吴庆超

徐州徐工传动科技有限公司 江苏 徐州 221000

抽油机用减速机大多采用两级分流式结构，箱体为中心分型结构，内部齿轮采用对称式斜齿轮结构，齿形采用双圆弧齿形。这种减速机能够长期占据抽油机用减速机的主导地位，还是有其优点的，具体如下：

（1）减速机的输入轴、中间轴、中间轴齿轮及输出轴齿轮均采用对称结构，即齿宽分为对称的两段，一段齿轮为右旋、那么另一端即为左旋。由于齿轮采用的是斜齿轮，所以会产生轴向力，而对称结构可以完全抵消斜齿轮的轴向力，从而提高了整个齿轮系统的稳定性，同时提高了减速机的使用寿命。

（2）采用了双圆弧齿形，齿轮强度高于渐开线齿形。由于双圆弧齿形在啮合过程过程中是面接触，而渐开线齿形在啮合过程中为线接触，所以理论上双圆弧齿形比渐开线齿形的接触强度要高30%，使用寿命要高于渐开线齿轮。

（3）减速机箱体采用中心分型结构，开合度较大，所以安装轴承和齿轮都比较方便，并且很多减速机厂家采用箱体与箱盖合箱加工轴承孔的工艺，所以加工稳定性也比较高，这种结构也便于后期的维修和更换[1]。

不过此类减速机缺点也不少，具体如下：

（1）箱体结合面积大，且铸造的箱体对时效处理要求高，如果时效处理不好，箱体在长时间振动过程中，由于内应力的驱使会产生变形，较易出现漏油现象，而在实际使用过程中，确实有一定数量的减速机出现了结合面漏油的情况。

（2）双圆弧齿轮虽然理论上比渐开线齿轮强度高，但是由于现在对双圆弧齿形的研究还不够成熟，检测设备和软件都还没有跟上，如今批量生产过程中仅能进行简单的尺寸检测如测量固定弦齿深、固定弦齿厚、齿顶圆直径和齿根圆直径等。检测设备也只能进行成像法检测，对对比样块的要求极高，检测的精度也比较低，所以实际使用中，双圆弧齿形的强度比理论情况要低的。

（3）由于减速机使用的双圆弧齿形，其现有能够批量生产的加工方法，只有滚齿加工，所以齿轮的齿面只能使用软齿面，而软齿面采用滚齿工艺，齿面的表面粗糙度较低，所以减速机运转时的噪音比较大，并且由于软齿面不耐磨，也降低了减速机的使用寿命[2]。

（4）虽然主动轴、中间轴、输出轴及输出轴齿轮都是采用了一体对称结构，但是中间轴齿轮多采用镶嵌式结构，即齿轮和轴采用过盈配合，靠压力机将中间齿轮压入中间轴，但是由于批量生产过程中，齿轮内孔和中间轴的尺寸公差有波动，较易出现过盈量较小的问题，所以实际使用过程中，经常会出现中间齿轮从中间轴脱落的情况。

虽然上述减速机有诸多缺点，但是由于设计之初考虑到抽油机工况的特殊性，一个是持续工作不间断；第二个是大都在无人区，可能工作几个月都无人巡检的情况，选用的安全系数都比较大，所以在实际使用过程中，减速机的故障率还是比较低的，有些减速机实际使用都能达到20年之久，所以此类减速机依旧是抽油机用减速机的主力军[3]。但是，如今各个行业都在飞速发展，油田机械行业也不可能止步不前，未来的抽油机用减速机行业个人认为有如下几种发展方向：

（1）硬齿面减速机。我们对现有的软齿面减速机的失效模式进行分析后发现，大多数减速机都是以齿面点蚀、断齿等问题失效的，而断齿有很多也是以点蚀为开端的，点蚀发生后，齿面的啮合状况发生改变，所以在有冲击的情况下更容易发生断齿等情况。而如果想对抽油机用减速机改型升级的话，最容易想到的便是提高齿面强度，不过由于双圆弧齿轮无法磨齿（可能部分高端设备也能够实现，但是成本太高，不适合批量生产）等情况，齿形必然要改为渐开线齿轮，并且将齿面硬度提高至HRC58以上，提高齿面硬度可以大幅度提高减速机的使用寿命，并且由于硬齿面必须采用磨齿工艺，齿面的表面粗糙度也提高很多，因此减速机的噪音也会降低很多。不过硬齿面减速机最大的缺点便是成本高，由于输出轴齿轮直径比较大，磨齿的成本太高，所以现在愿意购买售价高昂的硬齿面减速机的厂家还比较少[4]。

（2）行星齿轮减速机。行星齿轮减速机也是抽油机用减速机的一个发展趋势，由于采用了行星齿轮传动，减速机的速比可以做得很大，从而可以降低抽油机电机的转速，可以将原本必须使用8极甚至10极电机的机型更换为普通电机，从而降低抽油机整体成本。并且由于行星齿轮也基本上都是采用硬齿面磨齿工艺，所以减速机的噪音也降低很多。另外由于行星机构比较紧凑，减速机的体积可以做的小一些，能够被应用于更多的工况中。不过行星齿轮减速机也有如下缺点：

1）行星齿轮结构紧凑，所以发热量比较大，而由于抽油机多是24小时持续工作，所以对减速机的散热要求比较高，对润滑油的品质要求也比较高[5]。

2）行星齿轮的工艺比较复杂，加工精度及装配工艺等要求也比普通减速机高很多，所以其成本肯定要远高于普通减速机，同样高昂的售价可能会阻碍其发展。

（3）非圆齿轮减速机。顾名思义，非圆齿轮减速机的输出轴齿轮不是圆的。我们知道抽油机的工况，当抽油机处于提升状态时，电动机对抽油机做正功，提升抽油杆的同时将原油吸入抽油管道，而当抽油机处于下落状态时，抽油杆被管道内的压力向下运动，此时电动机做负功，这部分能量就完全损失掉了。而非圆齿轮的设计简单来说就是将输出轴齿轮做成椭圆形，在抽油杆下落过程中将管道压力的动能转化为椭圆齿轮的势能，而在电动机做功的过程中，再将椭圆齿轮的势能转化为抽油杆的动能，这样就可能节约能源，实现抽油机的降本增效。虽然非圆齿轮的设计非常巧妙，但是由于椭圆齿轮的加工难度太大，所以也未能流行起来。