建议在5～50吨桥吊小车上采用平面二次包络弧面蜗杆传动

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1984.s1.028 北京钢铁学院学报 1984年增刊1 建议在5~50吨桥吊小车上采用 平面二次包络弧面蜗杆传动 机械设计教研室郭启扬 摘要 本文简要分析了5~50tf桥吊起重小车运行机构减速器存在的问题及平面二次 包络蜗轮付传动原理及传动特性。为改善小车运行机构的传动性能，建议在5~50t「 系列桥吊小车中采用平面二次包络蜗轮付代替立式圆柱齿轮减速器。 一、现行小车运行机构的传动方素分析 国内外5~50吨桥式起重机的小车运行机构有多种传动方案。 侧驱动方案（图1）。其主要优点是减速器的安装维修可在桥架走台上进行，十分安全 方便。但缺点是减速器与之靠近的一个车轮之间的扭矩较大，其次在方案a)中，处在减速 器与车轮之间的联轴器8，由于间隔很小，难于选择合适和可靠的结构。过去常用十字沟槽 联轴器，沟槽过渡处常出现裂纹。在方案b)中，车轮传动轴为一根通轴，省去了联轴器， 结构简化，重量较轻。同时，由于空出了轴承位置，可以采用齿轮联轴器7，从而增加了机 构工作的可靠性。但应当指出，这种方法要求在小车架安装轴承处进行加工，以保证车轮轴 线的平行精度，因此要求较高的制造工艺水平。 可网等 (b) 图1侧服动方案 图2中间照动方案 1-电动机， 2-制动器 1-电动机 2-制动器 3-立式减速器，4-车轮 3-立式减速器，4-车轮 5-半齿轮联轴器，6-浮动轴 5-半齿轮联轴器，6-浮动轴 7、8-全齿轮联轴器 7-全齿轮联轴器 中间驱动方案（图2）。这种方案的主要优点是车轮传动轴所受扭矩较小，即每边轴的 118

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 增刊 建议在 吨桥 吊小车上采用 平面二次包络弧面蜗杆传动 机械 设 计教 研 室 郭启扬 摘 要 本 文筒要 分 析 了 桥 吊起重 小车运 行 机构减速器 存在 的 问题及平 面二 次 包 络蜗 轮 付传 动原理 及 传 动特性 。 为 改善 小车运 行 机构 的传 动性能 ， 建议 在 系 列桥 吊小车 中采 用平 面二 次包络蜗 轮 付代 替立 式圆柱 齿 轮减速器 。 一 、 现 行小车运 行机构的传动方案分析 国 内外 吨桥 式起重 机的小车运行 机构有 多种 传动方案 。 侧 驱 动方 案 图 。 其主要 优点是减速 器的安装 维修可 在 桥 架走台 上进行 ， 十分 安 全 方 便 。 但缺 点是减速 器 与之 靠近 的 一个 车轮之 间的 扭 矩较大 其次在方 案 中 ， 处在减 速 器 与车轮之 间的联 轴器 ， 由于 间隔很小 ， 难于 选择 合适 和 可 靠的结 构 。 过 去常用 十字沟槽 联 轴器 ， 沟槽过渡 处常 出现裂 纹 。 在 方案 中 ， 车轮传动 轴为一 根通 轴 ， 省去 了联 轴器 ， 结构 简化 ， 重 量较 轻 。 同时 ， 由于 空 出了轴承位置 ， 可 以 采用齿轮联 轴器 ， 从而增加了机 构工作 的可 靠性 。 但应 当指 出 ， 这 种方法要 求在小 车架安装 轴承处 进行 加工 ， 以 保 证 车轮 轴 线 的平行 精度 ， 因此 要 求较高的 制造 工艺 水平 。 矛 图 侧扭 动方案 一 电动机， 一 制动器 一立 式减速器 ， 一车轮 一半齿 轮联轴 器， 一 浮 动轴 、 一 全 齿 轮联 轴 器 图 中问推 动方案 一 电动机， 一 制动器 一立 式减速器 ， 一 车轮 一 半齿 轮联 轴器 一 浮 动轴 一 全 齿轮联 轴 器 中间驱动 方 案 图 。 这 种 方案 的主 要 优点是 车轮传动 轴所 受 扭 矩较 小 ， 即娜 边 轴的 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．s1．028

