CN101463889A - 非圆齿轮变速箱及其传动机构 - Google Patents

Abstract

非圆齿轮变速箱及其传动机构由非圆齿轮变速箱(24)、低速电机(20)、链轮系(21、22、23)或皮带轮系构成，它是一种非匀速比组合式传动机构。它的输出扭矩和输出转速与主机负载变化形式相适应，在各类需要非匀速比传动的机械设备中使用，可以达到大幅度节约能源的目的。非圆齿轮(27、28)的节曲线形状、几何及初始位置参数是依据主机负载变化形式、节曲线的连续性、加工工艺性等经优化设计后确定的。当非圆齿轮(27、28)与圆柱齿轮系或圆柱齿轮行星轮系动力连接后可组成多种形式的非圆齿轮变速箱。在常规游梁式抽油机上去除原有的减速器、皮带轮、电机后安装上非圆齿轮变速箱及其传动机构可构成一种节能型游梁式抽油机。

Description

非圆齿轮变速箱及其传动机构

技术领域

本发明是一种非匀速比传动的非圆齿轮变速箱及其传动机构，涉及机械行业需求非匀速比传动的设备以及石油机械采油设备中的游梁式抽油机。属于机械设备领域。

背景技术

以石油机械采油设备中的传统游梁式抽油机为例说明背景技术。

目前，我国及世界上的产油国采取石油，均采用抽油机在油井中采油。应用最广泛的是游梁式抽油机，它的工作原理如下：

图1示出了传统游梁式抽油机它由底板1、电机2、小皮带轮3、大皮带轮4、皮带5、曲柄6、平衡重块7、连杆枢纽8、连杆9、游梁枢纽10、游梁11、驴头12、抽油杆13、有杆泵抽油装置14、支架15、支架枢纽16、减速器输出轴17、圆齿轮减速器18、齿轮减速器支座19等组成。

图1中的角度ф是传统游梁式抽油机的曲柄6的中心线与连杆枢纽8中心点和曲柄6的安装枢轴中心点47的连线之间的夹角；

图1中的长度A是传统游梁式抽油机的连杆枢纽8中心点和曲柄6的安装枢轴中心点47之间连线在曲柄中心线上的投影长度；

它们都是抽油机的重要技术参数。

图2示出了传统游梁式抽油机平衡扭矩曲线。传统游梁式抽油机每回转一周，抽油杆13上下往复一次完成抽油动作。驴头12及有杆泵抽油装置14处承受的是交变载荷。这个载荷通过四连杆机构作用在圆齿轮减速器输出轴17上的扭矩被称为实际外载扭矩1(M载)，它随曲柄转角的变化如图2的曲线1所示。曲柄平衡重作用在圆齿轮减速器输出轴17上的平衡力矩是按正弦曲线规律变化的，如图2曲线2所示。实际外载扭矩与平衡力矩相抵后得到的净扭矩如图2的曲线3所示，它是选择抽油机电机2功率的主要依据，它的大小也是影响抽油机能耗的主要因素。

图2示出了传统游梁式抽油机的外载扭矩M载(曲线1)在相位上及数值上与曲柄平衡力矩(正弦曲线2)的差异。因此传统游梁式抽油机的净扭矩3存在较大的峰值和较深的谷值(负值)，波动较大，从而带来一系列的缺点：

1.扭矩大，为了保证传统游梁式抽油机(图1)的正常运转，要求配置大功率电机，从而耗费了电能；

2.电机2长期在低功率因数状态，会使电网的供电质量变差；

3.减速器输出轴17也就是曲柄轴上的等值扭矩(均方根扭矩大)能耗大；

4.负扭矩大，使传统游梁式抽油机(图1)工作在频繁的正反工作状态，冲击载荷大，传动性能差，同时造成电动机向电网回馈送电。

为了克服上述缺点，达到使传统游梁式抽油机(图1)节能的目的，先后出现了不少节能的游梁式抽油机机构。目前已有的抽油机机构形式有：双驴头游梁式、异相型游梁式、下偏杠铃游梁式、调径变矩游梁式、带副连杆双四杆游梁式、外翘下杆铃游梁式、吊重滑轮组平衡式等形式。上述各种抽油机还有待进一步改进。这些改进工作其实质都是为了改善传统游梁式抽油机的负载与配重块之间的平衡状态。

