910d型减速器壳体应力分析与结构改造

'910D型减速器壳体应力分析与结构改造大庆石油学院JOURNAIOFDAQlNGPETROlEUMINSTITUTE第31卷第6期2007年12月Vo1.31NO.6Dec.2007910D型减速器壳体应力分析与结构改造冯志鹏(大庆石油学院学工处,黑龙江大庆163318)摘要:抽油机用910D型减速器下箱体输出轴轴承座采用楔形凸台支撑设计形式,造成局部应力集中,出现裂纹.对主要承载的下箱体进行有限元计算,确定其应力和位移分布.利用载荷分流原则,通过增加支撑筋板的传统方式对结构进行改造,削弱壳体危险应力,增强刚度.该方法能简化铸造工艺,对大型减速器壳体设计改造有实际意义.关键词:抽油机;减速器;壳体;有限元法;灰铸铁;结构改造中图分类号:TE933文献标识码:A文章编号:1000—1891(2007)06—0071一O3抽油机减速器的作用是传递动力和降低运动速度,将电动机的高速转动变为抽油机曲柄的低速运动.减速器箱体是传动零件的基座,通常用灰铸铁制造,对于重载或有冲击载荷的减速器采用铸钢箱体形式,甚至有些单体生产的减速器为了简化工艺引,降低成本,采用钢板焊接箱体引.灰铸铁虽然具有较.好的铸造性能和减振性能,但其结构和工艺设计不当易造成壳体开裂等.拟对该减速器箱体进行仿真计算,将附加凸台改造为带常规筋板的加强结构,降低下箱体局部最大应力,提高箱体安全裕度,并且简化 铸造工艺.1壳体模型910D型减速器箱体主体材料为HT200,其下箱体输出轴轴承座下端与孔中心线垂直的端面处采用附加楔形凸台支撑设计,其结构见图l-这种设计形式虽然可以增加箱体局部的刚度,在箱体加工过程中减少加工面,但楔形凸台结构给铸造工艺提出了更高的要求,特别是薄壁铸造箱体极易出现高应力区.该减速器箱体在油田现场使用一段时间后,凸台出现裂纹,显然不仅与灰铸铁材料本身的缺陷有关,而且与结构设计有密切联系.减速器壳体由上下箱体组成,上箱体的强度和刚度通常满足条件..],只对下箱体进行有限元计算.910D型减速器下箱体有限元模型见图2,输出轴轴承下端采用凸台支撑.对整体装配模型进行实体网格划分,采用四边形网格类型,展开4节点雅各宾式网格检查,共获得21322图l抽油机用910D型减速器下箱体结构(单位:mm)-个节点,10862个单元,网格划分后的减速器下箱体离散模型见图3.选择灰铸铁材料模型,并定义材料属性.收稿日期:2007—06—18;审稿人:刘巨保;编辑:任志平作者简介:冯志鹏(1974一),男,硕士,助理研究员,主要从事石油机械方面的研究大庆石油学院第31卷2007年图2减速器下箱体有限元模型图3减速器下箱体网格划分2有限元计算 减速器壳体安放在地面不动,承受各轴系及传动系统的自重和惯性力作用.在有限元计算时,主要计算减速器下箱体上各个节点的应力分布和变形分布,找到最大应力和最大变形及其位置,故将壳体底板与支撑架上底面接触的全部节点的自由度固定,并将其处理成刚性约束.根据现场分析,曲柄在210.时连杆作用于输出轴轴承座的力最大,为297.7kN.利用有限元软件的前处理模块在下箱体两边轴承座对称施加297.7kN的作用力,完成强度计算.下箱体的应力和位移分布见图4和图5.由图4和图5可见,减速器下壳体各个轴承座位置应力明显大于其他部位,输出轴轴承座凸台下端与箱体壁连接位置应力状况最严重,最大为140MPa,其它部位应力很小,符合设计的强度条件.同时,位移变形集中在下箱体输出轴轴承座的端部,最大变形为2.23mm.计算结果表明,输出轴的轴承座下端采用凸台设计形式,使得壳体刚度下降,并在局部出现较大的应力集中.图4减速器下箱体应力云图图5减速器下箱体位移云图3壳体结构改造利用载荷分流方法,在强度薄弱的凸台两侧对称增加加强筋板,从而将由轴系产生并且作用于箱体的载荷(自重和惯性载荷)对称分流到箱体底座,分担箱体承载,降低应力集中危害.4壳体仿真计算在其他结构尺寸保持不变,且满足载荷要求的前提下,对抽油机用910D型减速器下箱体结构进行改造,即将筋板与凸台共铸于一体.改造后的下箱体计算结果显示:改造后的箱体局部危险应力幅值大幅降低,最大应力点转移到输出轴轴承座加强筋的筋板下端,接近近箱体底座的位置,且变形量减小,安全因数 增加.改造前后壳体最大应力,位移和安全因数见表1.改造后不仅改变凸台单独承载形式,对称结构使得力流传递路线变短,载荷分布均匀,流畅,而且筋板结构简单,容易铸造,改善加工工艺性.