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行業新聞

圓弧齒輪在我國的發展與應用【賽力傳動】

現代齒輪的研究方向主要是提高齒輪傳動的平穩性和承載能力.而圓弧齒輪除保證齒輪傳動的平穩性以外,同時還具有較高的承載能力.因此,在生產實際中得到了進一步的發展和應用.


我國從60年代中期就開始研究雙圓弧齒輪,但進入實質性的研究、試驗和應用是在1975年以后。經過有限元計算分析、光彈試驗、臺架承載能力試驗和工業使用驗證,證明雙圓弧齒輪的承載能力比單圓弧齒輪有較大的提。這是因為雙圓弧齒形是集凸、凹弧于一體,在輪齒根部有較寬的齒厚,提了輪齒根部的彎曲強度。在相同條件下,雙圓弧齒輪同時接觸的點數要多于單圓弧齒輪,減小了每個接觸點上的平均載荷。臺架承載能力試驗表明,雙圓弧齒輪的彎曲強度和接觸強度分別比單圓弧齒輪:其綜合承載能力比單圓弧齒輪。在工藝上,雙圓弧齒輪只需一把滾刀就可以加工一對嚙合齒輪。雙圓弧齒輪的這兩個特點正好克服了單圓弧齒輪的兩點不足。


圓弧齒輪傳動的特點是:
①綜合曲率半徑比漸開線齒輪傳動大很多,其接觸強度比漸開線齒輪傳動約高0.5~1.5倍;
②兩輪齒沿嚙合線方向的滾動速度很大,齒面間易于形成油膜,傳動效率較高,一般可達0.99~0.995;
③圓弧齒輪沿齒高方向磨損均勻,且容易跑合;
④圓弧齒輪無根切現象,故最小齒數可以少。但圓弧齒輪對中心距、切齒深度和螺旋角的誤差敏感性很大,這三項誤差對承載能力影響較大,故圓弧齒輪對制造和安裝精度要求較高。此外,單圓弧齒輪輪齒彎曲強度較弱;切削同一模數的大、小齒輪,需用兩把不同的滾刀。

我國從80年代開始就重點發展雙圓弧齒輪,在低速重載齒輪傳動領域內,主要推廣應用中硬齒面雙圓弧齒輪;在速齒輪傳動領域內,主要推廣應用氮化硬齒面雙圓弧齒輪。使用中硬齒面(低速傳動)和滲氮硬齒面(速傳動)雙圓弧齒輪,較使用滲碳淬火磨齒漸開線齒輪會有更好的社會經濟效益,因為其工藝簡單、成本低、制造周期短,一般工廠都可以生產。但要注意齒輪的加工、裝配精度和材質質量,速齒輪應進行齒端修形和齒面珩齒工藝。對于低速齒輪,今后應在中小模數范圍內推廣滲碳淬火硬齒面刮削工藝,進一步提齒輪的承載能力。因此本篇主要介紹雙圓弧齒輪的設計計算、精度測量及相關。


由于圓弧齒輪的承載能力比同樣條件下的漸開線齒輪,且工藝簡單、成本低,我國從1958年就開始了研究和應用。在基礎理論和設計計算方面,先后進行了嚙合理論、承載能力計算、輪齒受載變形及修形計算、彈流潤滑分析、珩齒工藝機理、滾刀齒形設計與計算、精度檢驗與測量尺寸計算、計算機輔助設計(CAD)與繪圖等項研究。在齒輪和滾刀制造工藝方面,進行了滾齒修形(齒端修?。?、中硬齒面滾齒、硬齒面刮削、蝸桿型軟砂輪珩齒,以及硬質合金雙圓弧齒輪刮削滾刀制造等項技術研究。與此同時,進行了大量的試驗和工業應用,并且先后制訂了一整套有關圓弧齒輪的國家。它們是:GB/T1840一1989圓弧圓柱齒輪模數、GB/T12759一1991雙圓弧圓柱齒輪基本齒廓、GB/T13799一1992雙圓弧圓柱齒輪承載能力計算方法、GB/T14348.1一1993雙圓弧齒輪滾刀型式和尺寸、GB/T14348.2一1993雙圓弧齒輪滾刀技術條件、GB/T15752一1995圓弧圓柱齒輪基本術語和GB/T15753一1995圓弧圓柱齒輪精度。

圓弧齒輪泛指單圓弧齒輪和雙圓弧齒輪。在70年代中期以前,我國主要是研究應用單圓弧齒輪。由于齒形特點,圓弧齒輪具有較的接觸強度,在使用非硬齒面齒輪傳動的情況下,正好彌補了漸開線齒輪易出現點蝕失效的不足,因而在低速動力齒輪傳動行業應用了單圓弧齒輪,都取得了良好的效果。單圓弧齒輪有兩點不足,一是齒形限制,齒根彎曲強度略顯不足,使承載能力得不到較大提;二是需用兩把滾刀(凸齒和凹齒滾刀)加工一對嚙合齒輪,工藝比較麻煩。

圓弧齒輪在我國的應用很廣。作為低速重載齒輪傳動主要應用于冶金、礦山、石油化工、建材水泥、榨糖、運輸等行業。如鋼650軋機單圓弧齒輪機座,太鋼1200薄板軋機單圓弧齒輪減速器,鞍鋼初軋廠的18in連軋機和24in連軋機雙圓弧齒輪減速器。用非硬齒面圓弧齒輪替代同樣條件的漸開線齒輪以后,都大幅度地提了鋼產量和延長了齒輪使用壽命。如24in連軋機的傳遞功率,而雙圓弧齒輪的使用壽命在6年以上。1985年重型機器廠為西南鋁加工廠2800軋機設計制造的模數為30mm,中心距800mm的雙圓弧齒輪機座,是目前應用的大模數的雙圓弧齒輪。我國石油工業抽油機用的減速器,幾乎全部采用雙圓弧齒輪,并且制訂了行業,其產品質量達到了美國AP1613要求,出口美國。另外,礦井提升機、行車運行機構和膠帶運輸機用的減速器,以及工業通用減速器已形成系列產品。在低速重載齒輪傳動領域,還將非的短齒雙圓弧齒輪成功地用于煤炭刮板運輸機減速器上和長江航運駁船上,進一步提了齒輪的承載能力。圓弧齒輪也在汽輪機、鼓風機、壓縮機等速齒輪傳動方面獲得應用,例如微型減速電機,行星齒輪減速電機等。與一般工業用鼓風機和小型汽輪發電機組配套的速圓弧齒輪變速箱已成系列產品,成為我國速齒輪批量生產的主導產品。浙江鎮海煉化公司煉油廠應用的催裂化主風機速雙圓弧齒輪箱,齒輪采用中硬調質、精滾齒齒端修形、齒面深層離子滲氮和齒面珩齒工藝,其動態特性(振動和噪聲)均達到水平。其承載能力和磨齒漸開線齒輪相當,而制造成本大為降低,具有十分明顯的技術經濟效益。

綜觀圓弧齒輪在我國的發展與應用,從基礎理論研究到化系列化生產,從試制到掌握成套的中硬齒面、滲氮硬齒面齒輪制造技術,從不會用到合理的使用維護等方面,標志著圓弧齒輪已發展成具有我國特色的齒輪傳動技術體系。隨著社會的發展,這一齒輪傳動技術體系必將得到進一步的發展和完善。

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