不完全齿轮式自动换向传动机构的运动学分析

【摘要】：自动换向机构是抽油机的重要组成部分之一,自动换向机构设计的是否合理对抽油的效率和节能的影响至关重要。抽油机械有平面连杆机构,链传动、电传动,齿轮齿条等,但这些机构都存在抽油效率较低,能量损失比较严重,因此设计新的结构应用于抽油机上对于提高抽油机的效率具有重要意义。近些年来在工农业生产和国防建设中,不完全齿轮机构已被广泛研究和应用,不完全齿轮是由齿轮演变而来,在传递运动过程中具有齿轮传动的优点,因此本课题研究将不完全齿轮机构应用到抽油机抽油上,在不改变电动机转向的情况下自动实现换向往复运动,能提高抽油的效率。本课题进行了根据油田抽油机换向机构特点进行了分析研究,根据抽油机换向机构的运动要求,得到不完全齿轮自动换向机构的结构方案,对不完全齿轮和全齿轮进行了结构设计。根据换向机构的结构方案,分析了不完全齿轮的啮合特点,换向啮合干涉分析。为了避免换向机构在啮合时出现干涉情况,对自动换向机构进行齿高修形。齿高修形时,必须保证齿轮连续传动,由于修形时存在着两个齿轮的齿高修形未知量,本文对换向机构的轮齿修形研究了三种修形方案,即仅对不完全齿轮啮合的不完全齿轮进行齿高修形,仅对输出齿轮进行齿高修形,以及同时对不完全齿轮以及输出齿轮进行齿高修形。根据确定的换向机构结构方案、齿轮的主要参数及不完全齿轮的修形方案,利用Proe参数化建模功能对换向机构建立了齿轮准确啮合的几何装配模型。将三种装配模型分别导入到ADAMS动力学仿真软件中,完成自动换向机构的一个周期的运动仿真,得出了三种修形方案的主动轴、中间轴和从动轴的运动角速度、角加速度及转矩曲线图。通过对比分析三种修形方案的运动结果特点,得出最终确定的修形方案,即同时对不完全齿轮和输出齿轮进行齿顶修形运动性能好,啮合传动运动平稳,速度波动小,且在换向时不完全齿轮机构只有输出齿轮出现了较大的速度波动,这个波动比平稳传动时仅大了60°/s。针对自动换向机构在运动过程中出现的振动情况,对自动换向机构进行了振动分析,分析引起自动换向机构振动的原因。为了避免换向机构产生共振导致机构破坏,利用Workbench对换向机构的齿轮进行了模态分析,分别得出换向机构三种齿轮前三阶的固有频率和主振型,根据模态分析结果得到齿轮的结构存在不合理,对齿轮重新设计进行了模态分析,对比分析结果新结构的共振变形量大大降低,齿轮的抗震效果增强