扭矩为减速器出轴扭矩的一半。另外，由于减速器出轴与车轮之间采用了半齿联轴器5和两 根浮动轴6（方案a),或用一个全齿联轴器7及一根浮动轴6联接（方案b),由于齿轮 联轴器及浮动轴容许补赏较大的安装偏差，因而安装方便。但是，由于车轮轴承及联轴器的 数量较多，机构显得比较复杂和苯重，制造成本也较高。尽管如此，由于该方案的优点还是 主要的，故在国内外现行小车运行机构中，大都采用这种方案。 套装式方案（图3）。是一种较新的传动型式，带制动器的电动机面定在立式套装式减 速器的壳体上，减速器的上支点与小车架上的支架3铰接，减速器的空心输出轴套装在车 轮的圆锥形轴伸上并用螺钉6固定。这种方案由于采用了带内制动的电动机及套装式减速 器，因而结构紧凑、自重轻、使用可靠，但安装与维修不太方便，减速器锥孔轴加工较困 难。 图3套装式方案 1-带内制动的电动机，2-立式套装减速器，3-精制螺栓，4-支架，5-车轮； €-螺钉与止动垫，7-半齿联轴器，8-浮动轴 在上述各方案中，由于减速器安装位置的不同，构成了各方案的特殊性及优缺点。但在 所有这些方案中又都具有一个明显的共同点，这就是它们的电动机都安装在小车架的台面 上，由于电动机轴线与车轮轴线不在同一水平面内，因此，它们都无一例外地采用了立式圆 柱齿轮减速器，这就造成了小车运行机构的减速器自成ZSC立式减速器系列，而不可能采用 与起升机构及大车运行机构相通用的ZQ(或ZQH)系列卧式二级圆柱齿轮减速器。此外， 还必须强调指出，该ZSC系列立式减速器虽传递功率不大，传动比也在二级允许范围内 (i=16.4~31.2),但其中心距值不由强度决定，而是受限于电动机的中心高及车轮半径， 因而中心距较强度需要为大，所以不得不采用三级小齿宽系数的齿轮传动，这也是ZSC系 列不可能与ZQ系列通用化的另一个原因。 由于ZSC系列是立式三级圆柱齿轮传动，这无疑给高速级齿轮传动的淘滑造民了极大 的困难，虽然可以在减速器低速轴上装一个凸轮，用它推动柱塞泵，打出压力油通过输油管 去强制润滑高速级齿轮传动，但这种装置使得减速器的结构大为复杂化。因此，现行系列都 不采用这种结构，只是靠低速级齿轮的搅油飞澱或在低速轴上装打油轮。但这些方法对高速 级润滑效果很差，以致造成高速级齿轮过早磨损或胶合失效。这是ZSC系列减速器存在的 另一个较为严重的问题。 另外，ZSC系列立式圆柱齿轮减速器还存在着另一个难于克服的较为严重的缺点，即 119

