整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在隨車起重機(jī)上的應(yīng)用.doc

整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在隨車起重機(jī)上的應(yīng)用 孔德強(qiáng) （徐州徐工隨車起重機(jī)有限公司，江蘇徐州221000） 摘要：針對(duì)現(xiàn)有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在的傳動(dòng)效率低、制造精度要求高、回轉(zhuǎn)擺動(dòng)量大、制造成本高、回轉(zhuǎn)小齒輪易磨損的問(wèn)題，設(shè)計(jì)整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。實(shí)際使用證明，整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可降低嚙合間隙調(diào)試難度，減小回轉(zhuǎn)擺動(dòng)量，提高傳動(dòng)效率，降低產(chǎn)品成本。 關(guān)鍵詞：整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；嚙合間隙；平面包絡(luò)蝸桿；斜齒輪 0引言 隨車起重機(jī)作為一種工程機(jī)械設(shè)備已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、土木建筑、野外作業(yè)、石材業(yè)、碼頭等行業(yè)。隨車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是隨車起重機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，它能實(shí)現(xiàn)重物的回轉(zhuǎn)準(zhǔn)確定位，使用頻率較高，其性能優(yōu)劣是衡量隨車起重機(jī)作業(yè)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 1傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題 目前，隨車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)減速機(jī)和回轉(zhuǎn)支承兩大部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，回轉(zhuǎn)減速機(jī)安裝在基座上，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈與基座連接，外圈與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，回轉(zhuǎn)減速機(jī)與回轉(zhuǎn)支承為漸開(kāi)線齒輪連接。其運(yùn)動(dòng)路線為：液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)減速機(jī)，回轉(zhuǎn)減速機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)支承帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在的主要問(wèn)題如下： （1）傳動(dòng)效率低。蝸輪蝸桿式回轉(zhuǎn)減速機(jī)為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其蝸桿為阿基米德蝸桿，傳動(dòng)效率極低（0.5左右），回轉(zhuǎn)支承采用的是直齒輪，傳動(dòng)總效率較低。 （2）制造精度要求高。由于回轉(zhuǎn)支承、減速機(jī)兩者為互相獨(dú)立部件，分別安裝在基座和轉(zhuǎn)臺(tái)上，制造時(shí)對(duì)基座和轉(zhuǎn)臺(tái)安裝孔和配合止口的加工精度要求高，裝配時(shí)必須現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試減速機(jī)輸出端小齒輪與回轉(zhuǎn)支承嚙合間隙，裝配精度要求高，調(diào)試難度大。 （3）回轉(zhuǎn)擺動(dòng)量大。由于機(jī)構(gòu)為兩級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)路線較長(zhǎng)，其中一級(jí)為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，一級(jí)為齒輪傳動(dòng)，兩者均存在嚙合間隙，再加上加工、裝配誤差，易出現(xiàn)嚙合側(cè)隙較大情況，造成吊機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)回轉(zhuǎn)擺動(dòng)量大，影響施工安全。 （4）制造成本高。一方面加工精度要求高，一方面?zhèn)鲃?dòng)零部件較多，均造成產(chǎn)品成本高。 （5）回轉(zhuǎn)小齒輪和回轉(zhuǎn)支承易磨損。由于回轉(zhuǎn)小齒輪和回轉(zhuǎn)支承全部暴露在空氣中，嚙合齒面間易落入磨粒性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等），造成齒面被逐漸磨損而致報(bào)廢。 2整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)屬于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器，采用“首鋼（SG）-71型蝸桿副”傳動(dòng)，該傳動(dòng)與普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相比較，具有接觸齒數(shù)多、蝸桿齒面可淬硬精確磨削、齒面硬度高、齒面光潔、精度高、嚙合中容易形成壓動(dòng)油膜、減少齒面磨損等特點(diǎn)。該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是一種新型回轉(zhuǎn)類產(chǎn)品，它是將回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)減速機(jī)做成一個(gè)整體，整體分別與轉(zhuǎn)臺(tái)、基座固定，整車裝配時(shí)回轉(zhuǎn)支承與小齒輪嚙合側(cè)隙無(wú)需重新調(diào)整，因此，對(duì)隨車起重機(jī)的結(jié)構(gòu)件加工要求較為簡(jiǎn)單。整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用蝸桿斜齒輪減速，傳動(dòng)效率高、輸出扭矩大、嚙合間隙小，可避免轉(zhuǎn)臺(tái)停車時(shí)晃動(dòng)。同時(shí)由于核心部件采用回轉(zhuǎn)支承，因此具備可以同時(shí)承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的能力。平面包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)如下：可淬硬磨削，因此加工精度、效率較高，承載能力較大。同時(shí)嚙合齒數(shù)是阿基米德圓柱蝸桿的三倍左右，承載能力提高兩倍左右。 2.1工作原理 整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理為：液壓馬達(dá)帶動(dòng)平面包絡(luò)蝸桿運(yùn)動(dòng)，蝸桿通過(guò)斜齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承運(yùn)動(dòng)，其中回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈與基座相連接，外圈與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，回轉(zhuǎn)支承運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整車回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角，整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具備機(jī)械自鎖性能，制動(dòng)可靠性高，起重作業(yè)安全性能高。 