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      小型螺桿泵地面驅(qū)動裝置設(shè)計

      2013-11-07 07:45:28趙新征葛春香封以剛陳玉棟
      河南科技 2013年12期
      關(guān)鍵詞:齒數(shù)螺桿泵變位

      趙新征 葛春香 封以剛 陳玉棟 林 明

      (樁西采油廠,山東 東營 257237)

      1 小驅(qū)動頭的設(shè)計計算

      1.1 齒輪參數(shù)計算

      齒數(shù)比:μ=z2/z1 =37/8 =4.625 初選me=4.5

      大端分度圓直徑:de1 =z1me =8 ×4.5 =36;de2 =z2me =37 ×4.5 =166.5

      齒數(shù):z1 =8 z2 =37

      大端端面模數(shù):me=4.5

      分錐角:δ1 =arctgz1/z2 =arctg8/37 =12o12′1″;δ2 =77o47′59″(與δ1 互為余角)

      外錐距:Re=de1/2sinδ1 =85.17371954

      齒寬系數(shù):φR=1/4 -1/3 取φR=1/3

      齒寬:b=φR Re=1/3 ×85.17372 =28.39,取b=29

      中點模數(shù):mm=me(1 -0.5φR)=4.5 ×(1 -0.5 ×1/3)=3.75

      中點法向模數(shù):mnm=mmcosβm=3.75 ×cos35° =3.072

      切向變位系數(shù)xt:xt1 =0.12;xt2 = -0.12

      徑向變位系數(shù)x:x1 =0.39(1 -1/μ2)=0.39 ×(1 -1/4.6252)=0.372;x2 = -x1 = -0.372

      齒寬中點的螺旋角βm,等頂系收縮齒的標準螺旋角βm=35°兩輪的螺旋角相等,旋向相反。

      齒形角:αn=20°

      齒頂高hα:hα=(hα*+x)me 這里hα*=0.85;hα1 =(0.85 +0.372)×4.5 =5.499;hα2 =(0.85 -0.372)×4.5 =2.151

      齒根高hf:hf=(ha* +c* -x)me;hf1 =(0.85 +0.188 -0.372)×4.5 =2.997;hf2 =(0.85 +0.188 +0.372)×4.5 =6.345

      頂隙c:c=c* me=0.188 ×4.5 =0.846

      齒根角θf:θf1 =arctghf1/Re=2.01523° =2°54″;θf2 =arctghf2/Re=4.26037° =4°15′37″

      齒頂角θa 等隙收縮角:θa1 =θf2 =4°15′37″;θa2 =θf1 =2°54″

      頂錐角δa:對等頂隙收縮齒δa1 =δ1 +θf2 =12°12′1″+4°15′37″=16°27′38″;δa2 =δ2 +θf1 =77°47′59″ +2°54″ =79°48′53″

      根錐角δf:δf1 =δ1 -θf1 =12°12′1″-2°54″=10°11′7″;δf2=δ2 -θf2 =77°47′59″-4°15′37″=73°32′22″

      齒頂圓直徑dae:dae1 = de1 +2ha1cosδ1 = 36 +2 × 5.499cos12.20046873o=46.75;dae2 =de2 +2ha2cosδ2 =166.5 +2 ×2.151cos77.7995° =167.409

      錐頂?shù)捷喒诰嚯xAk:Ak1 =de2/2 -ha1sinδ1 =166.5/2 -5.499sin12.20046873° =82.08788;Ak2 = de1/2 - ha2sinδ2 =36/2 -2.151sin77.7995° =15.8976

      當量齒數(shù)Zv:Zv1 =z1/(cosδ1cos3βm)=8/(cos12.2°cos335°)= 14. 891;Zv2 = z2/(cosδ2cos3βm)= 37/(cos77. 7995°cos335°)=318.523

