全金属螺杆减速器设计及运动学分析陈维黄新宇DOI：10.16660/jki.1674-098x.2011-5640-4822摘要：针对现有的涡轮钻具减速器存在的齿轮模数小、轮齿抗弯强度不足、惯性力不易平衡、传动效率低等问题，设计了一种新型的全金属螺杆减速器，该减速器主要由曲柄、螺杆副、花瓣式联轴器和输出轴等组成。为了使其获得最佳输出性能，以螺杆输出转速为研究对象，建立了减速器的3D模型，利用Adams软件对输出转速进行运动学仿真，分析螺杆定转子的配合间隙对减速比的影响。仿真结果显示减速器的减速比大致约等于螺杆定、转子的头数比，但不同间隙值对转动的平稳性影响较大。根据研究结果筛选出了最佳间隙值，为螺杆减速器的设计提供参考。关键词：螺杆减速器全金属间隙值运动学仿真平稳性：TH132.4：A：1674-098X（2021）01（c）-0055-05DesignandKinematicAnalysisofAllMetalScrewReducerCHENWei*HUANGXinyu（SchoolofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity，激ngzhou，HubeiProvince，434000China）Abstract：Aimingattheproblemsexistingintheexistingturbodrillreducer，suchassmallgearmodulus，insufficientbendingstrengthofgearteeth，difficultbalanceofinertiaforce，lowtransmissionefficiency，anewtypeofall-metalscrewreducerwasdesigned.Thereducerismainlycomposedofcrank，screwpair，petalcouplingandoutputshaft.Inordertoobtainthebestoutputperformance，takingtheoutputspeedofscrewastheresearchobject，the3Dmodelofreducerisestablished，andAdamssoftwareisusedtocarryoutkinematicsimulationoftheoutputspeed，soastoanalyzetheinfluenceofthefitclearanceofscrewfixedrotoronthereductionratio.Thesimulationresultsshowthatthereductionratioofthereducerisapproximatelyequaltotheheadratioofthescrewandtherotor，butdifferentclearancevalueshavegreatinfluenceonthestabilityofrotation.Accordingtotheresearchresults，thebestclearancevalueisselectedtoprovidereferenceforthedesignofscrewreducer.KeyWords：Screwreducer;Allmetal;Gapvalue;Kinematicsimulation;Stationarity目前，石油开发的重点已转向深部地层，深井、超深井、定向井和水平井钻井将越来越多，地层硬度越来越大，地层研磨性越来越强，井底温度越来越高。用转盘钻钻深井和超深井，鉆杆失效严重，钻井事故频发，机械钻速低，钻井成本剧增。用螺杆钻具钻深井、超深井和水平井，受井底高温和高密度泥浆的影响，工作可靠性下降。用涡轮钻具钻深井、超深井和水平井，可充分利用涡轮钻具高转速低钻压的破岩特点，提高硬地层钻井的机械钻速，在未来的油气井钻井中涡轮钻具钻井具有广阔的应用前景[1]。但是，涡轮钻具的大功率是由高转速形成的，高转速对钻头工作寿命影响极大，牙轮钻头不能在高转速下工作，与PDC钻头配合使用则扭矩不够。另外，在中软地层、中硬地层钻井时需要高钻压大扭矩，才能提高机械钻速。带减速器的涡轮钻具将涡轮的高转速变为较低输出转速，将涡轮产生的扭矩变为较大输出扭矩，以满足低速、大扭矩、高钻压钻井的要求，拓宽了涡轮钻具的应用范围，降低了对钻头和泥浆循环系统的要求[1-3]。近100多年来，科学家和设计师们一直在研究涡轮钻具用井下减速器。由于受井下空间有限、工作环境复杂、钻柱振动等因素的影响，提高井下减速器的寿命和工作可靠性的难度很大。目前，已获工业应用的井下减速器是大直径行星齿轮减速器。齿轮传动由于径向尺寸的限制，齿轮所取的模数一般较小，致使轮齿抗弯强度不足而容易损坏;若选用多级行星轮减速器，则会增大涡轮钻具长度和增加涡轮钻具重量[1-6]。近几年，针对普通螺杆橡胶衬套受不适应井底高温环境，国内外专家、学者对全金属螺杆马达进行了系统的研究，研发了一种全金属材质的螺杆马达[6-14]。这种全金属的螺杆采用全金属结构，利用金属定子和金属转子之间的相互啮合进行钻井工作，由于没有橡胶部件更能适应井下的高温环境[13]。本文设计的减速器利用单螺杆传动原理实现减速[15]，单螺杆采用全金属结构且不受径向尺寸的限制。1结...