斜齿轮轴向力对轴承的严重影响！！！

zengxiaodong · 发表于 2021-7-19 08:05

朱才朝所著《风电齿轮箱设计制造与试验技术》中还反复提到，行星架上面安装的行星齿轮轴承，几乎100%会出现跑外圈的情况，因此，建议行星架轴承孔要硬化处理，达到HRC58以上，同时涂抹专用的防擦伤脂。同时该书还认为，最根本的解决方案，是采用无外圈的轴承，直接在行星架中加工出轴承的外滚道。

zengxiaodong · 发表于 2021-7-19 08:35

行星架上的轴承跑外圈的情况，有足够多的实际现场案例以及台架试验的结果予以确认，但是对于发生这种现象的原因却没有令人信服的解释。在此我试着以我自己的理解来分析如下：

我们知道，轴承内外圈与轴孔的配合，是根据载荷的旋转状态来选定的，一般原则是旋转的载荷要紧配合，静止的载荷可以松配合。那么，根据行星架上轴承的情况，其轴承内圈是旋转载荷，因此应选用紧配合，而轴承外圈是静止载荷，可以选择松配合。

但是，显然这样的常规设计经实践证明是不行的，也就是外圈用松配合必然导致跑外圈的故障！这是什么原因呢？只有从外圈并非静止载荷去考虑。这就是行星齿轮自重的严重影响，也就是说齿轮自重以及齿轮啮合力的双重作用，导致外圈其实也是旋转载荷，这样的话，按照静止外圈载荷选用的配合当然就要出问题了。

用无外圈的轴承固然是彻底解决了跑外圈的故障，但是在行星架上加工出符合轴承滚道要求的孔并非易事，因此，使用带外圈的轴承仍是首选，只不过要改变外圈配合，按照旋转外圈载荷工况来选用即可，如果还要保险，可以进一步用更紧的配合......

zengxiaodong · 发表于 2021-7-20 07:21

圆锥滚子轴承、角接触轴承，都存在面对面配置和背对背配置的问题，对应的是力作用点的位置变化不同。很显然，接触角越大，则轴承的力作用点越偏离轴承的几何中心。
对于角接触轴承而言，后置代号C、AC、B代表了接触角的大小：

7xxx C：接触角15度
7xxx AC：接触角25度
7xxx B：接触角40度

最大接触角40度的7xxx B系列，其力作用点已经在轴承外面了。

对于圆锥滚子轴承而言，313xx系列属于大锥角，其力作用点也是偏离到最外侧，这可以从轴承参数表的计算系数e和Y反映出来，e最大Y最小

zengxiaodong · 发表于 2021-7-22 15:53

下面来谈谈行星齿轮输入轴，也就是太阳轮轴的轴承配置。

众所周知，行星齿轮需要保证各功率支路的均载，常用的办法是太阳轮浮动结构，在这种经典结构中，太阳轮实际上没有轴承支承，完全靠空间对称分布的行星轮来支撑，而转矩则是由齿形联轴器来传递的，这种结构自然要求齿轮是直齿轮，因为斜齿轮产生的轴向力没办法解决。

zengxiaodong · 发表于 2021-7-22 16:04

对于26楼图示的斜齿轮结构，显然无法用齿形联轴器的均载方案，一般推荐采用柔性轴的方案，也就是故意设计成细长的输入轴，使得在不平衡径向力的作用下，太阳轮易于移动（轴挠度引起），从而起到自动均载的作用。

为了避免齿轮偏转，推荐不要采用悬臂轴，而采用简支轴......

zengxiaodong · 发表于 2021-7-22 16:11

简支柔性轴实现起来有些难度，增加一个轴承不说，而且这个轴承还需要安装在行星架当中，轴承内外圈都在旋转。

类似简支柔性轴的结构是著名的“柔性销”技术，这个技术在风电行星齿轮增速箱中首先申请专利并获得采用，但是其用于传递转矩不多见，因此太阳轮轴采用柔性销有风险。
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柔性销在行星减速器中的应用.pdf (452.64 KB, 下载次数: 12)

zengxiaodong · 发表于 2021-7-23 07:18

在经典的采用齿形联轴器且太阳轮为直齿的均载结构中，有双联齿轮联轴器和单联齿轮联轴器结构，后者并没有措施防止太阳轮倾斜偏转，为什么要苛求柔性轴结构为简支梁形式呢？从另一个侧面来说，简支梁固然减少了悬臂梁的太阳轮倾斜偏转问题，但是其径向变形的刚度也增加了，也就是太阳轮径向移动的难度也加大了，这又削弱了浮动均载的效果，一正一反的效果孰占优还真不好说！

zengxiaodong · 发表于 2021-7-23 07:27

鉴于太阳轮轴的径向力理论上完全抵消，因此主要承受轴向力，而且多个行星轮的轴向力叠加到太阳轮上，导致太阳轮所受的轴向力很大，另一方面，太阳轮一般是作为输入轴，转速也是最高的，这样的话太阳轮轴的轴承选用颇为关键。

如果减速箱要承受双向扭矩，那么太阳轮所受的轴向力也将是双向的。选用两个角接触轴承（包括圆锥滚子轴承）当然是可以的，但是占用空间以及花费成本均不占优势，为此可以设计成仅用一个四点接触球轴承，内外圈均双向固定。
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zengxiaodong · 发表于 2021-7-23 07:39

四点接触球轴承要求轴向力是径向力的120%以上，以便形成2点接触的正常工作状态，否则轴承发热严重。

单轴承以及细长轴的结构，使得太阳轮的径向刚度最小化，也就是径向浮动的灵敏度达到最高，这是利于均载的，当然倾斜偏转的刚度也最小化，太阳轮的倾斜偏转实际上只能靠齿轮啮合接触力来自行均衡。

zengxiaodong · 发表于 2021-7-23 07:52

实际使用的结果表明，四点接触轴承由于是双半内圈的结构，还解决了轴承的装配难题，在装配方面具有普通角接触球轴承难以匹及的优点。

如果选用2个圆锥滚子轴承，由于内外圈可分离，装配问题也可以解决，但是圆锥滚子轴承的高速运转性能不及四点接触球轴承，且需要使用两个圆锥滚子轴承。

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