第6期冯志鹏:910D型减速器壳体应力分析与结构改造表1下箱体改造前后最大应力,位移及安全因数5结论(1)抽油机用910D型减速器下箱体输出轴轴承座下端采用楔形凸台支撑设计形式,以及由此引起的裂纹问题,可利用在输出轴轴承座下端增加对称支撑筋板的方法解决,同时也有助于简化铸造工艺.(2)改造后的减速器壳体实现载荷分流,克服局部应力集中,刚度增加,安全因数达到3.32,满足抽油机用减速器壳体强度设计和安全设计要求.(3)对于大型承受惯性和冲击载荷的减速器,为避免局部应力集中,可采用钢板焊接箱体或铸钢箱体.参考文献:[1]邬亦炯.刘卓钧,赵贵祥,等.抽油机[M].北京:石油工业出版社,1994:24—30.[2]李平,魏伯康.蔡启舟,等.球铁减速器壳体的铸造T艺[J].现代铸铁,2004(2):30—32.[3]刘海涛.浅谈减速器的1二作原理及构造[J].科技信息.2007(4):67.[4]李立新.卸船机回转行星齿轮减速器壳体开裂的分析与处理[J].港vJ装卸,2006(2):9一l0.[5]杨超,刘常宝,韩晓峰,等.抽油机减速器壳体的有限元分析[J].大庆石油学院.2001,25(4):82—84.[6]钟力,董海生,吕亚平.油膜浮动均载的两级三环减速器减振性能研究[J].大庆石油学院.2004.28(4):55—57.[7]杨敏嘉,常玉连.石油钻采设备系统设计[M].北京:石油工业Ⅲ版社.2000:92—97. (上接第70页)参考文献:[1]杨易.汤鸿霄.文淋华,等.水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理(下卷)[M].北京:中国环境科学}}I版社.2000:92—1l.[2]林屹.秦炜,黄少凯.溶剂萃取法处理苯酚稀溶液及其废水的研究_J].高校化学工程,2003,l7(3):261—266.[3]覃业贤.2.t一二氯酚废水处理的试验研究[J].安全与环境程.2006,13(4):43—4,1.[4]盂冠华.李爱民,杨鑫,等.新型树脂对氯酚类物质的吸附研究[J].环境污染J防治.2007,29(5):347—351.[5]皮运jE.王建龙.臭氧氧化水中4一氯酚的机理和反应途径EJ].中国科学(B辑.化学).2006,36(1):87—92.[6]赵玲.彭平安,黄伟林._二氧化锰氧化降解五氯酚[J].环境科学.2006,27(7):l388一l392.[7]张光辉.郝爱玲,陆彩霞,等.膜生物反应器对水源水中微量二氯酚的去除[J].环境科学,2007,58(2):471—475.[8]李汝雄.绿色溶剂一一离子液体的合成和应用[M].北京:化学T业出版社,200i:10—11.[9][1o][II][12][13][14]R()GERSRI).HUDDlES17()NJ(;,W1IAUERHD.Roomtemperatureionicliquidsasnovelmediafor"clean"liquid—liquidextractionIJ】.Chem.Commun..1998,21(8):1765—1766.李闲.张锁汀.张建敏,等,疏水性离子液体用于萃取酚类物质[J].过程I程.2005.2(5):148—151. FADEEVA(,MM.()pportunitiesforionicliquidsinrecoveryofbiofuels[J].ChemCommum..2001,17(6):295—296.MCFAR1ANEJ,R1DEN()URWB,IUOH,eta1.Roomtemperatureionicliquidsforseparatingorganicsfromproducedwater[J].Sci.Techno1..2005.40:1245一l265.I)ZYUBASV,BAR1,SCHRA.Efficientsynlhesisof1一alkyl(aralky1)一3一methyl(e1.hy1)imidazoliumhalides:Precursorsforroonl—temperatureionicliquids[J].J.Heterocye1.Chem..200l,38:265—268.SEDD()NKR,STARKA,T()RRESMJ.Influenceofchloride,water.andorganicsolventsonthephysicalpropertiesofionicI.iquids[J].PureApp1.Chem..2000,72:2275—2287.?73?'