挖掘机回转齿圈中内齿圈与外齿圈的优缺点

1、挖掘机回转齿圈中内齿圈与外齿圈的优缺点前言：回转机构是挖掘机重要的组成部分， 其回转工作比重占到整 个挖掘机工作循环的 65%75%，因此，回转机构的动态性能对挖 掘机整机性能影响甚大， 是挖掘机整机设计水平的重要标志， 也 是回转机构设计的关键技术之一。 然而，挖掘机工作环境十分恶 劣，受载复杂，回转机构的动态特性异常复杂，回转机构的振动 机理亦未完全明了， 尤其是回转机构与挖掘机工作装置、 回转机 构内部相互祸合关系和振动规律没有探明， 严重的降低了挖掘机 正常运行的可靠性， 阻碍了挖掘机深层次发展。 大齿圈与小齿轮 啮台过程中，由于承受重载、冲击及交变循环应力，使用初期出 现啃刮现象，

2、啃刮部位多在大齿圈齿根和小齿轮齿顶， 随着在齿 表面及次表面出现明显的金属流动，在齿顶和齿端面出现棱边， 齿面压陷，产生永久变形。一般当齿厚减去 1/3 时即告失效。一、回转系统的工作原理 挖掘机回转系统由回转液压系统和回转结构装置组成， 中型 挖掘机回转液压系统一般是阀控回转马达系统。 回转动作时， 挖 掘机的司机室、 工作装置和油箱等随回转平台一起转动。 图 1 为 回转系统的工作原理示意图。回转启动时， 回转换向阀开启， 液压系统输出高压油驱动回 转马达转动， 回转马达通过马达内部的行星齿轮减速机构将马达 的转速和扭矩传递给回转支撑的外圈， 克服摩擦力矩、 风阻等其 他阻力使回转平台加速

3、，驱使回转平台转动到理想工作位置 ; 回 转制动时， 关闭回转换向阀， 液压系统输出制动力矩使回转马达 减速，继而控制回转平台减速、制动。挖掘机回转装置包括两个部分 : 起支承作用的回转支承装置 和驱动转台转动的回转传动装置。 回转支承装置又称转盘轴承或 特大型轴承， 是连接两相对回转部件的重要传动元件， 一方面它 可以使两部件实现相对回转运动， 另一方面又可以承受来白两部 件的径向、轴向载荷以及倾覆力矩 . 挖掘机回转支承位于上平台 和底架之问，如图 1 所示，回转支承主要由内座圈 6、外座圈 4、 滚动体 （滚珠、滚柱或锥形滚孔等组成，内齿圈 7与回转支承内 座圈 6 做成一体，并通过齿轮

4、传动接受来白回转减速齿轮 8 的回 转驱动力，回转减速齿轮 8 与输出花键轴 9 通过渐开线花键连接。 回转支承内座圈 6通过螺钉与下部行走装置梁架 5 刚性相连，回 转支承外座圈 4通过螺钊一与上部回转平台底板 3刚性相连 .挖掘机工作装置作用在转台上的垂直载荷、 水平载荷和倾覆 力矩传输路径为 :回转支承的外座圈 *滚动体*内座圈 *下车架。当 回转减速齿轮 8 受到回转驱动力的作用与内齿圈啮合传动时， 回 转减速齿轮绕白身的轴线白转，同时受到来白内齿圈的反作用 力，反作用力通过回转减速器安装法兰传递到回转平台底板上， 使得上部回转平台与行走装置梁架发生相对回转， 实现挖掘机的 回转运动。

5、二、回转齿轮磨损原因的分析1、设计与制造形成的基节误差 齿轮副啮合必须节距相等和相互间在节点处接触。 回转大齿 圈加工受机床限制， 不是滚切而是用指状铣刀加工。 由于分度不 均匀致使加工精度降低， 造成基节误差过大， 据实测累积误差达 0.7 毫米。这样大的齿圈工作时必然出现啃刮现象，影响啮合时 齿间载荷的分配和加大动载荷， 结果轮齿接触强度降低， 极易发 生点蚀和产生塑性变形。原设计大齿圈材质为ZG30M n,HI134,强度极限为 55公斤/ 毫米。按制造精度要求，滚动压力可达61公斤 /毫米。可见原设计时的精度要求比较低，因此，必须首 先将设计精度提高， 同时要求保证制造精度， 才能使齿

