CN100538110C - 一种减速器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种减速器，它属于通用机械传动技术领域。它有机地把行星减速器和圆柱齿轮减速器各自的性能优势、结构进步融为一体，不仅具有行星减速器的功能和品质，而且也便用于通常只有圆柱齿轮减速器才适应的场合、并承继、扩展该圆柱齿轮减速器的工程优越性；其输入级与输出级平行分立布置，高速级外啮合、低速级少齿差内啮合。其整器小巧、紧凑、牢实、可靠、输出参数幅度宽阔，反映性能与成本比的“价值指数”很高；例如，按本发明设计、用于采油抽油机额定扭矩146kN·m的普硬齿渐开线型减速器，其重量只相当现役额定扭矩37kN·m的减速器，中心距也只及后者一半，价值指数达12以上。

Description

一种减速器

技术领域

本发明属于通用机械传动技术领域

背景技术

常用圆柱齿轮减速器传动效率高，在任何环境都能稳定可靠工作，在工作循环中可传递交替变动的正负扭矩，且输出轴可由任一端分别或同时输出。其不足之处是单级传动比有限，如果要低输出转数或大传递力矩，则其体积、物耗都会急剧增大，整体资源利用率低，即便改换硬齿面，制造工艺难度和成本更会大幅提高，而体积却缩减不多，致使连带用其配套主机的体积和成本也会相应更加增大。

例如，能源油气的供需问题，是事关国家和平发展全局的战略问题，现正面临着严峻的挑战。应对这一挑战必须着眼现实，并首先立足于已开发油气田的持续稳产。为此，能立竿见影的，就是提高油气藏的最终“采收率”。按采油工艺进步要求，在一口油气井的寿命期内，只有长期供排协调地实现产量、效率、寿命三者统一，才能提高该井的最终“采收率”。为此对油气田的开采主要装备——游梁式抽油机的体型、负载能力、冲程、冲数、单机可靠工作寿命等参数，也必须适应各界面条件(如井的产能、地质状况、油气物性、增产措施、甚至天候潮汐涨落等)和时限的变化，进行幅度宽阔地、及时有效地转化、调整——即实行所谓智能化、信息化的“调参”。

现有游梁式抽油机在圆柱齿轮减速器的高可靠性支持下，在业内得到历史性的高信赖，百余年来优存劣汰已成为最主要的机采装备，但也因该器结构“傻大笨粗”，要能如此调参，必须改换减速器、更换抽油机。然而，换机就必须长时停产，降低生产时率，使成本增高，甚至囿于现有机型，还会错过良机，不能适时应变，或造成误判而提前关井。这样，既造成过量消费和减产，还会埋没最宝贵的油气资源，使最终“采收率”不升反降。

少齿差行星减速器和全对称平移连杆减速箱(ZL97200443.2)，它们结构紧凑、体积小、重量轻，单级传动比大，承载能力高，零件种类少，资源利用率高，不用特殊材料和加工工艺即可使普硬齿达到高硬齿的效果。不足之处是：前者不能直接用于输入、输出轴线必须平行分立的场合，且以少齿差行星轮为核心组成的减速传力“模块”，其结构上缺乏直接的叠加性，不利于产品的标准化、系列化，也不利于轴端除扭矩外还有较大弯矩的工况；后者其行星齿轮与连杆为一整体，在大模数时，要超大型齿轮加工机床或改该零件为组装件，难于精确制造；加之双曲柄连杆机构传动效率会随转角变化，当其相关零件如箱体、轴、曲柄等制造精度不足时，在整机运转中，如遇有正负扭矩交替变化时，在该过渡区，输出轴会发生“爬行”甚至“振动”。

