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1、对美国5GEB2583电动轮轮边减速器NW 行星轮系减速机构的研究与制造杨钟胜 河北汇工机械设备有限公司河北汇工机械设备有限公司是以生产电动轮矿用1电动轮按驱动电机分类 汽车轮边减速器传动齿轮为主的专业厂，先后开发和 电动轮分直流电机驱动和交流电机驱动两大类。 生产了SF3102、SF3103、SF31904、GE776和GE788 目前载重量218t以下的电动轮矿用汽车多采用直流 机型的电动轮矿用汽车轮边减速器系列产品。在引进、 电动机驱动系统；交流传动的电动轮矿用汽车比直 消化和吸收国内、外电动轮矿用汽车轮边减速器的原 流传动的矿用汽车有较大的优越性。交流鼠笼式电 理、特点、设计、加工制造
2、等方面做了大量深入系统 动机价格不但低于直流电动机，而且结构简单，只 的研究工作，为电动轮矿用汽车轮边减速器开发、研有一个由整体铸造而成短路绕阻构成的转子电路， 制和生产奠定了扎实的基础。 转子导条与周围选片不需绝缘，坚固耐用，取消了为了加速电动轮矿用汽车国产化方面的进程和进 励磁机、电机无整流子限制，增大了扭矩，改善了 一步适应国内市场发展的需要，对用于240t的电动轮 性能，无换向器、电刷，维修费用低，致使交流传 矿用汽车5GEB2583的电动轮轮边减速器的传动 动有较大的优势。美国5GEB2583电动轮就是交 齿轮进行了开发和研制。现将5GEB2583电动轮轮边流传动。 减速器NW行星轮
3、系减速机构认识和研究的全过程及2电动轮矿用汽车和机械传动的矿用汽车传动 其独到之处撰写成文，以供有关设计、生产制造、使 路线的对比用维修的单位参考。(1)机械传动矿用汽车传动路线 发动机一PTO动力输出一前传动轴一液力变矩器、电动轮轮边减速器简介变速器一后传动轴一主减速器(螺旋伞齿)、差速器一 电动轮矿用汽车是目前大型露天矿山的主要运输半轴一轮边减速器一轮胎；工具，承担着矿山开采中主要的运输任务，而电动轮 (2)电动轮矿用汽车传动路线 几乎是当前大型电动轮矿用汽车的“标准配置”，它相发动机一发电机一控制输电线路一牵引电动机 比机械传动的矿用汽车有很多的优势。美国GE公司一轮边减速器一轮胎。 生
4、产的电动轮以高的可靠性闻名于世，是国际上的知 (3)电动轮的主要特点 名品牌，在国内、外电动轮矿用汽车上得到了广泛的 电动轮矿用汽车没有复杂的机械变速机构和笨重 应用。美国的GE公司在上世纪60年代初就开始为矿的传动轴，也不需要主减速器(螺旋伞齿)、差速器及 用汽车提供电动轮系统，目前已经有四、五千台电动半轴，便于总体设计布置，结构简单，维修工作量小、 轮矿用汽车在使用GE公司生产的电动轮，运行在世操纵方便、行车安全可靠、制动和停车准确能自动调速、 界的30多个国家。运输成本低等特点。电动轮矿用汽车载重量在100360t之间，常用电动轮矿用汽车结构简单、重量轻，安装方法 的载重量以150250
5、t居多，轮边传动减速器采用 简洁；设计上要有可靠的均载和减震环节；工况复 NW行星轮系减速机构的较多。杂、载荷变化大，对抗过载，抗冲击的能力要求很高；矿业装备20137 s7”犍黝啦醚嘲礴嘲黼黼隧嘲要求使用寿命长、可靠性好。为了落实安全、可靠 其中太阳轮本身浮动，太阳轮的一端通过花键套 及长寿命，比机械传动矿用汽车在设计上对电动轮 和交流电动机的电机轴连接，另一端依靠与3个沿圆 提出了更高的技术要求，尤其对传动齿轮的材料及 周均布的大行星轮啮合自动定位，同时保证适当的啮 热处理提出了很高的要求。因此电动轮矿用汽车制 合侧隙及齿顶间隙。造成本高。大、小行星齿轮通过热套过盈配合成为一体的双 联行星
