大功率钻井泵双侧斜齿轮传动系统的设计与分析

发布时间：2018-04-27 19:25

  本文选题：钻井泵 + 传动系统　； 参考：《安徽理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：大功率三缸单作用钻井泵动力端最常见的传动方式为单侧人字型齿轮传动,即人字型齿轮位于中间曲柄和任意一端曲柄之间,曲轴上的动力只有一条输入路径,曲轴上大齿轮轮毂处一直处于最大应力状态,曲轴极易发生破坏。为使曲轴受力均匀、减轻应力集中,部分新型大功率三缸单作用钻井往复泵采用一种双侧斜齿轮传动系统,即在曲轴和传动轴上采用两对啮合斜齿轮传递动力。本文以大功率钻井泵双侧斜齿轮传动系统为研究对象,分析传动系统中各作用力的特点,校核传动系统中关键零部件的强度或稳定性,并对曲轴轴系进行扭振仿真分析,根据曲轴扭振仿真分析结果来重新确定曲轴的部分尺寸,以满足正常使用要求。本论文的研究工作主要包括以下几方面的内容:(1)对双侧斜齿轮传动系统进行受力分析,推导出活塞杆推力、连杆力、两个斜齿轮啮合力和曲轴两端主轴颈轴承支反力等作用力的数学表达式;(2)根据三缸单作用钻井泵的基本性能参数要求,设计出钻井往复泵动力端中关键零部件,并在SolidWorks中建立动力端的零部件三维模型,完成装配;(3)将之前求得的传动系统中各作用力的数学表达式编写成MATLAB计算程序,并代入各零部件参数,求出在曲轴任意转角工况下双侧斜齿轮传动系统中各作用力的大小和方向,并绘制部分作用力随曲轴转角的变化曲线。之后,利用求得的各作用力对传动系统中关键零部件进行强度校核或稳定性校核;(4)建立曲轴轴系扭转振动模型,并对曲轴轴系进行扭转振动仿真分析,求出曲轴轴系的固有频率、主振型和一阶临界转速及曲轴轴系扭转振动系统的稳态响应,根据稳态响应曲线求出曲轴在扭转振动情况下的最大扭转应力,并校核曲轴强度,最后依据强度校核结果来重新确定曲轴的部分尺寸。本文的研究内容对三缸钻井泵双侧斜齿轮传动系统中关键零部件的受力分析和强度校核具有重要的参考价值,同时对于钻井泵曲轴轴系的扭转振动的研究具有一定的指导意义。
[Abstract]:The most common driving mode of high-power three-cylinder single-acting drilling pump is single-sided herringbone gear transmission, that is, the herringbone gear is located between the middle crank and the crank at any end, and the power on the crankshaft has only one input path. At the hub of the big gear on the crankshaft, it is always in the state of maximum stress, and the crankshaft is liable to damage. In order to make the crankshaft force uniform and reduce the stress concentration part of the new high-power three-cylinder single-action drilling reciprocating pump adopts a kind of double helical gear transmission system namely two pairs of meshing helical gears are used to transfer power on the crankshaft and drive shaft. This paper takes the double side helical gear drive system of high-power drilling pump as the research object, analyzes the characteristics of each force in the transmission system, checks the strength or stability of the key parts in the transmission system, and carries on the torsional vibration simulation analysis to the crankshaft shafting. According to the simulation results of torsional vibration of crankshaft, the size of crankshaft is redetermined to meet the requirement of normal use. The research work of this paper mainly includes the following contents: 1) analyze the force of the double helical gear drive system, deduce the thrust of piston rod and the force of connecting rod. The mathematical expressions of the meshing force of two helical gears and the reaction force of the bearing of the spindle neck at the two ends of the crankshaft are as follows: according to the basic performance parameters of the three-cylinder single-acting drilling pump, the key parts in the power end of the drilling reciprocating pump are designed. The 3D model of the parts at the power end is established in SolidWorks, and the assembly is completed. The mathematical expressions of the forces in the transmission system obtained before are compiled into a MATLAB program, and the parameters of the components are substituted in the program. The magnitude and direction of each force in the double helical gear drive system are obtained under the condition of the crankshaft at any turning angle, and the curves of the variation of the partial force with the crankshaft angle are plotted. After that, the torsional vibration model of crankshaft system is established by using the calculated forces to check the strength or stability of the key parts in the transmission system, and the torsional vibration simulation analysis of the crankshaft shaft system is carried out. The natural frequency, the main mode and the first order critical speed of the crankshaft system and the steady state response of the torsional vibration system of the crankshaft system are obtained. According to the steady state response curve, the maximum torsional stress of the crankshaft under torsional vibration is obtained, and the strength of the crankshaft is checked. Finally, according to the results of strength check, the part size of crankshaft is redetermined. The research content of this paper has important reference value for the force analysis and strength check of the key parts in the driving system of the double side helical gears of the three-cylinder drilling pump, and also has certain guiding significance for the study of torsional vibration of the crankshaft system of the drilling pump.
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE92

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本文编号：1811997