1、GE788电动轮自卸车轮边减速器 NW行星轮系减速机构的综合评述 河北汇工机械设备有限公司是 以生产电动轮自卸车轮边减速器 传动件为主的专业厂先后开发 了SF3102、SF3103、GE776、 GE788系列产品。在引进、消化、 吸收国内外电动轮自卸车轮边减速 器的技术方面进行了长期不懈的探 索与追求，做了大量的研究工作， 为电动轮自卸车轮边减速器的开 发、研制和生产奠定了扎实的基 础。本文以GE788电动轮自卸车轮 边减速器为例，对原理、设计、加 工制造的独到之处进行综合评述 以供有关设计、生产制造、使用维 修的单位参考。 1 GE788电动轮自卸车轮 边减速器减速机构 11组成 GE78
2、8电动轮自卸车轮边减速 器由1个太阳轮，3个大行星轮、3个 小行星轮 1个内齿圈组成，是典型 的具有1个内啮合和1个外啮合的NW 行星齿轮传动减速机构如图1。 其中太阳轮本身浮动太阳轮 的一端通过花键套和电枢轴连接 另端依靠与3个沿圆周均布的大行 星轮啮合自动定位同时保证适当 的啮合侧隙及齿顶间隙。 大、小行星齿轮通过热套过盈 配合成为一体的双联行星齿轮。 3个大行星轮由太阳轮驱动 大 大行 一河北汇工机械设备有限公司 杨钟胜 图1 NW行星轮系传动机构 行星轮安装在机架的轴承上，3个小 行星轮与扭力管的内齿圈相啮合。 扭力管与轮毂靠螺栓连成一体，其 整体在两个大型向心推力轴承上绕 机架转动。
3、轮毂给轮胎提供了安装 表面。 1-2工作原理 GE788电动轮强制通风的直流 电机将电能转换成机械能，机械能 通过NW行星轮系减速机构传送到轮 毂上。 由直流电机带动太阳轮旋转， 太阳轮带动3个大行星轮旋转，并通 过与大行星轮同轴的小行星轮带动 扭力管上的内齿圈转 动再经轮毂最后带 动车轮转动，如图2。 在电动轮自卸车 运行中，施加到每个 轮电机部分的电能， 随着电枢对行星轮等 减速齿轮的驱动而变 成机械能，电机扭矩 通过NW行星轮系的 减速而放大。 内齿圈 2 NW行星轮系 减速机构的特点 小行星轮 (1)最为显著的 特点是在传递动力时 可以进行功率分流。 把3个完全相同的大行 星轮均布在太
4、阳轮周围来共同分担 载荷，因而每个齿轮所受的载荷较 小，相应齿轮的模数就可减小。 (2)合理应用了内啮合。内 啮合与外啮合相比，中心距小，结 构紧凑。凹齿面和凸齿面接触，齿 面承载能力大 重合度大，滑动率 小。 (3)共轴线式的传动装置。输 入轴与输出轴共轴线，使这种传动 装置在长度方向的尺寸大大缩小。 (4)传动比大。NW行星轮系减 速传动机构利用少数几个齿轮的 啮合，就可以得到很大的传动比。 图2 GE788电动轮自卸车轮边减速器传动机构 I 52 I汽车-r-艺与材料AT&M 2008年第11期 河北汇工机械设备有限公司已 开发的数种车型的轮边减速器NW行 星轮系齿轮齿数及总传动比如表1
5、。 计齿轮齿数和传动比上已充分注意 到以下几点。 (1)大、小齿轮齿数比不应是 车型 SF3102、SF3103 GE776 GE788 太阻轮齿数 l 大行星轮齿数 66 2 ， 、行星轮齿数 l垂 17 叠 内齿圈齿数 _囊麓曩一 一j871iiiiiii ii。 一嚣曩囊曩 o2 一慧 87 蠹 总传动比 2713孽 iiii 2 1 26 82s (5)传动效率高。NW行星轮系 采用的对称分流传动结构具有3个均 匀分布的行星齿轮，使作用于太阳 轮和机架轴承中的反作用力相互平 衡有利于提高传动效率其效率 可达097-099。 (6)传动平稳，抗冲击和振 动的能力强。由于采用3个相同的 行
