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上海水泵集团技术之齿轮

用于水泵传动的齿轮  齿轮传动的主要用途是将原动机(电动机或发动机)的速度降低,以适合于水泵的需要,但有时起升速作用,使水泵在高于原动机的速度下运转。此外,还可以起另一作用,例如,一台立式泵要用横轴原动机(如柴油机)驱动,可以通过直角的齿轮箱来传递功率。如齿轮的传动比为1:1,就是说它不起变速的作用。

有时,齿轮传动还可起组合两台原动机的作用,如一台动机驱动的水泵,为了防备停电,另外再装一台柴油机作为应急备用。这种情况下,电动机垂直地装在齿轮箱的顶部,与轴直接相连,而柴油机通过一对啮合的伞齿轮与电动机相连。也可用改变齿轮传动比的方法来调节水泵的转速。此外,还可采用许多其它类型的变速传动方式,如皮带、摩擦轮传动、液力、液压、流体粘性和涡流联轴器,以及变速电动机传动等等。

齿轮的类型   用于水泵的齿轮多为平行轴的斜齿轮或人字齿轮或是90°的螺旋伞齿轮。正齿轮只是偶然用于小功率低速的水泵传动中,像正齿轮一样,直角伞齿轮要受功率和转速的限制。直角伞齿轮,偏轴伞齿轮因为造价高而用得较少。蜗轮蜗杆只用在尺寸要求非常紧凑或传动比很大的情况下,它受功率的限制,并且效率比其它齿轮传动低得多。

平行轴齿轮传动  斜齿轮和正齿轮的比较在两根平行轴之间用正齿轮传递动力,不产生轴向力,所以无需止推轴承,它既经济又便于制造,但只适用于中等转速传动。

当考虑用在两根平行轴上的齿轮减速箱或功率传递装置时,首先要决定的是究竞选用正齿轮还是斜齿轮?如果选用斜齿轮,是单斜齿还是双斜齿?根据一般知识,斜齿轮比正齿轮有较好的传动特性,但价格贵,这常常影响它的选用。然而,经过仔细研究比较,正齿轮与斜齿轮在相同尺寸下,往往斜齿轮实际上会有较多好处。

正齿轮与斜齿轮均为渐开线齿形,如果将斜齿轮沿齿槽法线方向切开,就可看出是典型的正齿轮齿形。正齿轮的每对齿啮合靠沿齿表面整个长度的互相接触而传递负载。

斜齿轮每对齿是沿齿面对角线逐渐啮合,这样可以有更多齿在同一时间内啮合,啮合的有效表面宽度(超过75%)比相当的正齿轮多,传递能力高,它可比相当的正齿轮多传达一倍的功率,此外,它还具有传动平稳、轻快等优点。

成批生产的正齿轮推荐的节圆速度上限为1000英尺/分,而相应的斜齿轮的上限却可达它的五倍,即5000英尺/分。现在速度达到30000英尺/分的斜齿轮并不罕见,当然,在这样的速度下工作正、斜齿轮的精度相应要提高。

斜齿轮除了像正齿轮有径向负载外,还产生沿旋转轴线方向的轴向力,它是螺旋角的函数,角度越大,轴向力也就越大。在采用斜齿轮传动时,必须考虑结构和轴承上能承受这个轴向负载。

双斜齿轮  这类齿轮由两组方向相反的斜齿组成,每组齿轮具有相同的斜角和节距,但各组的斜角方向部相反。因此两组齿轮上产生的轴向力互相抵消,没有轴向力传到轴和轴承上去。正因为这样,每个斜齿轮的螺旋角可以做得比普通单个使用时大得多,齿数重合更多,可以得到更好的传动效果。由于具有这些优点,这种齿轮常用于高速的水泵装置。

在轴上作用有外部传来的轴向负载时,以采用单斜齿轮为好,因为齿轮的正常啮合不受影响,而若用双斜齿轮,就会使一边的斜齿不受或只受一点载荷,而另一边的斜齿却有过载的危险。

单斜齿轮的齿表面可以做得比双斜齿轮窄,因为前者不存在像双斜齿轮中间需要留的沟槽。齿面愈窄,齿的错位、扭曲及偏差均可减小,也就适应于更高的极限速度。双斜齿轮如果制造精度不够高,齿间有间隙,会造成周向受载不均匀,会导致齿轮轴的振动。

整齿人字齿轮这是一种中间没有沟槽的双斜齿轮,因为它具有拱形的齿,故又常被称之为“有脊椎骨的齿轮”。整体人字齿轮用于中等转速的重载荷需要连续工作的地方,或者用于有冲击和振动或需要单级降速比高的场合。这种齿轮由于齿中间没有沟糟,所以齿的强度比双斜齿为高,能传递更大的力量。它与双斜齿相同,两侧齿所产生的轴向力互相抵消,故亦无轴向力。

整体人字齿轮可采用较大的螺旋角,以增大啮合重叠系数。也可采用不承受轴向力的轴承,整体人字齿轮的螺旋角通常敬成30°。

   相交轴的啮合齿轮   直锥齿轮  这种齿轮用于两轴相交成直角或是其它角度的功率传动。改变齿轮的齿数,就可以得到不同的速比。直锥齿轮可用于速度达1000英尺/分或是运转条件不宜于采用螺旋伞齿轮的场合。如果两轴正交且转速相同,则这样的一对锥齿轮称之为等径锥齿轮。

螺旋伞齿轮  它与直锥齿轮一样,都是在锥面上加工成的齿轮,差别在于加工直锥齿轮时,刀具做直线运动,得出直的齿形;而加工螺旋伞齿轮时,刀具是按弧线运动,得出弧形齿,故称为螺旋伞齿轮。它的优点是能将载荷分布在两个或两个以上的轮齿上,所以承载能力更大。最大节圆速度可达8000英尺/分。这种齿轮由于轮齿逐渐啮合,因而传动平稳轻快,与直锥齿轮在尺寸相同的情况下,小螺旋伞齿轮可以有较少的齿数。但螺旋伞齿轮的轴向力较大,并随旋转方向和螺旋方向而变。齿轮螺旋的方向应按小齿轮脱离啮合的趋向选取。

弧齿锥齿轮  它也是用锥形齿坯加工的,加工时用盘状铣刀,刀具不经过锥顶。实际上它是螺旋角为零的螺旋伞齿轮(放又名为零螺旋角伞齿轮)。弧齿锥齿轮工作平稳,轮齿顶部没有应力集中现象,寿命长,所以在许多工业部门用它取代直锥齿轮。它的受力情况与直锥齿轮相当,在任何情况下都不会有向内的轴向力。零螺旋角所造成的轴向负载与直锥齿轮相当。

偏轴锥齿轮  它在外形上与螺旋伞齿轮相似,只是齿轮轴不相交,小齿轮轴偏置于大齿轮轴的一侧。这种齿轮齿廓是按旋转双曲线加工而成,故又称为“双曲面齿轮”。由于齿轮轴两端可以支承在轴承上,轴的刚度大为加强,所以它承载能力大,传动平稳无噪音且可有较高的传动比。

蜗轮蜗杆  传动的工作过程是蜗轮蜗杆齿面相互滑动,同时又产生类似于正齿轮在齿条上的滚动。由于这种螺旋运动,蜗轮传动既无噪音,又无振动,并且能在完全没有脉动的情况下产生恒定的输出转速,故常用于有冲击载荷的减速传动。它在一定的负载下,具有结构紧凑的特点。与其它齿轮传动比较,若中心距相等,它可以得到更大的传动比,但其效率比其它齿轮传动低得多。蜗轮传动的功率也有一定限制。

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