小口径涡轮钻具减速器非对称齿轮弯曲强度分析

张翔¹，周琴²，张蔚²，张凯²

1. 中国地质大学〈北京〉工程技术学院2. 自然资源部深部地质钻探技术重点实验室

摘 要：小口径涡轮钻具减速器是小井眼深井钻探钻具的重要部件,具有体积小、承载大的特点。采用非对称齿轮代替传统齿轮是提高减速器承载能力的有效手段。非对称齿轮两侧的齿根圆角半径和压力角是区别于对称齿轮的关键参数,通过改变齿轮的齿形结构进而影响了齿轮的齿根弯曲强度。为了进一步研究齿根圆角半径和工作侧压力角对齿根弯曲应力的影响规律,以?127 mm涡轮钻具减速器中太阳轮为研究对象,建立非对称齿轮的受力模型,基于平截面法得到非对称齿轮齿根弯曲应力的理论计算公式,并通过有限元法对对称齿轮和非对称齿轮进行对比分析,仿真结果表明:增大齿根圆角半径能增大齿轮齿根过渡曲线的曲率半径,从而改善齿根处的应力集中;工作侧压力角的增大能有效降低齿根弯曲应力,但压力角超过一定值时,齿根弯曲应力逐渐趋于稳定。理论分析和仿真结果基本吻合,研究结果可以为优化减速器非对称齿轮的主要参数提供依据和参考。

关键词：涡轮钻具;非对称齿轮;压力角;齿根圆角半径;齿根弯曲应力;有限元;深部钻探;