CN101290009A - 全齿廓啮合专用齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全齿廓啮合专用齿轮，其凸齿齿廓曲线为渐开线，凹齿齿廓曲线为过渡线，以S点为分界线，齿廓包括齿顶圆弧、齿角曲线EM、齿侧特殊齿廓曲线MS、齿廓和齿根的过渡曲线SA及齿根圆弧曲线顺序光滑连接而成，啮合方式为全齿廓啮合；本发明齿轮转子为全齿廓啮合密封型面，可以消除啮合泄漏，输送聚合物时很好的消除了流体在封闭空间形成的固化现象和热裂解现象。

Description

全齿廓啮合专用齿轮

技术领域

本发明属聚合物输送齿轮泵用齿轮领域，特别是涉及一种全齿廓啮合齿轮。

背景技术

聚合物输送用齿轮泵主要用于输送石化工业流程中的高温、高压的粘流态聚合物，或者与单螺杆、双螺杆挤出机一起使用，这样可以将挤出成型机挤出的聚合物熔料由低压变为高压，消除产量波动，将物料稳定地输入机头内，提高产量，保证质量。塑料、橡胶和纤维都可以用这种方法成型。我国的石化行业从国外引进的一大批成套重大技术装备上就配套引进了许多聚合物输送用齿轮泵。这些泵大多是成套装置的心脏设备，它所输送的聚合物在常温常压下在很短的时间内即可固化，泵若出现故障，往往会直接影响到整套装置的安全运行；另外在高温情况下，聚合物熔体停留时间过长，也容易产生热裂解，从而影响产品的质量，所以不能让聚合物融体长时间停留在泵体内。由于聚合物融体的高粘性，所以对转子的承载能力也有比较高的要求。这些都与齿轮转子的啮合型面密切相关。

齿轮泵的工作原理是借助于一对齿轮副轮齿脱开啮合侧和进入啮合侧在密封壳体内形成的工作容积的周期性变化来实现流体的输送。作为齿轮泵的核心部件的齿轮转子的啮合性能在很大程度上决定了齿轮泵的性能，因此新的齿轮泵转子对提高齿轮泵性能具有重要的作用。而新的齿轮转子主要集中在新的齿廓基础上。

国内外的学者对齿轮泵及其转子啮合型面进行了大量的研究如：何存兴.液压元件.北京：机械工业出版社，1981；市川常雄.齿轮泵的设计，北京：机械译丛，64.NO.3；唐兵，栾振辉.齿轮泵的发展趋势.流体机械，1999，5：26～28，并应用在内、外齿轮泵转子中，取得了不错的效果。内齿轮泵主要以少齿差摆线齿廓居多，文献张妙龄，潘正广.新型内啮合摆线齿轮泵的研制.流体机械，1997(10)，19～23以三齿差、内啮合圆弧型面，解决了困油问题，性能较好。文献：孟继安等.内啮合摆线齿轮泵齿廓特征参数化设计探讨.化工机械，1990(3)，145～150；侯东海等.少齿差摆线齿轮泵啮合原理及几何参数选择.机械传动，1995(3)，24～27将圆弧短幅外摆线等距曲线型面应用在内齿轮泵转子上，已广泛应用于石油、化工及一般工业。

而对于外啮合齿轮泵，啮合型面主要以渐开线齿面居多，并且其转子多为直齿轮或斜齿轮如下列文献所示：赵亮.斜齿齿轮泵流量特性分析.机械工程学报，1999，35(5)：94～97；JAMS，M.MCKELVEY.Performance og Gear Pumps in Polymer Processing.Polymer Engineering and Science，April，1984，Vol 24，No.6，398～402，但对其它较特殊的啮合型面也有研究，郑州机械研究所开发的P型特殊齿形高粘度齿轮泵采用了圆弧等距线组合曲线的斜齿面及修正渐开线齿面，使得齿轮泵内漏小、流量大。

