本文關(guān)鍵詞：基于等強(qiáng)度理論的電動修井機(jī)變速器傳動優(yōu)化

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【摘要】：齒輪變速器是電動修井機(jī)傳動系統(tǒng)的重要零部件,隨著我國石油需求量不斷增加,人們對石油鉆井機(jī)械種類和質(zhì)量的要求也越來越高。針對目前漸開線圓柱齒輪變速器的壽命存在嚴(yán)重不等的現(xiàn)象,本文基于齒輪等強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論、有限元分析方法以及機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論對齒輪變速器中的齒輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。首先,講述了電動修井機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,明白了該齒輪變速器的結(jié)構(gòu)和承擔(dān)的工作任務(wù),該齒輪變速器極端工作狀況時,修井機(jī)大鉤載荷為633KN,大鉤的速度為0.29m/s.調(diào)查發(fā)現(xiàn)齒輪變速器的齒輪失效形式主要是彎曲疲勞應(yīng)力和接觸疲勞應(yīng)力造成的,采用ANSYS Workbench軟件對各個齒輪進(jìn)行仿真分析,得到評估結(jié)果表示該齒輪變速器的各個齒輪存在較大的強(qiáng)度差,尤其是齒輪的彎曲強(qiáng)度差比較明顯,可是在石油機(jī)械行業(yè)不允許這種現(xiàn)象存在。必須基于等強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行再次設(shè)計(jì)。齒輪等強(qiáng)度反映的是齒輪的等壽命,所以我們可以把齒輪強(qiáng)度安全系數(shù)作為研究的指標(biāo),齒輪等強(qiáng)度的具體目標(biāo)可以表述成:齒輪變速器中所有齒輪的彎曲安全系數(shù)相等或趨近,接觸安全系數(shù)相等或趨近。本文齒輪等強(qiáng)度的具體目標(biāo)為:齒輪變速器中所有齒輪接觸安全系數(shù)值方差最小,并且滿足接觸強(qiáng)度條件;齒輪變速器中所有齒輪彎曲安全系數(shù)值方差最小,并且滿足彎曲強(qiáng)度條件。在保證零部件可靠性的情況下,以齒輪變速器體積最小和齒輪等強(qiáng)度為目標(biāo),齒輪的各個參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型,基于線性加權(quán)的計(jì)算方法,采用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fmincon函數(shù)對其優(yōu)化計(jì)算,最終得到了比較理想的優(yōu)化結(jié)果。與原有的設(shè)計(jì)結(jié)果相比較,齒輪變速器的體積減小了30%,各個齒輪的強(qiáng)度基本趨近,優(yōu)化效果明顯,提高了經(jīng)濟(jì)效益。為了保證新設(shè)計(jì)的齒輪變速器工作時不受振動影響,基于模態(tài)分析理論,采用ANSYS Workbench軟件對該齒輪變速器進(jìn)行了模態(tài)分析,提取前9階模態(tài)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)該齒輪變速器的自由模態(tài)頻率與齒輪的嚙合頻率、轉(zhuǎn)速同步頻率相差甚遠(yuǎn),工作時不會產(chǎn)生共振問題。最后,對全文作出了總結(jié),為下一步研究工作提出了展望。
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE935

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1 徐天，

本文編號：1286412