高压往复泵齿轮传动系统设计及其受力分析
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压强 Ｐ为 ０ ； 所 以当 ｓ ｉ ｎ Ｏ ＞０时取 Ｊ＝ １ ， ｓ ｉ ｎ Ｏ ≤０
时取 Ｊ ＝０ ．
由于此传动系统采用三个 曲柄结构 ， 其 曲柄
轴上 的力 和力 矩 都 不会 平 衡 ， 因 此需 要 分 析 在 柱 塞 工作 过 程 中通 过 连杆 作用 于 曲轴上 的周 期变 化 的载荷 大 小 ． 分析 中根 据 曲轴 回转 方 向定 义 相 位 角， 以逆 时针 方 向 为 正 ： 中 间 曲柄 １ ：／Ａ Ｂ Ｃ ＝ ０ １ ， 曲柄 ２ ： ／ ＿ Ａ Ｂ ２ Ｃ ２：０ １ ＋１ ２ ０ 。 ， 曲柄 ３ ： ／Ａ Ｂ ３ Ｃ ３＝ ０ ＋２ ４ ０ 。 ， 连 杆 的相位 角用 表 示 ， 如 图 ３所 示． 曲柄长 ｌ ＝ａ ， 连杆 长 １ 肌 ：ｂ ， 滑块 中心 Ｃ到 曲柄 中心 Ａ的距 离 ， 既滑 块行 程 为 Ｃ ． 根 据 机 械 原理 中 机构 矢量 合 成原 理有 ： ａ＋６＝ｃ ， 推 导 出各连 杆相 位 角 和滑 块 中心距 曲柄距 离 Ｃ 的矢量 关 系 ， 有：
文献 标 识码 ： Ａ
０ 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
示． 为了获得需要的流体流量控制方案 ， 通过合理
曲柄 １ ：
图４ 曲柄 滑 块 系统 受 力 分 析
（ ｄ ） （ ｅ ）
』 ＝ ２ ７ 。 。 一 ＝ ２ ７ 。 。 一 ａ ｒ ｃ ｃ 。 ｓ （ ａ ｓ ｉ ６ ｎ Ｏ ｌ ／ ，
【 ｃ ＝ ｎ （ ａ ｒ ｃ ｃ ｏ ｓ （ ａ ｓ ｉ ６ ｎ ９ １ ／ ／ 。 ｃ 。 ｓ
曲柄 滑块 机 构 ， 十 字 头 即 为 滑块 Ｊ ． 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 Ｊ ， 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
图 ２ 高压往复泵整体装配模 型
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ５ — ２ ８
基金项 目： 辽宁省教育厅 高等学校科学研究 计划资助项 日（ Ｌ ２ ０ １ ０ ０ ７ ９ ）
作者简介 ： 鲍 付华（ １ ９ ７ ８一） ， 男， 讲！ Ｊ 『 Ｉ ｊ ， 博ｆ ： ， 要从事新型齿轮传动的研究
按 照 相位 各 相 差 １ ２ ０ 。 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 ．
积； ． ， 为控制函数 ， 曲柄正行程 阀门打开时 ， 压强 Ｐ 作 用 于柱塞 上 ， 相 反 曲柄反 行程 阀 门关 闭 ， 柱塞上
的选择 输人轴 １和 曲柄轴 ２上 的两对 斜齿 轮传 动
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
高 压 往 复 泵齿 轮 传 动 系统 设 计 及 其 受 力 分 析
鲍君 华 ， 郑卓颖 ， 何卫 东 ， 刘鹏
（ １ ． 大连 交通 大学 机械 工程学院， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ；２ ． 大连 里瓦泵业有限公 司， 辽宁 大连 １ １ ６ ６ ０ ０ ） 米
图 １ 传 动 机构 结构 简 图
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 ｌ所
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｂ ａ ｏ ｊ ｕ ｎ ｈ ｕ ａ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． （ ０ ｍ． ｃ ｎ ．
第 １期
鲍君华 ， 等： 高压往复泵 齿轮传 动系统设计及 其受力分析
４ １
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
摘
要： 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 Ｖ Ｂ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． 关键词 ： 高压往复泵 ； 人字齿轮 ； 受力分析
第３ ４卷 第 １ 期
２ ０ ｌ ３年 ２月
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ ＡＯＴ ＯＮ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｖ ＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ４ ０ — ０ ５
曲柄 ２ ：