文献胡宁双等。一种新型齿轮泵的研制及性能改善。西安交通大学学报，1990(6)，79～86采用了渐开线型面的偏心齿轮泵，虽增加了泵的流量，但其流量脉动、压力脉动及噪声均大于传统泵。另外齿轮泵转子的齿形还包括次摆线齿形、对数螺线齿形等。国外对特种齿轮泵及聚合物输送用齿轮泵及啮合型面进行了大量研究开发工作，但由于技术的保密原因，更详细的技术文献难于查阅。美国、瑞士、德国、日本等国家先后开发出了各自的系列产品，特种齿轮泵以美国Viking内啮合齿轮泵和日本大晃株式会社的外啮合齿轮泵比较著名。聚合物输送用齿轮泵则以美国的聚合物设备公司(POLYMER EQUIPMENT CO.)和瑞士玛格公司(MAAG)的不带同步齿轮的产品居国际领先水平。从我国所进口的各类齿轮泵啮合面的分析来看，以上研究均未能完全克服相互啮合转子型面的齿顶与齿根封闭空间的形成，对输送聚合物流体在封闭空间形成的固化现象或者热裂解难以完全消除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全齿廓啮合专用齿轮，以解决现有技术中因啮合度不够使得在输送聚合物流体时在封闭空间形成了固化现象或者热裂解的缺陷。

技术方案

本发明提供了一种全齿廓啮合专用齿轮，其凸齿齿廓曲线为渐开线，凹齿齿廓曲线为过渡线，以S点为分界线，齿廓包括齿顶圆弧、齿角曲线EM、齿侧特殊齿廓曲线MS、齿廓和齿根的过渡曲线SA及齿根圆弧曲线顺序光滑连接而成，其特征是：啮合方式为全齿廓啮合，设齿廓曲线上任一点M的坐标为M(x₁，y₁)，

所述的凸齿齿廓渐开线上的M点坐标由下列方程确定

式中，r_i为M点的轮廓半径，

θ_i＝tanα_i-α_i；＝α_i＝arccons(r_b/r_i)；α_i为r_i与y轴负向夹角；Φ_s为s点对应的角度，可根据r_s对应的齿厚来确定；r_i的变化范围为r_s≤r_i≤r_a，r_s、r_a分别为渐开线的起点s对应的半径和齿顶圆半径；

所述的凹齿齿廓过渡线上的M点坐标由下列方程确定

ρ——齿角圆弧半径；α₀——AM与y₂轴负向夹角；r_a2——刀具齿顶圆半径；i₂₁——齿轮传动比；Φ₂——啮合点角度。

齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝10.8857，啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝14，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝127mm，螺旋角β＝15°，中心距a＝152.4mm，单齿宽b＝127mm。

齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝2.6，啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝42，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝45mm，螺旋角β＝10°，中心距a＝109.2mm，单齿宽b＝45mm。

齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝12.856，啮合齿轮齿数Z₁＝Z₂＝14，端面压力角α_t＝30°，螺旋角β＝21°2′22″，中心距a＝180mm，单齿宽b＝110mm。

当ρ＝0时，齿轮插齿刀齿角为尖角，形成的过渡曲线为长幅外摆线。

全齿廓啮合齿轮由齿轮插齿刀包络出来，齿轮形刀具的端面截形为圆柱齿轮刀具，如图1所示的坐标系，(O₂x₂y₂)是与齿轮形刀具固联的坐标系，(O₁x₁y₁)是与被加工齿轮固联的坐标系。

