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中國物流設(shè)備網(wǎng)導(dǎo)讀：起重機(jī)械最核心的部件是卷揚機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)及行走機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)大多采用定軸齒輪減速器。這種減速器存在體積大、質(zhì)量大、效率低和噪聲高等缺陷，制約了起重機(jī)械向大噸位、高性能、高效率和高可靠性方向發(fā)展。 (來源：中國起重機(jī)械網(wǎng))
本文從行星減速器的結(jié)構(gòu)特點及在起重機(jī)上的應(yīng)用角度，探討研究零部件的輕量化技術(shù)，以推廣行星減速器的應(yīng)用，實現(xiàn)起重機(jī)械輕量化目標(biāo)。
一、特點分析
（1）行星減速器優(yōu)點
行星傳動減速器與普通定軸減速器相比，具有體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力高等優(yōu)點。其每組行星單元有3～7個行星齒輪，可進(jìn)行載荷分流；它采用內(nèi)齒輪傳動，徑向尺寸小，承載能力高，輸入與輸出軸共軸線，大大減小了長度尺寸；其齒輪殼體采用內(nèi)齒圈設(shè)計，替代了定軸減速器的龐大箱體。
行星傳動有附加運動，能容易地實現(xiàn)較大的傳動比，采用對稱的分流傳動結(jié)構(gòu)，有利于提高傳動效率。由于行星齒輪均勻分布，能使慣性力相互平衡，故行星減速器運動平穩(wěn)，抗沖擊和振動能力較強(qiáng)。
（2）行星差速傳動減速器
重型起重機(jī)減速器一般采用多級行星差速傳動減速器。一般行星傳動采用多級行星串聯(lián)傳動，靠末級行星傳動承擔(dān)載荷輸出。如圖1所示，載荷輸出由末級行星架與卷筒連接并輸出時，末級行星傳動的體積會很大。而行星差速傳動能將多級行星單元共同傳動到齒圈輸出，如圖2顯示的是3級行星齒輪都傳遞到齒圈共同輸出，圖3顯示的是齒圈與卷筒連接并輸出。當(dāng)行星差速傳動減速器與一般行星傳動減速器制造和工作條件相同時，行星差速傳動減速器質(zhì)量能減輕20%以上。因此行星差速傳動是減速器輕量化的關(guān)鍵技術(shù)，其與定軸齒輪減速器參數(shù)對比如附表所示。
（3）硬齒面齒輪熱處理
采用硬齒面齒輪傳動替代軟齒面或中硬齒面齒輪傳動，在一定范圍內(nèi)可使減速器輕量化。對外齒輪采用優(yōu)質(zhì)滲碳鋼并經(jīng)滲碳淬火處理，表面硬度可達(dá)到58～62 HRC，與調(diào)質(zhì)齒輪比較接觸強(qiáng)度成倍增長，而彎曲強(qiáng)度比調(diào)質(zhì)齒輪約增加50%以上。對內(nèi)齒輪采用高級合金結(jié)構(gòu)鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)、氮化處理后，心部硬度可達(dá)270～310 HB，表面硬度可達(dá)550～700 HV，齒面接觸強(qiáng)度明顯提高，能承擔(dān)更大的載荷。資料介紹，某軋機(jī)減速器用硬齒面齒輪替代調(diào)質(zhì)齒輪后質(zhì)量減輕40%，減速器速度成倍度提高。
（4）齒輪修形
為了減小嚙合沖擊，改善齒面潤滑狀態(tài)，降低嚙合噪聲，需對齒輪的齒形和齒向進(jìn)行修整。如需改善某些高速齒輪嚙合質(zhì)量，還應(yīng)增大齒輪的齒高系數(shù)，以使其彎曲變形會更大。對承載能力高、精度等級高的硬齒面齒輪采用齒輪齒形和齒向修形技術(shù)，不僅能提高齒輪接觸精度和嚙合質(zhì)量，還能提高許用節(jié)圓線速度40%左右。
（5）新材料應(yīng)用
隨著上述硬齒面齒輪的采用，齒輪的材料也發(fā)生了較大變化，與常用的20CrMnTi比較，在硬齒面齒輪材料中，20CrMnMo材料抗拉強(qiáng)度、沖擊值提高10%，17Cr2Ni4材料抗拉強(qiáng)度、沖擊值提高30%，采用42CrMo整體鍛造的行星架比鑄造或組合的行星架質(zhì)量減輕30%以上。采用增加淬透性的材料，也有助于提高大模數(shù)齒輪的心部硬度，從而提高大模數(shù)齒輪的彎曲強(qiáng)度。此外，可采用新型粉末冶金多摩擦片式制動替代尺寸龐大的帶式制動或鉗盤式制動。
二、技術(shù)研究
（1）嚙合參數(shù)的選擇
在行星齒輪計算中嚙合角或變位系數(shù)的選擇，對減速器的承載能力、使用壽命、減小尺寸和減輕質(zhì)量特別重要，在常用傳動形式（NGW）傳動中，外嚙合的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度低于內(nèi)嚙合。在保證外齒輪嚙合重合度及齒頂變尖等條件限制的情況下，合理選擇齒輪嚙合角和變位系數(shù)是減速器輕量化的有效途徑。