      端面重合度εa:當αn=20°時

      令X=(ha* +x)/cosβm

      X1 =(0.85 +0.372)/cos35° =1.4917865

      X2 =(0.85 -0.372)/cos35° =0.58353

      由 X1、X2 查 得 εa1 = 1. 3 εa2 = 0. 58

      k=0.709

      εa=k(εa1 +εa2)=0.709 ×(1.3 +0.58)=1.33292

      軸向重合度

      εβ=btgβm/(πmn)=29tg35°/【π ×4.5 × (1 -0. 5 ×1/3)】=1.72363

      總重合度

      1.2 齒輪強度校核

      已知:T1 =500N·m βm=35°;μ=4.625

      齒面硬度HRC58 -62;齒寬系數(shù)φk=1/3

      小齒輪軸懸臂支撐,大齒輪軸雙跨支撐。

      1.2.1 齒面接觸強度驗標

      計算接觸應(yīng)力

      1)節(jié)點區(qū)域系數(shù)zH,按下式計算

      當σ=0 時,取ka=1.01076

      2)彈性系數(shù)zE,查得,鋼對鋼,zE=189.3

      3)重合度系數(shù),由表14 -3 -30

      zε= =1.146

      4)螺旋角系數(shù),zβ==0.90507

      5)有效寬度,beH=beF=0.85b=0.85 ×29 =24.65

      6)錐齒輪系數(shù),zk=0.85

      7)使用系數(shù),kA=1.5

      8)齒寬中點分錐上得圓周力

      齒寬中點分錐上得圓周速度

      Vtm=πdm1n1/60000 =1.42242

      N=9.34 ×10-3<0.85,處于亞臨界區(qū)

      k=0.15557

      kv=9.34 ×10-3×0.155 +1 =1.0014477

      10)齒向載荷分布系數(shù)kHβ=1.5kHβbe=1.65

      11)齒間載荷分配系數(shù)kHα

      得kHα=1.2(7 級精度)

      12)潤滑劑系數(shù)zL90#齒輪油,50℃時平均粘度(運動粘度)

      γ50=45mm2/s 對σHlim=1500 N/mm2>1200 的淬硬鋼zL≈0.95

      13)速度系數(shù)zv,當vtm>2.58m/s,σHlim>1200 N/mm2時,zv≈0.97

      14)粗糙度系數(shù)zR,當Rz100≈3.6um,σHlim>1200 N/mm2時,zR≈0.98

      15)溫度系數(shù)zT取1

      16)尺寸系數(shù)zx取1

      17)最小安全系數(shù)SHmin,當失效概率為1%時,SHmin=1

      18)極限應(yīng)力值σHlim,20CrMnTi,齒面硬度HRC58 - 62時,按MQ 取值σHlim=1500 N/mm2

      用上述數(shù)據(jù)代入

      許用接觸應(yīng)力

      由于ISO 公式未考慮非零變位的影響,而實際上設(shè)計者采用了“節(jié)點區(qū)至少有兩對齒嚙合”,固需進行修正,即變位類型影響系數(shù)zb=0.85 修正。

      修正后σ′H=zbσH≈1209.51 N/mm2

      即sH=σHp/σH=1.1203 故安全

      1.2.2 v 帶選擇

      Pd=kAP=7.5 ×1.6 =12

      選擇B 型普通v 帶

      初選2 槽:B=(Z-1)e +2f≥41.6

      取B=42

      bd=14 φ=34°

      2 結(jié)論

      本設(shè)計是在現(xiàn)有的驅(qū)動頭基礎(chǔ)上,經(jīng)過改良計算后而形成的一整套的理論,本次設(shè)計和原有的驅(qū)動頭裝置相比,體積更小,適應(yīng)性更強。其最大的不同之處是此GBF5X 驅(qū)動頭箱體采用的是9 5/8″的大套管以及φ250、φ120 的圓鋼經(jīng)過加工后焊接而成,此設(shè)計對焊接要求較高,不允許出現(xiàn)滲漏。

      本設(shè)計縮減了驅(qū)動頭的成本,也增加了原有的驅(qū)動頭的型號,使驅(qū)動頭的應(yīng)用范圍更寬。

      [1]楊樹人;劉姝祺;范家偉;張瑩;譚放;;螺桿泵宏觀控制圖研究[J];科學技術(shù)與工程;2010 年25 期

      [2]范海濤,呂玉興,張運奎,王群草;GBF 型螺桿泵地面驅(qū)動裝置的研制及應(yīng)用[J];石油機械;2004 年04期

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