6、齿轮。 5GEB2583电动轮工作原理3个大行星轮由太阳轮驱动，大行星轮安装在机15GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮系减架的轴承上转动，3个小行星轮与扭力管的内齿圈相 速机构的组成啮合。扭力管与轮毂靠螺栓连成一体，其整体在两个 5GEB2583电动轮矿用汽车轮边减速器由1个太大型向心推力轴承上绕机架转动。轮毂给轮胎提供了阳齿轮、3个大行星齿轮、3个小行星齿轮、1个内安装表面。 齿圈组成。是典型的具有1个内啮合和1个外啮合的25GEB2583电动轮轮边减速器工作原理(见 NW行星齿轮传动减速机构。(见图l、图2所示)图3所示)5GEB2583电动轮强制通风的交流电机将电能转 换成机械能，
7、机械能通过NW行星轮系减速机构传送 到轮毂上。图3 5GEB2583电动轮轮边减速器传动机构示意图由交流电机带动太阳轮旋转，太阳轮带动3个大行星轮旋转，并通过与大行星轮同轴的小行星轮带动扭力管上的 图15GEB2sB3电动轮 内齿圈转动，再经轮毂最后带动车轮转动。电动轮矿用汽车在运行中，施加到每个轮电机部 分的电能，随着电机轴的旋转对行星轮等减速齿轮的太驱动而变成机械能，电机扭矩通过NW行星轮系的减 内齿圈 速而放大。大行星轮5GEB2583电动轮轮边减速器Nw行星轮 小行星轮系减速机构的特点1体积小重量轻、结构紧凑，传递功率大、图2 Nw行星轮系减速机构简图承载能力高(1)最为显著的特点是在
8、传递动力时，可以进行5GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮 功率分流。用3个完全相同的大行星轮均匀地分布在 系减速机构的齿数组合及传动比计算 太阳轮周围来共同分担载荷，因而每个齿轮所受的载15GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮系减荷较小，相应齿轮的模数就可减小。速机构的齿数组合(2)合理的应用了内啮合，内啮合与外啮合相比， 齿数组合不合理，会大大增加齿轮的动载荷，对 中心距小，结构紧凑。凹齿面和凸齿面接触，齿面承 工作平稳性带来严重影响，并导致齿轮及相关件失效。 载能力大，重合度大，滑动率小。5GEB2583电动轮轮边减速器齿轮齿数的组合为：(3)共轴线式的传动装置，输入轴与输出轴共
9、轴线，外啮合：太阳轮Z=15大行星轮Z=85 使这种传动装置在长度方向的尺寸大大缩小。内啮合：小行星轮z=16内齿圈Z=902传动比大国外在设计齿轮齿数和传动比上已充分注意到以NW行星轮系减速传动机构，利用少数几个齿轮 下几点： 的啮合，就可以得到很大的传动比。当传动比要求较(1)大小齿轮齿数比，不应是整数，而是小数点 大时，则采用Nw型传动(传动比：635)；当传后面的位数越多越好，最好除不尽，为带小数的质数(无 动比要求更大时，则采用2级NGW型传动(传动比：理数)。2050)。(2)两个齿轮的齿数中最好有一个是质数。现将我单位已开发的数种车型的轮边减速器NW(3)两个齿轮齿数不能有公约数
10、，也不应存在倍 行星轮系齿轮齿数及总传动比，列表于下：数关系。按以上要求设计的齿轮，轮齿周期啮合振动频率 最低，由其引起的动载荷也最低，有效的提高了行星 轮系运转平稳性和可靠性。25GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮系减 速机构传动比的计算第一级传动比：56667：l 第二级传动比：5625：1 总传动比：31875：l也即：交流电动机(太阳轮)每转31875圈，内注：MT4400为北方股份生产的电动轮矿用汽车，采用的就齿圈转l圈。是5GEB2583电动轮。5GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮 3传动效率高系减速机构的齿轮变位与变位系数NW行星轮系采用了对称的分流传动结构具有35G
11、EB2583电动轮轮边减速器NW行星轮系减速 个均匀分布的行星齿轮，使作用于太阳轮和机架轴承机构的齿轮采用的是典型的高度变位，其目的主要用 中的反作用力相互平衡，有利于提高传动效率，其效于消除根切和平衡大、小齿轮强度。 率可达097099。对于5GEB2583电动轮的设计人员在设计中，将 4传动平稳抗冲击和振动的能力强高度变位的特点用的恰如其分、用的恰到好处、用的由于采用3个相同的行星轮，均匀分布在太阳轮 很活、用的很足，笔者是十分钦佩的，在测绘计算中， 周围，从而使行星轮与机架的惯性力相互平衡。同时 稍有不慎，将进入误区，难以自拔。在这方面，笔者 也使参与啮合的齿数增多，故NW轮系传动平稳、
