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换向机构是抽油机的重要组成部分之一。目前,立式抽油机的换向方式主要有机械换向和电机换向,其中机械换向以链传动换向机构为主,该换向方式存在现场维护难度较大,换向架链条寿命短以及换向冲击载荷大等问题;而电机换向方式成本高且有待于提高换向系统的寿命和可靠性。本课题前期研究人员结合不完全齿轮间歇传动与非圆齿轮变速传动的特点,设计了一种新型不完全非圆齿轮换向机构,能实现输入轴连续恒转速,输出轴周期性地匀加速—匀速—匀减速的正反转运动,本文在前期研究工作的基础上进行了以下研究:(1)通过改变输出轴的位置和是否在中间传动轴上加支撑轴承,设计了3种不完全非圆齿轮换向机构模型,并综合对比分析各种方案的优缺点,最后选择适合工程实际应用的最佳方案;以抽油杆行程为依据,确定非圆齿轮机构输入轴速度时采用曲线积分法,能准确满足输出行程要求。(2)分析非圆齿轮换向机构工作过程并根据不完全非圆齿轮齿廓的结构特点,分析换向时不完全齿轮首齿进入啮合与末齿退出啮合的过程;根据理论转角关系,得到换向时轮齿发生干涉的位置,在保证非圆齿轮换向机构能正常工作的前提下,对主动非圆齿轮首齿提出两种修形方法。(3)利用Solidworks对非圆齿轮换向机构进行实体建模,分别将主动非圆齿轮首齿两种修形方法的三维模型导入动力学分析软件ADAMS,进行运动学分析并得到各齿轮及轴的位移、速度、加速度和接触力曲线图,对比不同修形方法的曲线图得到最佳修形方法;确定轮齿最大冲击力,为以后齿根最大弯曲应力分析及轮齿优化提供基础。(4)利用ANSYS有限元分析软件对输出齿轮轴、主动非圆齿轮首齿和末齿进行有限元静力学分析,得到应力应变分布云图,并根据分析结果对非圆齿轮进行参数优化,对优化后的轮齿进行强度校核,检查其是否满足弯曲疲劳强度条件,优化后的换向机构不仅能满足疲劳强度要求还减小了机构整体尺寸,对工程实际意义重大。