【正文】 6 1. 6 9. 6zaR R m?? ? ? ?， 并由 lim 920H MPa? ? 查《 行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 圖 619， 得 ? 5） 工作硬化系數(shù) WZ 因齒輪為硬齒面，且齒面 6zR m m???? 由《 行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》圖 620，得 ? 6） 尺寸系數(shù) XZ 查《 行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 表 615， 得 ? lim7 0 0 0 . 9 1 . 1 2 1 . 0 1 1 . 1 5 1 . 2 1 . 0 7 1 0 5 2H P H N T L V R W XZ Z Z Z Z Z MPa?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 接觸 強(qiáng)度安全系數(shù) HS m i n1052 1 . 3 28 0 1 . 8HPHHHSS??? ? ? ? 查 《 行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 表 611，知 可靠性高 ， 符合設(shè)計(jì)要求。39。 齒面接觸強(qiáng)度校核 ： ac 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 齒面接觸應(yīng)力： 0H H A V H HK K K K????? （ 415） 式中：0 11tH H EF uZ Z Z Z d b u????? （ 416） 齒根彎曲 應(yīng)力 齒根彎曲應(yīng)力： 0F F A V F FK K K K????? （ 417） 式中：0 tF F a SaF Y Y Y Ybm ??? ? （ 418） 確定強(qiáng)度 計(jì)算 公式 中的各種系數(shù) : 17 1） 使用系數(shù) AK 由前面計(jì)算太陽(yáng)輪 分度圓直徑時(shí) 查知 AK = 2）動(dòng) 載 荷系數(shù) VK 由小齒輪 （ 中心輪 ） 相對(duì)于轉(zhuǎn)臂 （ 行星架） 的 節(jié)點(diǎn) 線速度 Hv 確定 ， 由 《 行星 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 公式 657 可 求得 1 3 . 1 4 4 2 . 5 8 4 8 . 7 5 1 . 8 9 /6 0 6 0 1 0 0 0HaH dnv m s? ??? ? ??查 圖 66，得 VK = 3） 齒向載荷分布系數(shù) HK? 、 FK? 接觸強(qiáng)度計(jì)算： 1 ( 1 ) = 1H b HK ? ??? ? ? 彎曲強(qiáng)度計(jì)算： 1 ( 1 ) = 1F b FK ? ??? ? ? 由《行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 P158 查知，如果 2KH 型和 2ZX(B)型行星齒輪傳動(dòng)的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小與或等于 1 時(shí)，則取齒向載荷分布系數(shù) = =1HFKK??。 （ 2）齒輪強(qiáng)度校核 在行星齒輪傳動(dòng)中，外嚙合的中心輪，如 2KH 型傳動(dòng)中的齒輪 a（太陽(yáng)輪），由于它處于輸入軸上，且同時(shí)與幾個(gè)行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，承受載荷較大，工作條件較差，通常是行星傳動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)。t an 2 1 6 2 t an 2 0 = 7 7 9rtF F N?? ? ?（ 413） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) Na 10a 6 0 6 0 8 4 8 .7 5 3 6 6 0 0 0 1 .0 0 8 1 0Ha p hN n n L? ? ? ? ? ? ? 次（ 414） 式中 ： 9 7 0 1 2 1 .2 5 8 4 8 .7 5 / m i nHHaan n n r? ? ? ? ?， Han 為 太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速 。 圖 行星輪結(jié)構(gòu)受力分析 16 輸入件所傳遞的轉(zhuǎn)矩 TⅡ 傳遞給太陽(yáng)輪上，故可得太陽(yáng)輪（小齒輪）的轉(zhuǎn)矩 1 1 3 6 . 4 6 4 5 . 4 9 ( )3IIPTT N mn? ? ? ?, 式中 np 為行星輪個(gè)數(shù)。進(jìn)行受力分析時(shí)，假設(shè)行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)為等速旋轉(zhuǎn)，多個(gè)行星輪受載均勻，且不考慮摩擦力及構(gòu)件自重的影響。