浅析抽油机双圆弧齿轮减速器传动

     1圆弧齿传动分析

　  a)渐开线齿廓啮合是2个凸面接触，其理想状态下为线接触;而圆弧齿啮合是一凸面一凹面接触(2 个曲率中心在啮合点同侧)，其理想状态下为面接触。

    从另一角度看，齿面接触应力的大小主要决定于与瞬间接触线相垂直的平面内齿面当量曲率半径之比，圆弧齿的当量曲率半径比渐开线的大几十倍甚至上百倍，说明圆弧齿沿齿长方向也远比渐开线接触良好，所以齿面接触强度比渐开线齿大得多。双圆弧齿轮传动比渐开线的轮齿面的承载能力高 115～210 倍。

    b)耐磨性能。圆弧齿轮传动齿面之间的瞬时接触线(a ―b)沿着齿长方向，在螺旋面上以很快的速度 vk 向齿端移动。此移动基本上是一个轮齿在齿长方向沿着另一个轮齿的纯滚动(如图4)，由于齿面几何接触的当量曲率半径很大，就形成了良好的油楔，而渐开线齿间润滑油形成的油楔是沿齿高方向，油楔短而夹角又大，效果远不如圆弧齿) 。又因为此滚动速度很大，便发生了楔入效应(润滑油楔入齿面间) 形成了较厚的油膜，比渐开线传动油膜厚 5～10 倍，所以圆弧齿面有耐磨损抗胶合能力，良好的自润滑机制是圆弧齿轮寿命长的重要原因。渐开线齿面接触应力大，重载条件下，局部高应力区很容易使油膜破坏，形成半干润滑状态，这不仅造成磨损加剧也降低了传动的机械效率。同精度的渐开线齿轮要比圆弧齿传动效率至少低 2 %。圆弧齿轮的滑动速度之比vh/ vk 远比渐开线齿传动小(沿齿高方向移动速度 vh 很小，沿齿长方向移动速度 vk 很大)，即在圆弧齿轮传动里，瞬时接触线的移动基本上是一个齿轮在齿长方向沿另一个轮齿的纯滚动，所以说它的磨损比渐开线齿小得多。而且由于圆弧齿经充分跑合后，沿齿高各点相同，使磨损很均匀。

    c)双圆弧齿的弯曲强度和双模数渐开线齿轮类似，2 个单圆弧凹凸齿组合在一起，齿顶在节圆外为凸齿，齿根在节圆内为凹齿，就成了双圆弧轮齿。

    d)另外，可以优选节圆齿厚比 s2/ s1,使齿腰和齿根的抗弯曲强度基本上相等，因此，该双圆弧轮齿有很大的承载能力，在同等条件下比渐开线齿的弯曲强度提高 1/ 4 以上。

    2标准化问题圆弧齿也有其特殊技术要求，例如对切齿深度、中心距离要求严格等，但它的生命力在于轮齿的承载能力(齿面接触强度、 轮齿弯曲强度) 和耐磨损性能(使用寿命)，使它能够适用抽油机等设备的交变、重载、 长时间连续野外作业的工况条件。鉴于目前国内大多数抽油机生产厂家已经批量应用在抽油机上，且效果良好，已经取得了很好的经济和社会效益，而 API SPEC 11E 抽油机规范和 ISO10431 抽油机技术规范中，只有对渐开线齿廓减速器的设计应力、 材料选择方面的规定，没有双圆弧减速器的设计和选材规范，满足不了对抽油机产品制造、检验等的要求。我国抽油机生产厂家要将产品销售到国外，必须取得 API 认证，这样就存在我国的抽油机制造许可证认证标准 SY/ T 5044 ― 2000 和 APISPEC 11E 抽油机技术规范认证不统一的问题。

    3结语

    我们已经向国际标准化委员会建议，在 APISPEC 11E 抽油机技术规范中，增加圆弧齿传动的设计和选材等方面的规范，使之更加科学和完善，利于减少由于标准的不完善造成抽油机生产、检验、销售和用户方的不便，进一步统一和规范国内外抽油机行业的标准。对消除出口时不合理的技术壁垒，促进该行业的科技进步和发展具有现实和深远的意义。