活齿采油泵设计

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活齿是与内齿圈或针轮啮合，并能在活齿架的孔中作往复运动和咧转运动的构件。活齿传动是种由K.H.v型少齿差行星齿轮传动演化而成的-种新型齿轮传动，具有承载能力大、结构紧凑、传动效率高传动比范围广等优点，引起了广大研究者的注意。传动方粲最早在20世纪3O年代被提，在德国、美国、英国等国家进行研究，现在已在机械、冶金、采矿等符工业部门应用，我国在 60年代开始研究活齿传动，研究方面我国也取得了-系列可喜的成果，现已有些类型的活齿传动减速器已通过了初步试验并己生产和应用到石油、矿山、冶金等行业。

设计的目的就足要对现有的活齿泵进行改进，使其能够在石油行业中有所做为。现今的活齿泵不管足在外形J 寸，还是泵的特性都不能满足采油泵的要求。目前需要改进的就是其泵参数要在满足采油T矿的前提下对其外形尺寸进可能的小，以便于实现深J：采油米提高采油效牢。要减小其外行尺寸就必须从泵的内部结构H1发，抓住关键问题。而其内部为活齿传动，所以活齿传动就是此次设计的重要内容之-。

l活齿泵的工作原理I.2.3.4.5.6.7.8.活齿 H.偏心轮 G.活齿泵 K.中心轮图 l 活 齿齿轮 泵如图 l所示，当中心轮 K不动，输入驱动力后，偏心轮 H以等角速度 顺时针转动，带动诸活齿沿着活齿架的径向导糟移动，同时，活齿因受活齿架、中心轮齿廓高副的约束，在沿着中心轮齿廓运动的过程中，推动活齿架以等角速度r，.Oc逆时针转动。与中心轮非工作齿廓啮合的诸活齿，在活齿架反推作用下，顺序地返吲到活齿的工作起始位置，完成了它的-个工作循环。运动过程中，形成压油区P，和吸油区T；当偏心轮逆时针转动，则 T区与 P区倒置。当中心轮不同定，则构成差动式活齿齿轮泵，当中心轮转速6)x可调时，则该泵可实现变量。

2活齿泵基本尺寸(1)中心轮齿数： 取 7，则活齿数 7- 16(2)按传动功率 P确定 rT和 b。

b58.78，考虑到尺寸的因素，取b56mmrt 3.92-4.57mm，考虑到摩擦及制造因素，取rT10mm(3)按连续传动求 a：a3.5ram(4)滚柱活齿行星传动的结构设计与几何计算。

由 rlO，根据《行星传动设计与计算》中，圆柱滚子的标准系列：选取滚予的长度 L24ram，考虑到实际因数，取L45ram当 rk，rt和 a确定后，其它相关尺寸就可以根据几何关系确定其中，△/>0.8ram 为活齿架与中心轮和激波器之间的问隙，故痒 1.5mm。

中心轮齿顶圆 ：rK，-rg- a 56.5mm；中心轮齿根圆：rK严rKa63.5ram：激波器外圆：rH睾r 2rr h 40mm；活齿架外圆：rarK- a-△55mm。

活齿架内圆：ro；rl，a△ 45ram ；活齿架分度圆：r049mm(5)基本尺寸的校正。

1)偏心距的校正：根据 a<面b(b：rr)得，a< 6.77mm，而前面所选取的 a3.5mm<6.77ram，故满足设计要求。

2)r 的校正滚柱活齿传动结构紧凑，但是活齿架内径和外受到激波器与中心轮齿项圆的限制。活齿架外圆半径r0w应与中心轮顶圆半径之 rKI间有-定间隙，同时还要确保滚子在最外位置时滚予中心在滚槽内。所以，其内径 ro 也要和激波器之间有-定间隙，又要确保滚予在最内位置时滚子与导槽侧面接触，即啊 口 2a而前面所取的rTl0>2a7，故满足条件。

3)按经验估算检验 rKrK(9.5～1.5)TG”得，rx62.04-75.10，而前面所取的rK60mm虽然不在这个范刚内，但是接近其值，考虑到尺寸要求，所以选取 60mm符- - 斟协论坛 ·2013年第 7期(下)--合实际，故合适。