考虑Biblioteka Baidu传 动系统在较 良好 的润滑状态下工 作， 为 了简 化计 算忽 略运 动副 问 的摩擦 力． 通 过受
时取 Ｊ ＝０ ．
由于此传动系统采用三个 曲柄结构 ， 其 曲柄
轴上 的力 和力 矩 都 不会 平 衡 ， 因 此需 要 分 析 在 柱 塞 工作 过 程 中通 过 连杆 作用 于 曲轴上 的周 期变 化 的载荷 大 小 ． 分析 中根 据 曲轴 回转 方 向定 义 相 位 角， 以逆 时针 方 向 为 正 ： 中 间 曲柄 １ ：／Ａ Ｂ Ｃ ＝ ０ １ ， 曲柄 ２ ： ／ ＿ Ａ Ｂ ２ Ｃ ２：０ １ ＋１ ２ ０ 。 ， 曲柄 ３ ： ／Ａ Ｂ ３ Ｃ ３＝ ０ ＋２ ４ ０ 。 ， 连 杆 的相位 角用 表 示 ， 如 图 ３所 示． 曲柄长 ｌ ＝ａ ， 连杆 长 １ 肌 ：ｂ ， 滑块 中心 Ｃ到 曲柄 中心 Ａ的距 离 ， 既滑 块行 程 为 Ｃ ． 根 据 机 械 原理 中 机构 矢量 合 成原 理有 ： ａ＋６＝ｃ ， 推 导 出各连 杆相 位 角 和滑 块 中心距 曲柄距 离 Ｃ 的矢量 关 系 ， 有：
文献 标 识码 ： Ａ
０ 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
示． 为了获得需要的流体流量控制方案 ， 通过合理
曲柄 １ ：
图４ 曲柄 滑 块 系统 受 力 分 析
（ ｄ ） （ ｅ ）
』 ＝ ２ ７ 。 。 一 ＝ ２ ７ 。 。 一 ａ ｒ ｃ ｃ 。 ｓ （ ａ ｓ ｉ ６ ｎ Ｏ ｌ ／ ，
【 ｃ ＝ ｎ （ ａ ｒ ｃ ｃ ｏ ｓ （ ａ ｓ ｉ ６ ｎ ９ １ ／ ／ 。 ｃ 。 ｓ
曲柄 滑块 机 构 ， 十 字 头 即 为 滑块 Ｊ ． 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 Ｊ ， 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
图 ２ 高压往复泵整体装配模 型
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ５ — ２ ８
基金项 目： 辽宁省教育厅 高等学校科学研究 计划资助项 日（ Ｌ ２ ０ １ ０ ０ ７ ９ ）
作者简介 ： 鲍 付华（ １ ９ ７ ８一） ， 男， 讲！ Ｊ 『 Ｉ ｊ ， 博ｆ ： ， 要从事新型齿轮传动的研究
按 照 相位 各 相 差 １ ２ ０ 。 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 ．
积； ． ， 为控制函数 ， 曲柄正行程 阀门打开时 ， 压强 Ｐ 作 用 于柱塞 上 ， 相 反 曲柄反 行程 阀 门关 闭 ， 柱塞上
的选择 输人轴 １和 曲柄轴 ２上 的两对 斜齿 轮传 动
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
高 压 往 复 泵齿 轮 传 动 系统 设 计 及 其 受 力 分 析
鲍君 华 ， 郑卓颖 ， 何卫 东 ， 刘鹏
（ １ ． 大连 交通 大学 机械 工程学院， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ；２ ． 大连 里瓦泵业有限公 司， 辽宁 大连 １ １ ６ ６ ０ ０ ） 米
图 １ 传 动 机构 结构 简 图
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 ｌ所
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｂ ａ ｏ ｊ ｕ ｎ ｈ ｕ ａ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． （ ０ ｍ． ｃ ｎ ．
第 １期
鲍君华 ， 等： 高压往复泵 齿轮传 动系统设计及 其受力分析
４ １
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
摘
要： 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 Ｖ Ｂ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． 关键词 ： 高压往复泵 ； 人字齿轮 ； 受力分析
第３ ４卷 第 １ 期
２ ０ ｌ ３年 ２月
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ ＡＯＴ ＯＮ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｖ ＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ４ ０ — ０ ５
曲柄 ２ ：
考虑Biblioteka Baidu传 动系统在较 良好 的润滑状态下工 作， 为 了简 化计 算忽 略运 动副 问 的摩擦 力． 通 过受