基于動(dòng)力學(xué)的海上鉆井平臺(tái)升降系統(tǒng)齒輪箱可靠性分析.pdf

1、齒輪齒條式升降系統(tǒng)普遍應(yīng)用于淺海域自升式鉆井平臺(tái)。齒輪箱系統(tǒng)作為鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵配備之一，在海上運(yùn)行時(shí)多面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境載荷及內(nèi)部激勵(lì)，動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，易出現(xiàn)齒輪磨損和齒輪齒面點(diǎn)蝕等損傷。由于在海上平臺(tái)進(jìn)行更換、維修困難，成本高，因此要求齒輪箱系統(tǒng)具有更高的可靠性，以滿足平臺(tái)的安全性和使用經(jīng)濟(jì)性。本文以升降系統(tǒng)齒輪箱為研究對(duì)象，運(yùn)用虛擬樣機(jī)方法建立多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，研究齒輪副動(dòng)態(tài)嚙合力和均載性等動(dòng)力學(xué)性能，建立齒輪箱系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型，在

2、考慮齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性下進(jìn)行可靠性分析。
　　根據(jù)齒輪箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖紙，基于 SolidWorks建立各零部件的實(shí)體模型，對(duì)齒輪進(jìn)行裝配從而得到整個(gè)系統(tǒng)物理模型。借助軟件間的數(shù)據(jù)傳遞功能，基于動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS對(duì)模型施加邊界條件、建立輪齒接觸力模型，從而得到齒輪箱系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)模型。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)升降工況，設(shè)置輸入與負(fù)載進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。通過對(duì)各齒輪軸轉(zhuǎn)速與齒輪副嚙合力分析，驗(yàn)證虛擬樣機(jī)的正確性。
　　建立動(dòng)態(tài)均載

3、系數(shù)計(jì)算模型，通過提取虛擬樣機(jī)中齒輪副嚙合力仿真結(jié)果，計(jì)算每個(gè)齒頻周期均載系數(shù)，進(jìn)而得到一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)均載系數(shù)變化曲線；研究輸入轉(zhuǎn)速、工況負(fù)載、偏心誤差和嚙合剛度作為單一變量時(shí)對(duì)均載性能的影響。結(jié)合虛擬樣機(jī)與正交試驗(yàn)法，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的極差分析與方差分析確定各因素對(duì)均載系數(shù)影響的顯著性。
　　根據(jù)齒輪可靠性設(shè)計(jì)原理，針對(duì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度兩種失效模式，運(yùn)用應(yīng)力一強(qiáng)度干涉理論，采用 Monte Carlo模擬試驗(yàn)方法計(jì)算

4、零部件的可靠度。為充分考慮動(dòng)態(tài)特性對(duì)可靠性能的影響，其中行星齒輪機(jī)構(gòu)的均載系數(shù)采用動(dòng)力學(xué)仿真得到；對(duì)切向力變量，進(jìn)一步采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析得知其概率密度分布復(fù)雜，不吻合常用的概率分布，將其作為任意分布隨機(jī)變量，采用舍選抽樣法得到符合真實(shí)切向力分布規(guī)律的隨機(jī)數(shù)。最后建立齒輪箱系統(tǒng)的可靠性評(píng)估模型，得到系統(tǒng)可靠度。
　　本論文中采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，并通過舍選抽樣所得的隨機(jī)數(shù)將載荷的復(fù)雜性、變化性體現(xiàn)在可靠度計(jì)算中。計(jì)算得到的可靠度充分考