螺杆钻具万向轴啮合结构有限元分析
发布时间：2021-07-15 07:58
对某油田现场使用的花瓣式与花键式万向轴啮合结构进行了受力分析;并通过数值仿真分析软件,对不同啮合结构的静载能力、抗疲劳能力与抗磨损能力进行了分析。受力分析结果表明,啮合点产生的不平衡力会对马达产生反作用力,其位置变化越大,对马达反作用力越大。花键与花瓣式万向轴的有限元对比分析结果表明:花键式万向轴的静载能力、抗疲劳能力、铰链结构的抗磨损能力和对马达的反作用力均优于花瓣式万向轴,其静强度提高了29%,对马达的反作用力降低了75%;但花键抗磨损能力要弱于瓣齿,为防止花键过度磨损,花键式万向轴必须带有密封结构为花键提供密封和润滑。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
运动形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis1-转子(rotor)
1436应用力学学报第37卷2万向轴运动和受力万向轴运动形式和受力分析如图1所示(其中为自转角速度；为公转角速度；为偏心角；圆点为铰接点)，万向轴上端和马达连接部分随同马达作行星运动，下端和传动轴连接部分随同传动轴作定轴转动，通过上下铰链的换向作用，实现不同轴间转速的传递。万向轴主要受马达水力作用所产生的扭矩和轴向力，同时受万向轴自转及公转时所产生的离心惯性力。1-转子(rotor)；2-传动轴(transmissionshaft)图1运动形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis3啮合传动力平衡分析现有万向轴的铰链结构如图2所示，通过两端的球座与钢球或细长球面轴相配的形式提供铰链功能，一个万向节绕铰链中心作定心旋转，实现两个万向节之间的相对运动。1-花瓣式万向轴(petalcardanshaft)；2-花键式万向轴(splineuniversalshaft)；3-铰链结构(hingestructure)图2万向轴铰链结构形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge图3不同轴传递时啮合点轴向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission万向轴用于同轴之间的传递时，啮合点位于万向轴的同一轴截面上；而不同轴之间传递时，啮合点一般位于不同的轴截面上，如图3所示。下文中分析啮合点数量、轴向位置和应力大小对万向轴约束反力(马达反作用力)的影响。假设共有N个啮合面，啮合传动产生的接触压力的合力所产生的马达转子中心线的合力矩，大小等于马达扭矩。不同的啮合结构，每个啮合面上的啮合点在马达轴线(或传动轴轴线)上的相对位置是不同的，啮合点上的应力也有很大差异。而几何相对位置和应力大小将会影响万向轴对马达的反作用力，该反
球座与钢球或细长球面轴相配的形式提供铰链功能，一个万向节绕铰链中心作定心旋转，实现两个万向节之间的相对运动。1-花瓣式万向轴(petalcardanshaft)；2-花键式万向轴(splineuniversalshaft)；3-铰链结构(hingestructure)图2万向轴铰链结构形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge图3不同轴传递时啮合点轴向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission万向轴用于同轴之间的传递时，啮合点位于万向轴的同一轴截面上；而不同轴之间传递时，啮合点一般位于不同的轴截面上，如图3所示。下文中分析啮合点数量、轴向位置和应力大小对万向轴约束反力(马达反作用力)的影响。假设共有N个啮合面，啮合传动产生的接触压力的合力所产生的马达转子中心线的合力矩，大小等于马达扭矩。不同的啮合结构，每个啮合面上的啮合点在马达轴线(或传动轴轴线)上的相对位置是不同的，啮合点上的应力也有很大差异。而几何相对位置和应力大小将会影响万向轴对马达的反作用力，该反作用力影响定子橡胶的应力和疲劳寿命。啮合点应力只考虑啮合法向应力，受力分析如图4所示。XYZ为整体坐标系，为便于受力分析，建立如图4所示的局部坐标系X"Y"Z"，图4中万向轴的啮合接触点1的法向接触力的水平面投影正好垂直于纸面向内，即平行于X"轴。从啮合点1开始，按顺时针顺序将其余瓣齿啮合点进行编号。1N,XYF、2N,XYF、3N,XYF分别为啮合点法向力，1NF、2NF、3NF分别为在水平面方向的投影分力。同轴传递时(上下万向体之间夹角为0)，根据万向轴线型的特点，啮合点的法向力方向为啮合点的环向方向，因
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于大扭矩工况下的井下钻具花键接触分析[J]. 徐腾飞. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2016(04)
[2]基于有限元法的渐开线花键联接接触分析[J]. 王庆国,陈大兵,魏静,孙伟. 机械传动. 2014(01)
