小型泥浆泵传动系统设计

摘要：泥浆泵是在钻探过程中，向孔运送泥浆，清水或一些其他冲洗液体的机械。它的主要作用是，在钻探过程当中将泥浆通过钻头注入井下，起着冷却钻头，清洗钻头，固定井壁，驱动钻进，并通过水流的作用将打碎的岩屑运送到地面。本次泥浆泵的传动系统设计涉及到电动机的选型，通过所学的机械设计、机械原理、机械设计制造基础、机械系统设计等知识对泵的曲轴、连杆、枉塞、十字头进行简单的设计，得到初步的尺寸：在通过所学的力学知识对所设计的个部分零件进行校核，最后通过AUTOCAD进行而为建模，Soliderworks对所设计的零件进行三维建模及工程图的制作，最后用simulation对主要的零件进行动态仿真分析，以更接近于真实的工作过程。

关键词：泥浆泵；传动系统：强度校核；动态仿真

1总体设计

本設计的泥浆泵工作原理图如图1所示：

泥浆泵的工作过程为电动机带动曲柄连杆机构做圆周运动，连杆和曲柄上的曲柄销相连接，最后连杆通过十字头的连接和柱塞连接在一起，将圆周运动转换为往复的直线运动。

2传动系统及零部件设计

在往复泵中，曲轴是把原动机的旋转运动转化为活塞往复运动的重要部件之一。工作时，它将承受周期性的交变载荷，产生交变的扭转应力和弯曲应力，因此也是曲柄连杆机构中最重要的受力部件，要求较高的刚性和冲击韧性，其形状尺寸以轴为主，毛坯形状较复杂，通常采用45钢。

2.1曲轴的结构设计

曲轴布置及曲柄错角选定：对于三联单作用泵，曲柄错角应为120°，若以靠近输入端为第一曲柄，并以它为基准顺时针方向计算时，第二曲柄与第一曲柄的错角取240°，第三曲柄与第一曲柄的错角为120°，这样才有助于主轴颈的变形（倾角）接近，而曲拐轴常用于各种联数和尺寸不同的往复泵，因此可采用三拐二支撑的曲轴。曲轴支承和轴承选择：二支撑三拐曲轴的刚度较差，但对于小型泥浆泵主轴承处的颈变形倾角较小，故主轴承可采用滑动轴承。

2.2连杆的结构设计

一般设计要求：①连杆应具有足够的刚度和强度，工作时不知破裂或弯曲；②大、小头结构合理，适应装配由足够承载能力的轴瓦或轴承；③在满足上述条件下，应尽肯能选取合适外形，截面尺寸，减轻重量，既可减少运动，质量也有利于加工制造和拆装。

2.3十字头的结构设计

一般设计要求：①导向性能好、工作表面要具有足够的耐磨度和承载能力；②在满足刚度和强度的前提下，重量应尽可能轻；③结构应力求简单，与活塞杆（柱塞）、连杆小头连接应牢固可靠、便于拆卸和维修。

2.4柱塞的结构设计

对柱塞的基本要求①有足够的刚度和强度；②表面光洁、硬度高、耐磨性好；③当输送腐蚀性介质时，柱塞有良好的耐蚀性。

3有限元分析

在此次设计的泥浆泵系统中，传送系统中主要的受力的部件有曲轴，连杆，十字头，销钉和柱塞，其中曲轴连杆安全系数比较高。因此在此次的设计过程中对即与外界相连又与传动系统内部部件相连的柱塞进行分析。主要内容：①定义材料属性，定义连杆材料为合金钢，弹性模量为G-206GPa，泊松比为u=0.2，质量密度p=7700kg/m3；②对柱塞添加固定约束，限制柱塞在空间的自由度；③对柱塞端面添加载荷；④对柱塞进行网格划分；⑤运行分析得出分析结果，如图2所示。

通过对柱塞的有限元分析结果图可以看出，当柱塞正常工作时，柱塞所受的应力远远小于柱塞的需用应力，柱塞受力时柱塞的应变和位移均在材料的许可范围内，所以，在正常工作时满足载荷要求。

4结束语

本次对小型泥浆泵的设计，分别对传动系统的曲轴、连杆、柱塞、十字头进行设计，初步得到零件的尺寸后在通过Soliderworks对零件进行建模，得出初步的零件图，在通过装配图观察零件是否存在干涉的现象，最后通过simiulation对其中关键的零部件进行有限元分析。

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