2）国产零配件的加工精度比较低，大负荷工况下加剧了零配件的磨损老化；（3）正交弧齿椎齿锥盘结构减速器，相比较行星齿轮传动形式，有对安装误差和变形敏感、承载能力低等缺陷，加之公司的维修能力有限，更加剧齿轮的磨损。为了提高公司的国际竞争能力，本着转变思路、拓展创新理念的原则，决定在减速器的结构和布置形式上加以改进，实现延长门机工作寿命、提高工作效率的目的。天津港所属的19台门机中，这2台日立牌23吨门机是使用时间最长的，于上世纪80年代购置，其旋转减速机构采用 “锥齿-锥盘”式结构 。近年来，它的旋转
5、减速机构的故障率逐渐上升，加大了维修成本的支出。特别是在线故障频繁发生，严重影响了现场作业生产的有序进行。经公司领导和设备主管部门研讨，决定对这一问题进行立项攻关。近几十年来，计算机技术、信息技术在机械制造中的广泛应用，一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术，改变了制造业的传统制造观念和生产组织方式。世界各国减速器及齿轮技术向“六高” 、“二低” 、“二化”方面发展， “六高”是高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率，“二低”是低噪声、低成本，“二化”是标准化、多样化。从目前国内、国际来看，门座式起重机普遍采用的是立式行星旋转减速器。该结构形
6、式的减速器技术已经普遍成熟应用于港机行业，在旋转机构上有体积小、重量轻、传动范围比大、效率高、工作平稳、动力分配均匀和具有自动调心功能等优势。本论文结合公司现有设备实际情况，研发一套行星高速级，来替换原有的锥齿锥盘高速级，并确定了研制方案。基于以上背景，本文将对门座式起重机旋转减速结构展开研究。1.2 门机旋转结构及特点简介 门座起重机由起升、回转、变幅和运行机构构成，其中起升、回转和变幅机构装在转动部分上,每一运动周期都参与作业。转动部分上还装有可俯仰的倾斜单臂架或组合臂架以及司机室。运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置，带斗门座起重机还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，如图1-
7、1 所示，以提高门座起重机用抓斗装卸散状物料时的生产率。除电气保护装置外，还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全装置。图1-1 门机结构外形图1.3 国内外研究现状机械传动领域中，减速器作为原动机和执行机构或工作机之间的中间装置，起着匹配转速和传递转矩的作用，其已有近几千年的历史。中国最早有史料记载的齿轮传动机构装置在汉代出现，西京杂记中“司南车，驾四，中道”1 ，即指南车，IFTOMM委员会主席，知名专家DUDLEY誉之为“古代轮齿技术里程碑式的人物” 1，这是有文字可考证的最先的齿轮减速机构，也是今天种类各异减速装置的雏形。减速装置发展至今已有几百年的历史，已经发展出种了类繁多的
8、减速装置。从其发展的程度来讲，目前已经有多种不同技术成熟的减速装置产品，如表1-1所示。表1-1 各类减速装置系统比较序号减速原理举例技术成熟度特点1一般齿比减速圆柱齿轮减速传统、成熟速比不大，体积较大摆线针减速器很成熟工艺复杂，制造精度要求高2少齿差减速三环减速器技术推广阶段噪声、冲击大二环减速器技术不成熟速比范围宽，传递功率小3三齿轮减速行星减速器技术较成熟减速零件多，径向尺寸大4谐波减速谐波减速器成熟速比范围大，工艺复杂5斜面减速螺旋作动器研究阶段不适用与全转动6活齿减速活齿减速器技术突破阶段易发热7工质变化磁触变无级变速器研究阶段振动小、噪声低，无级变速生产、制造技术已经成熟并已经形成
9、标准化产品的减速器有蜗轮减速器、摆线针轮减速器 、圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器和谐波减速器 等；另外，已经提出并且正在市场上推广的产品主要有：活齿减速器、二环减速器等；近年来，新研发并申请专利的新型减速器有滤波减速器 、旋转作动器 、激波减速器 和纯滚动减速器 等多款减速器。目前，国内外齿轮类产品的设计、制造技术取得了很大的进展，基本上实现了高速化、小型化、低噪声等目标，其中有三项技术的发展是特别引人瞩目的，分别是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术，这些技术的已经逐渐广范推广应用，齿轮产品的性能价格比大大提高, 产品越来越完美。在新型产业，如航天航空、医疗器械、机器人领域等领域发展的需