12、抗 深有体会。冲击和振动能力强，工作可靠。高度变位的特点：在5GEB2583电动轮轮边减速矿业装备20137 59器的设计中，得到充分的体现和应用。 向支承，太阳轮一端通过花键套和电机轴连接，另一 (1)实际中心距等于标准中心距。端依靠3个沿圆周均布的大行星轮啮合自动定心，在 (2)两个齿轮的分度圆和节圆相切并重合。 受力不平衡的条件下能够做径向游动(即浮动)，以使 (3)啮合角等于压力角。 各行星轮均匀分担载荷。 (4)善总=0两齿轮变位系数大小相等，小齿轮均载机构工作原理：由于基本构件的浮动，使3为正变位，大齿轮为负变位，即：亏1=专2，上面种基本构件上所承受的3种力2Ft、Fbtca、F
13、btcb各 符号用于外啮合，下面符号用于内啮合。 自形成力的封闭等边三角形，形成三角形的各力相等，(5)全齿高与标准齿轮一样，不须考虑齿顶降低系而达到均载的目的。 数o。2太阳轮浮动的特点外啮合：太阳轮乏=+036太阳轮重量小、惯性小，太阳轮同时和3个行星 大行星轮亏=一036轮啮合，载荷循环次数最多，受力大，受力越大浮动内啮合：小行星轮芎=+0184越灵敏，均载效果也就越好。机构简单可靠、容易制造、内齿圈芎=+0184通用性强。重量小的太阳轮，惯性力也小，在NW行星轮系的传动件中，唯独太阳轮的重量最轻，所以说 5GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮 对太阳轮浮动效果最好。我单位所开发系列
14、产品中的 系的均载机构太阳轮的重量见下表所示：5GEB2583电动轮的设计人员在设计上采用能够 补偿制造和装配误差的太阳轮浮动，使各行星轮实现 均载，不仅设计上合理，而且机构上简单可靠。15GEB2583电动轮轮边减速器NW行星轮系均 载机构工作原理(见图2、图3、图4所示)太阳轮浮动最显著的特点是太阳轮没有固定的径尤其当行星轮数量等于3个，应用于中、低速行 星轮传动时，浮动的效果最好。太阳轮浮动既能降低 载荷的不均衡系数，又能降低噪音，提高运转的平稳 性和可靠性，因而在电动轮矿用汽车轮边减速器中得 到广泛的应用。在笔者接触到的国内、外电动轮矿用 汽车轮边减速器中，全部采用的是太阳轮浮动的均载
15、 机构。值得注意的是：有了均载机构可以补偿制造误差， 并不等于就可以随意降低齿轮的制造精度，制造质量 太差会导致严重的噪声和齿面磨损，降低齿轮的使用 寿命。2FtlFbtca25GEB2583电动轮轮边减速器传动齿轮的 齿廓倒棱Fbtca3GE公司对齿廓倒棱十分重视，5GEB2583电动轮图4基本构件浮动的均载机构原理图轮边减速器的太阳轮、行星轮、行星轮轴齿轮的齿部i。爹譬i誓，誊鬻。褰i蓬纛纛，均做了齿廓倒棱，这也是GE公司的独到之处，值得往往出现大小齿轮的齿顶互相扒对方轮齿的齿根，极 我们借鉴和学习。易划出沟痕类似于胶合，有时将小齿轮的齿顶齿面也 1倒棱的实质和种类及加工划出同样的沟痕，对
16、齿轮的寿命产生严重的影响。倒棱实质上是小倒角，也就是在齿轮的齿形加工3减少热处理时的应力集中 后所有裸露的尖角，再倒一个小倒角，为了与齿轮两 倒棱后消除齿顶及齿廓的尖角有以下好处： 端的大倒角(也即图5所示的齿端倒角)相区别，故(1)在齿轮的感应淬火中，中频尤其是高频加热在 称为倒棱。倒棱又分为以下两种，见图5所示：尖角处有产生过热的倾向。因此，齿轮轮齿必须在淬火前进行倒棱，以便在热处理过程中得到最佳的淬火齿顶倒棱效果。(2)对硬齿面齿轮，渗碳前做适度的热前倒角(最齿廓好是圆角)，在热处理渗碳过程中可避免防止轮齿尖角处氧化脱碳。(3)减少淬火时的应力集中，以减少和消除热处理 过程引起的淬火裂纹或开裂，这对于预防淬火开裂具 有重要作用。图5倒棱及倒角示意图4减小打齿的危险性因为倒棱是沿整个齿形裸露部分的尖角进行，所(1)齿顶倒棱以可避免疲劳的微裂纹源并