為了保證三者之間的穩(wěn)定性，選擇取行星輪齒寬 20mm，太陽(yáng)輪、內(nèi)齒輪齒寬 15mm。 （ 2）減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速 n2 由 12ni n? 得 12 1000 1 2 5 / m i n8nnri? ? ?（ 46） （ 3）載荷不均衡系數(shù) Kp 查《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》， 取 PPHFKK?? （ 4）齒輪模數(shù) m和中心距 a 首先計(jì)算太陽(yáng)輪分度圓直徑 ： 1 A HP H3 2Hl i m1addT K K K udKu?? ????（ mm） (47) 式中：正號(hào)為外嚙合，負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合； dK —— 算式系數(shù)； u —— 齒數(shù)比 AK —— 使用系數(shù)為； HK? —— 綜合系數(shù)為； 1T —— 太陽(yáng)輪單個(gè)齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。 內(nèi)齒圈材料為 30CrMnSi， 調(diào)質(zhì) 處理， 強(qiáng)度極限 1100MPa，屈服極限 900MPa，表面硬度為 320HBS。 行星輪齒形為漸開(kāi)線直齒。由《行星齒輪 傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 P166 圖 613 查得齒輪的接觸疲勞極限 σ Hlim=920MPa，圖 626 查得齒輪的彎曲疲勞極限 σ FHlim=350MPa?，F(xiàn)考慮到行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸較小，故選擇中心輪 a的齒數(shù) az =10 和行星輪 pn =3. 根據(jù)內(nèi)齒輪 ( 1 ) 8 1 1 0 7 0b p az i z? ? ? ? ? ?（ ）（ 41） 對(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整，同時(shí)考慮到安裝條件，取 65bz ? ，此時(shí)實(shí)際的 p值與給定的 p 值稍有變化，但是必須控制在其傳動(dòng)比誤差的范圍內(nèi)。 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，大致包括： 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核；軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核；軸承的選型與壽命計(jì)算；鍵的選擇與強(qiáng)度計(jì)算。 故確定電機(jī)的型號(hào)為 Y180L6，額 定功率為 15KW。通常情況下，海上采油平臺(tái)要求泵檢周期為 6 個(gè)月，地面采油平臺(tái)要求 9～ 12 個(gè)月。 采油螺桿 泵采油系統(tǒng)是在井下高溫、高壓的環(huán)境下連續(xù)作業(yè)，惡劣的工作條件對(duì)采油螺桿泵的可靠性和使用壽命提出了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。它不僅受機(jī)采設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和井況的影響。其結(jié)構(gòu)為全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為 380V。當(dāng) II 軸為輸入軸時(shí)，機(jī)構(gòu)整體為減速；當(dāng) III 軸為輸入軸時(shí)，機(jī)構(gòu)整體為加速 。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的 9 能力較強(qiáng)，工作較可靠。 (4)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到其承載能力，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和良好的加工工藝性等，選用雙側(cè)板整體式轉(zhuǎn)臂的剛性較好。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒采油行星齒輪減速器中心輪采用齒輪軸的整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)齒輪是采用環(huán)形齒圈的，通過(guò)螺紋銷(xiāo)釘與箱體連成一體。 (3)傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱(chēng)分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的 作用。此外，由于采用了內(nèi)嚙合結(jié)構(gòu)，行星輪位于內(nèi)、外齒輪之間，輸入軸與輸出軸又位于同一軸線上，使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。 