專利名稱：全齒廓嚙合專用齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬聚合物輸送齒輪泵用齒輪領(lǐng)域，特別是涉及一種全齒廓嚙合齒輪。
背景技術(shù)：
聚合物輸送用齒輪泵主要用于輸送石化工業(yè)流程中的高溫、高壓的粘流態(tài)聚合物，或
者與單螺桿、雙螺桿擠出機一起使用，這樣可以將擠出成型機擠出的聚合物熔料由低壓變
為高壓，消除產(chǎn)量波動，將物料穩(wěn)定地輸入機頭內(nèi)，提高產(chǎn)量，保證質(zhì)量。塑料、橡膠和
纖維都可以用這種方法成型。我國的石化行業(yè)從國外引進(jìn)的一大批成套重大技術(shù)裝備上就
配套引進(jìn)了許多聚合物輸送用齒輪泵。這些泵大多是成套裝置的心臟設(shè)備，它所輸送的聚
合物在常溫常壓下在很短的時間內(nèi)即可固化，泵若出現(xiàn)故障，往往會直接影響到整套裝置
的安全運行；另外在高溫情況下，聚合物熔體停留時間過長，也容易產(chǎn)生熱裂解，從而影
響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以不能讓聚合物融體長時間停留在泵體內(nèi)。由于聚合物融體的高粘性，
所以對轉(zhuǎn)子的承載能力也有比較高的要求。這些都與齒輪轉(zhuǎn)子的嚙合型面密切相關(guān)。
齒輪泵的工作原理是借助于一對齒輪副輪齒脫開嚙合側(cè)和進(jìn)入嚙合側(cè)在密封殼體內(nèi)
形成的工作容積的周期性變化來實現(xiàn)流體的輸送。作為齒輪泵的核心部件的齒輪轉(zhuǎn)子的嚙
合性能在很大程度上決定了齒輪泵的性能，因此新的齒輪泵轉(zhuǎn)子對提高齒輪泵性能具有重
要的作用。而新的齒輪轉(zhuǎn)子主要集中在新的齒廓基礎(chǔ)上。
國內(nèi)外的學(xué)者對齒輪泵及其轉(zhuǎn)子嚙合型面進(jìn)行了大量的研究如何存興.液壓元
件.北京機械工業(yè)出版社，1981;市川常雄.齒輪泵的設(shè)計，北京機械譯叢，64. NO. 3;
唐兵，欒振輝.齒輪泵的發(fā)展趨勢.流體機械，1999， 5: 26 28，并應(yīng)用在內(nèi)、外齒 輪泵轉(zhuǎn)子中，取得了不錯的效果。內(nèi)齒輪泵主要以少齒差擺線齒廓居多，文獻(xiàn)張妙齡，潘 正廣.新型內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的研制.流體機械，1997 (10)， 19 23以三齒差、內(nèi)嚙 合圓弧型面，解決了困油問題，性能較好。文獻(xiàn)孟繼安等.內(nèi)嚙合擺線齒輪泵齒廓特 征參數(shù)化設(shè)計探討.化工機械，1990 (3)， 145 150;侯東海等.少齒差擺線齒輪泵 嚙合原理及幾何參數(shù)選擇.機械傳動，1995 (3)， 24 27將圓弧短幅外擺線等距曲線 型面應(yīng)用在內(nèi)齒輪泵轉(zhuǎn)子上，已廣泛應(yīng)用于石油、化工及一般工業(yè)。
而對于外嚙合齒輪泵，嚙合型面主要以漸開線齒面居多，并且其轉(zhuǎn)子多為直齒輪或斜 齒輪如下列文獻(xiàn)所示趙亮.斜齒齒輪泵流量特性分析.機械工程學(xué)報，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，但對其它較特殊的嚙合型面也有研究，鄭州機械研究所開發(fā)的P型特殊齒形高粘度齒輪泵采用了圓 弧等距線組合曲線的斜齒面及修正漸開線齒面，使得齒輪泵內(nèi)漏小、流量大。文獻(xiàn)胡寧雙等。一種新型齒輪泵的研制及性能改善。西安交通大學(xué)學(xué)報，1990(6)， 79 86采用了漸開線型面的偏心齒輪泵，雖增加了泵的流量，但其流量脈動、壓力脈動及 噪聲均大于傳統(tǒng)泵。另外齒輪泵轉(zhuǎn)子的齒形還包括次擺線齒形、對數(shù)螺線齒形等。國外對 特種齒輪泵及聚合物輸送用齒輪泵及嚙合型面進(jìn)行了大量研究開發(fā)工作，但由于技術(shù)的保 密原因，更詳細(xì)的技術(shù)文獻(xiàn)難于査閱。美國、瑞士、德國、日本等國家先后開發(fā)出了各自 的系列產(chǎn)品，特種齒輪泵以美國Viking內(nèi)嚙合齒輪泵和日本大晃株式會社的外嚙合齒輪 泵比較著名。聚合物輸送用齒輪泵則以美國的聚合物設(shè)備公司(POLYMER EQUIPMENT CO.) 和瑞士瑪格公司(MAAG)的不帶同步齒輪的產(chǎn)品居國際領(lǐng)先水平。