2.2結(jié)構(gòu)形式 如圖2所示，該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈4、斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承外圈2、鋼球3、平面包絡(luò)蝸桿13、殼體1、馬達(dá)連接盤(pán)11、后端蓋6、液壓馬達(dá)5、軸承7、螺釘9、螺釘10、圓柱銷8及油杯12組成。斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈4與下車相連，外圈2與上車相連，內(nèi)外圈之間有若干鋼球3，內(nèi)圈4通過(guò)螺釘9和圓柱銷8連接在殼體1上，蝸桿13前后由軸承7支承在殼體1內(nèi)，軸承7靠馬達(dá)連接盤(pán)11和后端蓋6壓緊，馬達(dá)5通過(guò)螺釘10安裝在馬達(dá)連接盤(pán)11上，殼體1上布置有油杯12，該裝置通過(guò)油杯12注入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。 2.3適用場(chǎng)合 目前，國(guó)內(nèi)整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用在太陽(yáng)能領(lǐng)域，還沒(méi)有步入工程機(jī)械領(lǐng)域。國(guó)外整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如德國(guó)IMO公司，產(chǎn)品規(guī)格有輕、中、重系列，另外有單驅(qū)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)之分。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到高空作業(yè)車、道路清障車、隨車起重機(jī)等領(lǐng)域。整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了適用范圍，主要適用于低轉(zhuǎn)速、傾覆力矩中等的場(chǎng)合。而隨車起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度較低，一般在3r/min以下，傾覆力矩中等，具備整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使用條件。 3整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在隨車起重機(jī)上的應(yīng)用 整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用蝸桿斜齒輪傳動(dòng)，蝸桿斜齒輪傳動(dòng)加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：蝸輪輪齒加工所用刀具基本參數(shù)與相應(yīng)的蝸桿一致，并且在最終精切成型時(shí)，刀具與蝸輪的相應(yīng)位置也應(yīng)與相應(yīng)蝸桿嚙合時(shí)的相對(duì)位置一致。單件小批生產(chǎn)蝸輪時(shí)，若缺少蝸輪滾刀，可用飛刀加工蝸輪輪齒，但蝸輪滾刀加工成本高，而采用飛刀加工蝸輪時(shí)效率較低。由于蝸輪齒廓形狀復(fù)雜，齒面無(wú)法磨削，因此加工精度較低，齒面硬度小。漸開(kāi)線圓柱斜齒輪加工相對(duì)比較快捷、方便，加工效率高，且可對(duì)齒面進(jìn)行磨削加工，齒面精度和硬度也較高。所以采用漸開(kāi)線圓柱斜齒輪代替蝸輪，發(fā)揮圓柱斜齒輪加工優(yōu)勢(shì)，可以大大提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，在工程中相當(dāng)有應(yīng)用前景。 目前，整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在國(guó)內(nèi)工程機(jī)械領(lǐng)域很少應(yīng)用。xx年11月份，我公司開(kāi)始小批量試用該產(chǎn)品，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在異響問(wèn)題，初步判斷為蝸桿與回轉(zhuǎn)支承嚙合產(chǎn)生的干摩擦聲，后經(jīng)過(guò)拆檢，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承磨損嚴(yán)重。前期，推斷為蝸桿屬于高速運(yùn)動(dòng)，蝸桿與斜齒輪之間潤(rùn)滑采用潤(rùn)滑脂，而潤(rùn)滑脂適合低速場(chǎng)合，油膜不易建立起來(lái)，且散熱條件不好，導(dǎo)致嚙合過(guò)程中出現(xiàn)干摩擦產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)異響。該傳動(dòng)類型為蝸桿與斜齒輪傳動(dòng)，屬于非常規(guī)機(jī)械傳動(dòng)，同時(shí)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，不易實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑，只能采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。期間，經(jīng)過(guò)多次更改工藝路線和多次試制產(chǎn)品，均未能解決回轉(zhuǎn)異響問(wèn)題。后來(lái)請(qǐng)教國(guó)內(nèi)平面包絡(luò)蝸桿專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的專家，并從潤(rùn)滑油膜角度出發(fā)，多次更改潤(rùn)滑脂牌號(hào)，包括采用美孚油，回轉(zhuǎn)異響的頻率有所降低，但未能徹底解決異響問(wèn)題。最后，基于金屬材料和熱處理角度考慮，改變了材料和熱處理方式：蝸桿選用42CrMo，氮化處理，表面硬度6065HRC，深度0.40.5mm；斜齒輪選用50Mn調(diào)質(zhì)處理。改變后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間整機(jī)的各種工況試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)異響問(wèn)題。目前，公司中小噸位隨車起重機(jī)已普遍采用整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在產(chǎn)品性能提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本也得到了很大降低。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)成功應(yīng)用到高空作業(yè)車和道路清障車領(lǐng)域。 4結(jié)語(yǔ) 整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)跟傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相比，具有傳動(dòng)效率高、制造精度要求低、回轉(zhuǎn)擺動(dòng)量小、安裝方便、制造成本低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)已批量應(yīng)用于隨車起重機(jī)，并成功拓展到高空作業(yè)車和道路清障車領(lǐng)域。隨著整體式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)研發(fā)水平和制造能力的提高，它必將部分取代傳統(tǒng)型回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這也將是中小工程機(jī)械的一個(gè)發(fā)展方向。 參考文獻(xiàn) 1成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）M