行星齿轮减速器在电梯曳引机中的应用设计

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　　摘要：行星齿轮传动的电梯曳引机具有体积小、传动效率高、节能环保、寿命长和维护成本低等优点，一直受到曳引机行业推崇。本文介绍了行星齿轮传动曳引机的主要优点、市场价值和几种结构形式的原理以及设计制造中的技术要点。
　　关键词：曳引机；行星齿轮；齿侧间隙

　　曳引式电梯最早于20世纪初在美国出现。这种电梯的钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，另一端与对重连接。曳引轮的转动带动钢丝绳移动，从而使轿厢和对重做升、降的相对运动。
　　行星齿轮传动的曳引机很早就出现在提升设备中，目前还只有少数几家生产厂拥有这项技术。面对新型曳引机的迅猛发展，无齿曳引机的大量涌现，具有同样优势的行星齿轮曳引机仍然有其发展的机遇。针对采用传统的蜗杆轮式曳引机存在的不足，介绍采用行星齿轮进行电梯曳引机减速器的一种优化设计。曳引式电梯由于钢丝绳不用缠绕，钢丝绳的长度和股数不受限制，电梯载重量和提升高度有很大提高，因此曳引式电梯一直发展沿用至今。
　　1 行星电梯曳引机的优势和市场定位
　　行星齿轮传动的电梯曳引机具有体积小、传动效率高、节能环保、寿命长和维护成本低等优点，一直受到曳引机行业推崇。行星齿轮曳引机的机械传动效率可达98％，相对同样提升力的蜗轮副式曳引机节能30％～40％，体积仅仅是它的一半；其设计寿命超过2万小时，正常运行l5年以上，免维护，可以做到全密封无渗漏、无污染；变速比范围大，可与多种电机匹配，可用于低速、中速和高速各种电梯；起动电流小，只是额定电流的1.4倍，可大大降低供电系统容量。
　　与蜗轮副曳引机相比，运行平稳性和噪声控制是行星齿轮曳引机的弱项，但实践证明，只要设计恰当，制造精密，行星齿轮曳引机完全能达到和超过蜗轮副曳引机要求的振动和噪声指标。我们生产的行星齿轮曳引机检测扭振有效值< 1.5mm ／s，空载噪声≤62dB(A)(1500r／min时)。各种指标均达国外同类产品的水平。
　　近年来快速兴起的兄齿曳引机结构更简单，体积更小而效率更高，具有明显的优势。但无齿曳引机在低速电动机的制造和低速变频控制方面都存在很大难度，尽管这些困难正在逐一被克服，而这一切仍要接受时间的考验。
　　行星齿轮曳引机可以匹配各种电机和普通变频器，变速范围宽，制动力矩小，即使在中低速电梯中也能受到广泛的应用。因此，行星齿轮曳引机首先是蜗杆式曳引机的替代品，其次在中低速新装电梯中可望成为主选产品，在旧电梯改造中，行星曳引机其安装方便和免维护特点，也会得到广泛应用。
　　2 行星齿轮减速器的设计
　　2.1 蜗轮蜗杆传动的缺点
　　采用蜗轮蜗杆传动方式虽然传动比较大并且传动较平稳，但其具有以下难以克服的缺点，导致其不能适应电梯曳引机减速器的发展需要。
　　2.1.1 传动效率低，能源浪费大。其总效率低于75％，即使采用耐磨材料，由于齿面滑动速度高，使传动效率仍然难以从根本上得到提高；
　　2.1.2 体积大，重量较大，使现场安装较困难；
　　2.1.3 蜗轮至少要二维对中，甚至要求三维对中，现场维修比较困难，同时保证和恢复装配的精度困难。
大约4～5年就要调整蜗杆齿隙，这需要高级技师进行操作，使其维修性不好。
　　2.1.4 每年需要清洗加油，而且油封的使用寿命不长，在使用一段时间后经常出现漏油现象。
　　2.2 行星齿轮减速器的设计
　　鉴于蜗轮蜗杆传动的上述缺点，研究应用行星齿轮传动用于电梯曳引机减速器的设计上，取得了较好的效果。
　　设计电梯曳引机时，曳引机输出轴端的平稳性直接影响了电梯的整体性能和乘坐的舒适性。同时行星齿轮曳引机的设计要求体积小、结构紧凑并且传递转矩大。设计采用的行星齿轮传动方式是普通渐开线斜齿轮行星齿轮传动，这可以令齿轮啮合更加平稳。与直齿轮相比，斜齿轮副的总接触面积增大，可以承受更大的荷载。同时采用高精密加工将侧隙控制在较小的数值内，从而使齿轮在啮合时儿乎只是沿着啮合线作滚动运动，没有产生齿轮碰击，避免了轮齿磨损以及由此引起的震动，提高了静音效果。由于斜齿轮的原因，齿轮副作用于齿轮上沿轴线方向的轴向力较大，所以齿轮箱使用圆锥滚子轴承承受轴向力，这需要有较高的传动润滑要求作保证。
　　太阳轮a的轴为齿轮箱的输入轴，与电机连接；行星架h是第1级减速装置的输出轴，也是第2级减速装置的输入轴；行星架H轴为齿轮箱的输出轴与曳引轮连接，内齿圈b的转速等于行星架H的转速。在行星轮系中该输出轴同时是第1级齿轮系的内齿圈和第2级齿轮系的行星架，对外与曳引机直接连接；该输出轴直径较大，
　　扭转刚度高，即可承载大转矩，同时降低了曳引机的共振频率；另一方面，这种第1级齿轮系的内齿圈和第2级齿轮系的行星架，对外与曳引轮直接连接，及第2级内齿轮直接加工在减速器箱体上的结构设计，使减速器的结构更紧凑，在结构设计上有效地压缩了整个减速器的体积。
　　2.3 行星齿轮设计的特点
　　2.3.1 结构紧凑、重量轻、体积小。对于行星齿轮传动方式中，数个行星轮均匀地分布在中心轮的周围来共同分担负载，使得每个齿轮所承受的负荷较小，所以可以采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，使外廓尺寸缩小。紧凑的结构使得其更适合小机房、无机房电梯的发展趋势。
　　2.3.2 传动效率高。同样是由于数个行星轮匀称分布的特点，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，有利于传动效率的提高。在结构布置合理的情况下，其传动效率可高达97％以上。与蜗轮蜗杆相比，节电达40％以上。
　　2.3.3 运转平稳、抗振动和冲击的能力较强。由于数个相同的行星轮在中心轮周围的均匀分布，使得行星轮与转臂的惯性力互相平衡。啮合齿数的增多也使得传动运行平稳，抗冲击和振动能力较强，工作稳定可靠。
　　2.4 齿轮的修形
　　为了保证传动的平稳性，减少振动和噪声，必须对齿轮进行齿形和齿向修形设计。
　　曳引机是正反向交替运行的动力设备，速度和载负变化都很大。实验证明，齿轮修形后，噪声大幅降低。
　　行星曳引机均应选用硬齿面齿轮，采用磨齿工艺来控制各项精度及齿形、齿向的修形量。
　　2.5 齿轮变位设计
　　齿轮变位设计不但可使各级齿轮载荷能力趋于平衡，还可调配齿数比达到均化误差的作用。通常情况下，曳引机在运行一段时间后振动和噪声会变得最小。
　　3 结束语
　　针对行星齿轮减速器在电梯曳引机中应用的设计方法，并进行了相关参数的设计优化。行星曳引机虽然在设计和制造方面有一定难度，只要我们认真思考，努力攻关，一定会把它做好、做精，让这种节能、环保、耐用的品种在曳引机市场上占有一定的位置。
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