金良华　张剑寒　叶胜康　于　洋

（1.浙江恒丰泰减速机制造有限公司，温州 325025；2.中国科学院电工研究所，北京，100190）

定日镜用减速机的研制

金良华1张剑寒2叶胜康1于洋1

（1.浙江恒丰泰减速机制造有限公司，温州 325025；2.中国科学院电工研究所，北京，100190）

间隙可调的高精度定日镜用减速机，采用方位角与俯仰角传动机构置于同一箱体的整体方案，设计了一种分体式蜗杆结构，再通过螺纹夹紧机构以调整蜗轮、蜗杆副之间的间隙，研究了分体式蜗杆的加工、装配工艺。减速机具有传动精度高、工作寿命长和易于现场调整间隙的优点，可用于定日镜、碟式聚光器和跟踪光伏。

减速机分体式蜗杆调整间隙

引言

太阳能热发电具有电力输出平稳可控的特点，是一种易于被电网接纳的可再生能源技术形式。塔式太阳能热发电技术具有系统运行温度高，光电转换效率高的优势，在新建的太阳能热发电站中占据重要地位。定日镜是塔式太阳能热发电的核心装备，其成本占电站一次投资成本的50%左右［1］。定日镜用减速机是定日镜的关键部件，控制系统通过电动机和减速机驱动定日镜跟踪太阳，并将太阳光准确的反射到吸热器采光口，定日镜在工作中还要承受很大的风载荷和自身重力载荷，这就要求定日镜用减速机具有高精度和大承载能力。定日镜通常采用二维跟踪方式，需要两个减速机同时工作，一个减速机驱动定日镜水平旋转，跟踪太阳的方位角，另一个减速机驱动定日镜俯仰旋转，跟踪太阳的高度角，因此定日镜用减速机具有紧凑的结构和低成本也很重要，依据设计方案的不同，定日镜用减速机可占定日镜成本的35%～60%。

1　结构设计及原理

蜗轮蜗杆传动具有大传动比，承载能力大的特点，但是传统的加工工艺很难保证其传动精度。为了获得较高的传动精度，可以采用弹性元件，使蜗轮与蜗杆啮合面之间产生一定的预压紧力，以消除蜗轮蜗杆之间的间隙，但是这种方案增大了蜗轮蜗杆之间的摩擦力，会大幅度降低传动效率。而采用双导程蜗杆调整间隙，蜗轮和蜗杆之间只有单齿啮合，降低了减速机的承载能力。如果完全依靠机床的加工精度保证蜗轮蜗杆之间间隙，减速机的加工成本会变得异常昂贵。传动的定日镜用减速机采用两个箱体，分别负责定日镜的方位角和俯仰角转动，这种方案使得减速机结构不够紧凑，增加减速机重量和成本。

如图1所示，本文采用单箱体的整体结构设计方案，将方位角传动机构和俯仰角传动机构均放置在一个箱体内。具体布置方法为：方位角传动机构布置在箱体下部，方位角蜗轮通过方位角蜗轮轴与法兰盘连接作为输出端，方位角蜗杆与方位角电动机连接作为输入端，当法兰盘固定不动时，则方位角蜗杆转动，而方位角蜗杆与箱体连接，进而箱体也发生转动。高度角传动机构位于箱体上方，当箱体转动时，高度角传动机构也随着箱体转动。高度角传动机构也采用蜗轮蜗杆传动，高度角电动机带动高度角蜗杆转动，再通过高度角蜗轮带动高度角蜗轮轴转动，高度角蜗轮轴作为输出端。

