淺析抽油機(jī)雙圓弧齒輪減速器傳動(dòng)

     1圓弧齒傳動(dòng)分析

　  a)漸開線齒廓嚙合是2個(gè)凸面接觸，其理想狀態(tài)下為線接觸;而圓弧齒嚙合是一凸面一凹面接觸(2 個(gè)曲率中心在嚙合點(diǎn)同側(cè))，其理想狀態(tài)下為面接觸。

    從另一角度看，齒面接觸應(yīng)力的大小主要決定于與瞬間接觸線相垂直的平面內(nèi)齒面當(dāng)量曲率半徑之比，圓弧齒的當(dāng)量曲率半徑比漸開線的大幾十倍甚至上百倍，說明圓弧齒沿齒長(zhǎng)方向也遠(yuǎn)比漸開線接觸良好，所以齒面接觸強(qiáng)度比漸開線齒大得多。雙圓弧齒輪傳動(dòng)比漸開線的輪齒面的承載能力高 115～210 倍。

    b)耐磨性能。圓弧齒輪傳動(dòng)齒面之間的瞬時(shí)接觸線(a ―b)沿著齒長(zhǎng)方向，在螺旋面上以很快的速度 vk 向齒端移動(dòng)。此移動(dòng)基本上是一個(gè)輪齒在齒長(zhǎng)方向沿著另一個(gè)輪齒的純滾動(dòng)(如圖4)，由于齒面幾何接觸的當(dāng)量曲率半徑很大，就形成了良好的油楔，而漸開線齒間潤(rùn)滑油形成的油楔是沿齒高方向，油楔短而夾角又大，效果遠(yuǎn)不如圓弧齒) 。又因?yàn)榇藵L動(dòng)速度很大，便發(fā)生了楔入效應(yīng)(潤(rùn)滑油楔入齒面間) 形成了較厚的油膜，比漸開線傳動(dòng)油膜厚 5～10 倍，所以圓弧齒面有耐磨損抗膠合能力，良好的自潤(rùn)滑機(jī)制是圓弧齒輪壽命長(zhǎng)的重要原因。漸開線齒面接觸應(yīng)力大，重載條件下，局部高應(yīng)力區(qū)很容易使油膜破壞，形成半干潤(rùn)滑狀態(tài)，這不僅造成磨損加劇也降低了傳動(dòng)的機(jī)械效率。同精度的漸開線齒輪要比圓弧齒傳動(dòng)效率至少低 2 %。圓弧齒輪的滑動(dòng)速度之比vh/ vk 遠(yuǎn)比漸開線齒傳動(dòng)小(沿齒高方向移動(dòng)速度 vh 很小，沿齒長(zhǎng)方向移動(dòng)速度 vk 很大)，即在圓弧齒輪傳動(dòng)里，瞬時(shí)接觸線的移動(dòng)基本上是一個(gè)齒輪在齒長(zhǎng)方向沿另一個(gè)輪齒的純滾動(dòng)，所以說它的磨損比漸開線齒小得多。而且由于圓弧齒經(jīng)充分跑合后，沿齒高各點(diǎn)相同，使磨損很均勻。

    c)雙圓弧齒的彎曲強(qiáng)度和雙模數(shù)漸開線齒輪類似，2 個(gè)單圓弧凹凸齒組合在一起，齒頂在節(jié)圓外為凸齒，齒根在節(jié)圓內(nèi)為凹齒，就成了雙圓弧輪齒。

    d)另外，可以優(yōu)選節(jié)圓齒厚比 s2/ s1,使齒腰和齒根的抗彎曲強(qiáng)度基本上相等，因此，該雙圓弧輪齒有很大的承載能力，在同等條件下比漸開線齒的彎曲強(qiáng)度提高 1/ 4 以上。

    2標(biāo)準(zhǔn)化問題圓弧齒也有其特殊技術(shù)要求，例如對(duì)切齒深度、中心距離要求嚴(yán)格等，但它的生命力在于輪齒的承載能力(齒面接觸強(qiáng)度、 輪齒彎曲強(qiáng)度) 和耐磨損性能(使用壽命)，使它能夠適用抽油機(jī)等設(shè)備的交變、重載、 長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)野外作業(yè)的工況條件。鑒于目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)抽油機(jī)生產(chǎn)廠家已經(jīng)批量應(yīng)用在抽油機(jī)上，且效果良好，已經(jīng)取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而 API SPEC 11E 抽油機(jī)規(guī)范和 ISO10431 抽油機(jī)技術(shù)規(guī)范中，只有對(duì)漸開線齒廓減速器的設(shè)計(jì)應(yīng)力、 材料選擇方面的規(guī)定，沒有雙圓弧減速器的設(shè)計(jì)和選材規(guī)范，滿足不了對(duì)抽油機(jī)產(chǎn)品制造、檢驗(yàn)等的要求。我國(guó)抽油機(jī)生產(chǎn)廠家要將產(chǎn)品銷售到國(guó)外，必須取得 API 認(rèn)證，這樣就存在我國(guó)的抽油機(jī)制造許可證認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) SY/ T 5044 ― 2000 和 APISPEC 11E 抽油機(jī)技術(shù)規(guī)范認(rèn)證不統(tǒng)一的問題。

    3結(jié)語

    我們已經(jīng)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)建議，在 APISPEC 11E 抽油機(jī)技術(shù)規(guī)范中，增加圓弧齒傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和選材等方面的規(guī)范，使之更加科學(xué)和完善，利于減少由于標(biāo)準(zhǔn)的不完善造成抽油機(jī)生產(chǎn)、檢驗(yàn)、銷售和用戶方的不便，進(jìn)一步統(tǒng)一和規(guī)范國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)消除出口時(shí)不合理的技術(shù)壁壘，促進(jìn)該行業(yè)的科技進(jìn)步和發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。