從我國所進(jìn)口的各類齒 輪泵嚙合面的分析來看，以上研究均未能完全克服相互嚙合轉(zhuǎn)子型面的齒頂與齒根封閉空 間的形成，對輸送聚合物流體在封閉空間形成的固化現(xiàn)象或者熱裂解難以完全消除。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全齒廓嚙合專用齒輪，以解決現(xiàn)有技術(shù)中因嚙 合度不夠使得在輸送聚合物流體時在封閉空間形成了固化現(xiàn)象或者熱裂解的缺陷。 技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種全齒廓嚙合專用齒輪，其凸齒齒廓曲線為漸開線，凹齒齒廓曲線為 過渡線，以S點為分界線，齒廓包括齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側(cè)特殊齒廓曲線MS、 齒廓和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成，其特征是嚙合方式為全 齒廓嚙合，設(shè)齒廓曲線上任一點M的坐標(biāo)為M (Xl， yi)， 所述的凸齒齒廓漸開線上的M點坐標(biāo)由下列方程確定<formula>formula see original document page 4</formula>式中，ri為M點的輪廓半徑，ei=tanai-ai; = ai=arccons(rb/ri); (Xi為n與y軸負(fù)向夾角；Os為s點對應(yīng)的角度，可根據(jù)rs對應(yīng)的齒厚來確定；ri的變化范圍為rsS^ra， rs、 G分別為漸開線的起點s對應(yīng)的半徑和齒頂圓半徑；所述的凹齒齒廓過渡線上的M點坐標(biāo)由下列方程確定<formula>formula see original document page 5</formula>
p——齒角圓弧半徑；a0~~^M與y2軸負(fù)向夾角；ra2——刀具齒頂圓半徑；i21——齒輪傳動比；0>2——嚙合點角度。齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù)mt=10.8857，嚙合齒輪齒數(shù)Zl=z2=14，端面壓力角 Ot=30°，齒寬b:127mm，螺旋角/ = 15°，中心距a二152.4腿，單齒寬b=127mm。齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù)mt=2. 6，嚙合齒輪齒數(shù)z^Z2二42，端面壓力角at=3(T， 齒寬b二45mm，螺旋角^ = 10°，中心距a=109, 2mm,單齒寬b=45mm。齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù)m, =12.856，嚙合齒輪齒數(shù)Z, =Z2 =14，端面壓力角 at=30°，螺旋角"=20'22"，中心距a^80mm，單齒寬Z^110mm。當(dāng)p二0時，齒輪插齒刀齒角為尖角，形成的過渡曲線為長幅外擺線。 全齒廓嚙合齒輪由齒輪插齒刀包絡(luò)出來，齒輪形刀具的端面截形為圓柱齒輪刀具，如圖l所示的坐標(biāo)系，(02x2y2)是與齒輪形刀具固聯(lián)的坐標(biāo)系，(Oixo^)是與被加工齒輪固聯(lián)的坐標(biāo)系。整個齒廓曲線保證無奇異點、無齒輪嚙合干涉及根切現(xiàn)象。記該輪為輪i，與之嚙合的另一相同齒輪為輪2，輪l的f點與輪2的A'點首先進(jìn)入嚙合，隨著輪齒的轉(zhuǎn)動，輪l的f點在輪2的齒廓上從A'點滑動到S'點；然后，兩輪 的特殊曲線齒廓部分i^和S' E'進(jìn)入嚙合；特殊嚙合結(jié)束時，輪1的嚙合點為S點，輪 2的嚙合點為E'點，隨著兩輪的進(jìn)一步轉(zhuǎn)動，輪2的E'點在輪1上從^點滑動到J點， 此時輪l的嚙合點為J點，輪2的嚙合點為E'點；兩輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，輪l的齒根圓弧與輪 2的齒頂圓弧接觸，進(jìn)入點嚙合傳動，至此，輪l的全部齒廓曲線均與輪2的齒廓進(jìn)行嚙 合傳動。對于全齒廓嚙合的齒輪轉(zhuǎn)子可以采用插齒和滾齒加工，直接應(yīng)用于重載齒輪、聚合物 輸送齒輪泵或者紡絲中的增壓泵。齒輪轉(zhuǎn)子材料采用工/模具鋼或馬氏體不銹鋼整體淬火，耐磨性好(硬度大于60HRC)， 耐高溫(400°C)。齒輪轉(zhuǎn)子齒數(shù)不小于14。有益效果對齒輪泵而言，齒輪轉(zhuǎn)子為全齒廓嚙合密封型面，可以消除嚙合泄漏，輸送聚合物時 很好的消除了流體在封閉空間形成的固化現(xiàn)象和熱裂解現(xiàn)象。


