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圆弧齿轮在我国的发展与应用【赛力传动】

现代齿轮的研究方向主要是提高齿轮传动的平稳性和承载能力.而圆弧齿轮除保证齿轮传动的平稳性以外,同时还具有较高的承载能力.因此,在生产实际中得到了进一步的发展和应用.


我国从60年代中期就开始研究双圆弧齿轮,但进入实质性的研究、试验和应用是在1975年以后。经过有限元计算分析、光弹试验、台架承载能力试验和工业使用验证,证明双圆弧齿轮的承载能力比单圆弧齿轮有较大的提。这是因为双圆弧齿形是集凸、凹弧于一体,在轮齿根部有较宽的齿厚,提了轮齿根部的弯曲强度。在相同条件下,双圆弧齿轮同时接触的点数要多于单圆弧齿轮,减小了每个接触点上的平均载荷。台架承载能力试验表明,双圆弧齿轮的弯曲强度和接触强度分别比单圆弧齿轮:其综合承载能力比单圆弧齿轮。在工艺上,双圆弧齿轮只需一把滚刀就可以加工一对啮合齿轮。双圆弧齿轮的这两个特点正好克服了单圆弧齿轮的两点不足。


圆弧齿轮传动的特点是:
①综合曲率半径比渐开线齿轮传动大很多,其接触强度比渐开线齿轮传动约高0.5~1.5倍;
②两轮齿沿啮合线方向的滚动速度很大,齿面间易于形成油膜,传动效率较高,一般可达0.99~0.995;
③圆弧齿轮沿齿高方向磨损均匀,且容易跑合;
④圆弧齿轮无根切现象,故最小齿数可以少。但圆弧齿轮对中心距、切齿深度和螺旋角的误差敏感性很大,这三项误差对承载能力影响较大,故圆弧齿轮对制造和安装精度要求较高。此外,单圆弧齿轮轮齿弯曲强度较弱;切削同一模数的大、小齿轮,需用两把不同的滚刀。

我国从80年代开始就重点发展双圆弧齿轮,在低速重载齿轮传动领域内,主要推广应用中硬齿面双圆弧齿轮;在速齿轮传动领域内,主要推广应用氮化硬齿面双圆弧齿轮。使用中硬齿面(低速传动)和渗氮硬齿面(速传动)双圆弧齿轮,较使用渗碳淬火磨齿渐开线齿轮会有更好的社会经济效益,因为其工艺简单、成本低、制造周期短,一般工厂都可以生产。但要注意齿轮的加工、装配精度和材质质量,速齿轮应进行齿端修形和齿面珩齿工艺。对于低速齿轮,今后应在中小模数范围内推广渗碳淬火硬齿面刮削工艺,进一步提齿轮的承载能力。因此本篇主要介绍双圆弧齿轮的设计计算、精度测量及相关。


由于圆弧齿轮的承载能力比同样条件下的渐开线齿轮,且工艺简单、成本低,我国从1958年就开始了研究和应用。在基础理论和设计计算方面,先后进行了啮合理论、承载能力计算、轮齿受载变形及修形计算、弹流润滑分析、珩齿工艺机理、滚刀齿形设计与计算、精度检验与测量尺寸计算、计算机辅助设计(CAD)与绘图等项研究。在齿轮和滚刀制造工艺方面,进行了滚齿修形(齿端修薄)、中硬齿面滚齿、硬齿面刮削、蜗杆型软砂轮珩齿,以及硬质合金双圆弧齿轮刮削滚刀制造等项技术研究。与此同时,进行了大量的试验和工业应用,并且先后制订了一整套有关圆弧齿轮的国家。它们是:GB/T1840一1989圆弧圆柱齿轮模数、GB/T12759一1991双圆弧圆柱齿轮基本齿廓、GB/T13799一1992双圆弧圆柱齿轮承载能力计算方法、GB/T14348.1一1993双圆弧齿轮滚刀型式和尺寸、GB/T14348.2一1993双圆弧齿轮滚刀技术条件、GB/T15752一1995圆弧圆柱齿轮基本术语和GB/T15753一1995圆弧圆柱齿轮精度。

圆弧齿轮泛指单圆弧齿轮和双圆弧齿轮。在70年代中期以前,我国主要是研究应用单圆弧齿轮。由于齿形特点,圆弧齿轮具有较的接触强度,在使用非硬齿面齿轮传动的情况下,正好弥补了渐开线齿轮易出现点蚀失效的不足,因而在低速动力齿轮传动行业应用了单圆弧齿轮,都取得了良好的效果。单圆弧齿轮有两点不足,一是齿形限制,齿根弯曲强度略显不足,使承载能力得不到较大提;二是需用两把滚刀(凸齿和凹齿滚刀)加工一对啮合齿轮,工艺比较麻烦。

圆弧齿轮在我国的应用很广。作为低速重载齿轮传动主要应用于冶金、矿山、石油化工、建材水泥、榨糖、运输等行业。如钢650轧机单圆弧齿轮机座,太钢1200薄板轧机单圆弧齿轮减速器,鞍钢初轧厂的18in连轧机和24in连轧机双圆弧齿轮减速器。用非硬齿面圆弧齿轮替代同样条件的渐开线齿轮以后,都大幅度地提了钢产量和延长了齿轮使用寿命。如24in连轧机的传递功率,而双圆弧齿轮的使用寿命在6年以上。1985年重型机器厂为西南铝加工厂2800轧机设计制造的模数为30mm,中心距800mm的双圆弧齿轮机座,是目前应用的大模数的双圆弧齿轮。我国石油工业抽油机用的减速器,几乎全部采用双圆弧齿轮,并且制订了行业,其产品质量达到了美国AP1613要求,出口美国。另外,矿井提升机、行车运行机构和胶带运输机用的减速器,以及工业通用减速器已形成系列产品。在低速重载齿轮传动领域,还将非的短齿双圆弧齿轮成功地用于煤炭刮板运输机减速器上和长江航运驳船上,进一步提了齿轮的承载能力。圆弧齿轮也在汽轮机、鼓风机、压缩机等速齿轮传动方面获得应用,例如微型减速电机,行星齿轮减速电机等。与一般工业用鼓风机和小型汽轮发电机组配套的速圆弧齿轮变速箱已成系列产品,成为我国速齿轮批量生产的主导产品。浙江镇海炼化公司炼油厂应用的催裂化主风机速双圆弧齿轮箱,齿轮采用中硬调质、精滚齿齿端修形、齿面深层离子渗氮和齿面珩齿工艺,其动态特性(振动和噪声)均达到水平。其承载能力和磨齿渐开线齿轮相当,而制造成本大为降低,具有十分明显的技术经济效益。

综观圆弧齿轮在我国的发展与应用,从基础理论研究到化系列化生产,从试制到掌握成套的中硬齿面、渗氮硬齿面齿轮制造技术,从不会用到合理的使用维护等方面,标志着圆弧齿轮已发展成具有我国特色的齿轮传动技术体系。随着社会的发展,这一齿轮传动技术体系必将得到进一步的发展和完善。

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