本文選題：螺旋活齒減速器 + 結構優(yōu)化�。� 參考：《長江大學》2016年碩士論文

【摘要】：隨著現代化工業(yè)的快速發(fā)展,石油鉆井工具也更加小型化、可靠性更高,使用周期更長。減速器作為井下動力鉆具的重要組成部分,其性能的優(yōu)劣直接影響著鉆具的鉆井性能。而螺旋活齒減速器具有徑向尺寸小、傳動平穩(wěn)、傳動比范圍大、潤滑性能好等特點,對用于井下傳動具有很大研發(fā)價值。本文對螺旋活齒減速器進行了理論研究與概念設計以及力學分析仿真。首先,對螺旋活齒這種傳動機構的創(chuàng)新演變過程進行闡述,結合滾珠絲杠副、正弦活齒減速器以及充油密封裝置的結構特點,對螺旋活齒傳動裝置進行一個整體的結構布局,依據螺旋活齒的傳動特點歸納總結出傳動比與螺旋角之間的關系曲線圖。根據輸入軸和輸出軸上螺旋線的螺旋角不同形成的減速原理以及減速器的結構形式,對這種減速傳動裝置的自由度進行計算并推導出傳動比的函數關系式；結合輸出軸導架上的開口槽形式與螺旋角之間的關系,對其主要的構件滾珠活齒的抽齒規(guī)律進行分析并推算出了活齒個數與開口槽數之間的很熟關系,研究在傳動過程中承載鋼球數以及在處于最大載荷條件下活齒的分布規(guī)律；對滾珠活齒進行受力分析,并對此傳動結構中易受損的兩對軸承進行受力分析,在受力分析的基礎上對容易受損的軸承進行了壽命的計算得出在充油密封條件下活齒減速器的重要部分使用壽命更長,為長壽命活齒傳動機構的設計提供理論依據。其次,對Φ180調節(jié)型渦輪鉆具的特性進行了初步研究依據調節(jié)型渦輪鉆具的工作特性曲線得出最合理的減速器調速范圍,在工程實際條件下對減速的基本結構與性能參數范圍進行限定,在滿足這些限定參數條件下利用MATLAB對減速器建立以殼體內徑體積最小為目標函數的優(yōu)化運算,得出合理的結構參數；在此基礎上對減速器裝配體進行總體結構設計,結合結構優(yōu)化得出的結構參數利用理論計算對這些結構進行進一步驗證確定減速器關鍵零件的結構尺寸在此基礎上繪制輸入軸、輸出軸的三維圖,對壓力平衡充油密封結構的結構尺寸進行計算并繪制三維圖；利用SolidWorks進行虛擬裝配,得到概念設計的裝配體及虛擬裝配的程序代碼。利用ANSYS軟件對重要零部件進行靜力學分析,得出單個零件的應力,并對減速器裝配體進行應力分析得出輸入軸、輸出軸、活齒、殼體這些重要零部件在工作條件下相互之間的接觸應力,結果表明：減速器的概念設計產品在滿足實際工作條件下,其接觸應力小于其材料的許用應力,結構參數的設計是合理的。最后,利用SolidWorks已經建好的減速器裝配體三維實體模型,運用Workbench對減速器進行模態(tài)分析,給出減速器的前六階低階固有頻率以及相應的各階振型圖。當減速器軸心線與水平面平行且對減速器殼體進行對稱1200約束時,減速器主要以Z軸方向的振動以及Y軸方向的彎矩振動為主,當減速器軸心線與水平面平行且殼體進行全約束時,其輸入軸與輸出軸的振動也主要以Z軸方向的振動與Y軸方向的彎曲振動為主。但減速器軸心線與水平面垂直并對殼體進行約束時,減速器也存在沿Z軸方向的振動和沿Y方向的彎曲振動,但是與軸心線與水平面平行時相比較,沿Y軸方向的彎曲振動明顯減小很多。結果表明減速器在軸心線垂直于水平面的工況條件下,一階固有頻率最小而且彎曲振動也減小,對用于井下鉆具的減速能達到比較好的運用效果。
[Abstract]:With the rapid development of modern industry , the petroleum drilling tool is more compact , more reliable and longer in service life . As an important part of downhole dynamic drilling tool , the performance of the reducer directly affects the drilling performance of the drilling tool .
According to the relationship between the form of the open slot and the helix angle on the output shaft guide frame , the rule of tooth extraction of the movable teeth of the main components is analyzed and the relationship between the number of the movable teeth and the number of the opening grooves is calculated . The number of the bearing steel balls and the distribution law of the movable teeth under the maximum load condition are studied .
On the basis of the analysis of the force , the most reasonable speed regulation range of the reducer is derived based on the working characteristic curve of the adjustable turbodrill . Secondly , the optimal operation of the reducer is established with the minimum volume of the inner diameter of the shell under the condition of the engineering practical condition , and the reasonable structural parameters are obtained .
On this basis , the overall structural design of the reducer assembly is carried out , and the structural parameters obtained by combining the structural optimization are further verified by the theoretical calculation to determine the structure size of the key parts of the speed reducer , and the three - dimensional map of the input shaft and the output shaft is drawn on the basis of the structural parameters , and the structure size of the pressure balance oil filling sealing structure is calculated and three - dimensional graphs are drawn ;
The results show that when the axle center line of the reducer is parallel to the horizontal plane and the shell is subjected to full constraint , the vibration of the input shaft and the output shaft is mainly in the Z - axis direction and the bending vibration in the Y - axis direction .

【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE921

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本文編號：1802665