整个齿廓曲线保证无奇异点、无齿轮啮合干涉及根切现象。

记该轮为轮1，与之啮合的另一相同齿轮为轮2，轮1的E点与轮2的A’点首先进入啮合，随着轮齿的转动，轮1的E点在轮2的齿廓上从A’点滑动到S’点；然后，两轮的特殊曲线齿廓部分ES和S’E’进入啮合；特殊啮合结束时，轮1的啮合点为S点，轮2的啮合点为E’点，随着两轮的进一步转动，轮2的E’点在轮1上从S点滑动到A点，此时轮1的啮合点为A点，轮2的啮合点为E’点；两轮继续转动，轮1的齿根圆弧与轮2的齿顶圆弧接触，进入点啮合传动，至此，轮1的全部齿廓曲线均与轮2的齿廓进行啮合传动。

对于全齿廓啮合的齿轮转子可以采用插齿和滚齿加工，直接应用于重载齿轮、聚合物输送齿轮泵或者纺丝中的增压泵。

齿轮转子材料采用工/模具钢或马氏体不锈钢整体淬火，耐磨性好(硬度大于60HRC)，耐高温(400℃)。齿轮转子齿数不小于14。

有益效果

对齿轮泵而言，齿轮转子为全齿廓啮合密封型面，可以消除啮合泄漏，输送聚合物时很好的消除了流体在封闭空间形成的固化现象和热裂解现象。

附图说明

图1为齿轮齿角形成的过渡曲线；

图2为全齿廓啮合齿形的齿廓图；

图3为齿角局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

齿轮基本参数为：齿轮端面模数m_t＝10.8857，2个啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝14，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝127mm，螺旋角β＝15°，齿轮中心距a＝152.4mm。

实施例2

齿轮基本参数：齿轮端面模数m_t＝2.6，2个啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝42，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝45mm，螺旋角β＝10°，齿轮中心距a＝109.2mm。

实施例3

齿轮基本参数：端面压力角α_t＝30°，2个啮合齿轮齿数Z₁＝Z₂＝14，齿轮端面模数m_t＝12.856，螺旋角β＝21°2′22″，齿轮中心距a＝180mm，齿宽b＝110mm。

Claims (4)

1.一种全齿廓啮合专用齿轮，其凸齿齿廓曲线为渐开线，凹齿齿廓曲线为过渡线，以S点为分界线，齿廓包括齿顶圆弧、齿角曲线EM、齿侧特殊齿廓曲线MS、齿廓和齿根的过渡曲线SA及齿根圆弧曲线顺序光滑连接而成，其特征是：啮合方式为全齿廓啮合，设齿廓曲线上任一点M的坐标为M(x₁，y₁)，

所述的凸齿齿廓渐开线上的M点坐标由下列方程确定

式中，r_i为M点的轮廓半径，

θ_i＝tanα_i-α_i；＝α_i＝arccons(r_b/r_i)  r_b为齿根圆半径；α_i为r_i与y轴负向夹角；Φ_s为s点对应的角度，可根据r_s对应的齿厚来确定；r_i的变化范围为r_s≤r_i≤r_a，r_s、r_a分别为渐开线的起点s对应的半径和齿顶圆半径；

所述的凹齿齿廓过渡线上的M点坐标由下列方程确定

ρ——齿角圆弧半径；α₀——AM与y₂轴负向夹角；r_a2——刀具齿顶圆半径；i₂₁——齿轮传动比；Φ₂——啮合点角度。

2.如权利要求1所述的齿廓啮合专用齿轮，其特征是：齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝10.8857，啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝14，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝127mm，螺旋角β＝15°，中心距a＝152.4mm，单齿宽b＝127mm。

3.如权利要求1所述的齿廓啮合专用齿轮，其特征是：齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝2.6，啮合齿轮齿数z₁＝z₂＝42，端面压力角α_t＝30°，齿宽b＝45mm，螺旋角β＝10°，中心距a＝109.2mm，单齿宽b＝45mm。

4.如权利要求1所述的齿廓啮合专用齿轮，其特征是：齿轮基本参数为齿轮端面模数m_t＝12.856，啮合齿轮齿数Z₁＝Z₂＝14，端面压力角α_t＝30°，螺旋角β＝21°2’22″，中心距a＝180mm，单齿宽b＝110mm。

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