本文采油行星減 速器采用 2KH 類(lèi) NGW 型行星齒輪減速裝置，可以降低井下動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速，以滿足低速、大扭矩的要求。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。所以在同等工作條件下，與定軸輪系傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)具有以下的優(yōu) 8 點(diǎn)： (1)體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。 行星齒輪傳動(dòng)是根據(jù)行星輪系的工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械減速的。因而結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、為相同承載能力的定軸線普通圓柱齒輪減速器的 l/2～ 1/3；傳動(dòng)效率高，單級(jí)行星減速器總效率 η =；傳動(dòng)比、傳遞功率的范圍大：外齒齒輪采用優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼鍛造毛坯，經(jīng)滲碳、淬火，磨齒 6 級(jí)精度，內(nèi)齒齒輪采用中碳合金鋼鍛造毛坯、調(diào)質(zhì)處理或滲氮處理，加工精度 7 級(jí)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲?。谎b配形式、安裝形式多樣、適用面廣。 NGW的 N 表示內(nèi)嚙合， W 表示外嚙合， G 表示內(nèi)外嚙合公用的行星齒輪。綜上比較，采用 2KH 類(lèi) NGW 型行星齒輪減速裝置目前 最為可行。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是 NGW 型行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在同樣的功能條件下，與一般減速器相比，外廓尺寸和質(zhì)量減少 l/6～ 1/2。所以在同等工作條件下，與定軸輪系傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、效率高、傳遞扭矩大、工作可靠、傳動(dòng)比大等優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛應(yīng)用。如對(duì)機(jī)構(gòu)作新的應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)低速、大扭矩。 圖 2KH 類(lèi) NGW 型行星齒輪減速裝置 少齒行星輪 詳細(xì) DWG 圖 紙 請(qǐng) 加：三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六 少齒差行星輪系 (如圖 2． 3 所示 )傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊，體積及重量小，但效率比 NGW 型低，且內(nèi)嚙合變位后徑向力較大，使軸承徑向載荷加大，同時(shí)嚙合的次數(shù)少，受力情況差，適用于小功率或短期工 6 圖 少齒差行星輪系 擺線針輪行星傳動(dòng) (如圖 2． 4 所示 )具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)及齒廓無(wú)干涉等優(yōu)點(diǎn)，但徑向尺寸大，需用專(zhuān)用的機(jī)床和刀具加工，工藝復(fù)雜、制造精度要求高。 圖 諧波齒輪傳動(dòng)基本結(jié)構(gòu) 2KH 行星齒輪 采用 2KH 類(lèi) NGW 型行星齒輪減速裝置 (如圖 2． 2 所示 )，可以降低井下動(dòng)力輸出軸的轉(zhuǎn)速，以滿足低速、大扭矩的要求；由于采用了三個(gè)行星輪均布的結(jié) 5 構(gòu)，可使其共同分擔(dān)載荷，同時(shí)又使行星輪公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力得到平衡，從而減小了主軸承內(nèi)的作用力，并使其轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。 一般定軸輪系單級(jí)傳動(dòng)比等于大小齒輪直徑比，傳動(dòng)比大則齒輪徑向尺寸大，而減速系統(tǒng)徑向尺寸又受套管內(nèi)徑的限制，因此這種減速器也不適宜作井下螺桿 泵驅(qū)動(dòng) [15]。 單螺桿式減速器是通過(guò)螺桿線數(shù)和襯套線數(shù)的齒數(shù)差來(lái)進(jìn)行減速。所以，本采油減速器的研究將極大的促進(jìn)電動(dòng)采油螺桿泵的發(fā)展，而電動(dòng)采油螺桿泵系統(tǒng)的發(fā)展及研制成功，將為油田增產(chǎn)提供一種新型的機(jī)械采油設(shè)備，而由此帶來(lái)的促使原油增產(chǎn)、降低原油生產(chǎn)中的能源消耗、減少修井工作量等效益更是無(wú)法估量，是一項(xiàng)有較好發(fā)展前途的高新技術(shù)產(chǎn)品。 