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1、井下动力马达非圆行星齿轮副的研究与设计井下动力马达非圆行星齿轮副的研究与设计 【关键词】; 【英文关键词】 down-hole motor; non-circular gear; pitch curve; Principles of Gear Connection; 【中文摘要】 现有的井下动力马达的形式主要有涡轮马达、螺杆马达、电动马达和叶片马达。由于非圆齿轮在运动学、几何学方面独有的特点,使之能够满足任意变传动比传动要求,因此在各种机械中得到了越来越多的应用。上世纪 80 年代后另一种具有容积式马达原理的低速大扭矩液动马达结构被研制出来非圆行星齿轮马达,该马达与其他液动马达相比性能有了大幅
2、度提高。 本文主要研究一种非圆行星齿轮液压马达(4-6 型液压马达)的齿轮机构部分,其行星轮为圆柱形直齿轮,外齿轮与内齿轮的节曲线分别为 4 周期和 6 周期的平面曲线。 本文对该马达机构原理应用于石油用井下液动马达制造研究的可行性作了分析;并在分析变中心距非圆行星轮系的基本运动关系的基础上推导了非圆齿轮曲线的方程式。通过研究,归纳、总结了三种实用的节曲线设计方法,采用 Matlab 语言进行编程计算,并生成或绘制非圆齿轮的节曲线的图形,通过这种方法简化了节曲线求解的计算过程。并以此为基础,简要叙述了双圆弧节曲线非圆行星齿轮机构的齿廓设计方法;重点分析了在已知行星轮为渐开线圆柱齿轮的条件下,齿
3、轮啮合原理;并根据该原理推导出了与之啮合的非圆齿轮的齿廓上点的坐标值。并利用这些坐标值,在三维软件 Pro/E. 【英文摘要】 The major existing down-hole motors types are the turbine motor, the screw motor, the electric motor and the blade motor. The non-circular gears are special in terms of kinematics and geometry that they can meet the transmission require
4、ments of any variable gear ratio, so they are more and more widely applied to all kinds of machines. After 1980s, another kind of low-speed high torque hydraulic motor mechanism employing the theory of the positive displacement motor has been developed: the non-circular plane.摘要 5-6 Abstract 6-7 第一章
5、 绪论 10-20 1.1 井下动力钻具国内外研究现状 10-14 1.1.1 涡轮钻具国内外研究现状 10-11 1.1.2 电动钻具国内外研究现状 11-12 1.1.3 螺杆钻具国内外研究现状 12-13 1.1.4 叶片式钻具国内外研究现状 13-14 1.2 非圆齿轮技术国内外研究现状 14-15 1.3 非圆行星齿轮马达国内外研究现状 15-18 1.4 非圆行星齿轮马达与非圆行星齿轮井下马达的区别 18 1.5 研究的意义、内容及方法 18-20 第二章 非圆行星齿轮机构节曲线的设计 20-39 2.1 非圆行星齿轮机构基本形式 20-21 2.2 变中心距非圆行星齿轮机构的运动
6、分析 21-22 2.3 非圆行星齿轮机构节曲线设计思路 22-24 2.4 变中心距非圆齿行星轮系的基本运动关系 24-26 2.5 非圆行星齿轮机构节曲线设计方法 26-34 2.5.1 非圆行星齿轮机构节曲线的典型求取方法 26-29 2.5.1.1 给定外齿轮的节曲线求内齿圈的节曲线 26-27 2.5.1.2 给定内齿轮的节曲线求外齿轮的节曲线 27-28 2.5.1.3 节曲线应满足的两个条件 28-29 2.5.2 双圆弧节曲线的设计 29-34 2.5.2.1 弧长条件 30-32 2.5.2.2 传动条件 32-34 2.6 非圆行星齿轮机构节曲线的设计实例（4-6 型液压马
7、达） 34-38 2.6.1 实例一：给定外齿轮的节曲线求内齿圈的节曲线 34-37 2.6.1.1 齿数选择 34-35 2.6.1.2 外齿轮节曲线的确定 35 2.6.1.3 内齿圈节曲线 r_3 = r_3 (_3)的确定 35-36 2.6.1.4 节曲线应满足的两个条件 36 2.6.1.5 连续传动校验 36 2.6.1.6 计算结果 36-37 2.6.2 实例二：利用非线性规划模型进行 4-6 型双圆弧非圆行星齿轮机构节曲线的设计方法 37-38 2.7 本章小结 38-39 第三章 非圆行星齿轮马达的齿轮齿廓设计 39-52 3.1 非圆齿轮共轭齿廓形成的基本概念 39-4
8、0 3.1.1 平面啮合的基本原理(Willis 定理) 39 3.1.2 非圆齿轮共轭齿廓形成的基本概念 39-40 3.2 非圆齿轮齿廓设计 40-45 3.2.1 非圆齿轮节曲线、齿廓及啮合线的关系 40-43 3.2.2 已知一齿轮齿廓及两齿轮节曲线求与其共轭的另一齿廓的计算方法 43-45 3.3 实例一：4-6 型非圆行星齿轮机构齿廓计算 45-49 3.4 实例二：基于双圆弧节曲线的非圆行星齿轮机构齿形的设计 49-50 3.5 本章小结 50-52 第四章 非圆齿轮模型的三维建模 52-56 4.1 齿轮的不同三维建模方法的特点 52 4.2 外齿轮与内齿圈的建模 52-53 4.3 行星轮的参数化建模 53-55 4.4 本章小结 55-56 第五章 结论与展望 56-58 5.1 论文的主要结论 56-57 5.2 进一步设想与展望 57-58 致谢 58-59 参考文献