6、星轮，均匀分布在太阳轮周围， 从而使行星轮与机架的惯性力相互 平衡。同时也使参与啮合的齿数增 多，故NW轮系传动平稳，抗冲击和 振动能力强工作可靠。 3 G E788轮边减速器行星 轮系减速机构的齿数组合及 传动比计算 31齿数组合 齿数组合不合理会大大增加齿 轮的动载荷对工作平稳性带来严 重影响，并导致齿轮及相关件失 效。 GE788轮边减速器齿轮齿数的 组合如下。 外啮合：太阳轮Z=I5大行星轮 Z=74 内啮合：小行星轮Z=16内齿圈 Z=87 这一组合也可以说是GE788轮 边减速器减速机构在设计方面的独 到之处，充分体现了设计的正确和 完美，是最佳组合状态。国外在设 整数，而是小数点
7、后面的位数越多 越好，最好除不尽，为带小数的质 数(无理数)。 (2)两个齿轮的齿数中最好有 一个是质数。 (3)两个齿轮齿数不能有公约 数，也不应存在倍数关系。 按以上要求设计的齿轮，轮齿 周期啮合振动频率最低由其引起 的动载荷也最低，有效提高了行星 轮系运转平稳性和可靠性。 32传动比计算 第一级传动比：4933 3：1 第二级传动比：5437 5：1 总传动比：26825 即直流电动机(太阳轮)每转 26825圈，内齿圈转1圈。 4 G E788轮边减速器 NW行星轮系减速机构 的齿轮变位与变位系 数 GE788轮边减速器NW 行星轮系减速机构的齿轮采 用的是典型的高度变位，其 目的主要
8、用于消除根切和平 衡大、小齿轮强度。 高度变位的特点在 GE788轮边减速器的设计中 得到了充分的体现。 (1)实际中心距等于标 准中心距。 (2)两个齿轮的分度圆和节圆 相切并重合。 (3)啮合角等于压力角。 (4) 总=0两齿轮变位系数大 小相等，小齿轮为正变位大齿轮 为负变位，即 ，=千 2，上面符 号用于外啮合，下面符号用于内啮 合。 (5)全齿高与标准齿轮一样 不需考虑齿顶降低系数 。 外啮合：太阳轮=+ 大行星轮 =- 内啮合：小行星轮=+ 内齿圈 =+ 5 GE788轮边减速器NW行 星轮系的均载机构 采用能够补偿制造和装配误差 的太阳轮浮动，使各行星轮实现均 载，不仅设计合理，
9、而且机构简单 可靠。 51工作原理 如图1一图3太阳轮浮动最显 著的特点是太阳轮没有固定的径向 支承太阳轮一端通过花键套和电 枢轴连接另一端依靠3个沿圆周均 布的大行星轮啮合自动定心，在受 2F订 FDlcbl FDtca2 r F自 ， 蛐 Fbt3 rca3 图3基本构件浮动的均载机构原理 2008年第11期 汽车T艺与材料ATSdJ 53 I 2 力不平衡的条件下能够做径向游动 (即浮动)以使各行星轮均匀分 担载荷。 均载机构工作原理：由于基本 构件的浮动，使3种基本构件上所承 受的3种力2 Ff、 。、 各自形成 力的封闭等边三角形，形成三角形 的各力相等 达到均载的目的。 52太阳轮
10、浮动的特点 太阳轮质量小、惯性小，太阳 轮同时和3个行星轮啮合，载荷循环 次数最多，受力大，受力越大浮动 越灵敏，均载效果也就越好。机构 简单可靠、容易制造、通用性强。 质量轻的太阳轮惯性力也小，在 NW行星轮系的传动件中，唯独太阳 轮的质量最轻所以说对太阳轮浮 动效果最好。公司所开发系列产品 中的太阳轮的质量如表2。 尤其当行星轮数量等于3个， 应用于中、低速行星轮传动时，浮 动的效果最好。太阳轮浮动既能降 低载荷的不均衡系数，又能降低噪 声、提高运转的平稳性和可靠性， 因而在矿用电动轮自卸车轮边减速 器中得到广泛的应用。国内外电动 轮自卸车轮边减速器中，全部采用 的是太阳轮浮动的均载机构。
11、 值得注意的是，有了均载机构 可以补偿制造误差，并不等于就可 以随意降低齿轮的制造精度，制造 质量太差会导致严重的噪声和齿面 磨损，降低齿轮的使用寿命。 6 GE788轮边减速器齿轮 的轮齿修形 GE788轮边减速器的硬齿面齿 轮l太阳轮、大小行星轮)全部采 用了轮齿修形技术 以达到减少轮 齿变形和制造误差及装配误差所引 起的啮合冲击、振动和偏载，改善 齿面的润滑状态，获得均匀的载荷 分布，提高轮齿的啮合性能和承载 能力及可靠性。这是一项有力的措 施，国外及GE公司对这技术的应 用十分重视。 (1)GE公司轮齿修形的形式 轮齿修形分为齿廓修形和齿向 修形两部分。 (2)GE公司轮齿修形的特点
