圓弧齒輪在我國的發展與應用
由于(yu)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)的承載(zai)能(neng)力比同樣條件(jian)下的漸開線齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun),且(qie)(qie)工(gong)(gong)藝簡單、成(cheng)本(ben)低,我國(guo)從1958年就開始了(le)研(yan)究和(he)(he)應用。在基(ji)礎理(li)論(lun)和(he)(he)設計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)方面,先后進行了(le)嚙合理(li)論(lun)、承載(zai)能(neng)力計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)、輪(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)受載(zai)變形(xing)及(ji)修形(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)、彈(dan)流潤滑分析(xi)、珩齒(chi)(chi)工(gong)(gong)藝機(ji)理(li)、滾(gun)(gun)(gun)刀(dao)(dao)(dao)齒(chi)(chi)形(xing)設計(ji)(ji)(ji)(ji)與計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)、精度(du)檢驗(yan)與測量(liang)(liang)尺(chi)(chi)寸計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)、計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)輔助設計(ji)(ji)(ji)(ji)(CAD)與繪(hui)圖等(deng)項(xiang)研(yan)究。在齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)和(he)(he)滾(gun)(gun)(gun)刀(dao)(dao)(dao)制造工(gong)(gong)藝方面,進行了(le)滾(gun)(gun)(gun)齒(chi)(chi)修形(xing)(齒(chi)(chi)端(duan)修薄)、中硬(ying)齒(chi)(chi)面滾(gun)(gun)(gun)齒(chi)(chi)、硬(ying)齒(chi)(chi)面刮削、蝸桿型(xing)軟砂輪(lun)(lun)(lun)珩齒(chi)(chi),以及(ji)硬(ying)質合金雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)刮削滾(gun)(gun)(gun)刀(dao)(dao)(dao)制造等(deng)項(xiang)技術研(yan)究。與此(ci)同時(shi),進行了(le)大量(liang)(liang)的試驗(yan)和(he)(he)工(gong)(gong)業(ye)應用,并且(qie)(qie)先后制訂了(le)一(yi)(yi)整套有關圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)的國(guo)家。它們是:GB/T1840一(yi)(yi)1989圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)模(mo)數(shu)、GB/T12759一(yi)(yi)1991雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)基(ji)本(ben)齒(chi)(chi)廓、GB/T13799一(yi)(yi)1992雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)承載(zai)能(neng)力計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)方法、GB/T14348.1一(yi)(yi)1993雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)滾(gun)(gun)(gun)刀(dao)(dao)(dao)型(xing)式和(he)(he)尺(chi)(chi)寸、GB/T14348.2一(yi)(yi)1993雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)滾(gun)(gun)(gun)刀(dao)(dao)(dao)技術條件(jian)、GB/T15752一(yi)(yi)1995圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)基(ji)本(ben)術語和(he)(he)GB/T15753一(yi)(yi)1995圓(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)精度(du)。
圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪泛指單圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪和(he)雙(shuang)圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪。在70年(nian)代中期(qi)以前,我國(guo)主(zhu)要是(shi)研(yan)究(jiu)應(ying)用(yong)單圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪。由于齒(chi)(chi)(chi)形特(te)點,圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪具有(you)(you)較的(de)(de)接觸強度,在使(shi)用(yong)非硬齒(chi)(chi)(chi)面齒(chi)(chi)(chi)輪驅(qu)(qu)動(dong)的(de)(de)情況下,正好彌補了(le)(le)漸開(kai)線齒(chi)(chi)(chi)輪易(yi)出現點蝕失效的(de)(de)不(bu)(bu)足(zu)(zu),因而(er)在低速動(dong)力齒(chi)(chi)(chi)輪驅(qu)(qu)動(dong)行業應(ying)用(yong)了(le)(le)單圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪,都(dou)取得了(le)(le)良好的(de)(de)效果(guo)。單圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪有(you)(you)兩點不(bu)(bu)足(zu)(zu),一是(shi)齒(chi)(chi)(chi)形限制,齒(chi)(chi)(chi)根彎曲強度略顯不(bu)(bu)足(zu)(zu),使(shi)承載能(neng)力得不(bu)(bu)到較大(da)提;二是(shi)需用(yong)兩把滾(gun)刀(凸齒(chi)(chi)(chi)和(he)凹齒(chi)(chi)(chi)滾(gun)刀)加工一對嚙合齒(chi)(chi)(chi)輪,工藝(yi)比較麻(ma)煩。