发明内容

为了减速器“既要体积(占地)、重量、成本等尽可能小、轻、低，又要功能、效率、可靠度尽可能全、强、高”这对复杂难处矛盾得到创新的和谐统一，本发明要解决的技术问题，是提供一种减速器，该减速器有机地把行星减速器和圆柱齿轮减速器各自的性能优势、结构进步融为一体，不仅具有行星减速器的功能和品质，而且也能方便地应用于通常只有常用圆柱齿轮减速器才适应的场合、并承继、扩展常用圆柱齿轮减速器的稳定、可靠、效率高等性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的方案是：一种减速器，它由箱体、输入轴、输出轴、输入级传动机构、少齿差行星齿轮副等组成，其特征在于：箱体[7]采用以水平为主、垂直为辅的组合剖分合箱结构，输入轴[2]和输出轴[4]通过轴承[5]，平行分立地安装在箱体上；输入轴上的小齿轮[1]与通过轴承[5]安装在输出轴上、带有偏空心轴的大齿轮[6]相啮合，组成输入级传动机构主体；带有偏空心轴的大齿轮、其中心轮毂端部就是呈圆筒形的偏空心轴[6a]和/或[6b]，在这偏空心轴上、通过轴承[5]装有同体共列双联行星轮[8]——“同体共列”是指通过处于行星轮[8]不同层面或段落的轮齿齿宽中点并垂直该齿轮轴线的对称面是重合的、或者这对称面是按层次错落或左右先后有序排列的，其一联与箱体固结的固定中心轮[10]相啮合，另一联则与输出轴一体可转动的中心轮[9]相啮合——[9]、[10]即所谓“悖动态双中心轮”，形成行星轴承有较低负载传输的双联少齿差行星齿轮副单元模块M，模块M按负载和结构需要一般成对、或也可单独沿输出轴线串置——有些减速器可以含有单一模块M、而更多的减速器则可以含有重叠的若干模块M；负责输出的输出轴端则与工作负载联结。

为了在传动时使相关运动副达到动平衡，上述双联行星轮[8]可按大齿轮[6]的轴线/心对称或单边布置，而大齿轮上的偏空心轴[6a]和/或[6b]轴线也相应在圆周上互差180°/重合，在大齿轮的轮辐或轮辋上设置平衡块。

根据同体共列双联行星轮[8]与不同中心轮(如中心轮都是外齿轮——见图2、图4、图7，或都是内齿轮——见图3、图5、图6，或是一外一内齿轮——见图1)的不同啮合，上述安装在大齿轮偏空心轴[6a]、[6b]上的双联行星轮，可以是双层轮齿单齿圈[8a]或双层轮齿双齿圈[8d]、[8e]、[8f]、[8g]的双联行星轮，也可以是由双齿圈演变成的在同层轮齿分有不同段落的单层轮齿单齿圈[8b]、[8c]的双联行星轮；这些双联行星轮一般是由一个整毛坯制成的一个整体，也可以是由若干零件制成后经装配成的一个整体。

本发明与现有技术对照有以下效果

1、本发明不仅具有现用行星减速器公认的优点；且它还能方便的应用于通常只有常规圆柱齿轮减速器才适用的场合，例如，石油工业游梁式抽油机用减速器、起重运输机械行走用减速器、风力发电用增速器等等。

2、本发明整体需用零件很少，主要零件轴、齿轮、行星轮、中心轮、箱体等不上十件；且单曲柄取代双曲柄机构、同体整件取代组装件，共列双联取代错列双联，悖动态双中心轮取代单一动态单中心轮，输入级高速轻载齿轮副采用外啮合、输出级低速重载齿轮副采用内啮合，普硬齿面可取代加硬或超硬齿面，尤其还可使用成熟进步发展的渐开线齿形。因而可使用普通材质、通用机床、常规工艺、一般刀具就可以制成质量高、成本低、完全能承继可靠度很高的常用圆柱齿轮减速器的本发明减(或增)速器。

本发明由关键件组成的单元模块M，既可以独立，也可以叠加成串组成减速器；便于产品的模块化、标准化、系列化、小型化、集成化，也便于用其配套之主机的发展与技术进步。

3、本发明机型小巧，占地少，成本低，承载力强。故可用于现有减速器不能适应的工况，扩大配套主机的功能和其参数的调整范围。

例如，按本发明设计的抽油机“心脏”——C-TGSQ-146(抽油机用—同体共列少齿差减速器—146)型减速器，与现已入册上市的几种抽油机用典型减速器相比较，如下表所示：