12、(如图4) 对齿顶附近齿廓形状进行有意 识的修缘，使齿廓形状偏离理论齿 廓，这种形式的齿廓修形也就是常 说的修缘。GE公司在齿廓修形中， 大量采用这一方式。 国内齿向修形比较多见的是在 轮齿两端，在14齿长或13齿长长度 范围内 朝齿端方向齿厚进行逐渐 减薄的修整。GE公司的齿向修形由 1，2齿长中线处，朝齿端方向齿厚进 行逐渐减薄的修整。 00250 040 (a)齿廓 (b)齿向 图4 GE788太阳轮轮齿修形 GE公司的轮齿修形特点：采用 齿向和齿廓同时修形的方法使轮 齿在齿面中部区域与相啮合的齿面 接触。 验收时，必须在位于齿长的中 部测量公法线。 GE公司的修形已不限于对齿 轮的轮齿
13、修形，同样的道理已扩展 到对太阳轮花键部分进行齿向修形 (如图5)。 69 5 花键中线测公法线处 图5 GE788太阳轮花键齿向修形 国内生产的电动轮自卸车轮边 减速器太阳轮的花键部位就没有进 行齿向修形在这方面尚存在一定 的认识上的差距。 7 GE公司对齿轮齿根部位 的要求 GE788轮边减速器的齿轮齿根 不需要也不允许磨削，同时齿轮不 允许磨后出现凸台 GE公司为了满 足以上两点要求，齿轮在滚齿中全 部采用带突角的磨前滚刀加工，以 保证渐开线和齿根过渡曲线连接平 滑，这对于重载齿轮尤为重要 这 也是GE公司的独到之处值得我们 借鉴和学习。 71对齿根部位的要求 (1)磨后齿根处出现凸台或
14、尖 点对齿轮的强度影响很大，因此磨 后齿根处不允许出现凸台或尖点等 缺陷。 (2)齿根渐开线和齿根过渡曲 线连接应平滑，而且越光滑越好。 (3)齿根表面粗糙度控制在 尺。32 um为宜，齿根部位的圆弧越 光滑、越圆滑越不容易产生应力集 54 I汽车T艺-5材料AT&M 2008年第11期 中，热处理的效果就越好。 72不磨齿根的好处 (1)避免齿根底部硬度降低， 保持渗碳、淬火、喷丸后形成的负 压应力层，以提高齿根部抗弯疲劳 强度。 (2)齿根沟槽底狭小 散热条 件差，以及过渡曲线处余量大小变 化大，在磨削中都容易产生烧伤和 磨削裂纹。 (3)齿根槽底磨削条件差，砂 轮外圆磨粒容易脱落和磨损
15、从而 影响磨削质量。 (4)从抗断齿能力来看，齿根 处要有一定量的根切，否则磨齿时不 可避免地要在齿根产生凸台，这将造 成较大的应力集中，严重影响抗断齿 能力。发生凸台是绝对不允许的。 总之，齿槽根部不磨削可以提 高齿轮承载能力，避免磨齿损伤 提高磨齿质量降低磨齿负荷 提 高生产率。为了满足这一要求，必 须在齿轮的滚齿过程中使用有突角 磨前滚刀。 8 GE公司在齿轮和机架的 加工中对尺寸及形位公差的 要求 为了保证NW行星轮系内啮合和 外啮合的齿侧间隙、齿长接触精度以 及3个行星轮的均载效果，GE公司在 太阳轮、行星轮的加工中对尺寸和形 位公差的要求有以下独到之处。 (1)在太阳轮的加工中，对
16、 太阳轮的内孔在全长范围内进行磨 削这正是GE公司高水平的表现。 由于太阳轮和电机转速同步转速 高 对内孔进行磨削完全保证了内 孔和齿轮以及花键部分完全同心， 以达到运转平稳和控制惯性力为最 小的目的。GE公司在太阳轮加工中 采取的工艺措施是对太阳轮浮动实 现均载的质量保证。 (2)行星轮的偏心误差(含端 面跳动在内)对浮动量影响最大， 所以GE公司在齿轮加工中对齿圈的 径向跳动控制得比较严格。 (3)行星轮齿厚的不相等性 (也即公法线相等性误差)对浮动 量影响很大，所以GE公司在加工中 对其控制得比较严格。其目的就是 控制惯性力使齿轮运转平稳，提 高均载效果。 (4)为了保证NW行星轮系啮合