電動(dòng)采油螺桿泵作為一種新型的無(wú)桿采油泵，與其他采油設(shè)備相比具有適應(yīng)井液范圍廣、沒(méi)有桿柱磨損、易于管理、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于常規(guī)抽油設(shè)備如桿式泵、電潛泵等難于運(yùn)行的稠油井、含砂井、含氣井、斜井、水平井的采油作業(yè)中，在油田具有較高的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。在國(guó)內(nèi)，石油大學(xué)等科研單位在80 年代就一直跟蹤國(guó)外特別是前蘇聯(lián)的技術(shù)發(fā)展，并先后申請(qǐng)了采用低速采油電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)采油螺桿泵專(zhuān)利 (CN2120203U)； 90 年代中期，遼河油田、華東油田、沈陽(yáng)新陽(yáng)機(jī)器制造公司也都申請(qǐng)了各自的有關(guān)專(zhuān)利；雖然國(guó)內(nèi)采油螺桿泵減速器已有不少成功產(chǎn)品出現(xiàn)并在井下取得成功，但總體來(lái)說(shuō)，電動(dòng)采油螺桿泵減速器在國(guó)內(nèi)處于剛剛起步的試驗(yàn)階段，技術(shù)還不是很成 熟，尚未達(dá)到推廣使用 [2631]。使其和齒輪減速器軸同心旋轉(zhuǎn)。齒輪減速器在撓性聯(lián)軸器上有兩個(gè)像濾砂網(wǎng)一樣的密封，有助于防止井液進(jìn)入減速器。這一特點(diǎn)在泵被砂堵時(shí)可用來(lái)清砂。推薦輸入速度為 2200r／ min。 1995 年俄克拉荷馬州的 Reda 公司也與加拿大阿爾伯塔的齒輪制造商共同開(kāi)發(fā)了一種電動(dòng)采油螺桿泵，由采油電機(jī)、保護(hù)器、柔性驅(qū)動(dòng)裝置和螺桿泵等部分組成，其驅(qū)動(dòng)裝置可將轉(zhuǎn)速 H，降到 106 r／ min(16： 1 齒輪減速 )或 425 r／ min(4： l 齒輪減速 )。 采油專(zhuān)用減速器的研究現(xiàn)狀 二十世紀(jì)九十年代美國(guó)、加拿大等國(guó)家開(kāi)始研制帶井下減速器的電動(dòng)采油螺桿泵。隨著高速螺桿泵技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，使得采油螺桿泵與采油電機(jī)之間通過(guò)簡(jiǎn)單的減速裝置甚至是不使用減速裝置成為可能。由于采油螺桿泵工作于井下套管當(dāng)中，減速器的尺寸受到限制，大傳動(dòng)比與大扭矩傳動(dòng)成 為設(shè)計(jì)當(dāng)中的矛與盾，使得減速器的設(shè)計(jì)難度增大 [1]。地下部分由下至上通常應(yīng)包括：采油電機(jī)及其保護(hù)器、減速器及其保護(hù)器、聯(lián)軸器 (撓性軸 )、螺桿泵、油管等；地面部分包括：井口、接線盒、變壓器、控制屏 (變頻器 )等；地面部分與地下部分通過(guò)采油電纜實(shí)現(xiàn)電力傳輸。相比于地驅(qū)螺桿泵，采油螺桿泵在能源及原材料的節(jié)約上更加出色，不僅不再有因管桿偏磨導(dǎo)致的斷桿或管漏等故障問(wèn)題，而且可以適應(yīng)斜井及水平井采油。螺桿泵作為人工舉升設(shè)備，早期是以地面驅(qū)動(dòng)為主，即通過(guò)地面驅(qū)動(dòng)裝置使抽油桿帶動(dòng)螺桿泵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，井液被舉升后，沿著與定子連接的油管被輸送至地面。Myers 公司率先在石油工業(yè)中將螺桿泵作為一種新型的人工舉升設(shè)備推向市場(chǎng)。 1930 年 5 月，莫依諾在美國(guó)獲得相關(guān)專(zhuān)利，隨后多家企業(yè)開(kāi)始研制生產(chǎn)螺桿泵，螺桿也開(kāi)始應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)既發(fā)揮了地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵能用于桿式泵和電潛泵無(wú)法抽采的稠油井、含砂井和低產(chǎn)油井及中后期水驅(qū)油井的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又吸取了電潛泵不使用抽油桿的長(zhǎng)處，采用采油電機(jī)在井下直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵，是一種新型的采油裝備。 SolidWorks III 目 錄 摘要 ................................................................................................. I Abstract .............................