（2）新型均載結(jié)構(gòu)
行星傳動減速器每組行星單元中多個行星齒輪的載荷應(yīng)均勻分布，方案有二：
一是將每組行星齒輪的齒厚做成一致，并使齒輪齒部達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的6級精度。此時行星架的行星軸線位置度誤差不得大于形位公差國家標(biāo)準(zhǔn)的5級。
二是使每組零部件浮動。減速器中的太陽輪、行星架浮動，可在行星齒輪受力時自動找平衡，使每個行星齒輪的受力均勻，從而實現(xiàn)行星齒輪的載荷分布均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、承載能力提高。
（3）新型制動器
新型行星減速器采用內(nèi)置制動器替代結(jié)構(gòu)龐大的帶式制動器和鉗盤式制動器，因此制動可靠、使用壽命長。內(nèi)置制動器采用濕式多摩擦片式制動，由多組主動片和從動片組成，主動片采用彈簧鋼并經(jīng)淬火處理，從動片采用銅基或紙基粉末冶金摩擦材料。制動摩擦片通過彈簧、活塞壓緊閉合，實現(xiàn)行星減速器的駐車制動。解除制動時，油液壓力推動活塞動作，活塞克服彈簧力而使摩擦片分離，行星減速器得以正常運轉(zhuǎn)。
（4）浮封環(huán)密封方式
浮封環(huán)密封的特點是能承受齒輪箱一定的內(nèi)部壓力，并能阻擋外部的泥水及灰塵，特別適合大型起重機(jī)械野外或露天的工作環(huán)境。行星減速機(jī)的回轉(zhuǎn)結(jié)合面采用浮封環(huán)密封時，浮封環(huán)與兩相對回轉(zhuǎn)零件采用O形圈分別壓嵌在兩相對運動零件的座腔內(nèi)，形成靜密封；浮封環(huán)的回轉(zhuǎn)結(jié)合面采用1對耐磨合金鑄件并經(jīng)研磨形成非常細(xì)密的刃帶，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)結(jié)合面動密封。
（5）內(nèi)藏式結(jié)構(gòu)
如圖1和圖3所示，行星減速器可以安裝在起重機(jī)械卷揚和變幅機(jī)構(gòu)卷筒的內(nèi)部，也可安裝在起重機(jī)行走履帶鏈輪或機(jī)器的最終傳動內(nèi)，從而減小了卷揚機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)的安裝空間，改善了起重機(jī)的通過性，并使其易于安裝。
（6）雙行星減速器驅(qū)動
因?qū)Υ笮偷钠鹬貦C(jī)的卷揚和變幅機(jī)構(gòu)的扭矩要求較大，必要時可采用雙行星減速機(jī)驅(qū)動，即在同一卷筒的兩端各安裝1臺相同的行星減速器，2臺減速器共同驅(qū)動卷筒進(jìn)行工作，如圖4所示。這種結(jié)構(gòu)的特點是增大了機(jī)構(gòu)的扭矩，而卷筒直徑?jīng)]有增大。行走機(jī)構(gòu)也可由雙驅(qū)動改為4個行星減速器驅(qū)動，這樣可降低總成成本。
（7）零部件改進(jìn)
早期的行星架一般采用雙壁整體式鑄造或焊接結(jié)構(gòu)和雙壁裝配式結(jié)構(gòu)（如圖1中的行星架），其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸龐大?，F(xiàn)在多采用1種單壁式行星架（見圖2中的行星架），其采用整體鍛造成型，較雙壁行星架能減輕質(zhì)量1/3以上，而且便于裝配。
采用齒輪軸輸出，簡化了行星架加工，去掉了壓板、螺栓等零件，而且解除了裝配齒輪對軸徑和齒數(shù)的限制，提高了輸出齒輪的強(qiáng)度。
三、工藝方法
（1）硬齒面齒輪熱處理
硬齒面齒輪的外齒輪若采用優(yōu)質(zhì)滲碳鋼20CrMnTi、20CrMnMo和17Cr2Ni4材料，鍛造后或粗加工后進(jìn)行正火處理時，要求其正火溫度超過滲碳溫度，起到細(xì)化組織、減少滲碳變形的作用。機(jī)械加工后若采用計算機(jī)控制的多用爐進(jìn)行滲碳淬火和回火處理，表面硬度可達(dá)到58～62 HRC，心部硬度可達(dá)到30～45 HRC，齒部接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。
內(nèi)齒輪若采用高級合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo材料，鍛造后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時，使用多用爐可保證其調(diào)質(zhì)硬度均勻，氮化時不變形，心部硬度可達(dá)270～310 HB。機(jī)加工制齒后若采用等離子氮化爐進(jìn)行氮化處理，