[发明专利]大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统的受力分析方法

摘要

本发明公开了一种大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统的受力分析方法，涉及机械工程技术领域，包括曲柄连杆机构的运动关系、曲轴连杆系统的受力分析、传动轴系统的受力分析、对曲轴和传动轴各突变截面进行分析、编写计算程序绘制拟合曲线和分析计算结果六个步骤；本发明从获得大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统的原始参数开始，提出一种大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统的受力分析方法，不但可以得到大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统中各作用力随曲轴转角的变化曲线，同时还可以得到曲轴和传动轴各突变截面上的计算安全系数随曲轴转角的变化曲线，对大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统中各零件的设计和优化具有一定的参考价值。

主权项

1.一种大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统的受力分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析曲轴连杆机构的运动关系，得到活塞的运动加速度a和连杆的运动加速度ac以及连杆运动角加速度εc；(2)对曲轴连杆系统进行受力分析，得到曲轴所受的连杆力F3x、F3y和偏心质量惯性力Fdx、Fdy和齿轮啮合力F5x1、F5y1、F5z1、F5x2、F5y2、F5z2和轴承支反力F6x、F6y、F6z、F7x、F7y、F7z的公式；其中，对曲轴的受力分析考虑曲轴的扭转变形，两对啮合齿轮同时传动引起的曲轴上两个大齿轮间的相对转动为传动轴上两个小齿轮间的相对转动为则两对齿轮啮合的切向力F_t1、F_t2以及相对转角满足式(1)～式(4)：Ft1+Ft2＝Te/R2，   (2)其中：R1为小齿轮分度圆直径；R2为大齿轮分度圆直径；Te为曲轴上的负载力矩；l为两对啮合斜齿轮间的距离；IP1为传动轴横截面的极惯性矩；IP2为曲轴轴横截面的极惯性矩；为两对啮合斜齿轮间由于曲轴上负载力矩而产生的相对转动；(3)对传动轴系统进行受力分析，得到传动轴所受的轴承支反力F8x、F8y、F8z、F9x、F9y、F9z和传动轮上的圆周力F10x的公式；(4)对曲轴和传动轴的各个突变截面进行分析，得到曲轴和传动轴在各截面上的弯矩M和扭矩T，并进行静强度校核；其中，大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统中曲轴和传动轴的强度校核采用式(5)：其中：n为计算安全系数；σ‑1为曲轴和传动轴材料的对称弯曲疲劳强度；σ为危险截面上危险点的正应力；τ为危险截面上危险点的切应力；[n]为许用安全系数，取[n]＝4；(5)将曲轴和传动轴所受作用力的公式以及静强度校核计算过程编写成MATLAB程序，并将曲轴和传动轴的尺寸及材料的原始参数带入到程序中，计算出曲轴和传动轴在离散工况下的各作用力的数值以及各个突变截面上的计算安全系数n，并绘制拟合曲线；(6)根据曲轴和传动轴各突变截面上的计算安全系数n，确定曲轴和传动轴的危险工况和危险截面，若曲轴和传动轴在危险工况下的危险截面上的计算安全系数n大于许用安全系数[n]，则曲轴和传动轴的设计满足要求；否则，参考步骤(5)得到的结果重新对曲轴和传动轴进行设计；该受力分析方法使用大功率钻井泵双侧斜齿轮啮合传动系统实现，该系统包括以下结构：曲轴(1)、传动轴(2)、小齿轮Ⅰ(3)、小齿轮Ⅱ(4)、曲柄Ⅲ(5)、大齿轮Ⅱ(6)、曲柄Ⅱ(7)、大齿轮Ⅰ(8)和曲柄Ⅰ(9)，所述曲轴(1)和传动轴(2)两端连接有固定系，所述曲轴(1)从右至左依次连接有曲柄Ⅰ(9)、大齿轮Ⅰ(8)、曲柄Ⅱ(7)、大齿轮Ⅱ(6)和曲柄Ⅲ(5)，所述传动轴(2)从右至左依次连接有小齿轮Ⅰ(3)和小齿轮Ⅱ(4)，所述大齿轮Ⅰ(8)和小齿轮Ⅰ(3)啮合连接，所述大齿轮Ⅱ(6)和小齿轮小齿轮Ⅱ(4)啮合连接。