高压往复泵齿轮传动系统设计及其受力分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连交通大学机械工程学院 作者:鲍君华

  以高压往复泵齿轮传动系统为分析对象,考虑柱塞运动过程中的实际受力情况,结合VB 编程技术对采用人字齿轮传动装置的曲轴和电机轴结构及其驱动柱塞运动的曲柄滑块机构进行了准确的受力分析与强度校核. 完成了分析计算软件系统,并进行了样机各传动部件的强度校验。

引言

  往复泵是一种高效节能的流体输送设备,在石油开发、水利水电、矿山开采等领域起着重要的作用。往复泵利用工作腔容积的周期性变化输送高压流体,通常由动力端与液力端两部分组成;液力端把机械能转换为液体的压力能,而动力端则将原动机的能量传给液力端。动力端主要由曲柄、连杆和十字头等部件组成,其实质相当于多个曲柄滑块机构,十字头即为滑块. 曲轴是往复泵中的关键部件,其几何形状复杂,工作中承受着强烈的交变载荷,应力集中现象严重,极易发生疲劳破坏,在高压情况下,往复泵中采用正偏置结构的曲柄滑块机构可减小十字头与导板的正压力和摩擦力,从而延长两者的寿命; 而动力端的曲柄滑块机构中各杆件尺寸的不同组合将直接影响往复泵的动力性能。 因此,结合本文具体的高压往复泵传动系统结构进行分析和设计是十分必要的。

1、传动系统受力分析

1. 1、传动方案

  该高压往复泵传动系统主要由输入轴1、曲柄轴2、连杆3 和柱塞4 等几部分组成,如图1 所示。

传动机构结构简图

图1 传动机构结构简图

  为了获得需要的流体流量控制方案,通过合理的选择输入轴1 和曲柄轴2 上的两对斜齿轮传动的传动比来控制曲柄轴的转动速度,这两对斜齿轮可以采用螺旋角相等的人字齿轮传动方案以抵消在啮合过程中的齿间轴向载荷;在曲柄轴2 上按照相位各相差120°形成三组曲柄滑块机构,其滑块即为柱塞4. 整机装配结构如图2 所示。

高压往复泵整体装配模型

图2 高压往复泵整体装配模型

结论

  本文结合高压往复泵传动系统的具体受力条件,完成了包括曲柄柱塞、曲轴和电机轴等结构的受力分析,通过程序计算出了在曲轴转动一周过程中曲轴、电机轴的最大弯曲应力,其主要零部件的强度指标均满足设计要求。

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