6、轮寿命提 高。2、滑动系数的影响 渐开线齿轮传动在相啮合的两轮齿之间存在滑动， 这种滑动 的最大点在B2啮合处（如图3），滑动系数随啮合点的移动而变 化。当回转机构启动时，小齿轮处于主动状态，小齿轮的齿根相 对于大齿圈的齿顶，滑动方向见图 4，这种滑动将会造成大小齿 轮磨损。图 4 中虚线所示的齿形就是磨损后的齿形。在 B1 点对 小齿轮 O1 来说滑动是向齿顶方向。又因接触挤压力作用，在齿 顶都分表面上， 由于沿表面压力将金属推向齿顶， 小齿轮由于齿 面淬硬，当此层磨掉之后，才会出现。同时在B2点处，由于大齿轮齿顶的防动方向沿齿根方向， 所以只有出现磨损后才把金属推向齿顶现象。图3图 4与此

7、相反，当小齿轮处在制动状态时，其滑动方向见图 5, 磨损如虚线表示的齿形。 因为在大齿轮齿顶部分的滑动方向是向 齿顶的， 大齿圈齿面又软， 所以大齿圈的齿顶圆上就出现了被推 出的金属堆。 也就是说大齿圈齿顶的金属堆是在滑动与挤压力的 同时作用下形成的，因而改变了基节尺寸。而小齿轮齿根处于 B2 点啮合时，此处对小齿轮来说，不论是起动或制动状态，小 齿轮根部都是磨损最快的地方，而齿顶磨损缓慢，因此，小齿轮 基节有增大的趋势。 实际在制动时， 小齿轮齿顶像刀具一样啃刮 大齿轮的下部。 在制动啮合中， 只有小齿轮齿形磨损与大齿圈齿 面平行，即小齿轮齿面像刀具那样不存在后角时，才停止啃刮， 然后进入全

8、磨损，因此，使齿轮寿命降低。图 5三、回转齿轮改进措施1、提高齿面硬度 通过对齿轮的接触强度校核，得知大齿轮齿面接触强度不 足，其安全系数 4.9*5.76=0.854、齿形修整和齿顶倒角为了减少由齿的变形和误差引起的啮合初始冲击， 改善齿面 润滑条件，防止胶合，将齿轮齿面修整，使齿轮进入或退出啮合 区防止干涉刮削 .5 、选择拈度大挤压强度高的润滑油开式齿轮副传动， 在采场润滑部位容易进入砂粒，造成磨粒磨损，在挤压力作用下，润 滑油又易流失。在这边界润滑条件下，必须使用粘度大，挤压强 度高的润滑剂。我们选用开式齿轮挤压润滑剂效果较好 .6 、装配改进回转装置安装时，通常回转减速齿轮 8 的上

9、端面比内齿圈6 的上端面稍高一些 （ 见图 1） 避免回转减速齿轮上端部与内齿圈 上端部直接接触。1）鼓形齿面设计 为了防止齿面端部参与传递动力，通常将齿面设置为鼓形 面，但回转减速器在长期工作过程中， 回转减速齿轮及内齿圈的 齿面会不断磨损变平，仍然不能彻底避免端部干涉。2）齿轮齿向递减设计为了避免高负载啮合时， 内外齿轮出现上部接触、 下部分开 的现象，可以将回转减速齿轮齿厚沿齿向逐步递减， 顶部厚度小， 底部厚度大，单边厚度差为 0.2mm这样，回转受力小时，回转 减速齿轮下部（长度约10 mm与内齿圈啮合；随着回转负载增大， 输出轴向内侧倾斜时， 齿向厚度递减设计正好保证整齿啮合， 大

10、 大增加了接触面积并降低了接触应力， 使得回转装置的耐久性能 大幅提高。3）齿宽方向阶梯设计齿宽方向阶梯设计方案也可有效提高回转齿轮寿命， 但此方 案受日本相关专利保护，以下对其原理进行介绍，仅供参考。 如图所示，齿向阶梯是指回转减速齿轮通过减小上端部齿厚 而形成的类似阶梯的结构， 并且阶梯部去除材料的深度 D 大于该 部位的正常容许磨损量。 齿轮容许磨损量是指齿轮未失效时所允 许的最大磨损量。这样，在回转装置长期运转过程中，即使回转 减速齿轮和内齿圈上端部接触部位不断磨损， 也因磨损量小于容 许磨损量而可避免发生啮合齿轮上端部硬干涉造成的齿根裂纹 或折损，确保齿轮的强度和使用寿命。图采用齿向阶梯设计的回转减速齿轮齿形剖面图