因此，对传统游梁式抽油机旋转平衡重7与实际负载力矩(M载)的平衡关系进行深入的理论研究，寻找最科学的研究方法，找出最先进、最经济、最简单、最易行的改造抽油机的设计方案，生产出成本低而节能最高的抽油机，已成为抽油机生产厂家和石油行业技术人员多年来不懈追求的重大课题。

图3示出了传统游梁式抽油机使用的圆柱齿轮减速器及其传动机构的机构简图。由于这种减速器使用的是圆柱齿轮传动，所以其传动比是恒定的不可变化的，无法提供变化的传动比，也就无法提供与主机负载变化形式在动态中相适应的变化的扭矩。

如果能够找到一种与抽油机负载变化形式在动态中相适应、相平衡的传动机构则可以从根本上解决传统游梁式抽油机的节能问题。目前的圆柱齿轮减速器显然满足不了这种需求。

因此，在机械设备的许多领域中，从节能的角度看问题，大量的存在着需要与负载变化形式在动态中相适应、相平衡的非圆齿轮变速箱及其传动机构。

发明内容

本发明提供了一种非圆齿轮变速箱，包括箱体26、箱盖34、输入轴42以及位于该输入轴上的第一非圆齿轮27、输出轴17以及位于该输出轴上的第二非圆齿轮28，所述第一非圆齿轮27与所述第二非圆齿轮28啮合。

本发明还提供了另一种非圆齿轮变速箱，包括箱体26’、箱盖34’、输入轴42’以及一位于该输入轴上的第一非圆齿轮27、一第二非圆齿轮28，所述第一非圆齿轮27与所述第二非圆齿轮28啮合，输出轴17’，所述输出轴17’通过一圆柱齿轮系与第二非圆齿轮28动力连接。

本发明还进一步提供了一种非圆齿轮变速箱，包括箱体26”、箱盖34”、输出轴17”以及一位于该输出轴上的第二非圆齿轮28、一第一非圆齿轮27，所述第一非圆齿轮27与所述第二非圆齿轮28啮合，输入轴42”，所述输入轴42”通过一圆柱齿轮系与第二非圆齿轮27动力连接。

本发明还进一步提供了又一种非圆齿轮变速箱，包括箱体26”’、箱盖34”’、输出轴17”’以及一位于该输出轴上的第二非圆齿轮28、一第一非圆齿轮27，所述第一非圆齿轮27与所述第二非圆齿轮28啮合，输入轴42”’，所述输入轴42”’通过一圆柱齿轮行星轮系与第二非圆齿轮27动力连接。

所述第一和第二非圆齿轮符合下列公式：

M载/M驱＝r28/r427＝ω27/ω28＝i(27)(28)

其中：

M载为安装在输出轴17上的第二非圆齿轮28的负载扭矩；

M驱为安装在输入轴42上的第一非圆齿轮27的输入扭矩；

r27为第一非圆齿轮27的节点半径；

r28为第二非圆齿轮28的节点半径；

ω27为第一非圆齿轮27的回转速度；

ω28为第二非圆齿轮28的回转速度；

i(27)(28)为第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28的传动比。

所述第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28进一步还符合下列公式：

r28＝[B×i(27)(28)]/[1+i(27)(28)]

r27＝B-r28

其中：

B为第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28的中心距。

所述非圆齿轮变速箱24中的第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28的最大向径与最小向径之比为2.077，齿数为77，模数为10。

所述第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28在不同规格型号、不同机构形式的非圆齿轮变速箱中其最大向径与最小向径之比、齿数、模数是根据不同负载的变化形式而变化的。

所述第一非圆齿轮(27)通过键槽与轴连接，第一非圆齿轮(27)的基准齿与键槽中心线之间具有一初始偏置角度θ1。

本发明还提供了一种包含上述非圆齿轮变速箱的传动机构。该传动机构中的驱动装置为低速电机20，所述低速电机20的输出轴与小链轮21或小皮带轮连接，并且通过链条22或皮带与大链轮23或大皮带轮连接，该大链轮23或大皮带轮与所述非圆齿轮变速箱的输入轴42连接。

所述低速电机20的输出转速为12转/分～35转/分，链轮系或皮带轮系的传动比为1:2～1:5。

所述低速电机(20)可以整体式安装也可以将电机(49)、少齿差减速器(48)、刹车器(46)分体单独安装。

本发明还进一步提供了一种游梁式抽油机，其上安装了所述非圆齿轮变速箱的传动机构。

在所述游梁式抽油机中，曲柄6’的中心线与连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点47连线之间的夹角为(φ±&)，且连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点47之间连线在曲柄中心线上的投影长度为(A±a)。

