Волновой торцевой кинематический редуктор для поршневых насосов при добыче тяжелой нефти

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения работоспособности редукторов для поршневых насосов в суровых условиях эксплуатации при добычи высоковязкой нефти из малодебитных нефтяных скважин. Возможность повышения нагрузочной способности обычного эвольвентного зацепления за счет его рациональной геометрии, применения качественных материалов и термообработки не безграничны. Поэтому проблема создания новых видов механических передач и систем зацеплений является особо актуальной. Цель: определить зависимость продолжительности сопряжения зубьев от рабочего профиля зуба волнового торцевого кинематического редуктора за один цикл прецессии [phi]. Объекты: волновой торцевой кинематический редуктор как составная часть поршневых скважинных насосов в суровых условиях эксплуатации для добычи высоковязкой нефти из малодебитных скважин. Методы: методы матричной и векторной алгебры, численные методы решения систем нелинейных уравнений, теория механизмов и машин и основная теория пространственных передач зацеплением. Результаты. Рассмотрена проблема создания волнового торцевого кинематического редуктора с многопарным зацеплением. Синтез многопарного зацепления для волнового торцевого кинематического редуктора, обеспечивающего постоянство передаточной функции, предусматривает: разработку математической модели зацепления с учетом особенностей взаимодействия зубьев при пространственно-сферическом движении; описание профиля зубьев системой уравнений на сферическую поверхность и на нормальное сечение зубьев для внутреннего зацепления; выявление с помощью программы MathCAD 2010 Professional математического эксперимента и определение области существования 100%-го многопарного сопряжения зубьев путем сравнения формы их профиля с характером аналитической функции многопарного зацепления.

The relevance of the research is caused by the need of ensuring the efficiency of gear reducers for piston pumps in the harsh operating conditions for high-viscosity oil extraction from low production wells. The possibility of increasing the load capacity of the usual involute engagement due to its rational geometry, the use of high-quality materials and heat treatment is not limitless. Therefore, the problem of creating new types of mechanical gears and engagement systems is particularly relevant. The main aim of the research is to determine the dependence of the duration of mating teeth on the working tooth profile of the wave face kinematic reducer for one cycle of precession [phi]. Objects: the wave face kinematic reducer as a part of piston pumps in the harsh operating conditions during the extraction of highviscosity oil from low production wells. Methods: methods of matrix and vector algebra, numerical techniques of the nonlinear equations, theory of mechanisms and machines, the main theory of spatial gear. Results. The paper considers the problem of creating a wave face kinematical reducer with multiple-tooth contact. The synthesis of multipair gearing for a wave face kinematical reducer, which ensures the constancy of transfer function, provides for: development of a mathematical model of gearing taking into account the peculiarities of the interaction of teeth during special-spherical motion; description of the profile of the teeth by a system of equations for a spherical surface and for a normal section of teeth for internal gearing; identification via MathCAD 2010 Professional program of a mathematical experiment and determination of the area of existence of 100 % multiple-tooth contact of teeth by comparing the shape of their profile with the nature of the analytical function of multiple-tooth contact.