我國(guo)從60年代中期(qi)就(jiu)開始(shi)研(yan)究雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun),但進入實質性(xing)的(de)(de)研(yan)究、試(shi)(shi)驗(yan)和(he)(he)應用(yong)(yong)是在1975年以后(hou)。經(jing)過有(you)限元計算分析、光彈試(shi)(shi)驗(yan)、臺(tai)(tai)架(jia)承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)力試(shi)(shi)驗(yan)和(he)(he)工業使用(yong)(yong)驗(yan)證(zheng),證(zheng)明雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)力比單圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)有(you)較大的(de)(de)提。這(zhe)是因為(wei)雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)形是集凸、凹弧(hu)(hu)(hu)(hu)于一體,在輪(lun)(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)部(bu)有(you)較寬的(de)(de)齒(chi)(chi)(chi)(chi)厚,提了(le)輪(lun)(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)部(bu)的(de)(de)彎(wan)曲強度(du)。在相(xiang)同條件下(xia),雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)同時接觸的(de)(de)點(dian)數要多(duo)于單圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun),減小了(le)每個(ge)接觸點(dian)上(shang)(shang)的(de)(de)平均載(zai)荷。臺(tai)(tai)架(jia)承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)力試(shi)(shi)驗(yan)表(biao)明,雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)彎(wan)曲強度(du)和(he)(he)接觸強度(du)分別比單圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun):其綜(zong)合承(cheng)(cheng)載(zai)能(neng)力比單圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)。在工藝上(shang)(shang),雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)只需一把滾刀就(jiu)可以加工一對嚙合齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)。雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)這(zhe)兩個(ge)特點(dian)正好克服了(le)單圓(yuan)弧(hu)(hu)(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)兩點(dian)不足。
我國(guo)從80年代開(kai)始就重點發展(zhan)雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun),在(zai)(zai)低速(su)重載齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)驅(qu)動領域內,主(zhu)要(yao)推(tui)廣應(ying)(ying)用(yong)中(zhong)硬齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun);在(zai)(zai)速(su)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)驅(qu)動領域內,主(zhu)要(yao)推(tui)廣應(ying)(ying)用(yong)氮(dan)化硬齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)。使用(yong)中(zhong)硬齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)(低速(su)驅(qu)動)和(he)(he)滲氮(dan)硬齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)(速(su)驅(qu)動)雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun),較使用(yong)滲碳淬火磨齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)漸開(kai)線齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)會有更好的社(she)會經(jing)濟效益,因為其工(gong)藝簡(jian)單、成本低、制造周期短,一般工(gong)廠都可以生(sheng)產。但要(yao)注意齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的加工(gong)、裝配精度(du)和(he)(he)材質質量,速(su)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)應(ying)(ying)進(jin)行齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)端(duan)修形和(he)(he)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)珩齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)工(gong)藝。對于低速(su)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun),今后(hou)應(ying)(ying)在(zai)(zai)中(zhong)小模數范(fan)圍內推(tui)廣滲碳淬火硬齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面(mian)刮削工(gong)藝,進(jin)一步提齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的承載能(neng)力。因此本篇主(zhu)要(yao)介紹雙(shuang)圓(yuan)弧(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的設計計算、精度(du)測量及相關。
圓弧齒輪在我國的應用廣泛。作為低速重載齒輪驅動主要應用于冶金、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。在低速重載齒輪驅動領域,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、壓縮機等速齒輪驅動方面獲得應用,例如微型減速電機,行星齒輪減速電機等。與一般(ban)工(gong)業用鼓風機和(he)小型汽(qi)輪發電機組配套的速(su)圓(yuan)弧齒(chi)(chi)輪變速(su)箱(xiang)已成系(xi)列產品,成為(wei)我國速(su)齒(chi)(chi)輪批量生產的主(zhu)(zhu)導產品。浙江鎮海煉(lian)化公(gong)司煉(lian)油廠應(ying)用的催裂(lie)化主(zhu)(zhu)風機速(su)雙圓(yuan)弧齒(chi)(chi)輪箱(xiang),齒(chi)(chi)輪采用中硬調(diao)質(zhi)、精(jing)滾齒(chi)(chi)齒(chi)(chi)端(duan)修形(xing)、齒(chi)(chi)面(mian)深層離子滲氮(dan)和(he)齒(chi)(chi)面(mian)珩齒(chi)(chi)工(gong)藝,其動(dong)(dong)態特(te)性(振(zhen)動(dong)(dong)和(he)噪聲)均達到水(shui)平。其承(cheng)載能力和(he)磨齒(chi)(chi)漸開線齒(chi)(chi)輪相(xiang)當,而制(zhi)造成本大(da)為(wei)降低,具有十分明顯的技術經濟效益。
綜(zong)觀(guan)圓弧(hu)齒(chi)輪在我國(guo)(guo)的(de)(de)發(fa)展與(yu)應用,從(cong)基礎理論(lun)研究到化系(xi)列化生產(chan),從(cong)試制到掌握成套的(de)(de)中(zhong)硬齒(chi)面、滲氮(dan)硬齒(chi)面齒(chi)輪制造(zao)技(ji)術,從(cong)不(bu)會用到合理的(de)(de)使用維護等方面,標志著圓弧(hu)齒(chi)輪已發(fa)展成具有我國(guo)(guo)特(te)色(se)的(de)(de)齒(chi)輪驅動技(ji)術體系(xi)。隨著社會的(de)(de)發(fa)展,這一齒(chi)輪驅動技(ji)術體系(xi)必(bi)將得到進(jin)一步的(de)(de)發(fa)展和完善。