搅拌减速机轴向受力问题的分析和改进方法

摘 要：本公司设计、生产的混凝土搅拌减速机，在负载试验中，遇到了噪音、冒烟、中心轮磨损严重等问题。为了解决这些问题，我们对整个减速机的工况、传动、受力进行了分析，发现产生以上各种问题的主要原因是：各级中心轮之间轴向力过大，据此，提出新的设计方案，并且按新方案，我们进行了试制、空载试验、型式试验、装车实验、小批量生产，从而保证了整个项目的顺利完成。

关键词：混凝土搅拌减速机；轴向力；分析

前言

随着我国经济的高速发展，各种工程建设的混凝土需求旺盛，混凝土搅拌车需求量大增，与之配套搅拌车减速机需求量也随之升高。而现阶段国内的搅拌减速机市场多为外国品牌占据，和进口产品相比，国内产品有些问题没能很好解决，其中，减速机轴向受力问题就是一个比较严重的问题。

1 搅拌减速机的工作组成、原理及其受力问题

搅拌减速机一般采用行星减速传动形式。行星减速机安装形式有：水平安装、竖直安装和倾斜安装，其中水平安装和竖直安装为常规的、普通的安装方式，受力情况比较简单，倾斜安装受力情况最为复杂。而混凝土运输车因为其实际情况，要求搅拌减速机倾斜安装。一般搅拌减速机由两级或是三级行星传动构成，为了满足行星机构均载要求，各级中心轮和行星架采用浮动机构。浮动机构和倾斜安装就产生了各级中心轮之间轴向受力的问题，解决轴向受力问题就是搅拌减速机能否正常工作和使用寿命的关键。

在最先的设计中，我们按照常规的多级行星减速机来进行设计，即让两级中心轮端面直接相互接触，并且在相互接触的端面铣油槽润滑，这种安装方式，因为简单、经济、实用，行星减速机中最为常用。设计完成后，进行了试制、空载试验和负载试验。空载实验减速机正常工作，但是在负载以后，搅拌减速机很快就冒烟并且噪音比较大，拆检以后发现一级中心轮和二级中心轮接触端面磨损非常严重，并且有烧结、发蓝等现象；二级中心轮和三级中心轮接触的两个端面磨损比较严重；三级中心轮和三级行星架接触的两个端面也有磨损。为了解决以上问题，我们对搅拌减速机设计进行了受力分析。在减速机工作运转过程中，由于各部件的自重和各个啮合齿轮之间齿侧间隙的存在，使减速机各级都产生比较大的斜向下的推力；各级推力累积，在减速机输入止口出处有较大的推力存在。结合图1进行详细说明：1输出法兰和2鼓型连接盘固定在一起，在23底座壳体和24大轴承作用下，在静止状态下对几级传动部分不产生推力；运动状态下，1输出法兰和3三级行星架之间，2鼓型连接盘和3三级行星架之间存在相对运动，两个关节副均为球面，理论上不产生推力，但由于加工和装配存在误差，会产生一定的推力并且推力会向三级传动部分传递。三级传动部分浮动且倾斜安装，自重会产生一个指向二级出动部分的轴向分力；由于齿侧间隙、加工误差、装配误差的存在，在转动的过程中也会产生一个指向二级传动部分的轴向分力；这两个力再加上输出部分关节副产生的力，三力合成、叠加后传到二级传动部分；4三级中心轮为轴向限位件，力会通过三级中心轮向前一级传递。同理：二级中心轮为轴向限位件，在4三级中心轮上累积的力和二级传动部分产生的力就通过8二级中心轮向前传递；一级中心轮为轴向限位件，在8二级中心轮上累积的力和一级动部分产生的力就通过12一级中心轮向前传递。16轴用挡圈55、15球轴承6011、14孔用挡圈90对12一级中心轮进行轴向限位，并且将一级中心轮上的累积的力传递到减速机外壳上。

搅拌减速机中，在3三级行星架和4三级中心轮之间，在4三级中心轮和8二级中心轮之间，在8二级中心轮和12一级中心轮之间存在着轴向力和速度差。特别是8二级中心轮和12一级中心轮之间，8一级中心轮做为高速输入端和轴向力最后承受端，8二级中心轮和12一级中心轮之间有比较大的轴向力和和速度差。而且负载实验充分表明，这种普通的行星传动结构并不适用于搅拌车减速机。

2 改进缺陷的方法

为了解决以上问题，我们对搅拌减速机方案进行了重新设计，在各级中心轮之间增加了一个轴承结构：在8二级中心轮和12一级中心轮之间，增加17轴承顶轴和18角接触球轴承7005C；在8二级中心轮和4三级中心轮之间增加19角接触球轴承7005C和20轴承顶轴；在4三级中心轮和3三级行星架之间增加21角接触球轴承7005C和22轴承顶轴。角接触球轴承可以高速转动并且可以承受较大的轴向力，以此来解决搅拌减速机各级中心轮之间的轴向受力问题。按照新的设计思路，我们进行试制、空载和负载试验。空载试验情况良好，负载试验时减速机转动平稳，噪音比较低，没有出现冒烟情况。为了进一步验证新的设计方案，我们进行型式实验，即负载长跑，在负载长跑实验中，搅拌减速机转动始终平稳且噪音比较低，符合使用和寿命要求，达到了设计改进的目的。之后，又进行了装车实验，达到主机厂的使用要求。

3 结束语

新方案的轴承结构解决了搅拌减速机各级中心轮之间的受力较大和摩擦比较严重的问题，现实情况也证明了此点。而且我公司根据新的方案申请了实用新型专利，已经得到批准。

1、输出法兰；2、鼓型连接盘；3、三级行星架；4、三级中心轮；5、三级行星轮；6、三级齿圈；7、二级行星架；8、二级中心轮；9、二级行星轮；10、一二级齿圈；11、一级行星架；12、一级中心轮；13、一级行星轮；14、孔用挡圈90；15、深沟球轴承6011；16、轴用挡圈55；17、轴承顶轴；18、角接触球轴承7005c；19、角接触球轴承7005c；20、轴承顶轴；21、角接触球轴承7005c；22、轴承顶轴；23、底座；24、大轴承

作者简介：黄春有（1983，8-），男，大学学历，助理工程师，研究方向为减速机、液压系统。