17、 齿轮的齿侧间隙、齿长接触精度以 及3个行星轮的均载效果，GE公司 在加工机架时，对机架上3个轴孔中 心距的尺寸及形位公差要求比较严 格，具体如下。 a对中心距偏差 的控制。 中心距的偏差会影响齿轮的啮 合侧隙，还会由于中心距偏差的数 值和方向不同，而影响行星轮轴孔 距相对误差和机架偏心 进而影响 太阳轮的浮动量因此GE公司对中 心距的偏差要求比较严格。 河北汇工机械设备有限公司曾 在某矿对GE788几台车轮边减速器 机架上的3个中心距进行检测，理论 中心距为38865 mm，实测最大中 心距为38869 mm，实测最小中心 距为38865 mm，中心距最大误差 004 mm其他几台车的情况相
18、差不 多，中心距最大误差007 mm。GE 公司机架上3个中心距加工要求为 38865+005 mm。 b对各行星轮轴孔的相邻孔距差 的控制。 是对行星轮间载荷分配均匀性 影响较大的因素，加工中应加以控 制。 的标准要求不得大于01 mm。 c对各行星轮轴孔中心线不平行 度公差的控制。 为了使行星轮啮合时实现均载 不发生轴线偏斜引起的偏载，保证齿 轮啮合时的接触精度，加工中应对各 行星轮轴孔中心线不平行度按齿轮相 应的精度等级加以控制。 d对机架偏心公差要求不得大于 2(IN005mm)。 9 GE公司对GE788 NW行 星轮系减速机构齿轮的材料 选择 GE788轮边减速器齿轮主要工 作特点
19、是传递功率大、摩擦力大、 速度不高、冲击力大。由于美国是 产镍富国，为了满足齿轮心部具有 最佳的强度和韧性的需要，GE公司 在齿轮材料选择上采用了高强度的 高Cr-Ni碳合金钢。 GE788矿用电动轮自卸车轮边 减速器的齿轮全部是硬齿面齿轮 是典型的中速重载齿轮，齿面不硬 化已无法满足使用的要求。 (1)太阳轮选材：太阳轮同时 与3个行星轮啮合，载荷循环次数最 多，受力最大，因此GE公司选用承 载能力高的高强度低碳合金钢。 (2)大、小行星轮选材：NW行 星轮系最显著的特点是在传递动力 时可进行功率分流JIB3个完全相同 的大行星轮均布在太阳轮周围来共 同分担载荷，因而每个齿轮所受的 载荷较小
20、 所以用材上和太阳轮相 比，可用稍差一些的低碳合金钢。 (3)内齿圈选材：内齿圈的强 度一般裕量较大，相比之下可用稍 差一些的材料，齿面的硬度可低一 些。GE公司通常选用中碳合金结构 钢齿面采用调质+中频淬火的工 艺，使用效果很好。GE公司齿轮选 材如表3。 2008年第11期 汽车-I-艺与材料ATSM I 55 双导程蜗轮及其滚削加工 1双导程圆柱蜗秆传动的特 点 与普通圆柱蜗杆传动不同的 是，在双导程蜗杆传动中，蜗杆轮 齿两侧齿面导程数值是不相同的， 相应的左右齿面模数也存在一个 差值，因而蜗杆的齿厚就不再是定 值而是沿轮齿螺旋线方向逐渐变 化(即从蜗杆的一端到另一端逐渐 增大或减小)，
21、形成了渐变齿厚蜗 杆。这种蜗杆与蜗轮啮合时通过调 整蜗杆的轴向位置，就可以使蜗轮 副得到理想的啮合间隙，无需增加 新的结构或改变中心距，另外在 运转磨损后，也可以通过调整蜗杆 的轴向位置来保持原来的啮合间 隙，保证传动精度。因此，双导程 蜗杆传动广泛用于一些精确分度的 机构和承受脉动载荷的机构中。 2双导程蜗轮的滚削加工 21与普通蜗轮加工的异同点 在普通蜗轮的滚齿加工中，所采 一韶关宏大齿轮有限公司 王丽娜 用蜗轮滚刀的基本蜗杆类型应和与之 啮合的工作蜗杆相同；其模数m 、 齿形角a 分度圆直径d，、头数n、 螺旋方向、导程角y等主要参数也都 应一致；在加工过程中，蜗轮滚刀和 蜗轮的相位关系(包括轴交角中心 距等)与工作蜗杆和蜗轮在箱体中的 装配位置保持一致。不同点是二者在 啮合点和传动方向上有区别。 22双导程蜗轮滚刀的设计要求 双导程蜗轮滚刀和与其啮合的 工作蜗杆主要参数基本一致与普 _-_-_-_-_-_-_-_-_ 作者简介 杨钟胜(1946一)，陕西西安市人，高级工程 主要从事硬齿 面齿轮的设计和加工技术工作，退休君受聘于河北汇工机械设备有限 公司工作，曾获省、部级成果奖二等奖两项，涸内外发表技术论文 1o0多篇，在国内齿轮行业享有较高的知名度 圃 56 I汽车7-艺与材料ATM 2OO8年第11期