扭矩为减速 器 出轴扭矩的一 半 。 另外 ， 由于 减速 器 出轴与车轮之 间采 用 了半齿联 轴器 和 两 根浮动 轴 方案 ， 或用 一个全齿 联 轴器 及一 根浮动 轴 联接 方案 ， 由于齿轮 联 轴器 及浮动 轴容许 补 赏较大 的安装偏差 ， 因而安装方便 。 但是 ， 由于 车轮轴承及联轴器的 数 较多 ， 机构显得 比较 复杂和苯重 ， 制造 成本也较高 。 尽管如此 ， 由于该方案的优点还是 主要 的 ， 故在国 内外现 行，’ 车运行机构 中 ， 大都采 用这 种方案 。 套装式方案 图 。 是一种较 新 的传动型 式 ， 带 制动 器的 电动机固定在立式套装式减 速 器的壳体 上 ， 减 速 器 的 上支点 与 小车架 上的 支架 铰接 ， 减速 器的 空心 擂出 轴套装在车 轮的 画 锥形 轴伸上 并用螺钉 固定 。 这 种方案由于 采 用 了带 内制动的 电动机 及套装式减速 器 ， 因而结构紧凑 、 自重轻 、 使用可 靠 ， 但安装与维修不太方便 ， 减速器谁孔 轴加工较 困 难 。 〔 「「角 一 一 一， 厂飞 「一 一 「一 ， 厂 下 一 弓 二塌岩 片 之二 口 卜早汤 召 山 阳 曰 脸 匕 口 悉州卜 ， ，一 甲叫山 日 产 ‘ 一 里 一 如翻欺职布有拼洲 哩蚤 图 套装 式方案 一 带内制动的 电动机， 一 立 式套装减速器 ， 一 精制螺栓， 一 支架， 一车轮， 一 螺钉 与止 动垫， 一 半齿联轴器 ， 一 浮 动轴 在 上述 各方案 中 ， 由于 减速 器安装位置 的 不 同 ， 构成 了 各方案的 特殊性 及优缺点 。 但在 所有这 些方 案 中又 都具有一个明显的 共同点 ， 这 就是它 们 的 电动 机都安装 在 小车架的 台面 上 ， 由于 电动 机 轴线 与车轮轴线 不 在 同一水 平 面 内 ， 因此 ， 它 们都无 一 例外地采用 了立式回 柱齿轮减速 器 ， 这 就造成了小车运 行机构的减速 器 自成 立式减速 器不列 ， 而不可 能采用 与起升机构 及大 车运行机构相通 用的 或 系列 卧式二级圆柱齿轮减速 器 。 此外 ， 还必须 强 调 指 出 ， 该 系列立 式减速 器 虽传递 功率 不大 ， 传动 比也在二 级 允许范围 内 ， 但 其 中心 距值 不 由强度决定 ， 而是受 限于 电动 机的 中心 高及车轮半径 ， 因而中心 距较 强度需要为大 ， 所 以 不得 不采用三 级 小齿宽系数的齿轮传动 ， 这 也是 系 列 不可能与 系列 通 用 化的 另一个原 因 。 由于 系列 是立 式三级 圆柱齿 轮传动 ， 这 无疑 给高速级齿轮传动 的润滑造 民了极大 的 困难 ， 虽 然可 以在减速 器低速 轴 上装一个凸轮 ， 用它推动柱塞 泵 ， 打 出压力油通过 翰油管 去强 制润 滑高速 级齿轮传动 ， 但这 种装置 使得减速 器的 结构大为复杂化 。 因此 ， 现 行系列 都 不采用这种结 构 ， 只是靠低 速 级齿轮的搅油飞 溅或在低 速 轴 上装打 油 轮 。 但这 些方法对高速 级 润滑 效果 很差 ， 以致造 成高速级齿轮过早磨损或胶合 失 效 。 这 是 系列 减速 器存在的 另一个较为严重 的 问题 。 另外 ， 系列 立 式 圆柱齿轮减速器还存在 着另一个难于克服 的较为严 重 的 缺 点 ， 即 ‘ ‘、 砚

箱体剖分面漏油问题。这种立式减速器的箱体剖分面可以有多种方案（图4）。当采用“【” 字形部分方案时（图4~），虽然箱体的铸造及加工工艺简单，装配时可在箱体结合面间涂密 封胶，但防漏效果很差。武钢1700工程引进桥式起重机小车立式减速器下面带有防漏的接油 盘，说明漏油问题在国外也未根本解决。如果采用“L”型部分（图4-b)或“T”型部分 (图4℃)，虽然可以防止箱体结合面漏油，但这种箱体结构的铸造、加工及装配工艺要求 很高，所以采用不多。我国的ZSC系列采用的是“I”字型剖分结构，所以一直存在漏油 问题。 综上所述，现行小车ZSC系列立式减速器方案存在着一系列较为严重的缺点：中心距 受安装尺寸限制外廓尺寸较大，高速级齿轮传动难于润滑招致早期失效，箱体剖分面漏油等 等。这些问题如不彻底解决，必然影响小车运行机构的传动质量。 a)I字型剖分 b)L型剖分 c)T型剖分 图4立式减速器箱体的制分方聚 二、小车运行机构新型传动方案一“三合一一平面二包”传动方案 针对小车运行机构存在的上述缺点，新方案的出发点是设法使电动机摆脱与小车架台面 的联系，从而可以不再采用有弊病的传统的立式三级圆柱齿轮减速器。 考虑到5~50吨系列桥式起重机小车运行机构传递功率不大(2.2~7.5KW),为此我 们设想采用一种高强度高效率的新型蜗杆传动来代替现行的Z$O系列三级立式圆柱齿轮减 速器。通过调查研究及分析比较，我们认为将我国首创SG-71型蜗轮付，即平面二次包络弧 面蜗杆传动（简称“平面二包”传动，或PSW传动）引入小车运行机构是完全可行的。 新的小车运行机构拟采用“三合一平面二包”传动方案。所谓“三合一”即将制动器、 电动机、“平面二包”蜗杆减速器组装在一起的驱动装置（图5）。由于该装置用法兰止口 与车轮角型轴承箱联接，使得电动机完全脱离了与小车台面的联系，从而为采用“三合一 一平面二包”传动创造了条件。 “三合一”驱动装置主要由YZRS系列电磁制动三相异步电动机及PSW系列“平面二 包”蜗杆减速器两大关键部件所组成。 YZRS系列是起重机“三合一”运行机构专用的电磁制动三相异步电动机系列，它是广 西梧州电机厂的新产品。其特点是将起重机用三相异步绕线式电动机及电磁制动器组成一个 整体，结构紧凑，重量轻。该系列电动机与PSW系列平面双包络蜗杆减速器结合成“三合 一”结构，作为新系列桥式起重机小车运行机构的驱动装置。 YZRS电动机为封闭自扇冷式，有一个圆柱形轴端。在分一非轴伸端装有直流圆盘式电 磁制动器，其直流电源由电机本身利用每相绕组中间抽头经硅整流后自行供给。当电动机接 120