*C-抽油机用，YCQ-圆柱齿轮减速器，H-点啮合双圆弧齿形，无标注号“H”者代表渐开线齿形。

由表可见，用同质同量的材料和工时，按本发明就可制成输出额定扭矩高4倍、冲数调控范围宽3倍的抽油机用减速器。配这种减速器的新型抽油机便于开拓采油新工艺和调参作业，可实现‘用一机在采油井寿命期内全程服务到终’的“终生一机”理想。进而为建立“信息化抽油机”提供坚固的实施平台，保证提高最终“采收率”，使油田延年持续稳产。

按价值工程学的价值指数计算，本发明的“价值指数”要高达12以上(此指数高于1.2时，产品在市场上就有强大竞争力，如能达到1.5，产品在市场上即具有压倒优势)。

4、节能。本发明有较高的传动效率，有直接节能效果；又因它的特殊功能和低成本，可以配套主机创新节能装备和节能技术，生成“间接”节能效果。

下面，仍以石油开采这个高能耗产业为例，其中抽油机井是主要能耗大户，石油系统年总耗电量约×××亿千瓦小时，其中抽油机井电动机直接耗电量约占50％，如果应用本发明技术就可以：

1)直接节能

A.本发明效率与效率最高的常规圆柱减速器基本持平或略高；

B.抽油机可利用本发明巨大的输出扭矩储备，以增加扭矩，即增大负载(泵径、冲程、下泵深度等)换取冲数(输出转数)降至极小，而使油井日产量仍保持不变和增长；故无需面对拖动电机按常规硬启动必须采用“大马拉小车”的困惑，使拖动电机的名义功率容量可下降2.5～3倍之多。

C.本发明可以直接使用效率较高的常规高转速电动机，无需使用效率较低而价高的超高转差率、或调频等特定电动机。

仅以上这些，如在采油全行业使用，可年节电达几十亿甚至上百亿千瓦小时。

2)“间接”节能

用本发明配套的抽油机有充分的能力和幅度调整系统各参数，一般无需停产，就能及时方便地进行“调参”作业，使抽油机-杆-泵系统平均总效率提高近1倍和使该系统稳定地保持在经济运行状态，大幅度延长采油单井的有效寿命，增加油藏“采收率”。

A.仅计算系统总效率提高的节能效果，又可年节电达百亿千瓦小时。

故而，仅在石油业，因采用本发明年直接和“间接”节省电能合计可达近200亿千瓦小时。相当节省2～3个百万千瓦级大型电站的年发电量。

B.若“采收率”增加1％，按我国现状，则在全行业相当增加了一个年产数百万吨石油的大型油田，何况本发明可实现的“采收率”增加远不止1％。

C.开拓油气开采新工艺，使难采资源变为可采资源。例如煤层气田、超、高粘稠油田等，前者要抽水引气，后者要加热或降粘开采。均要求使用的抽油机能灵活地、适时地、高频率间歇地、大步伐地调整参数项目和其幅度，且能进步到“信息化”，实现“一机终生”。

以上B.C.两项，已突破了一般意义的“节能”，其节能效果和经济意义，直至战略意义更是不言而喻。

附图说明：

以下是本发明实施例的一组机构原理图和一个实施例的两向视图。

图1是其双联行星轮8之注脚为a。

图2是其双联行星轮8之注脚为b。

图3是其双联行星轮8之注脚为c。

图4是其双联行星轮8之注脚为d。

图5是其双联行星轮8之注脚为e。

图6是其双联行星轮8之注脚为f。

图7是其双联行星轮8之注脚为g。

图8是按本发明设计的抽油机用C-TGSQ-146减速器——额定扭矩146kN·m，它是现今油气行标SY/T5044-2003规定的最大型减速器(后备，尚未见市售)，正视图。

图9是图8的右侧视图。

诸图中：

1小齿轮，2输入轴，3轴套，4输出轴，5轴承，6.6a、6b、大齿轮及其所带右左偏空心轴，7箱体，8同体共列双联行星轮，9可转动中心轮，10固定中心轮，11油塞，12油标，13视孔盖，14紧固件，15呼吸器，M双联少齿差行星齿轮副单元模块。