其中：

ф为传统游梁式抽油机的曲柄6的中心线与连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点47连线之间的夹角；

&为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的夹角角度；

A为传统游梁式抽油机的连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点之间连线在曲柄中心线上的投影长度；

a为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的投影长度。

附图说明：

图1是传统游梁式抽油机各部件组成的示意简图。

图2是传统游梁式抽油机的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

图3是传统圆齿轮减速器及其传动系统的俯视简图。

图4是非圆齿轮变速箱及其传动系统的俯视简图。

图5是非圆齿轮变速箱的一个实施例的主视图。

图6是图5的俯视图。

图7是图6沿A-A线的剖视图。

图8是图6沿B-B线的剖视图。

图9是非圆齿轮变速箱的另一个实施例的简图。图10是非圆齿轮变速箱的又一个实施例的简图。

图11是非圆齿轮变速箱进一步提供的又一个实施例的简图。图12是图5中所示的非圆齿轮27、28的啮合示意图。

图13是图12所示的非圆齿轮的剖视图。

图14是图12所示的第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28啮合时的节曲线及节曲线的设计原理示意图。

图15是图14所示的非圆齿轮节曲线设计原理的另一个实施例。

图16是图15所示的非圆齿轮节曲线在另一个实施例中的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

图17是图14所示的非圆齿轮节曲线设计原理的又一个实施例。

图18是图17所示的非圆齿轮节曲线在又一个实施例中的负载扭

矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

图19是非圆齿轮变速箱及其传动系统组成的新型游梁式抽油机的一个实施例的各部件组成示意简图。

图20是非圆齿轮变速箱及其传动系统组成的新型游梁式抽油机的一个实施例的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

具体实施方式：

本发明所述的非圆齿轮变速箱及其传动机构(图4)，可以提供与主机负载变化形式在动态中相适应、相平衡的输出扭矩。

作为一个实施例，我们将其安装在传统的游梁式抽油机上，实现了方便、稳定、大幅度提高传统游梁式抽油机节能效果的目标。下面我们分别叙述本发明的实施方式。

1.非圆齿轮变速箱的具体实施方式。

图5、图6、图7、图8示出了非圆齿轮变速箱24由箱体26、第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28、油窗29、输出轴端盖30、螺栓组件31、通风罩32、观察窗33、箱盖34、输出轴轴承35、大链轮平键36、输入轴轴承37、非圆齿轮平键38、输入轴端盖螺栓39、输入轴端盖40、大链轮端盖41、输入轴42、输出轴17以及密封件、标准件等零件所构成。

图5示出了非圆齿轮变速箱24一个侧面的外形以及箱体26、第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28、油窗29、输出轴端盖30、螺栓组件31、通风罩32、观察窗33、箱盖34、输入轴42、输出轴17在非圆齿轮变速箱24内的装配关系和位置

图6是图5的俯视图，该图示出了对非圆齿轮变速箱24俯视时的外形以及大链轮23是通过大链轮平键36与输入轴42相连接的。

图7是图6在A-A线处的剖视图。它示出了安装在轴承35上的输出轴17的具体位置，输出轴17通过平键38与输第二非圆齿轮28相连接。同时也示出了非圆齿轮变速箱24的输出轴17与传统游梁式抽油机所用的圆齿轮减速器(图3)的输出轴17是相同的。

图8是图6在B-B处的剖视图，它示出了非圆齿轮变速箱24的输入轴42的具体安装位置。输入轴42通过平键38与第一非圆齿轮27相连接。非圆齿轮变速箱24的输入轴42与传统游梁式抽油机圆的柱齿轮减速器的(图3)的输入轴42也是相同的。

该非圆齿轮变速箱24可以顺时针或逆时针旋转。

这种非圆齿轮变速箱24的主要技术性能和机构特征是：

输入轴42与输出轴17转速比为1:1。但其瞬时转速比是变化的，输入轴42始终保持匀速运转，但输出轴17在每一圈内(即360°内)的转速是变化的，瞬时转速比以及输出轴转速的变化规律由非圆齿轮的节曲线及几何参数所决定。

输出轴17的转速和瞬时扭矩比是变化的，它可以提供与负载扭矩变化形式在动态中相适应、相平衡的变化的扭矩。这种变化规律由非圆齿轮的节曲线(图13)、非圆齿轮27、28的几何参数以及负载变化的形式所决定。