箱体剖分面漏 油问题 。 这 种立式减速器 的箱体剖分面可 以有多种 方案 图 。 当采用 “ ” 字形 部分方案时 图 一 ， 虽 然箱体的 铸造 及加工工艺 简单 ， 装配时可在箱体结合面 间涂密 封胶 ， 但防漏效果很差 。 武钢 工程 引进桥式起重机小车立式减速器下面带有防漏的接油 盘 ， 说 明漏油 问题 在 国外也未 根本解决 。 如果采用 “ ” 型部分 图 一 或 “ ” 型部分 图 一 ， 虽然可 以防止 箱体结合面漏油 ， 但这种箱体结构的铸造 、 加工 及装配工艺 要求 很高 ， 所 以采用 不 多 。 我国 的 系列采 用 的是 “ ” 字型 剖分 结构 ， 所 以一直存在 漏油 问题 。 综 上所述 ， 现行小 车 系列立式减速 器方案存在着一 系列较为严重 的缺点 中心距 受安 装尺寸 限制外廓尺寸较大 ， 高速级齿轮传动难于 润滑招致早 期失效， 箱体剖分面漏油 等 等 。 这 些 问题 如 不 彻底解决 ， 必 然影响小车运行 机构的传动质 量 。 戈 贡花 闪 亚 及红 字型 剖分 型剖分 。 型剖分 图 立 式减速器 箱体 的剖分 方案 二 、 小车运行机构断组 传动方案－ “ 三合一 － 平面 二 包” 传动方案 针对小车运行机构存在的 上述缺点 ， 新方案的 出发点是设 法使 电动机摆脱 与小车架台面 的 联系 ， 从而可 以不再采 用有弊病 的 传统的立式三级 圆柱齿轮减速 器 。 考虑到 吨系列 桥式起重机小车运行机构传递 功率不大 ， 为此我 们设想采 用一种 高强度高效 率的新型蜗杆传动来 代替现行的 系列三 级立式圆柱齿轮减 速 器 。 通过 调 查研究 及分析比较 ， 我们认为将我 国首创 一 型 蜗轮付 ， 即平面二次包络弧 面蜗杆 传动 简称 “ 平面二 包” 传动 ， 或 传动 引入小车运行机构是完全可行 的 。 新的小 车运行机构 拟采用 “ 三 合 一 平面二 包” 传动方 案 。 所谓 “ 三 合一” 即将制动 器 、 电动机 、 “ 平面 二 包” ’ 蜗杆减速 器组装在一起的 驱动 装置 图 。 由于该 装置 用 法 兰止 口 与车轮角型 轴承箱联接 ， 使得 电动机完全脱 离了 与小车台面 的联系 ， 从而为采用 “ 三 合 一 － 平面二 包” 传动创造 了条件 。 “ 三 合 一 ” 驱动装置 主要 由 系列 电磁 制动三 相异 步 电动机及 系列 “ 平面二 包 ” 蜗杆减速 器两大关键部件所组成 。 系列是起重机 “ 三 合一 ” 运行 机构专用 的 电磁 制动三 相异 步 电动机系列 ， 它是广 西梧州 电机厂 的新产品 。 其特点是将起重机用三 相异 步 绕线 式 电动机及电磁 制动 器组 成一个 整体 ， 结构紧凑 ， 重 最轻 。 该 系列 电动机与 系列 平面 双 包络蜗杆减速 器结合 成 “ 三合 一” 结构 ， 作为新系列 桥式 起重 机小车运行机构的驱 动装置 。 电动机为封 闭 自扇冷式 ， 有一个圆柱形 轴端 。 在 另一非 轴伸端装有直 流圆盘 式 电 磁 制动 器 ， 其直 流 电源 由电机本身利 用每 相绕组 中间抽头经 硅 整流后 自行供 给 。 当电动机接 护

