煤礦機械無軸承行星傳動設計思路

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摘要：

無軸承行星傳動結構一般應用于重載低速的齒輪箱。為保證無軸承行星傳動結構的可靠性，針對煤礦井下使用條件，從行星軸與行星輪潤滑條件、行星軸與行星輪潤滑道、無軸承行星傳動的磨損分析等方面闡述無軸承行星傳動設計要點和思路。

關鍵詞：煤礦；無軸承；行星傳動；設計

0引言

在煤礦機械齒輪傳動設計中受實際空間尺寸限制，常規的滾動軸承不能符合強度、可靠性和尺寸等方面的標準，而采用采用無軸承支撐行星傳動結構，將結構行星軸與行星架固定，行星軸直接支撐行星輪并相對旋轉，可大幅增加行星軸的強度，提高傳動裝置的功率體積比。目前無軸承行星傳動結構形式已被廣大設計者所認可。本文從煤礦機械實際工況出發，闡述無軸承行星傳動設計要點和思路。

1行星軸與行星輪潤滑條件

無軸承行星傳動結構中，行星輪與行星軸的潤滑可類比滑動軸承，是利用流體動壓的原理，依靠行星輪與行星軸之間的相對運動，將一定粘度的油液帶入行星軸與行星輪的間隙中，生成動壓油膜，將行星軸與行星輪隔離，形成穩定的液體動壓潤滑，以達到承受負載、降低摩擦、減緩磨損的目的。其主要參數如下。

1.1平均壓強pm

在保證行星軸與行星輪之間形成一定的油膜厚度及在合適溫升等等具體條件下，平均壓強pm宜取較高值，以此來保證設備運轉的平穩性，減小行星軸和行星輪及行星架的尺寸。但當平均壓強pm過高時，導致形成的油膜厚度過薄，對油質的要求將提高，且液壓潤滑容易遭到破壞，從而使得行星軸和行星輪之間的摩擦面損傷。

1.2寬徑比B/D

對于行星輪或行星軸的寬徑比B/D（B為行星輪寬度，mm；D為行星輪徑向長度，mm），當寬徑比較小時，有利于增大壓強，提高運轉平穩性；增加流量，降低溫升；減輕行星輪邊緣接觸現象。隨著行星輪寬度B的減小，功耗將降低，占用空間減小，但行星軸和行星輪的承載能力也將降低，容易出現局部過熱的現象。高速重載的行星輪，溫度升高時有邊緣接觸危險，寬徑比B/D宜取較小值；低速重載的情況，為提高整體剛度，寬徑比B/D宜取較大值。

1.3間隙比ψ

間隙比ψ的大小主要應根據載荷和速度來選取：速度越高，ψ值應越大；載荷越大，ψ值應越小。此外，直徑大，寬徑比小，對加工精度高時，ψ值可取小值，反之，取大值。間隙比ψ大時，流量大，溫升低，承載能力低[1]。

2行星軸與行星輪潤滑道

高可靠性無軸承行星傳動主要依靠行星輪的轉動將潤滑油代入行星輪與行星軸之間的配合表面，形成潤滑油膜。因此，無軸承行星傳動的行星輪與行星軸的配合既要保證兩者的配合精度，又要保證行星輪與行星軸的接觸面在相對運動時能充分形成油膜。為此，設計時需充分考慮潤滑油道的尺寸與布置，保證行星輪與行星軸之間無潤滑死角。

3無軸承行星傳動的磨損分析

高可靠性無軸承行星傳動的主要失效形式為過渡磨損，防止磨損失效的關鍵在于保證行星軸和行星輪之間的潤滑油膜質量。

3.1PV值計算與校核

無軸承行星傳動工作時，其摩擦效應引起溫度升高，摩擦熱量的產生與單位面積上的摩擦功耗成正比，而承載面壓強P與速度V的乘積通常用來表征無軸承行星傳動的摩擦功耗，稱為PV值。無軸承行星傳動設計時，用限制PV值的辦法，控制其工作溫升。

3.2磨損量計算

無軸承行星傳動的使用壽命，通常由行星軸和行星輪的磨損量來決定，磨損量主要受摩擦條件影響，而摩擦又受承載、材質、速度、雜質、工作溫度、表面粗糙度、不同運行方式及所使用潤滑劑等條件的影響。因此，磨損量只能是一個理論估計值，其壽命取決于各種復雜條件。若因供油不良、雜質滲入而使得磨損急劇變化時，便很難預測磨損情況[3]。下面是正常情況下由試驗得出的磨損量計算方法。W=KPVT，(1)式(1)中，W為磨損量，mm；K為摩擦系數；P為承載壓力，N/mm2；V為線速度，m/min；T為磨損時間，h。

4結語

無軸承行星傳動結構一般應用于重載低速，為保證無軸承行星傳動結構的可靠性，就需在設計中考慮所闡述的各項設計要點，通過保證行星輪于行星軸之間潤滑油膜的質量，保證行星輪與行星軸表面凸峰不直接接觸，使摩擦只發生于流體內部。因此，行星軸與行星輪配合間隙設計時應進行詳細的計算校核，既保證兩者的配合精度，又保證接觸面相對運動時能形成潤滑油膜，達到最佳潤滑效果。

參考文獻：

［1］胡冬良，郭瑞娜，錢忠，等.動壓滑動軸承潤滑狀態與磨損分析［J］.機械工程師，2010(9)：39-42.

［2］楊麗穎，李長春，王守仁，等.固體自潤滑軸承的設計與應用［J］.軸承，2004(3)：9-11.

［3］鄭發正，謝鳳.潤滑油膜的形成和結構分析［J］.合成潤滑材料，2001(1)：24-27.

作者：石濤 單位：中國煤炭科工集團太原研究院有限公司