黃春有

（徐州科源液壓股份有限公司，江蘇徐州221116）

0 引言

回轉(zhuǎn)減速機是各種工程機械中驅(qū)動轉(zhuǎn)臺做回轉(zhuǎn)運動的關(guān)鍵傳動部件。例如，在起重機吊重物回轉(zhuǎn)時，貨物運到指定位置需要停下時，減速機輸入端在制動器的作用下制動鎖死，而吊物由于慣性的作用不能立即停下來，在慣性的作用下，吊物帶動起重機大臂及整個上車部小幅度往復擺動。這種擺動產(chǎn)生的主要因素有兩個：一是由于存在輸出齒輪和回轉(zhuǎn)支撐之間的側(cè)隙；二是由于存在回轉(zhuǎn)減速機空行程。其中，輸出齒輪和回轉(zhuǎn)支撐之間的側(cè)隙，關(guān)系到回轉(zhuǎn)減速機和回轉(zhuǎn)支撐兩種產(chǎn)品?；剞D(zhuǎn)減速機通常設(shè)計了偏心量，主機廠在裝配時可以通過調(diào)整回轉(zhuǎn)偏心量，使輸出齒輪和回轉(zhuǎn)支撐齒輪之間的側(cè)隙保持在一個合理的范圍值[1]。這種間隙調(diào)整由主機廠來完成，檢測和控制也由主機廠來完成，在此不做討論。

回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動上車回轉(zhuǎn)過程中，由于減速機各級傳動齒輪存在側(cè)隙、行星架和中心輪浮動、制動器的內(nèi)外花鍵間隙配合等因素的存在，減速機在馬達停下來后，上車不能立刻停下來，在慣性作用下，必須走完減速機內(nèi)部的各種間隙后才能停下來，即從輸入停止到輸出停止，減速機轉(zhuǎn)動的行程即為回轉(zhuǎn)的空行程?；剞D(zhuǎn)空行程是回轉(zhuǎn)減速機的客觀存在，不能完全消除，但為了保證車輛的正常使用，必須對空行程進行檢測并將其控制在一定范圍內(nèi)。

1 空行程檢測

由于空行程是多因素綜合作用的結(jié)果，且各個因素影響的程度也不一樣，因此很難對各個有影響的因素進行分開檢測。而對于主機廠來說，需將回轉(zhuǎn)減速機空行程控制在一個可接受的范圍內(nèi)。針對這種情況，我們就把回轉(zhuǎn)減速機作為一個整體來檢測空行程，并設(shè)計了輸入端檢測和輸出端檢測兩種檢測方案。

1）輸入端檢測。軸承座在檢測機架上固定；抽出制動器原有的連接軸，更換一個連接軸工裝（工裝無外花鍵，使制動器不產(chǎn)生作用；有搖把，方便轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)減速機；有指針，方便指示刻度）；輸入法蘭上安裝一個刻度盤，刻度盤可以手動轉(zhuǎn)動，刻度盤上有刻度標示。檢測空行程時，轉(zhuǎn)動搖把朝一個方向轉(zhuǎn)動，至輸出齒輪轉(zhuǎn)過1個齒以上，停止轉(zhuǎn)動搖把；用百分表壓在輸出齒輪某一齒的一側(cè)；轉(zhuǎn)動刻度盤，0°對準搖把的指針；反向轉(zhuǎn)動搖把，觀察輸出齒輪位置百分表，百分表開始轉(zhuǎn)動，即停下；讀出搖把在刻度盤上轉(zhuǎn)動的角度。

2）輸出端檢測。軸承座在檢測機架固定，用撬棍撬輸出齒輪朝一個方向轉(zhuǎn)動，直到輸出齒輪不能再旋轉(zhuǎn)為止，用百分表壓在輸出齒輪齒形上的某一點作為檢測點，調(diào)整表盤讀數(shù)回零，然后再反向撬輸出齒輪，直至輸出齒輪不能轉(zhuǎn)動為止，由另外一人讀出百分表讀數(shù)，該讀數(shù)為監(jiān)測點走完空行程的弦長。

對比檢測方案可知：1）輸入端檢測的優(yōu)點是方法比較簡單、單人即可操作，但所需工具比較復雜，有檢測機架搖把、刻度盤、百分表，尤其是搖把和刻度盤的加工比較繁瑣復雜；2）輸出端檢測操作比較復雜，需要雙人操作，一人持撬棍撬輸出齒輪，一人讀百分表，所需工具相對比較簡單，需要檢測機架、百分表、撬棍等。