这种非圆齿轮变速箱24的主要零件是两个非圆齿轮(27、28)。两个非圆齿轮均有自己的基准齿，一个基准齿是在非圆齿轮的最大向径上，是非圆齿轮的齿形实体部位。另一个基准齿则是在非圆齿轮的最小向径上，是非圆齿轮的齿槽部位。

装配这种非圆齿轮变速箱24时应注意先将一个已压好轴承的非圆齿轮轴装入箱体26的齿轮座孔中，再使两个非圆齿轮的基准齿相啮合，而后保持逐齿不间断的啮合旋转，最终使另一个齿轮轴进入齿轮座中，用以保证非圆齿轮的正确啮合位置。

由于机械设备的多样化，同一种设备的规格和型号也不尽相同，所以非圆齿轮变速箱的机构、技术参数、外形大小、重量等方面也就不尽相同。

依据机械设备主机的多样化要求，该非圆齿轮变速箱24的基本机构也可以灵活的变化，也就是说非圆齿轮变速箱24的齿轮系可以由第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28所构成(即一个输入轴一个输出轴)，也可以由几对圆柱齿轮组成的圆柱齿轮系或圆柱齿轮行星轮系和一对非圆齿轮的机构构成。

图9示出了所述非圆齿轮变速箱24的另一种机构形式的实施例。它是由箱体26’箱盖34’输入轴42’、输出轴17’、一个圆柱齿轮系、第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28等零件组成。圆柱齿轮系先将转速变速至主机要求，再经过输入轴42’传递至相互啮合的第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28，最后经输出轴17’将变化的扭矩和转速输出到主机中去。

图10示出了所述非圆齿轮变速箱24的又一种机构形式的实施例。它是由箱体26”箱盖34”输入轴42”、输出轴17”、一个圆柱齿轮系、第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28等零件组成。非圆齿轮系的输入轴42”将输入的动力传递至相互啮合的第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28，再经过输出轴17”传递至圆柱齿轮系，经该圆柱齿轮系的输出轴将变化的扭矩和转速输出到主机中去。

图11示出了所述非圆齿轮变速箱24进一步提供的又一种机构形式的实施例。它是由箱体26”’箱盖34”’输入轴42”’、输出轴17”’、一个圆柱齿轮行星轮系系、第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28等零件组成。非圆齿轮系的输入轴42”’将输入的动力传递至相互啮合的第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28，再经过输出轴17”’传递至一个圆柱齿轮行星轮系，经该圆柱齿轮行星轮系输出轴将变化的扭矩和转速输出到主机中去。

2.非圆齿轮的具体实施方式。

图12是图5中所述非圆齿轮变速箱中第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28的啮合示意图。图12还示出了第一非圆齿轮27的初始偏置角度(±θ1)位置。该非圆齿轮初始偏置角度(±θ1)可以根据不同主机的技术要求进行变化。

图13是图5所示非圆齿轮变速箱中第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28的剖视机构图。

图14示出了所述非圆齿轮变速箱中第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28的节曲线及该节曲线设计原理示意图。

根据图14我们先设定第一非圆齿轮27和第二非圆齿轮28的轴回转中心分别为027和028，它们的中心距为B，则所述第一和第二非圆齿轮符合下列公式：

M载/M驱＝r28/r27＝ω27/ω28＝i(27)(28)

其中：

M载为安装在输出轴17上的第二非圆齿轮28的负载扭矩；

M驱为安装在输入轴42上的第一非圆齿轮27的输入扭矩；

r27为第一非圆齿轮27的节点半径；

r28为第二非圆齿轮28的节点半径；

ω27为第一非圆齿轮27的回转速度；

ω28为第二非圆齿轮28的回转速度；

i(27)(28)为第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28的传动比。

先预设一个匀值的M驱，按下式可以求得在某个转角ω28时非圆齿轮的瞬时节点半径r28和r27，因此所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28进一步还符合下列公式：

r28＝[B×i(27)(28)]/[1+i(27)(28)]

r27＝B-r28

其中：

B为第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28的中心距。

r27与r28显然是随ω27和ω28变化的，至此我们已求证出该对齿轮副是一对非圆齿轮。

当我们根据主机的负载要求，求证出所需的齿轮是一种非圆齿轮时，它的节曲线设计就显得尤为重要。

节曲线设计的设计方法是：

根据M载的变化值，优化设计确定M驱的扭矩曲线。设计M驱的扭矩值或减少输入轴42的均方根扭矩；力求消除负扭矩。

通过节曲线的拟合及强度计算初步确定非圆齿轮节曲线。

综合非圆齿轮的加工工艺性、节曲线的连续性、根切和齿顶变尖以及干涉等缺陷发生的可能性，经优化设计后最终确定采用的非圆齿轮的实际节曲线及几何参数，这样一对非圆齿轮的设计参数和节曲线就设计成功了。

