淺析抽油機雙圓弧齒輪減速器傳動

     1圓弧齒傳動分析

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

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

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

    c)雙圓弧齒的彎曲強度和雙模數漸開線齒輪類似，2 個單圓弧凹凸齒組合在一起，齒頂在節圓外為凸齒，齒根在節圓內為凹齒，就成了雙圓弧輪齒。

    d)另外，可以優選節圓齒厚比 s2/ s1,使齒腰和齒根的抗彎曲強度基本上相等，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度提高 1/ 4 以上。

    2標準化問題圓弧齒也有其特殊技術要求，例如對切齒深度、中心距離要求嚴格等，但它的生命力在于輪齒的承載能力(齒面接觸強度、 輪齒彎曲強度) 和耐磨損性能(使用壽命)，使它能夠適用抽油機等設備的交變、重載、 長時間連續野外作業的工況條件。鑒于目前國內大多數抽油機生產廠家已經批量應用在抽油機上，且效果良好，已經取得了很好的經濟和社會效益，而 API SPEC 11E 抽油機規范和 ISO10431 抽油機技術規范中，只有對漸開線齒廓減速器的設計應力、 材料選擇方面的規定，沒有雙圓弧減速器的設計和選材規范，滿足不了對抽油機產品制造、檢驗等的要求。我國抽油機生產廠家要將產品銷售到國外，必須取得 API 認證，這樣就存在我國的抽油機制造許可證認證標準 SY/ T 5044 ― 2000 和 APISPEC 11E 抽油機技術規范認證不統一的問題。

    3結語

    我們已經向國際標準化委員會建議，在 APISPEC 11E 抽油機技術規范中，增加圓弧齒傳動的設計和選材等方面的規范，使之更加科學和完善，利于減少由于標準的不完善造成抽油機生產、檢驗、銷售和用戶方的不便，進一步統一和規范國內外抽油機行業的標準。對消除出口時不合理的技術壁壘，促進該行業的科技進步和發展具有現實和深遠的意義。