在輸入端檢測時人為漏掉了制動器的空行程（此處有兩組花鍵，制動片和制動殼體之間及摩擦片和連接軸之間，且此兩處花鍵間隙比較大，都要求可以順利脫開并滑動）；并且減速機自身就是減速增扭的裝置，在輸入端用把手轉(zhuǎn)動時，用非常小的力即可驅(qū)動輸出齒輪，并不能確保空行程已經(jīng)被完全測量；在輸出端測量時，撬棍撬動輸出齒輪，力量比較大，可以認為已完全消除減速機內(nèi)部的各種空行程，包括制動器的空行程；更重要的是主機廠在測輸出齒輪和回轉(zhuǎn)支撐之間的空程時，多采用壓鉛絲法或塞尺法，得出結(jié)果是輸出齒輪和回轉(zhuǎn)支撐之間的側(cè)隙，輸入端測量的結(jié)果和主機廠測量的結(jié)果無法在一起直接使用，更無法幫助主機廠做出更直觀的評估。

綜上所述，經(jīng)過實驗對比，并和主機廠溝通，最終確認將輸出端檢測作為回轉(zhuǎn)減速機空行程檢測方法。

確定實驗方法后，就需要確定空行程的控制范圍，我公司聯(lián)合主機廠對出廠的回轉(zhuǎn)進行檢測跟蹤，共有兩種回轉(zhuǎn)：第一種為JH17-100，速比為103.3，為三級傳動，統(tǒng)計跟蹤數(shù)量200臺；第二種為JH17-46，速比46.4，為兩級傳動，統(tǒng)計跟蹤數(shù)量100臺（一級傳動使用較少，不做討論）。所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 回轉(zhuǎn)減速機空程檢測數(shù)據(jù)分布、市場跟蹤反饋及部分實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計

通過以上數(shù)據(jù)分析可知：在目前加工裝配條件下，兩級和三級傳動的減速機空行程下限可能為0.25 mm；減速機測量空行程數(shù)據(jù)為0.50～0.55 mm時，主機廠上車有一定概率發(fā)生擺動；減速機測量空行程數(shù)據(jù)大于0.55 mm時，主機廠上車發(fā)生擺動的概率比較大。后經(jīng)過和主機廠溝通評審，回轉(zhuǎn)空行程測量數(shù)據(jù)盡量控制不大于0.50 mm。但從檢測數(shù)據(jù)看，并不是所有回轉(zhuǎn)都滿足此要求，因此需要生產(chǎn)工藝上進一步改進，進一步提高合格率。

2 減速機改進

回轉(zhuǎn)減速機示意圖如圖1所示。常用的回轉(zhuǎn)機構(gòu)包含制動部分、傳動部分和輸出部分。其中輸出部分包括齒輪和兩個大軸承，產(chǎn)生的空行程可以忽略不計，因此可認為空行程是由制動部分和傳動部分空行程綜合而成，即

其中：TA為制動器空行程；TB為傳動部分空行程。

2.1 制動器空行程

制動器空行程包括：馬達和連接軸之間花鍵配合間隙TA1；制動殼體與定片之間的間隙TA2；動片和連接軸之間間隙TA3；連接軸和輸入級中心輪之間花鍵配合間隙TA4。其中：TA1和TA4為小間隙配合，在保證安裝的前提下，間隙已經(jīng)調(diào)整為最小；TA2和TA3為間隙配合，制動器要求內(nèi)外花鍵必須要輕松脫開，并能相對滑移無卡滯，即TA2和TA3間隙不能太小；而從控制空行程來說，期望TA2和TA3間隙不能太大；因此在不超過開啟壓力的情況下，盡量增加摩擦片的正壓力（增加彈簧數(shù)量），盡量減小摩擦片的組數(shù)，從而可以縮小TA2和TA3的范圍，然后經(jīng)過試驗得出最優(yōu)TA2和TA3的數(shù)值。

2.2 傳動部分空行程控制

圖1 回轉(zhuǎn)減速機示意圖

回轉(zhuǎn)傳動部分由兩級或三級NGW行星傳動系統(tǒng)串聯(lián)而成。每一級傳動的相關(guān)件包括中心輪、行星架、行星輪、行星輪軸承、齒圈。其中：行星輪通過行星輪軸承安裝在行星架上；行星架和次級的中心輪通過花鍵裝配在一起[3]，然后浮動安裝；輸入級的中心輪和連接軸通過花鍵裝配在一起，浮動安裝；輸出級的行星架和輸出齒輪通過花鍵裝配在一起，不用浮動。其中的中心輪、內(nèi)齒圈和行星輪的偏心誤差、行星輪軸的位置誤差及行星架的偏心誤差將引起浮動機構(gòu)位移，減速機的傳動空行程和這些浮動機構(gòu)位移密切相關(guān)，因此需要關(guān)注各個零件的產(chǎn)生的位移量及總位移量。各種誤差引起浮動件的總位移量為