圖1為齒輪齒角形成的過渡曲線； 圖2為全齒廓嚙合齒形的齒廓圖； 圖3為齒角局部放大圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限 定的范圍。實施例1齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù)mf10.8857， 2個嚙合齒輪齒數(shù)zfz^14，端面壓力 角a產(chǎn)30"，齒寬b二127mm，螺旋角"=15°，齒輪中心距a=152. 4mm。實施例2齒輪基本參數(shù):齒輪端面模數(shù)mt=2. 6,2個嚙合齒輪齒數(shù)ZfZ^42，端面壓力角at=30"， 齒寬b-45腿，螺旋角/ = 10°，齒輪中心距a二109.2mm。實施例3齒輪基本參數(shù)端面壓力角at=30°， 2個嚙合齒輪齒數(shù)Z, =Z2 =14，齒輪端面模數(shù) w, =12.856,螺旋角/ = 21°2'22"，齒輪中心距a^l80mm，齒寬Z^110mm。
權(quán)利要求
1.一種全齒廓嚙合專用齒輪，其凸齒齒廓曲線為漸開線，凹齒齒廓曲線為過渡線，以S點為分界線，齒廓包括齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側(cè)特殊齒廓曲線MS、齒廓和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成，其特征是嚙合方式為全齒廓嚙合，設(shè)齒廓曲線上任一點M的坐標(biāo)為M(x1，y1)，所述的凸齒齒廓漸開線上的M點坐標(biāo)由下列方程確定式中，ri為M點的輪廓半徑，θi＝tanαi-αi；＝αi＝arccons(rb/ri) rb為齒根圓半徑；αi為ri與y軸負(fù)向夾角；Φs為s點對應(yīng)的角度，可根據(jù)rs對應(yīng)的齒厚來確定；ri的變化范圍為rs≤ri≤ra，rs、ra分別為漸開線的起點s對應(yīng)的半徑和齒頂圓半徑；所述的凹齒齒廓過渡線上的M點坐標(biāo)由下列方程確定ρ——齒角圓弧半徑；α0——AM與y2軸負(fù)向夾角；ra2——刀具齒頂圓半徑；i21——齒輪傳動比；Φ2——嚙合點角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的齒廓嚙合專用齒輪，其特征是齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù)m產(chǎn)10.8857，嚙合齒輪齒數(shù)Zj=z2=14，端面壓力角at=30"，齒寬b^27畫，螺旋角/ = 15°， 中心距a二152. 4mm，單齒寬b二127mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的齒廓嚙合專用齒輪，其特征是齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù) mt=2.6，嚙合齒輪齒數(shù)ZfZf42，端面壓力角a產(chǎn)3(T，齒寬b=45mm，螺旋角"=10°，中心 距a二109.2mm，單齒寬b = 45mm。
4. 如權(quán)利要求1所述的齒廓嚙合專用齒輪，其特征是齒輪基本參數(shù)為齒輪端面模數(shù) ra,=12.856，嚙合齒輪齒數(shù)^ =Z2 =14，端面壓力角a產(chǎn)3(T，螺旋角"=21°2'22"，中心 距a二180mm，單齒寬6 = 110111111。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全齒廓嚙合專用齒輪，其凸齒齒廓曲線為漸開線，凹齒齒廓曲線為過渡線，以S點為分界線，齒廓包括齒頂圓弧、齒角曲線EM、齒側(cè)特殊齒廓曲線MS、齒廓和齒根的過渡曲線SA及齒根圓弧曲線順序光滑連接而成，嚙合方式為全齒廓嚙合；本發(fā)明齒輪轉(zhuǎn)子為全齒廓嚙合密封型面，可以消除嚙合泄漏，輸送聚合物時很好的消除了流體在封閉空間形成的固化現(xiàn)象和熱裂解現(xiàn)象。
文檔編號F04C15/00GK101290009SQ20081003865
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者甘學(xué)輝, 賈春紅, 革 陳, 馬曉建 申請人:東華大學(xué)