圓弧齒輪在我國的發展與應用

  由于圓弧齒輪的(de)承載能力比同樣條件下的(de)漸開線齒輪，且工藝(yi)簡單、成(cheng)本低，我(wo)國從1958年就開始(shi)了(le)(le)研(yan)究和(he)(he)應用。在基礎理論和(he)(he)設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算方面(mian)(mian)，先(xian)后(hou)進行(xing)了(le)(le)嚙(nie)合理論、承載(zai)(zai)能(neng)力計(ji)(ji)算、輪齒(chi)(chi)(chi)受(shou)載(zai)(zai)變形(xing)及修形(xing)計(ji)(ji)算、彈流潤滑(hua)分(fen)析、珩(heng)齒(chi)(chi)(chi)工藝機(ji)理、滾(gun)刀齒(chi)(chi)(chi)形(xing)設計(ji)(ji)與計(ji)(ji)算、精度檢驗與測量尺寸計(ji)(ji)算、計(ji)(ji)算機(ji)輔助設計(ji)(ji)(CAD)與繪圖等(deng)項(xiang)研(yan)究。在齒(chi)(chi)(chi)輪和(he)(he)滾(gun)刀制造工藝方面(mian)(mian)，進行(xing)了(le)(le)滾(gun)齒(chi)(chi)(chi)修形(xing)（齒(chi)(chi)(chi)端修薄）、中硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面(mian)(mian)滾(gun)齒(chi)(chi)(chi)、硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面(mian)(mian)刮(gua)削、蝸桿型軟砂輪珩(heng)齒(chi)(chi)(chi)，以及硬(ying)質合金雙(shuang)圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪刮(gua)削滾(gun)刀制造等(deng)項(xiang)技術研(yan)究。與此同(tong)時，進行(xing)了(le)(le)大量的試驗和(he)(he)工業應用，并且(qie)先(xian)后(hou)制訂了(le)(le)一整套有(you)關(guan)圓(yuan)弧齒(chi)(chi)(chi)輪的國家。它們是：GB/T1840一1989圓(yuan)(yuan)(yuan)弧圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)輪(lun)(lun)模數、GB/T12759一1991雙圓(yuan)(yuan)(yuan)弧圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)輪(lun)(lun)基(ji)本齒(chi)廓、GB/T13799一1992雙圓(yuan)(yuan)(yuan)弧圓(yuan)(yuan)(yuan)柱(zhu)齒(chi)輪(lun)(lun)承(cheng)載能力計算方法、GB/T14348．1一1993雙圓(yuan)(yuan)(yuan)弧齒(chi)輪(lun)(lun)滾刀型(xing)式和尺(chi)寸、GB/T14348．2一(yi)1993雙圓弧(hu)齒輪滾刀技術條(tiao)件、GB/T15752一(yi)1995圓弧(hu)圓柱齒輪基本術語和GB/T15753一(yi)1995圓弧(hu)圓柱齒輪精度。

圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)泛指單(dan)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)和雙圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)。在70年代中期以前(qian)，我(wo)國主(zhu)要是(shi)研(yan)究應用(yong)(yong)單(dan)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)。由于齒(chi)形特點(dian)，圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)具有(you)較(jiao)的(de)接觸強(qiang)度，在使用(yong)(yong)非(fei)硬齒(chi)面齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)傳動(dong)的(de)情(qing)況(kuang)下，正好(hao)彌補了(le)漸開線齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)易出現點(dian)蝕失效的(de)不足，因(yin)而在低速動(dong)力(li)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)傳動(dong)行業應用(yong)(yong)了(le)單(dan)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)，都取得(de)了(le)良(liang)好(hao)的(de)效果(guo)。單(dan)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)有(you)兩點(dian)不足，一是(shi)齒(chi)形限制，齒(chi)根彎曲強(qiang)度略顯不足，使承載能力(li)得(de)不到較(jiao)大提(ti)；二是(shi)需用(yong)(yong)兩把滾(gun)刀(dao)(dao)（凸齒(chi)和凹齒(chi)滾(gun)刀(dao)(dao)）加工一對嚙(nie)合齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)，工藝(yi)比較(jiao)麻煩。