式中：Ψ為太陽輪與行星輪節(jié)點上的速度與行星輪軸中心的速度之比。

從式（2）可以看出，各個零件誤差對浮動量總位移影響程度是不一樣的，其影響程度從大到小依次為E3、E1、E4、E2。根據(jù)影響強度，依次對減速機零件加工工藝進行討論和改進：1）E3為行星輪偏心誤差引起的浮動量，主要由行星輪齒和軸承安裝孔同軸度誤差產(chǎn)生的。行星輪加工過程為：輪齒精加工完成后，以齒形定位，磨軸承安裝孔。這樣的工藝流程可以使行星輪偏心誤差引起的浮動量降到最小，是合適的工藝。2）E1為太陽輪或內(nèi)齒圈偏心誤差，主要由太陽輪或內(nèi)齒圈的徑向跳動公差和其安裝孔軸線和主軸線的同軸度公差產(chǎn)生，取值為徑向跳動與同軸度公差之和的一半，即E1包含兩個部分：太陽輪偏心誤差ΔE1A和齒圈偏心誤差ΔE1B。兩項分開討論，其中太陽輪結(jié)構(gòu)簡單，熱處理變形小，且熱處理后要對齒面進行珩磨加工，因此其偏心誤差ΔE1A可認為基本取決于機床及其附件工裝的精度，即可認為現(xiàn)行工藝是合適的。內(nèi)齒圈類似于薄壁型零件，材料為40Cr，主要的工序安排為：毛坯→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→鉆孔插齒→齒面高頻淬火。最后一道工序高頻淬火引起的變形比較大，齒圈容易失圓，而此時為保證減速機不卡死，就需要將齒圈的棒間距調(diào)得比較大。從齒面強度和熱處理產(chǎn)生的變形量來說，40Cr調(diào)質(zhì)后高頻淬火變形量大于調(diào)質(zhì)后氮化的變形量，而調(diào)質(zhì)是在精車之前進行的，無變形量，但齒面強度小于調(diào)質(zhì)后氮化。針對這種情況，工藝上提高調(diào)質(zhì)硬度（基本接近插齒刀可以加工的上限），精準核算減速機工況所需的齒面強度和使用壽命，在強度允許的情況下，優(yōu)先使用調(diào)質(zhì)齒圈，其次是氮化齒圈，盡量不用高頻淬火齒圈，齒圈的變形量減小，棒間距公差就可進一步減小到一個更合理的范圍，從而減小浮動量和空行程。3）E4為行星輪架偏心誤差引起的浮動量，取安裝孔軸線和主軸線同軸度的一半。具體來說就是行星架內(nèi)花鍵與行星架基準軸線的中心距偏差，此偏差主要受機床及其所用工裝精度影響。4）E2為行星輪軸位置誤差引起的浮動量，取行星輪軸相對于行星輪架安裝軸線的位置度的一半。行星架上各行星輪軸與行星架基準軸線的中心距偏差，會導致行星輪徑向位移從而影響傳動側(cè)隙，且當各中心距偏差數(shù)值和方向不同時，會影響相鄰行星軸之間的相對弦距誤差的測量值，會影響行星輪均載。為此，要求各中心距的偏差等值同向，即各中心距之間的相對誤差等于或接近于零，一般控制在0.02 mm以內(nèi)。行星輪軸加工一般在加工中心上進行，此誤差主要受加工中心精度及其所用工裝影響。

2.3 改進措施總結(jié)

1）保證開啟壓力前提下，增加制動器彈簧數(shù)量，減小摩擦片的組數(shù)；2）在保證強度的前提下，改變齒圈熱處理方法，用調(diào)質(zhì)或氮化替代高頻淬火，進而下調(diào)齒圈的棒間距的公差范圍。

2.4 改進措施驗證

改進后用三級傳動的回轉(zhuǎn)JH17-100進行驗證，抽樣100臺，其空行程測量都不大于0.50 mm，說明改進措施是有效的。然后發(fā)往主機廠進行試驗，結(jié)果滿足使用要求。

3 結(jié)論

輸出端檢測方案可以比較準確地測量出回轉(zhuǎn)減速機的空行程；合理地安排制動器布局，合理地安排齒圈熱處理方法，并適當縮小齒圈的棒間距，可以有效控制回轉(zhuǎn)減速機的空行程。