图1　定日镜用减速机结构设计图

图2是调整间隙的结构示意图。将方位角蜗杆从中间剖分为两半，一半为蜗杆轴，一半为蜗杆套，蜗杆套套在蜗杆轴上。方位角蜗杆与蜗轮之间的间隙调整方法是：将采用开槽螺母的间隙调节螺母旋入有内螺纹的轴承盖里，通过旋转间隙调节螺母，推动垫圈压紧轴承，使方位角蜗杆无轴向间隙，然后反向旋转间隙调节螺母一定角度，减小方位角蜗杆齿面与蜗轮齿面之间的间隙，当二者之间的间隙满足设计时，再锁紧设置在间隙调节螺母上的螺钉，最后锁紧胀紧联接套即完成方位角蜗杆间隙的调整。

图2　调整间隙示意图

2　分体式蜗杆加工、装配工艺研究

分体式蜗杆是定日镜用减速机的核心零件，其加工精度直接影响减速机的定位精度。图3为分体式蜗杆的结构示意图。为了降低成本，在不提高蜗杆加工精度等级的前提下，保证蜗轮副的传动精度，将蜗杆的齿部轴向方向一分为二，以便调整蜗杆轴与蜗杆套之间的轴向间隙，进而调整蜗轮蜗杆传动副的啮合背隙。这种结构的关键是要保证蜗杆轴与蜗杆套的螺旋线一致，因此采取组合加工蜗杆齿形。具体加工工艺如下：

（1）将蜗杆轴除蜗轮杆齿部不加工以外，其余尺寸加工到图纸要求；

（2）将蜗杆套除蜗杆齿部不加工以外，其余尺寸加工到图纸要求；

（3）将蜗杆套套入轴蜗杆，在两蜗杆齿部结合处设置间隔垫，采用胀紧连接套固定两蜗杆；

（4）在两蜗杆尾端组合配铣定位键槽，安装定位导向键；

（5）组合加工蜗杆齿形，加工完毕后解体。

整体组装时，首先安装定位导向键，确保两蜗杆的齿部螺旋线重合，再拧紧胀紧连接套。

图3　分体式蜗杆

3　效果与应用

减速机所采用的螺纹调隙结构，通过螺纹的进给调整蜗杆与蜗轮的啮合间隙，保证了机构正反转的稳定性，没有弹性预紧力，在提高传动精度的同时不会影响油膜的形成，不会增加当量动摩擦角，不会降低蜗轮蜗杆传动的效率，蜗轮蜗杆之间的磨损获得改善。调隙过程中不需拆卸主要零件，只需扳手和螺丝刀，在使用现场完成间隙调整任务。本文研制的减速机获得发明专利一项［2］，并获得了商业化应用，图4为本文减速机的应用实例。

图4　减速机应用

4　结论

本文创造性的采用分体式蜗杆，采用螺纹轴向调隙工艺，整体式箱体结构，研制了一种新型定日镜用减速机。具有以下优势：

（1）传动精度达到设计要求，可用于定日镜、高倍聚光光伏和碟式聚光器等对传动精度要求很高的太阳能聚光器；

（2）易于现场调整间隙，可保证减速机具有长期的传动精度，增加了减速机的使用寿命。

［1］孟力，尤政.定日镜镜面弯曲机构设计及面形优化.机械工程学报［J］，2013，49（11）：36-42

［2］叶胜康，金良华.整体式多功能定位传动机构：，CN20111 0203568.X.2014.

The Design of Heliostat Reducer

JIN Lianghua1，ZHANG Jianhan2，YE Shengkang1，YU Yang1
（1.Zhejiang Hengfengtai Reducer Manufacturing Co.，Ltd.，Wenzhou 325025；2.China Institute of Electrical Engineering，Beijing，100190）

High precision heliostat reducer with adjustable gap，using the overall scheme of azimuth angle and pitching angle transmission mechanism which is arranged in the same box，designed a split type worm structure.Through the screw clamping mechanism to adjust the worm gear，worm gear pair is designed，split worm machining and assembly process was studied.Reducer has high transmission precision，long service life and easy to adjust gap，which can be used for heliostat，disc type concentrator and tracking photovoltaic.

speed reducer，split type worm，adjustment gap