煤矿机械无轴承行星传动设计思路

摘要：

无轴承行星传动结构一般应用于重载低速的齿轮箱。为保证无轴承行星传动结构的可靠性，针对煤矿井下使用条件，从行星轴与行星轮润滑条件、行星轴与行星轮润滑道、无轴承行星传动的磨损分析等方面阐述无轴承行星传动设计要点和思路。

关键词：煤矿；无轴承；行星传动；设计

0引言

在煤矿机械齿轮传动设计中受实际空间尺寸限制，常规的滚动轴承不能符合强度、可靠性和尺寸等方面的标准，而采用采用无轴承支撑行星传动结构，将结构行星轴与行星架固定，行星轴直接支撑行星轮并相对旋转，可大幅增加行星轴的强度，提高传动装置的功率体积比。目前无轴承行星传动结构形式已被广大设计者所认可。本文从煤矿机械实际工况出发，阐述无轴承行星传动设计要点和思路。

1行星轴与行星轮润滑条件

无轴承行星传动结构中，行星轮与行星轴的润滑可类比滑动轴承，是利用流体动压的原理，依靠行星轮与行星轴之间的相对运动，将一定粘度的油液带入行星轴与行星轮的间隙中，生成动压油膜，将行星轴与行星轮隔离，形成稳定的液体动压润滑，以达到承受负载、降低摩擦、减缓磨损的目的。其主要参数如下。

1.1平均压强pm

在保证行星轴与行星轮之间形成一定的油膜厚度及在合适温升等等具体条件下，平均压强pm宜取较高值，以此来保证设备运转的平稳性，减小行星轴和行星轮及行星架的尺寸。但当平均压强pm过高时，导致形成的油膜厚度过薄，对油质的要求将提高，且液压润滑容易遭到破坏，从而使得行星轴和行星轮之间的摩擦面损伤。

1.2宽径比B/D

对于行星轮或行星轴的宽径比B/D（B为行星轮宽度，mm；D为行星轮径向长度，mm），当宽径比较小时，有利于增大压强，提高运转平稳性；增加流量，降低温升；减轻行星轮边缘接触现象。随着行星轮宽度B的减小，功耗将降低，占用空间减小，但行星轴和行星轮的承载能力也将降低，容易出现局部过热的现象。高速重载的行星轮，温度升高时有边缘接触危险，宽径比B/D宜取较小值；低速重载的情况，为提高整体刚度，宽径比B/D宜取较大值。

1.3间隙比ψ

间隙比ψ的大小主要应根据载荷和速度来选取：速度越高，ψ值应越大；载荷越大，ψ值应越小。此外，直径大，宽径比小，对加工精度高时，ψ值可取小值，反之，取大值。间隙比ψ大时，流量大，温升低，承载能力低[1]。

2行星轴与行星轮润滑道

高可靠性无轴承行星传动主要依靠行星轮的转动将润滑油代入行星轮与行星轴之间的配合表面，形成润滑油膜。因此，无轴承行星传动的行星轮与行星轴的配合既要保证两者的配合精度，又要保证行星轮与行星轴的接触面在相对运动时能充分形成油膜。为此，设计时需充分考虑润滑油道的尺寸与布置，保证行星轮与行星轴之间无润滑死角。

3无轴承行星传动的磨损分析

高可靠性无轴承行星传动的主要失效形式为过渡磨损，防止磨损失效的关键在于保证行星轴和行星轮之间的润滑油膜质量。

3.1PV值计算与校核

无轴承行星传动工作时，其摩擦效应引起温度升高，摩擦热量的产生与单位面积上的摩擦功耗成正比，而承载面压强P与速度V的乘积通常用来表征无轴承行星传动的摩擦功耗，称为PV值。无轴承行星传动设计时，用限制PV值的办法，控制其工作温升。

3.2磨损量计算

无轴承行星传动的使用寿命，通常由行星轴和行星轮的磨损量来决定，磨损量主要受摩擦条件影响，而摩擦又受承载、材质、速度、杂质、工作温度、表面粗糙度、不同运行方式及所使用润滑剂等条件的影响。因此，磨损量只能是一个理论估计值，其寿命取决于各种复杂条件。若因供油不良、杂质渗入而使得磨损急剧变化时，便很难预测磨损情况[3]。下面是正常情况下由试验得出的磨损量计算方法。W=KPVT，(1)式(1)中，W为磨损量，mm；K为摩擦系数；P为承载压力，N/mm2；V为线速度，m/min；T为磨损时间，h。

4结语

无轴承行星传动结构一般应用于重载低速，为保证无轴承行星传动结构的可靠性，就需在设计中考虑所阐述的各项设计要点，通过保证行星轮于行星轴之间润滑油膜的质量，保证行星轮与行星轴表面凸峰不直接接触，使摩擦只发生于流体内部。因此，行星轴与行星轮配合间隙设计时应进行详细的计算校核，既保证两者的配合精度，又保证接触面相对运动时能形成润滑油膜，达到最佳润滑效果。

参考文献：

［1］胡冬良，郭瑞娜，钱忠，等.动压滑动轴承润滑状态与磨损分析［J］.机械工程师，2010(9)：39-42.

［2］杨丽颖，李长春，王守仁，等.固体自润滑轴承的设计与应用［J］.轴承，2004(3)：9-11.

［3］郑发正，谢凤.润滑油膜的形成和结构分析［J］.合成润滑材料，2001(1)：24-27.

作者：石涛 单位：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司