电动潜油螺杆泵专用联轴器性能研究及优化设计

摘要

电动潜油螺杆泵是一种新型的无杆采油设备，在高粘度稠油、高含砂、高含气和斜井的原油开采中具有独特的优势；并彻底解决了因抽油杆螺纹和接箍原因所造成的脱扣、断杆及偏磨等问题，减少了抽油杆传递功率的损耗。专用联轴器是电动潜油螺杆泵采油系统的关键部件之一，连接减速器的输出轴和螺杆泵转子，两者之间的运动特征要求联轴器在传递扭矩的同时，既承受轴向力，又实现输入轴的定轴转动向输出轴的行星偏摆运动的转换。专用联轴器功能、性能的好坏将直接影响整个电动潜油螺杆泵采油系统的性能，因此对其进行性能研究和优化设计具有十分重要的意义。 根据对专用联轴器所必需实现功能的分析，本文采用零齿差内啮合齿轮副作为核心构件，设计专用联轴器，并对参数优化和运动仿真领域进行了探讨。主要研究内容包括：专用联轴器的运动性能研究、参数的优化设计、主要零部件的优化设计计算、结构设计、三维建模及运动仿真。 本文的创新点包括： (1)基于黑箱理论的思想，研究一种利用坐标变换理论建立电动潜油螺杆泵专用联轴器输入轴和输出轴之间运动学模型的方法，并通过Matlab软件进行仿真，输出仿真曲线，可以更加直观、清楚地看到输入轴和输出轴之间的运动特征，对其它类型联轴器的传动研究具有参考价值。 (2)基于现代设计思想，利用计算机辅助技术，开发基于VB语言的专用联轴器参数优化设计计算软件，缩短了设计周期，提高了工作效率，为研发和设计提供了便捷的工具。 本文的研究工作为电动潜油螺杆泵专用联轴器的研究和设计提供了重要的理论参考，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究意义

1.2联轴器的研究及发展现状

1.2.1联轴器的应用及分类

1.2.2国内外联轴器的研究及发展现状

1.2.3 ESPCP采油系统联轴器的种类

1.3本文的研究内容与创新

第二章电动潜油螺杆泵专用联轴器运动性能研究

2.1 ESPCP系统中螺杆泵的运动特征

2.1.1单螺杆泵的作用原理

2.1.2单螺杆的自转和公转运动分析

2.1.3 ESPCP系统中螺杆泵对专用联轴器的特殊要求

2.2专用联轴器输入、输出轴的运动特征分析

2.2.1基础的坐标变换理论

2.2.2运动学模型描述

2.2.3建立坐标系

2.2.4利用坐标变换理论建立输入、输出轴的运动方程

2.2.5简化运动方程及仿真

2.3渐开线零齿差内啮合齿轮副的运动特征分析

2.3.1渐开线零齿差内啮合齿轮副偏心距的生成

2.3.2专用联轴器偏心距的实现

2.3.3内外齿轮啮合点沿齿廓变化过程分析

2.3.4齿廓实际工作段的确定

2.3.5重合度

2.3.6内、外齿轮的相对运动关系

2.4本章小结

第三章电动潜油螺杆泵专用联轴器参数优化设计

3.1电动潜油螺杆泵专用联轴器的参数优化设计

3.1.1优化设计概述及数学模型

3.1.2零齿差内啮合齿轮副变位系数的优化设计

3.2专用联轴器主要零部件的优化设计计算软件

3.2.1软件的总体结构

3.2.2零齿差变位齿轮优化设计计算子系统

3.2.3输入、输出轴优化设计计算子系统

3.2.4钢球的优化设计计算子系统

3.3本章小结

第四章电动潜油螺杆泵专用联轴器结构设计

4.1专用联轴器的结构设计方案

4.2专用联轴器的接口设计

4.2.1专用联轴器与减速器的接口设计

4.2.2专用联轴器与螺杆泵转子的接口设计

4.3专用联轴器零部件的详细设计

4.3.1内齿轮与和外齿轮的结构设计

4.3.2输入、输出轴结构设计

4.3.3钢球的结构设计

4.4专用联轴器的动态密封和润滑

4.4.1专用联轴器的动态密封

4.4.2专用联轴器的润滑

4.5本章小结

第五章电动潜油螺杆泵专用联轴器三维建模及运动仿真

5.1专用联轴器零部件三维几何模型的生成

5.1.1内齿轮与外齿轮参数化建模

5.1.2专用联轴器的虚拟装配

5.2专用联轴器的运动仿真

5.2.1创建运动仿真的过程

5.2.2专用联轴器三维模型的简化

5.2.3运动仿真

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1研究内容总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文和参与的科研项目