渐开线零齿差内啮合齿轮副的设计及测量方法研究

论文摘要

推力偏心齿轮联轴节是为潜油螺杆泵采油系统专门设计的新型联轴节，兼备改变运动形式、承受轴向力和扭矩的能力、高效节能、寿命长等优点。零齿差机构作为推力偏心齿轮联轴节的关键机构，在其设计、加工和测量等方面需要进一步研究和探讨。本文基于能量守恒定律，根据潜油螺杆泵系统的理论排量，下井深度，动液面高度，举升介质的平均粘度，泵的转速，油管直径等实际工况条件计算出转子功率及扭矩；根据螺杆泵的理论排量确定其定子与转子之间的偏心距e，并以此为依据确定零齿差内啮合齿轮副的偏心距。本文针对零齿差齿轮副的径向尺寸小，承受轴向转矩大等特点，根据适用于零齿内啮合齿轮机构的强度校核公式及其偏心距大小，对其基本参数的选择方法作了详细的介绍；并提出以重合度最大为目标函数，啮合方程等为约束条件，利用最优化方法中解决约束问题的乘子法对变位系数进行选择，以保证得到最优解。由于零齿差机构中的内齿轮变位系数大，齿数少，模数大，径向尺寸小，常规加工方法难以实现，因此本文提出采用数控线切割对其进行加工；文中用UG软件对零齿差内啮合齿轮进行几何建模，并用其工程图模块输出二维图形；为了得到所加工齿轮副的偏心量误差值，本文研究了基于三坐标测量机的零齿差内啮合齿轮的测量方法，对其齿廓总偏差，螺旋线总偏差，齿距累积总偏差，齿圈径向跳动，公法线变动量的测量方法作了详细的介绍。最后，针对零齿差机构特点，设计了用于测量内齿圈径向跳动和内啮合齿轮副径向跳动的量具，给出了其基本结构图，并简述了其工作原理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 潜油螺杆泵采油系统结构和工作原理
• 1.1.1 系统结构
• 1.1.2 系统工作原理
• 1.1.3 潜油螺杆采油系统的发展概况
• 1.2 零齿差内啮合齿轮副在潜油螺杆采油系统中的应用及研究现状
• 1.2.1 零齿差内啮合齿轮副的主要应用
• 1.2.2 零齿差内啮合齿轮副在ESPCP系统中的应用
• 1.2.3 零齿差内啮合齿轮副的研究现状
• 1.3 零齿差内啮合齿轮副研究中存在的问题及本课题的研究目的
• 1.3.1 零齿差内啮合齿轮副研究中存在的问题
• 1.3.2 课题研究的内容及目的
• 2 零齿差内啮合齿轮副输入扭矩的确定
• 2.1 潜油螺杆泵采油系统功率总耗
• 2.2 基于能量守恒定律的功率折算
• 2.2.1 克服重力做功的功率需求
• 2.2.2 管阻消耗的功率
• 2.2.3 螺杆和橡胶定子之间摩擦阻力矩消耗的功率
• 2.3 扭矩的计算与总功率的合成
• 3 零齿差内啮合齿轮副的设计
• 3.1 零齿差内啮合齿轮副偏心量的计算
• 3.1.1 零齿差内啮合齿轮副偏心量的确定
• 3.1.2 零齿差内啮合齿轮副偏心量的生成
• 3.2 零齿差内啮合齿轮副模数及齿数的确定
• 3.2.1 零齿差内啮合齿轮副内齿圈最大外径及齿轮宽度的确定
• 3.2.2 零齿差内啮合齿轮副模数确定
• 3.2.3 零齿差内啮合齿轮副齿数确定
• 3.3 零齿差内啮合齿轮副变位系数的确定
• 3.3.1 选择变位系数时和有齿差的差别
• 3.3.2 零齿差内啮合齿轮副变位系数选择的基本原则
• 3.3.3 变位系数选择的具体过程
• 4 零齿差内啮合齿轮副的测量
• 4.1 基于三坐标的零齿差内啮合齿轮副的测量
• 4.1.1 渐开线齿轮的三维实体构造
• 4.1.2 零齿差内啮合齿轮副的加工
• 4.1.3 零齿差内啮合齿轮副测量准备工作
• 4.1.4 齿廓总偏差测量
• 4.1.5 公法线长度变动量测量
• 4.1.6 螺旋线总偏差测量
• 4.1.7 齿圈径向跳动测量
• 4.1.8 齿距累积总偏差测量
• 4.1.9 精度分析
• 4.1.10 测量结果
• 4.2 基于专用量具的零齿差内啮合齿轮副的测量
• 4.2.1 齿轮径向误差测量
• 4.2.2 齿轮副径向误差测量
• 4.3 测量方法比较
• 5 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