图5“三合一平面二包”小车运行机构传动方案 1-YZRS电磁制动绕线电动机，2-PSW平面二包蜗杆减速器， 3-车轮，4十字万向联轴器 通电源后，制动器同时工作，立刻将衔铁吸上，并压缩弹簧，制动件与衔铁脱开，电动机转 子转动。当切断电源时，制动器同时断电，电磁铁吸力消失，弹簧推动衔铁紧压制动件（风 扇)，产生制动力矩，电机立即制动。制动器设有调节螺母，可在0.6~0.9额定力矩范围内 调节制动力矩。 YZRS系列电动机的主要技术特性见表1，其功率范围完全能满足5~50吨系列小车运 行机构的需要。 表1 YZRS系列电动机的主要技术性能 负载持续率25% 中心高 功率 转速 电流 最 转 转子 转子 飞转矩 倍 数 电压 电流 效率 (mm) (kW) (rpm) (A) (Mmx/Me (V) (A) (kg-m3) 2.2 1375 5.5 2.5 130 12.7 112 M 3.4 1403 8.2 2.5 195 12.3 5.0 1410 11.6 2.5 195 17.5 132 & 7.5 1430 16.8 2.8 290 17.2 PSW系列平面双包络蜗杆减速器采用蜗杆上驱动（图5）方案。如从蜗杆传动啮合的 润滑条件出发，最好采用下驱动。但由于下驱动时电动机将与桥架主梁上盖板发生碰撞，因 而只能采用上驱动方案。这对起动时蜗杆齿面的润滑是不利的，但考虑到该传动采用大粘度 润滑油，能够在蜗轮齿沟槽内存留一部分，因此起动时啮合齿面的润滑是不成问题的。另 外，由于该减速器的箱体是沿蜗轮轴线水平部分，所以箱体漏油问题是比较容易解决的。 121

卜 。 工 一 上 一 立断沥 飞 口一 峨 立， 二 仁 不 「卜们 ， 卜至至 卜 吕 二二 二二 二二 存少产一 犷 一霭 抽 」匕丫一 ， 一 但 日 目留叫 石 哟评 一 一 一 丫碑 、 川卜，牛 … ·， 二 、 卜 一一 司 三荆 崎马 ‘ ‘ 二 丫 翻 一 钾、 图 “ 三 合 一 平 面 二 包” 小车运 行 机构传 动方案 一 电磁 制动绕 线 电动 机， 一 平 面二 包蜗杆减速器， 一 车轮， 一 十字万 向联轴器 通 电源后 ， 制动 器同时 工作 ， 立刻将衔 铁吸 上 ， 并压缩弹簧 ， 制动件与衔 铁脱开 ， 电动机转 子转 动 。 当切断 电源时 ， 制 动器同时断 电 ， 电磁 铁吸 力 消失 ， 弹 簧推 动衔 铁 紧压制动件 风 扇 ， 产生 制 动力 矩 ， 电机立 即 制 动 。 制动 器设 有 调节螺母 ， 可在 额定力矩范 围 内 调节制 动力 矩 。 系列 电 动机的 主 要技术特性见表 ， 其功 率范 围完全能 满足 吨 系列 小车运 行机构的 需要 。 中心 高 飞 转 矩 一 味 表 系列 电动机的主 要技术性能 负载持续率 了 …黑德 黯剩蒸 薪’ 效· … 一 一 … 一 … 。 … 一 卜 一 兰二二 一一上 一 三卫兰卫 里二里卫 一竺二亘一二二兰竺 一一上 一 兰二兰二一一 … ’ ” “ ‘ ” … “ ’ ” “ ” ， ‘， ‘ … · … · “ · ” … · “ 系列 平面 双 包络 蜗杆减速 器采用蜗杆 上驱 动 图 方 案 。 如从蜗杆 传动啮 合的 润滑 条件 出发 ， 最 好 采 用下驱 动 。 但 由于下驱 动时 电动机将 与桥 架主 梁上盖板发生碰 撞 ， 因 而只能 采 用 上驱 动方 案 。 这 对起 动时蜗杆齿面 的 润滑是不利 的 ， 但考虑 到该 传动采 用大 粘度 润滑油 ， 能 够在蜗 轮齿沟 槽 内存留一 部分 ， 因此 起 动时啮 合齿面 的 润 滑 是 不 成问题 的 。 另 外 ， 由于该 减速 器 的 箱体是沿 蜗轮轴线水平 部分 ， 所 以 箱体漏 油 问题 是 比较容易解 决的

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