基于ANSYS的抽油機齒輪齒條傳動機構(gòu)設計及模態(tài)分析

苗亮　劉向紅　馬兵

摘 要：以某新型抽油機的齒輪齒條傳動機構(gòu)為研究對象。對齒輪齒條傳動機構(gòu)的關鍵零部件進行結(jié)構(gòu)設計，并利用Solidworks對不完全齒輪和齒輪軸進行三維模型建立，將x_t格式導入ANSYS進行模態(tài)分析，分別提取不完全齒輪和齒輪軸的前6階固有頻率和振型。經(jīng)分析，所設計的不完全齒輪和齒輪軸最低固有頻率分別為79.11 Hz和576.05 Hz，遠高于新型抽油機的工作頻率，能夠避免產(chǎn)生共振，可以安全使用。

關鍵詞：齒輪齒條傳動機構(gòu);結(jié)構(gòu)設計;ANSYS;模態(tài)分析

中圖分類號：TH213.6 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）04-0184-04

Abstract： The pinion and rack transmission mechanism of a new type of pumping unit is studied in this paper. According to the work requirements， the structure design of the key parts of the pinion and rack transmission mechanism was carried out， and the three-dimensional model of the incomplete gear and gear shaft was established by Solidworks. The x_t format was imported into ANSYS for modal analysis， and the first six order natural frequencies and mode shapes of the incomplete gear and gear shaft were extracted respectively. Through analysis， the minimum natural frequencies of the incomplete gear and the gear shaft designed are 79.11 Hz and 576.05 Hz respectively， which are far higher than the working frequencies of the new pumping unit， which avoids resonance and can be used safely.

Key words：? pinion and rack transmission mechanism; structural design; ANSYS; modal analysis

目前，石油開采現(xiàn)場常用抽油機存在高能耗、低效率的問題，為了實現(xiàn)提高抽油機系統(tǒng)的效率，設計了一種新型抽油機，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本文主要以該抽油機的齒輪齒條傳動系統(tǒng)為研究對象，對不完全齒輪和齒輪軸進行材料選取、結(jié)構(gòu)設計和三維建模，并利用ANSYS有限元軟件進行模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使不完全齒輪和齒輪軸的固有振動頻率遠離于抽油機的振動頻率，避免其和新型抽油機引起共振，提高不完全齒輪、齒輪軸和新型抽油機的安全性，齒輪齒條傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

1 模型建立

根據(jù)新型抽油機的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動方式;由于所設計的新型抽油機運轉(zhuǎn)速度比較低，選用7級的精度等級;鑒于所傳遞的功率很大，而速度不高，因此材料選擇40Cr（調(diào)質(zhì)）。選擇不完全齒輪的分度圓直徑為2 000 mm，齒數(shù)為35（對應的完全齒輪齒數(shù)是80），模數(shù)為25 mm，齒輪齒厚為150 mm?！?br>