  我(wo)國從(cong)60年代中期(qi)就(jiu)開始研(yan)究雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)，但進入(ru)實質性的(de)(de)(de)研(yan)究、試(shi)驗(yan)和應用是(shi)(shi)在1975年以(yi)后。經過(guo)有限元計(ji)算(suan)分析、光(guang)彈(dan)試(shi)驗(yan)、臺架承(cheng)載(zai)能(neng)力試(shi)驗(yan)和工業使用驗(yan)證，證明(ming)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)承(cheng)載(zai)能(neng)力比單(dan)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)有較大(da)的(de)(de)(de)提。這是(shi)(shi)因為雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)形(xing)是(shi)(shi)集(ji)凸、凹弧(hu)(hu)于(yu)一體，在輪(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)部(bu)有較寬的(de)(de)(de)齒(chi)(chi)(chi)(chi)厚，提了輪(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)部(bu)的(de)(de)(de)彎曲強(qiang)度。在相同條(tiao)件下，雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)同時接(jie)觸的(de)(de)(de)點(dian)數要(yao)多(duo)于(yu)單(dan)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)，減(jian)小(xiao)了每個(ge)接(jie)觸點(dian)上的(de)(de)(de)平均載(zai)荷。臺架承(cheng)載(zai)能(neng)力試(shi)驗(yan)表明(ming)，雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)彎曲強(qiang)度和接(jie)觸強(qiang)度分別比單(dan)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)：其綜合(he)承(cheng)載(zai)能(neng)力比單(dan)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)。在工藝上，雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)只需一把(ba)滾刀就(jiu)可以(yi)加工一對(dui)嚙(nie)合(he)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)。雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)這兩個(ge)特點(dian)正好克(ke)服了單(dan)圓(yuan)(yuan)弧(hu)(hu)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)兩點(dian)不足。

  我國從80年代開始就重點發(fa)展雙(shuang)圓弧齒輪，在低速重載齒輪傳動(dong)領(ling)域(yu)內，主要(yao)推廣(guang)應用(yong)中硬齒面雙圓弧(hu)齒輪；在速齒輪傳動(dong)領(ling)域(yu)內，主要推(tui)廣應(ying)用(yong)(yong)氮化硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面雙圓弧齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)。使用(yong)(yong)中硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面（低(di)速傳動(dong)）和(he)滲(shen)氮硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面（速傳動(dong)）雙圓弧齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)，較使用(yong)(yong)滲(shen)碳淬火磨齒(chi)(chi)(chi)漸開線齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)會(hui)有更好的社會(hui)經(jing)濟效益，因為其工(gong)藝(yi)簡(jian)單、成本(ben)低(di)、制造周期短，一般工(gong)廠都可以生(sheng)產。但要注(zhu)意齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)的加工(gong)、裝(zhuang)配精(jing)(jing)度和(he)材(cai)質質量(liang)，速齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)應(ying)進(jin)行(xing)齒(chi)(chi)(chi)端修形和(he)齒(chi)(chi)(chi)面珩齒(chi)(chi)(chi)工(gong)藝(yi)。對于(yu)低(di)速齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)，今后應(ying)在中小模數范圍(wei)內推(tui)廣滲(shen)碳淬火硬(ying)齒(chi)(chi)(chi)面刮削(xue)工(gong)藝(yi)，進(jin)一步提齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)的承載能力。因此本(ben)篇(pian)主要介紹雙圓弧齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)的設計(ji)計(ji)算(suan)、精(jing)(jing)度測量(liang)及相關。

  圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)在(zai)我國(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)廣泛。作為(wei)低速(su)重(zhong)載齒(chi)輪(lun)(lun)傳(chuan)動(dong)主要應用(yong)(yong)于(yu)(yu)冶金、礦(kuang)(kuang)山、石油(you)化工、建材(cai)水泥、榨糖、運(yun)(yun)輸等(deng)行(xing)(xing)業(ye)。如鋼(gang)(gang)650軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)單圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)(ji)座，太鋼(gang)(gang)1200薄板軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)單圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)減速(su)器(qi)，鞍鋼(gang)(gang)初軋(ya)(ya)廠的(de)(de)(de)(de)(de)18in連(lian)軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)24in連(lian)軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)減速(su)器(qi)。用(yong)(yong)非硬齒(chi)面圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)替(ti)代同樣條(tiao)件的(de)(de)(de)(de)(de)漸(jian)開線齒(chi)輪(lun)(lun)以后，都大(da)幅度(du)地(di)提(ti)了鋼(gang)(gang)產(chan)(chan)量和(he)延長了齒(chi)輪(lun)(lun)使用(yong)(yong)壽(shou)命。如24in連(lian)軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)遞功率，而雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命在(zai)6年以上(shang)。1985年重(zhong)型機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)廠為(wei)西(xi)南鋁加工廠2800軋(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)設計(ji)制造的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)數為(wei)30mm，中心距(ju)800mm的(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)(ji)座，是目(mu)前應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)模(mo)數的(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)。我國(guo)石油(you)工業(ye)抽油(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)減速(su)器(qi)，幾乎(hu)全部采(cai)用(yong)(yong)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)，并且制訂了行(xing)(xing)業(ye)，其(qi)產(chan)(chan)品(pin)質(zhi)量達到了美國(guo)AP1613要求，出口美國(guo)。另外，礦(kuang)(kuang)井(jing)提(ti)升(sheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)、行(xing)(xing)車運(yun)(yun)行(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)(ji)構和(he)膠(jiao)帶(dai)運(yun)(yun)輸機(ji)(ji)(ji)(ji)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)減速(su)器(qi)，以及(ji)工業(ye)通用(yong)(yong)減速(su)器(qi)已形成(cheng)系列(lie)產(chan)(chan)品(pin)。在(zai)低速(su)重(zhong)載齒(chi)輪(lun)(lun)傳(chuan)動(dong)領域(yu)，還將非的(de)(de)(de)(de)(de)短齒(chi)雙(shuang)(shuang)圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)成(cheng)功地(di)用(yong)(yong)于(yu)(yu)煤炭刮板運(yun)(yun)輸機(ji)(ji)(ji)(ji)減速(su)器(qi)上(shang)和(he)長江航運(yun)(yun)駁船上(shang)，進一步提(ti)了齒(chi)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)承載能力。圓(yuan)(yuan)弧(hu)齒(chi)輪(lun)(lun)也在(zai)汽輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)(ji)、鼓風機(ji)(ji)(ji)(ji)、壓縮(suo)機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)速(su)齒(chi)輪(lun)(lun)傳(chuan)動(dong)方(fang)面獲得應用(yong)(yong)，例(li)如微型減速(su)電機(ji)(ji)(ji)(ji)，行星齒輪減速電機等(deng)。與(yu)一般工(gong)業用鼓(gu)風機(ji)(ji)和小型汽(qi)輪(lun)(lun)發電機(ji)(ji)組配套的(de)(de)速圓弧齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)變速箱已成系列產品，成為我國速齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)批(pi)量(liang)生產的(de)(de)主導(dao)產品。浙江(jiang)鎮海煉(lian)化公(gong)司煉(lian)油廠應用的(de)(de)催裂化主風機(ji)(ji)速雙(shuang)圓弧齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)箱，齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)采用中硬(ying)調質、精滾齒(chi)(chi)(chi)齒(chi)(chi)(chi)端修形、齒(chi)(chi)(chi)面深層離(li)子滲(shen)氮和齒(chi)(chi)(chi)面珩齒(chi)(chi)(chi)工(gong)藝，其動態特性(xing)（振動和噪(zao)聲）均達(da)到水平。其承(cheng)載能力和磨齒(chi)(chi)(chi)漸開線齒(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)相當，而制造成本大為降低，具(ju)有十(shi)分明顯的(de)(de)技術經濟效益(yi)。

  綜觀圓弧齒(chi)輪(lun)在(zai)我國(guo)的發(fa)展與應用，從(cong)基礎理(li)論研究到化系列化生產，從(cong)試(shi)制到掌握成(cheng)套的中硬齒(chi)面(mian)、滲氮硬齒(chi)面(mian)齒(chi)輪(lun)制造(zao)技術(shu)，從(cong)不會用到合理(li)的使用維(wei)護(hu)等(deng)方(fang)面(mian)，標志著圓弧齒(chi)輪(lun)已發(fa)展成(cheng)具有我國(guo)特色的齒輪傳(chuan)動技術體(ti)系(xi)。隨著社會的發展(zhan)，這一齒(chi)輪傳動技術體(ti)系(xi)必將得到進(jin)一步(bu)的發展(zhan)和完(wan)善。