随着石油工业的发展,高效率的井下驱动采油系统得到了广泛重视,该系统需要的是高速电机驱动、大扭矩的螺杆泵输出,所以需要一套管内减速系统。由于受到管径的限制,为实现大扭矩成为国内一直没有彻底解决的难题。本文通过方案设计与计算、优化设计和计算机仿真设计出一种高效采油管内减速器。根据采油环境的要求进行方案设计,对能实现同轴减速的传动类型进行计算和分析,确定采用具有功率分流作用的封闭周转轮系作为减速系统的传动型式。并进行了传动比公式推导、扭矩和效率计算、封闭功率和功率流方向研究,为管内减速系统结构设计和计算机仿真提供理论依据。本文将基本蚁群算法和内点惩罚函数法结合起来,提出“阶梯”寻优模型,为实现体积小、大扭矩,对减速器进行优化设计。该模型解决了基本蚁群算法在机械优化设计中遇到的多变量、有约束、低速率等难题,将改进蚁群算法成功应用于管内减速器优化设计中。通过对减速器均载理论分析,将渐开线短花键应用到均载设计中,采用“活动件”联接结构实现减速器行星轮的均载;由于减速器工作在高温、高压的原油环境下,减速器的密封至关重要。本文专门设计可补偿式机械密封,保证了管内减速系统的安全;在结构设计完成之后,采用Pro/E建立减速器的虚拟样机、干涉检测和运动仿真。根据仿真结果对减速器虚拟样机进行调整,得到了较好的仿真结果,并与理论计算进行验证。为了满足减速器各元件在大扭矩作用下的强度要求,本文采用ANSYS对减速器关键元件进行有限元分析。并根据分析结果对减速器结构进行调整以达到最优状态。由于准行星机构中齿轮所受扭矩较大,故采用ANSYS中接触单元对齿轮进行接触非线性分析,查看齿轮在啮合过程中应力变化情况。在仿真结果的基础上,最终确定减速系统结构参数并绘制全套工程图,完成高效采油管内减速系统的设计及仿真。