所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28具有下述的五个特征：

特征一：图14所示的非圆齿轮的节曲线，它的瞬时向径是不断变化的。

特征二：在同类型的但规格及型号却不相同的非圆齿轮变速箱中，其非圆齿轮的最大向径和最小向径之比、齿数、模数，任意向径与本实施例一定是不相同的、变化着的。

特征三：这两个非圆齿轮在加工中都设置有基准齿，该基准齿一个是在其最大向径上，是非圆齿轮的齿形实体部位，另一个则是在其最小向径上，是非圆齿轮的齿槽部位。加工非圆齿轮时依据其节曲线设计要求对所设定的基准齿位置做好标记。不同的非圆齿轮或存在不同的基准齿的位置。

特征四：非圆齿轮初始偏置角度(±θ1)以及该该非圆齿轮的初始偏置角度(±θ1)采用在非圆齿轮以及安装非圆齿轮的轴上同时设置键槽初始角度的方法。该非圆齿轮初始偏置角度(±θ1)可以根据不同主机的要求进行变化。

特征五：非圆齿轮变速箱负载变化形式的多样性必定导致所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28具有多样性，这种多样性体现在其节曲线、几何参数、外形、重量等方面都发生了变化，但其设计原理和方法都符合本实施方法的内容。

图15至图18示出了所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28的多样性。

图15是图14所示的非圆齿轮节曲线设计原理的另一个实施例。

图16是图15所示的非圆齿轮节曲线在又一个实施例中的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

图17是图14所示的非圆齿轮节曲线设计原理的又一个实施例。

图18是图17所示的非圆齿轮节曲线在又一个实施例中的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。

3.非圆齿轮变速箱及其传动系统的实施方法。

图4示出了所述非圆齿轮变速箱及其传动系统，它包括非圆齿轮变速箱24、专用低速电机20、小链轮21、链条22、大链轮23等，经过链轮或皮带轮连结为一个完整的传动机构。

所述低速电机20是由电机49、自动刹车器46，少齿差的减速器48构成。它们都是独立的部件，所以低速电机可以是图4虚线示出的整体式机构(即电机49、少齿差减速器48、电动刹车器46安装在一个体壳内)，也可以将它们以单独部件的形式分别安装再实行动力连接。

所述非圆齿轮变速箱及其传动系统的动力源是电机49，自动刹车器46安装在电机49上，电机49的输出端与少齿差的减速器48相连接。少齿差减速器48的输出轴与小链轮连接并经过链轮与大链轮动力连接，大链轮与非圆齿轮变速箱的输入轴连接后经第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28将动力传递至非圆齿轮变速箱的输出轴17，该输出轴17经枢纽47将动力输入给游梁式抽油机或其他主机。

输出轴17每分钟的转速在360°内按着由快逐渐到慢或是由慢逐渐到快的规律变化，同时该输出轴17每分钟的输出扭矩在360°内按着由大逐渐到小或是由小逐渐到大的规律变化。

具体实施中应首先依据主机要求的工作转速进行非圆齿轮变速箱及其传动机构(图4)的传动链设计，确定低速电机20、链轮系(21、22、23)、非圆齿轮变速箱24各自的传动比。

