基于随机有限元法的行星传动装置疲劳可靠性分析

发布时间：2017-11-05 13:34

  本文关键词：基于随机有限元法的行星传动装置疲劳可靠性分析

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【摘要】：通常情况下,齿轮传动系统的主要失效形式为轮齿失效,而轮齿又是通过多种形式失效的。在轮齿所有失效形式中,所占比例最大的是疲劳断齿,其次是表面接触疲劳,疲劳破坏是轮齿失效的主要形式之一。因此,有必要对齿轮传动系统的疲劳可靠性进行研究。本文利用随机有限元法的疲劳可靠性分析方法,对某海上石油平台行星传动装置进行了疲劳可靠性分析,分析中综合考虑了零件所受载荷、尺寸、材料性能等参数的不确定性。本文以ANSYS有限元软件为平台,对传动装置中各关键部件进行了弯曲疲劳可靠度与接触疲劳可靠度计算分析,并在此基础上计算了行星传动装置整体的疲劳可靠度,主要内容如下:(1)总结了海上石油平台、大型传动装置、疲劳分析与疲劳可靠性分析的国内外研究现状;归纳阐述了机械疲劳可靠性分析理论方面的基础知识,然后在此基础上给出了机械产品疲劳可靠性的研究方法。(2)以某海上石油平台升降系统中行星传动装置为研究对象,对其工况进行了分析,在此基础上,计算出了传动装置在工作过程中各构件的转速、功率以及转矩,然后对行星传动装置疲劳可靠性分析思路及流程进行了详细描述。(3)以ANSYS有限元软件为平台,介绍了有限元静力分析的理论基础知识,并对有限元法分析问题的基本流程做了说明。然后对行星传动装置中各零部件进行了有限元与传统理论的静强度计算,并将有限元计算结果与传统理论计算结果进行了对比分析。结果表明,各零件的静强度理论上均满足设计要求,但是有限元计算结果相对更准确,这是由传统理论计算时没有考虑齿轮重合度的影响造成。(4)在零部件静强度分析的基础上,对行星传动装置各单一零部件做了设计寿命内的疲劳可靠性分析,分析结果表明:一级太阳轮、二级太阳轮与二级齿圈设计寿命内的弯曲疲劳可靠度低于其相应齿轮副设计寿命内的接触疲劳可靠度;结果同时表明:设计寿命内虽然齿轮所受的弯曲应力与齿面接触应力远小于其许用应力,但是其可靠度并未达到100%,说明传统设计中仅对构件进行静强度分析是不够的,即使强度满足设计要求,在其设计寿命内也有可能失效,为了进一步提高构件在设计寿命内的安全可靠性,有必要对其进行疲劳可靠性计算分析。最后,在单个零部件疲劳可靠性分析的基础上,对行星传动装置整体设计寿命内的疲劳可靠度进行了计算,得到整个装置设计寿命内的疲劳可靠度为88.25%。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41

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本文编号：1144439