机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
钻井泵减速器箱体结构的优化设计
刘菊芬，张金波
（中车北京南口机械有限公司工矿传动研究所，北京102202）
摘要：应用SolidEdge三维设计软件进行钻泵减速器箱体的结构设计，获得仿真的三维模型及实体重量，利用ANSYS 使箱体结构既满足可靠性要求又到达重量轻的要求。
关键词：SolidEdge三维结构设计；有限元分析：优化设计
中图分类号：TP391.7;TH132.46
文献标志码：A
文章编号：1002-2333(2017)09-0089-03
Optimal Design of Drilling Pump Reducer Box
LIU Jufen，ZHANG Jinbo
(CRRC Beijing Nankou Co., Lid, Beijing 102202, China)
Abstract: In this paper, Solid Edge 3D design software is used to design the structure of the drilling pump reducer. The three dimensional model and the weight of the model are obtained. The strength and stiffness of the box are analyzed using ANSYS software to find the weak link of the box and optimize its design. The design quality is effectively improved, so that the cabinet structure can meet the requirements of reliability and light weight.
Key words:Solid Edge 3D structure design; finite element analysis; optimal design
0引言
减速器是现代机械中应用极为广泛的机械装置，箱体是减速箱的核心部件，它的重要性不言而喻，它必须保证充分发挥齿轮的承载能力。既要保证齿轮和各传动件在相互作用、基至强冲击的作用与反作用力下相对位置不改变，又能够抵抗高强度的倾翻力矩而稳如泰山，而且长期工作不变形。此外，还应有良好的密封性，防止润滑油灌出，防止外界水/尘等异物侵人：散热、冷却性能良好，并能屏蔽噪声。设计时还应考患维修、方使对内部观察等因素。箱体结构较其它零件复杂，在设计减速器箱体的壁厚、轴承座厚度等时均按照经验和设计手册进行选取，无法用经验公式对箱体的强度和刚度进行校核。因此，一般情况箱体设计均趋于保守。钻井泵减速器的开发对箱体的重量提出了严格的要求，为了保证箱体的重量轻，同时满足强度和刚度要求，利用三维设计软件对箱体结构进行设计，准确掌握箱体重量，利用有限元分析软件对箱体进行强度和刚度分析，根据分析结果对箱体结构进行优化，可有效提高设计质量，使箱体结构既满足可靠性要求
又到达重量轻的要求。 1
箱体结构设计 1.1设计输入条件
额定输人功率P-8205kW；额定输人转速n=970tmin；最大输入转速N=1625r/min：额定输人转矩T=8078.12 Nm;最大输人转矩T.=12117Nm；总传动比970/117= 8.2906；轴承额定寿命Ls=30000h；齿轮工况系数：齿轮的接触疲劳强度安全系数不低于1.5~1.6：齿轮的抗弯曲疲劳强度安全系数不低于2.0；减速器接口尺寸要求法兰止口连接。
减速器设计宽度应小于600mm，重量控制在3t左
右，箱体重量控制在1.5t以内。 1.2箱体结构
根据设计输人条件和用户接口要求，减速箱设计为前后分箱结构，在前后分箱面设计密封槽，分两级平行轴传动，采用法兰盘悬挂方式固定。
根据额定输入功率，确定箱体的基本壁厚为16mm，
箱体材料选用Q345B钢板，采用焊接结构箱体。 1.3箱体三维结构设计
传统三维设计，采用先设计零件再装配的方式设计部件。由于箱体零部件的相关性特点，在该结构设计时，利用 SolidEdge三维设计软件自上而下的设计方法设计箱体，先设计一个箱体组件，在箱体组件内，用原位创建零件的方法设计构成箱体的轴承座、前后面板、侧板等，可使用快捷菜单中的编辑命令，进行零件模型的创建和修改，在创建和修改时可参照已经创建的零件边界进行设计，箱体整体外形结构确定后，再设计箱体的其他辅助结构如观察窗、分油器座、呼吸器座、起吊耳、筋板等。箱体的三维设计模型如图1所示。应用SolidEdge检查菜单中的质量属性检查箱体的重量为1395kg.箱体宽度597mm，重量宽度均满足设计要求。箱体三维设计模型如图1所示。
2
箱体有限元分析
箱体有限元模型的建立
2.1
利用ANSYS对箱体进行静强度和刚度分析。首先需要建立箱体的实体模型，利用SolidEdge软件建立箱体的三维模型，为进行有限元分析，需对实体模型进行适当的简化，简化处理如下：1)将前后箱体简化为一个整体零件进行分析；2）忽略对整体结构分析影响不大的合相螺栓孔及端盖螺栓孔等特征；3）在焊缝质量达到机械性能要求的条件下，认为这个箱体材料均匀连续分布。
网址：www.jxgcs.com电邮：hrbengineer@163.com2017年第9期89
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