在该实施例中低速电机20的转速为12转/分～35转/分，可以顺时针转或逆时针转动。

链轮系(21、22、23)的传动比为1:2～1:5。链轮系(21、22、23)传动也可以用皮带轮系(3、4、5)传动替代。

非圆齿轮变速箱24的转速可以根据主机的要求变化。低速电机20和链轮(21、22、23)的传动比也可以根据不同的传动要求经设计后确定。

4.非圆齿轮变速箱及其传动系统在传统游梁式抽油机上的应用。

图19示出了安装了非圆齿轮变速箱及其传动机构(图4)的新型游梁式抽油机上的外观形状。其外观与原有的传统游梁式抽油机的外观基本相同，使用方法也与传统游梁式抽油机相同。因此可以方便的在常规游梁式抽油机(图1)上安装和使用。图18示还出了所述游梁式抽油机由底板1、专用低速电机20、小链轮21、链条22、大链轮23、非圆齿轮变速箱24、曲柄6’、平衡重块7、连杆9、游梁11、支架枢纽16、支架15、驴头12、抽油杆13、有杆泵抽油装置14、游梁枢纽10、连杆枢纽8、非圆齿轮变速箱输出轴17、游梁式抽油机曲柄枢纽47、非圆齿轮变速箱支座19等组成。

实施方法是在原来的传统游梁式抽油机(图1)的基础上，去除原有的电机2、小皮带轮3、大皮带轮4、皮带5、齿轮减速器18，刹车器25再安装上非圆齿轮变速箱24、专用低速电机20(内含电动刹车器46)、大链轮23、小链轮21、链条22等即可构成。

它的动作过程是：低速电机20启动后，经链轮(21、22、23)传动并再次减速后经非圆齿轮变速箱24的输入轴42和一对啮合着的非圆齿轮(27、28)，将运动动力通过输出轴17依次传递至曲柄6’和抽油机的连杆9，该连杆的上端与游梁式抽油机(图1)的游梁11相接，从而带动抽油机正常工作。

它具有以下特征：

特征一：所述游梁式抽油机其抽油的工作原理及使用方法与传统游梁式抽油机(图1)完全相同。

特征二：安装时的2个重要参数

在所述游梁式抽油机中，曲柄6’的中心线与连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点47连线之间的夹角为φ±&。它比传统的游梁式抽油机(图1)的角度φ增加或减少了角度&。

在所述游梁式抽油机中，连杆枢纽8中心点和曲柄回转枢轴中心点47之间连线在曲柄中心线上的投影长度为A±a。它比传统游梁式抽油机(图1)的A值增加或减少了数值a。

其中：

φ为传统游梁式抽油机的曲柄6的中心线与连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点47连线之间的夹角；

&为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的夹角角度；

A为传统游梁式抽油机的连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点之间连线在曲柄中心线上的投影长度；

a为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的投影长度。

由于传统游梁式抽油机(图1)是系列化产品，所以它们的(A±a)值与(φ±&)值将随随着传统游梁式抽油机的不同规格、型号以及负载的变化规律而变化。

安装时应特别注意对曲柄6’上的(φ±&)角度值和(A±a)数值按设计尺寸要求进行正确调整及安装。

由于传统游梁式抽油机具有不同的规格，同时地质条件、油井状况、有杆泵抽油装置14的不同，这就造成了负载扭矩(M载)的多样性变化，因此非圆齿轮变速箱及其传动机构(图4)及所述游梁式抽油机(图19)也会相应的变化。

上述实施方法也适用于新制造的各种不同规格、不同型号的游梁式抽油机。非圆齿轮变速箱24、输出轴17、输入轴42的安装尺寸和传统游梁式抽油机所使用的圆齿轮减速器(图3)、输入轴42、输出轴17的安装尺寸是完全相同的。

图20示出了安装了非圆齿轮变速箱及其传动机构后的新型游梁式抽油机(图19)的负载扭矩、曲柄平衡扭矩、净扭矩曲线。与传统游梁式抽油机相比较，可达到节能38％以上的效果，而且具有制造、安装、现场改造易行的特点。

非圆齿轮变速箱及其传动系统(图4)实际使用在游梁式抽油机上，在国际范围内尚属首次应用。

Claims (15)

1.一种非圆齿轮变速箱，包括箱体(26)、箱盖34、输入轴(42)以及位于该输入轴上的第一非圆齿轮(27)、输出轴(17)以及位于该输出轴上的第二非圆齿轮(28)，所述第一非圆齿轮(27)与所述第二非圆齿轮(28)啮合。

2.一种非圆齿轮变速箱，包括箱体(26’)、箱盖34’、输入轴(42’)以及一位于该输入轴上的第一非圆齿轮(27)、一第二非圆齿轮(28)，所述第一非圆齿轮(27)与所述第二非圆齿轮(28)啮合，输出轴(17’)，所述输出轴(17’)通过一圆柱齿轮系与第二非圆齿轮(28)动力连接。