活齿与激波器、活齿架和中心轮齿廓之间组成了活齿传动的三个运动副，这三个运动副处会产生滑动和磨损。

活齿与激波器之间组成高副。由于激波器安装转臂轴承后，激波器外圆与活齿问为纯滚动，不仅接触点位置作周期变化，而且各活齿在接触点处速度也作周期性变化。

3活齿传动的效率计算活齿传动的机械效率可以表示为：，7：玑 wyw(；WK七wH当激波器转-周，即完成-个循环时，活齿相对活齿架的移动距离为2a，其摩擦功为：2 七 /每个活齿与激波器之间的摩擦功是：WH：FHfHk2ar7。1ll活齿在中心轮齿廓上的摩擦功是：wx-73frFXknZ ：120fxaTo/ra z当激波器转-周时，输出功为： To·2r/ZG根据上式分析得机械效率为：rl.，/t1(o318：oo.45fr/rx19.2fdz zG/rG J如果取厂a ≈ 0.05，r/r.O.O85， rG 0.028，k：1.2， z0.75，带入上式可简化为：r/o.75/(10.00067，G0.032Z-2)带入z。的值得，r/0.7147，而所选的r/0.70基本符合实际的结果，故合理。

上述效率计算只是-种估算。制造精度、安裟间隙等因素直接影响实际效率，所以实测效率为准。

摆动活齿传动中的活齿为摆动，摩擦小，效率略高些。在滚子活齿传动中，滚子与中 15 轮齿廓为纯滚动，效率要高些。

4排量及泵压的计算4.1排量活齿泵的流量包括偏心轮与活齿所形成的偏心轮流量和中心轮与活齿轮所形成的中心轮流量两部分。

Q Q2[4xReb(Zk-Zg) Ⅳ式中：R-偏心轮半径：e.偏 1717；b-偏心轮宽度；nlr转速；Zv，.-中心轮齿数： .活齿数。

R zkV2b l[CsL)cos#rcosaI(sL)sin#r sinard#磊2 fzk- 2b l Ri sin l cos 和2此式为牛顿·柯特斯公式，其中的第-个积分的求解十分困难，所以近似的取 VO.0003925bQ(1 4X3.1 4X0.049X0.0035X0.0240.0003925X0.024)-- 57.92(m Id)选取流量系数，70.9，则 Q产Q 60.5 1(m /d)4.2泵压定，可由泵手册查出 H-动400m选 h 15m H 8m则H ：435X ：60.091MPa5活齿泵主要元件的结构和工作图活齿泵的主要元件是偏心轮，活齿，活齿架和中心轮，中中心轮的齿形加工和活齿架的导楷分布精度是其制造难点。

5.1偏心轮的结构设计活齿传动的激波器，单波激波器采用偏心轮形状，本设计就是单激波器，所以采用了偏心轮这种结构。输入轴用两个轴承支承于机壳上。为了减少传动损失，省l咯了偏心套而直接采用偏心轴为偏心轮。

5.2活齿结构设计滚予活齿，采用滚子作为活齿，火多采用标准的短圆柱滚予或钢球。由专业化工厂制造，具有精度i苛、质量好、价格低等优点。

套简活齿-般可白行制造或选用摆线针轮传动的套简系列，材料可选 GCrI5等，经淬火精密制成。

套筒活齿适用于活齿从小到大的符种尺寸。当活齿尺寸较火时，摆动活齿与其轴之间可安裟滚针轴承，以减少摩擦磨损和防止胶合。

摊杆活齿的两端采用标准滚予，活齿休采用Gcrl5等材料经淬火精磨制成，其关键精度是高度 h(两滚予中心距)应严格保证，以防止出现活齿间载荷分配严重不均或卡死现象。

53活齿架的结构设计活齿架为活 运动加以导向，和中心轮-起规定了j 的运动轨迹。它的材料选用40Cr，进行调质处理，导楷部分进行局部表面淬火。要严格保证活齿架的导楷的位置精度。

本设计中，活齿架不光导向，还起到挡油盘的作用，防止了漏油。其 轴上进行空转。

5.4中心轮的结构设计0图2 从左到右依次是偏心轮、活齿架、中心论如 2所示，中心轮的齿彤较复杂，存 制造难点， 以按照成形原理或替代齿形精确制造。中心轮材料选用 GCrl5，进行汴火处理，较火尺寸的中心轮材料也口 以采用低碳合金钢进行渗碳淬火处理，最后磨削力ll工制作。

6结论设计针对活 泵使用范 问题本设计提了-个新的改进方案，采用对活齿泵元件的尺寸结构进行改进，使活 象能够应用于 下采油作业米提高它的采油率的日的。

具体的结构改进是将原来端盖做成-个配流端盖，两边与中心轮和锥形螺纹用螺钉联结起米。锥螺纹用十联结泵和钻杆的。活齿另-端改用活齿 作为挡油 轴上空转。