平行双轴反相同步驱动装置

中交一航局第二工程有限公司 渠开可

1.结构和工作原理

图1为驱动装置结构原理图。由图1可知，驱动装置分为两个对称部分，分别由普通三相异步电动机提供动力，包括带传动机构、锥齿轮传动等机构。驱动装置的左右两个对称部分通过滑动联轴器5连接，实现了左右两套机构的功率、转速、扭矩的互补，从而达到两组驱动轴的同步运转。主皮带轮1由普通三相异步电动机驱动，带动从皮带轮2运转，从皮带轮2通过传动轴与锥齿轮3连接并为锥齿轮3提供动力，锥齿轮3与锥齿轮4啮合并通过锥齿轮4将动力输出。

2.驱动装置转速推导

图1 驱动装置结构原理图

图2 带传动和齿轮传动机构转速

图3 驱动装置各部位受力分析图

带传动是一种近似定比传动的传动机构，皮带作为弹性材料不可避免的会出现弹性滑动，这种弹性滑动的比率为滑动率ε。由图2可知，皮带轮1和皮带轮2的直径分别为d1、d2转速分别为n1、n2。

滑动率ε为：

则带轮2的转速为：

齿轮传动机构通过锥齿轮啮合传动，属于定比传动类型，由图2可知，齿轮2、齿轮3的转速分别为n3、n4。

式中z3、z4分别代表齿轮3、齿轮4的齿数，负号代表运动方向发生改变。

如图1所示，皮带轮2和齿轮3通过传动轴联结n2=n3。

驱动装置通过联轴器相连，因此左右两驱动轴的转速相等n′O=n o。

3.驱动装置的扭矩

图3为驱动装置及各机构受力简图。皮带轮1、皮带轮2、齿轮3、齿轮4的扭矩T1、T2、T3、T4分别为：

对称装置(对称部件编号统一加“＇”表示)的皮带轮1'、皮带轮2'、齿轮3'、齿轮4'的扭矩T′1、T′2、T′3、T′4分别为：

两台电动机的输入功率分别为PD、P′D转速分别为vi、v′i。则带轮1和皮带轮1′的圆周力分别为：

皮带轮2和皮带轮1通过皮带传动，圆周力相等：

皮带轮2和齿轮3通过轴传动因此输出扭矩相等：

又因皮带轮2和皮带轮2'通过联轴器联接：

公式(3-4)分别与(3-1)、(3-2)联立得：

将（3-7）带入（3-6）：

齿轮3和齿轮3'输出扭矩：

公式（3-8）（3-9）联立：

整理得：

齿轮3和齿轮4通过齿轮传动圆周力相等：

公式(3-11)带入(3-12)：

驱动装置的输出扭矩为：

式中TO、T′O分别左右两组对称装置的输出扭矩。

公式(3-13)带入(3-14)

当两台电动机输入功率相同时PD=P′D

4.驱动装置的输出功率

则两组驱动轴的输出功率为

总输出功率

当左右两套对称装置工况相同时

5.驱动装置的功能和优越性

该驱动装置能够可靠的实现两组输出轴的反相同步运转，左右两套装置的输出功率可以根据负荷情况进行相互补偿和平衡。当驱动装置一侧承受的负荷和阻力扭矩超过系统左右两侧的负荷和扭矩平衡值时，另一侧电动机提供的富余动能和扭矩会通过联轴器传递到过载一侧从而使装置拥有较好的超载能力，当然对于负荷和扭矩非饱和一侧也能够将负荷及时传出减少了能量的浪费，同时也避免的高速轻负荷状态下对系统的冲击。

驱动装置的一级传动减速机构采用的带传动这样可以更好的吸噪减振，减少冲击，过载保护。驱动装置的二级传动减速机构采用的锥齿轮传功，这可以保证两套输出轴的反向同步运行。锥齿轮的使用可以使动力的传导方向扩展到驱动齿轮的垂直面域内，从而实现两套输出轴的在两个平行面内任意角度反向同步运行，可以实现配套机械结构设计的灵活性和良好的扩展性。根据传动情况适当选项锥齿轮的形式对系统的稳定性和寿命具有决定性作用。对于重载有冲击的场合优先选择斜齿锥齿轮或弧齿锥齿轮，尤其是齿锥齿轮可以有效的减少冲击和噪声，能够传递大扭矩。

[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]徐宝富.电液驱动无级调速装置[M].上海:中国工程机械学报,2012.

[3]杨可桢.机械设计基础(第五版)[M].北京:高等教师出版社,2006.

[4]安琦.机械设计[M].上海:华东理工大学出版社,2009.

[5]吴宗泽.机械设计师手册[M].北京:机械工业出版社,2002.