3.一种非圆齿轮变速箱，包括箱体(26”)、箱盖(34”)、输出轴(17”)以及一位于该输出轴上的第二非圆齿轮(28)、一第一非圆齿轮(27)，所述第一非圆齿轮(27)与所述第二非圆齿轮(28)啮合，输入轴(42”)，所述输入轴(42”)通过一圆柱齿轮系与第二非圆齿轮(27)动力连接。

4.一种非圆齿轮变速箱，包括箱体(26”’)、箱盖(34”’)、输出轴(17”’)以及一位于该输出轴上的第二非圆齿轮28、一第一非圆齿轮27，所述第一非圆齿轮27与所述第二非圆齿轮28啮合，输入轴(42”’)，所述输入轴(42”’)通过一圆柱齿轮行星轮系与第二非圆齿轮27动力连接。

5.根据权利要求1-4所述的非圆齿轮变速箱，其特征在于，所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28符合下列公式：

M载/M驱＝r28/r27＝ω27/ω28＝i(27)(28)

其中：

M载为安装在输出轴(17)上的第二非圆齿轮(28)的负载扭矩；

M驱为安装在输入轴(42)上的第一非圆齿轮(27)的输入扭矩；

r27为第一非圆齿轮(27)的节点半径；

r28为第二非圆齿轮(28)的节点半径；

ω27为第一非圆齿轮(27)的回转速度；

ω28为第二非圆齿轮(28)的回转速度；

i(27)(28)为第一非圆齿轮(27)与第二非圆齿轮(28)的传动比。

6.根据权利要求1-5所述的非圆齿轮变速箱，其特征在于，所述第一非圆齿轮27、第二非圆齿轮28进一步符合下列公式：

r28＝[B×i(27)(28)]/[1+i(27)(28)]

r27＝B-r28

其中：

B为第一非圆齿轮(27)与第二非圆齿轮(28)的中心距。

7.根据权利要求1-6所述的非圆齿轮变速箱，其特征在于，所述第一非圆齿轮27与第二非圆齿轮28在不同规格型号、不同机构形式的非圆齿轮变速箱中其最大向径与最小向径之比、齿数、模数是根据不同负载的变化形式而变化的。

8.根据权利要求1-7之一所述的非圆齿轮变速箱，其特征在于，所述非圆齿轮变速箱(24)中的第一非圆齿轮(27)以及第二非圆齿轮(28)的最大向径与最小向径之比为2.077，齿数为77，模数为10。

9.根据权利要求1-8所述的非圆齿轮变速箱，其特征在于，所述第一非圆齿轮(27)、第二非圆齿轮(28)通过键槽与轴连接，第一非圆齿轮(27)的基准齿与键槽中心线之间具有一初始偏置角度θ1。

10.一种传动机构，其特征在于，该传动机构包含如权利要求1-9之一所述的非圆齿轮变速箱。

11.根据权利要求10所述的传动机构，其特征在于，该传动机构中的驱动装置为低速电机(20)，所述低速电机(20)的输出轴与小链轮(21)或小皮带轮连接，并且通过链条(22)或皮带与大链轮(23)或大皮带轮连接，该大链轮(23)或大皮带轮与所述非圆齿轮变速箱的输入轴连接。

12.根据权利要求10-11所述的传动机构，其特征在于，所述低速电机(20)的输出转速为12转/分～35转/分，链轮系或皮带轮系的传动比为1:2～1:5。

13.根据权利要求10-12所述的传动机构，其特征在于，所述低速电机(20)可以整体式安装也可以将电机(49)、少齿差减速器(48)、刹车器(46)分体单独安装。

14.一种游梁式抽油机，其特征在于，其安装了如权利要求10-13之一所述的传动机构。

15.根据权利要求14所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述游梁式抽油机中，曲柄中心线与连杆枢纽(8)中心点和曲柄安装枢轴中心点(47)连线之间的夹角为ф±&，且连杆枢纽(8)中心点和曲柄安装枢轴中心点(47)之间连线在曲柄中心线上的投影长度为A±a，其中：

ф为传统游梁式抽油机的曲柄中心线与连杆枢纽(8)中心点和曲柄安装枢轴中心点连线之间的夹角；

&为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的夹角角度；

A为传统游梁式抽油机的连杆枢纽8中心点和曲柄安装枢轴中心点之间连线在曲柄中心线上的投影长度；

a为本申请的游梁式抽油机比传统的游梁式抽油机增加或减少的投影长度。

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