涡旋弹簧疲劳寿命分析及应用

发布时间：2020-06-15 14:06

【摘要】：摩擦换向抽油机是一种新型的抽油系统。由于其频繁换向，升降机械在“正转—停车—反转”的变换时刻，加速度较大，加之较大的载荷，系统内部将产生较大的冲击，使得系统的功率需求波动幅度很大，动力源一直工作在不稳定状态下。选择功率小，则导致经常性过载；反之，则又导致动力浪费。系统中的各个机械零部件如抽油杆、减速器轴上的针轮轴承、钢丝绳等寿命也都受到冲击的影响。能否减小电机的功率波动幅度，改善机构中各零部件的载荷情况，进而降低能耗，并提高整个工作系统的使用寿命，是关系到摩擦换向抽油机这种新型石油机械设备生存与发展的重要课题。 在动力轴和承载构件之间加缓冲器是解决这一问题的很好的办法。基于这一构思，我们在减速器的输出轴与摩擦轮之间加涡旋弹簧做缓冲器，经过理论分析与实践检验，有效地减缓了速度突变，减轻了系统在正反转换向瞬间受到的冲击，提高了系统寿命的同时，节能效果十分明显。 作为缓冲器主要组成部件之一的涡旋弹簧，其性能的好坏直接影响缓冲器的缓冲效果，进而影响整个升降机的使用寿命。为确保涡旋弹簧使用的可靠性，本文对涡旋弹簧进行疲劳寿命分析。 本文根据对摩擦换向抽油机的工作状况分析，首先初步计算出涡旋弹簧的几何参数，利用三维建模软件UG，建立涡旋弹簧的三维实体模型；其次通过大型有限元分析软件ANSYS中内置的IGES转换过滤器，将涡旋弹簧实体模型转换到ANSYS软件中，对其进行应力—应变分析；最后根据其分析结果，对涡旋弹簧的最大危险应力点进行疲劳寿命分析。根据上述分析结果对传统弹簧传统理论进行验证，为进一步优化提供理论依据。 随着摩擦换向抽油机的不断完善，这种抽油机将会很好地应用于石油开采领域，本文的预研工作也将有力地推动这种抽油机的应用。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH135
【图文】：

根据涡旋弹簧几何参数，运用三维建模软件UG中的LawCurve(规律曲线)命令[38]，建立阿基米德螺旋线[39]，再通过sweePalongGulde(扫掠向导)命令，建立涡旋弹簧几何模型。模型如图4一1所示图4一1涡旋弹簧实体模型

运用ANSYS中的通用后处理器POSTI，对涡旋弹簧模型进行结果分析。等值线图是ANsys后处理中最经常使用的图形显示[#5]。用图形显示命令PLESoL可观察模型各个节点的应力分布情况，包括其大小和变化梯度(见图4一)。图4一4涡旋弹簧在光栅模式下的应力等值线图列表有助于查看准确的结果数据;还可以通过对列表进行排序，以方便读取数据;列表的另一用途是有助于存档(如报告)对节点结果数据、单元解数据、节点载荷、单元表数据等都可以进行列表操作l’6]。

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本文编号：2714522