10、求下，人们需要研发出结构简单、紧凑、噪声低、功率大并且传动平稳的优性能减速装置。如图1.2齿轮分类所示中，从结构上把减速机分成三大类：偏心驱动类减速机、定轴传动类减速机和斜面放大类减速机。在以上分类当中，行星齿轮传动减速机构是在工业上比较常见的，图1-2 是行星式齿轮减速机构原理示意图。图1-2 齿轮分类图1-3 行星式齿轮减速机构原理示意图传统减速器中齿轮多数是定轴式减速机，支撑齿轮的传动轴绕自身轴线转动，因此这类齿轮成为“定轴齿轮”。随着技术进步，行星式减速机逐渐广泛应用，这类减速器的齿轮的支撑轴不只是绕自身轴线“自转”，还绕整体回转轴线（图1-2中的A-A线）“公转”，因像行星绕太阳公转
11、，因此称为“行星齿轮”，成为行星齿轮公转中心的那些轴线固定的齿轮被称为太阳轮，如1-3图中红色的齿轮。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力强、传动平稳和传动效率高等优点，因此，被我国越来越多的机械工程技术人员重视，行星齿轮减速器在我国工程机械行业也广泛应用。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理的采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中：这些功用对于现代机械传动
12、发展具有重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、建筑机械、轻工纺织、医疗机械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。由齿轮、轴、轴承和箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，其匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。在20世纪五十、六十年代，近邻日本对行星式齿轮减速器装置方面进行了大量的理论研究，并且始终处于世界减速机发达国家行列。步入八十年代初期，日本帝人公司便开始着手研究和开发2KV型摆线针轮减速器，并把它称之为RV传动。同时，该公司在1986 年对RV减速器的研究取得了阶段性成果，即研制出应用于机器人的RV 传
13、动、并且成功地实现RV 减速器的产业化。RV减速器自其投入市场以来，便因其具有卓越的性能引起传动机构学术界的关注、受到普遍地重视和广泛地好评。现在，帝人公司已对其生产的高精度、高刚度RV减速器形成了系列化产品。 我国自上世纪70年代至80年代初，高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进（和技术攻关）、到能独立设计制造三个阶段。现在我国自己的设计制造能力基本上可满足国内生产的需要。80年代末至90年代初，伴随着渗碳淬火硬齿面齿轮减速器技术的推广，我国的通用齿轮减速器曾经历了一次大的发展，相继制订了几个硬齿面减速器的系列标准，如几个硬齿面减速器标准。90年代，国外的通用减速器普遍都经历了一次新的更新的
14、更新换代，它们不断推出的新的更新换代的硬齿面通用减速器标准, 不但在承载能力等主要技术指标上又有大的提高, 而且在模块化设计方面都作了新的努力, 相比之下, 我们的标准都已落后。进入到21世纪，我国减速器技术有了突飞猛进的发展，最具有代表性的就是PR系列模块式齿轮减速器，它的基本特征是： 1） 全部采用硬齿面齿轮； 2） 用模块化方法设计； 3） 具备当今国际一流的技术和质量水平； 4） 更适合于中国国情。国外减速器的发展具有以下特点：承载能力又大幅度提高，模块化设计方面作了新的努力，进一步采取降噪措施，进一步改进密封和外观。在减速传动机构精度方面，长久以来都是大部分集中在几何将精度和静态精度
15、提高方面的进行研究。美国Hughs Aircraft公司的 最早对摆线针轮行星式齿轮减速机构中影响回转传动精度的因素进行了分析研究，并于90 年代初先后发表了两篇具有权威性的文章。文中就摆线针轮行星式减速机的速度比的波动所导致的扭振与齿侧间隙以及回转精度进行了阐述。在文章阐述的过程中， Blanche 等人使用单纯几何学、计算出由于制造误差与装配误差所引起的齿侧间隙运算公式，并且凭借计算机CAD 工具推导出速度比波动、齿侧间隙和扭转振动之间的关系，而且给出了相应结果和一些有价值、具有指导理论意义的结论。日本学者日高照晃等 进行了更加深入的探索与研究，他们利用“等价模型”法，搭建了两、三级曲柄摆线轮的回转机构传动误差分析研究的数学模型，并且得到了一些具有重要价值的理论结果。并与Blanche 的研究结果进行了实验验证。通过比较，二者结果较为吻合，具有良好的一致性。综上所述，随着航空航天、国防、工业机器人等领域对齿轮减速传动机构提出了既要保证传递精密运动又要传递大动力的要求，行星式减速传动机构也在不断的优化，本文将利用行星式减速传动机构对原有减速机构进行改进。