又图中：

8a双层轮齿单齿圈外-内齿同体共列双联行星轮，8b单层轮齿单齿圈内齿同体共列双联行星轮，8c单层轮齿单齿圈外齿同体共列双联行星轮，8d、8g双层轮齿双齿圈内齿同体共列双联行星轮，8e、8f双层轮齿双齿圈外齿同体共列双联行星轮。

图8、9中：

W为现在广为使用之额定扭矩73kN·m，点啮合双圆弧齿形减速器的外轮廓。

具体实施方式

从各原理图可见本发明是这样实现的：动力由输入轴2传入减速器，固装在输入轴两侧的小齿轮1，啮合着由轴承5支承在平行的输出轴4上的大齿轮6；随大齿轮一体转动的偏空心轴6a、6b，通过又一种轴承5，带动行星轮8与固定在箱体7上的不能转动中心轮10啮合，作少齿差行星运动；同时行星轮8也与固结在输出轴4上随轴可转动的中心轮9按少齿差啮合，驱动输出轴4从减速器输出功率。

上述从“随大齿轮一体转动的偏空心轴6a、6b，…”至“…驱动输出轴4…。”，正是“双联少齿差行星齿轮副单元模块M”。每一单元模块M中的行星轮8与输出轴上中心轮9按少齿差啮合机理，至少有3对齿牙同时进入“内啮合”。当减速器工作负载不大，或体积要求更紧凑时，减速器可以由单一模块M构成；如果工作机负载增大，或工作机结构要求减速器低矮细长，可以采用多模块M并叠装在输出轴4上，此时，如模块M成双对称配置，输出轴上中心轮9与行星轮8间至少有6对齿牙在“内啮合”，且以互差180°角包缠，组成平衡；如图1—图7所示之减速器，各共有2双即整体共不少于2×6＝12对齿牙以“内啮合”传递着力；加之，根据各种公知资料，采用少齿差啮合、改变齿形齿高、行星轴承有较低负载传输等等技术，使在此之前，齿轮及其相关零件在传递力中多为“点”或“线”、或至多为局部“面”的集中接触，现在在此则已变为匀布的近全面的“体”传递，同时，因各啮合参数不断优化，无效有害作用力大幅减小。又因机件整体受力，应力应变下降。于是，整机传动效率和资源利用率得到改善。

Claims (5)

1、一种减速器，它由箱体、输入轴、输出轴、输入级传动机构、少齿差行星齿轮副组成，共特征在于：箱体[7]采用以水平为主、垂直为辅的组合剖分合箱结构，输入轴[2]和输出轴[4]通过轴承[5]平行分立地安装在箱体上；输入轴上的小齿轮[1]与通过轴承[5]安装在输出轴上带有偏空心轴的大齿轮[6]相啮合，组成输入级传动机构主体；带有偏空心轴的大齿轮，其中心轮毂端部就是呈圆筒形的偏空心轴[6a，6b]，在这偏空心轴上通过轴承[5]装有同体共列双联行星轮[8]，其一联与箱体固结的固定中心轮[10]相啮合，另一联则与输出轴一体可转动的中心轮[9]相啮合，形成双联少齿差行星齿轮副单元模块M，模块M成对或单独沿输出轴线串置；负责输出的输出轴端则与工作负载联结。

2、根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：双联行星轮[8]按大齿轮[6]的轴线对称或单边布置，在大齿轮的轮辐或轮辋上设置平衡块。

3、根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：安装在大齿轮偏空心轴[6a，6b]上的双联行星轮是双层轮齿单齿圈的双联行星轮，该行星轮是由一个整毛坯制成的一个整体。

4、根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：安装在大齿轮偏空心轴[6a，6b]上的双联行星轮是双层轮齿双齿圈的双联行星轮。

5、根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：安装在大齿轮偏空心轴[6a，6b]上的双联行星轮，是由双齿圈演变成的单层轮齿单齿圈的双联行星轮。

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