[3]基于UG的矩形花键有限元分析[J]. 吴爽. 机械工程师. 2010(07)
[4]螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿起下钻轴向接触分析[J]. 屈文涛,焦清朝,高晓刚,孟栋轩,王耀峰. 石油机械. 2009(07)
[5]螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿压扭组合强度分析[J]. 屈文涛,高晓刚,孟栋轩,路玥. 石油钻探技术. 2009(01)
[6]瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度分析[J]. 李增亮,苗长山,孙浩玉,李继志. 石油机械. 2006(12)
[7]螺杆钻具中的齿瓣式万向轴[J]. 周易文,刘重康. 石油矿场机械. 2001(05)
本文编号：3285323
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
运动形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis1-转子(rotor)
1436应用力学学报第37卷2万向轴运动和受力万向轴运动形式和受力分析如图1所示(其中为自转角速度；为公转角速度；为偏心角；圆点为铰接点)，万向轴上端和马达连接部分随同马达作行星运动，下端和传动轴连接部分随同传动轴作定轴转动，通过上下铰链的换向作用，实现不同轴间转速的传递。万向轴主要受马达水力作用所产生的扭矩和轴向力，同时受万向轴自转及公转时所产生的离心惯性力。1-转子(rotor)；2-传动轴(transmissionshaft)图1运动形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis3啮合传动力平衡分析现有万向轴的铰链结构如图2所示，通过两端的球座与钢球或细长球面轴相配的形式提供铰链功能，一个万向节绕铰链中心作定心旋转，实现两个万向节之间的相对运动。1-花瓣式万向轴(petalcardanshaft)；2-花键式万向轴(splineuniversalshaft)；3-铰链结构(hingestructure)图2万向轴铰链结构形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge图3不同轴传递时啮合点轴向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission万向轴用于同轴之间的传递时，啮合点位于万向轴的同一轴截面上；而不同轴之间传递时，啮合点一般位于不同的轴截面上，如图3所示。下文中分析啮合点数量、轴向位置和应力大小对万向轴约束反力(马达反作用力)的影响。假设共有N个啮合面，啮合传动产生的接触压力的合力所产生的马达转子中心线的合力矩，大小等于马达扭矩。不同的啮合结构，每个啮合面上的啮合点在马达轴线(或传动轴轴线)上的相对位置是不同的，啮合点上的应力也有很大差异。而几何相对位置和应力大小将会影响万向轴对马达的反作用力，该反
球座与钢球或细长球面轴相配的形式提供铰链功能，一个万向节绕铰链中心作定心旋转，实现两个万向节之间的相对运动。1-花瓣式万向轴(petalcardanshaft)；2-花键式万向轴(splineuniversalshaft)；3-铰链结构(hingestructure)图2万向轴铰链结构形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge图3不同轴传递时啮合点轴向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission万向轴用于同轴之间的传递时，啮合点位于万向轴的同一轴截面上；而不同轴之间传递时，啮合点一般位于不同的轴截面上，如图3所示。下文中分析啮合点数量、轴向位置和应力大小对万向轴约束反力(马达反作用力)的影响。假设共有N个啮合面，啮合传动产生的接触压力的合力所产生的马达转子中心线的合力矩，大小等于马达扭矩。不同的啮合结构，每个啮合面上的啮合点在马达轴线(或传动轴轴线)上的相对位置是不同的，啮合点上的应力也有很大差异。而几何相对位置和应力大小将会影响万向轴对马达的反作用力，该反作用力影响定子橡胶的应力和疲劳寿命。啮合点应力只考虑啮合法向应力，受力分析如图4所示。XYZ为整体坐标系，为便于受力分析，建立如图4所示的局部坐标系X"Y"Z"，图4中万向轴的啮合接触点1的法向接触力的水平面投影正好垂直于纸面向内，即平行于X"轴。从啮合点1开始，按顺时针顺序将其余瓣齿啮合点进行编号。1N,XYF、2N,XYF、3N,XYF分别为啮合点法向力，1NF、2NF、3NF分别为在水平面方向的投影分力。同轴传递时(上下万向体之间夹角为0)，根据万向轴线型的特点，啮合点的法向力方向为啮合点的环向方向，因
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于大扭矩工况下的井下钻具花键接触分析[J]. 徐腾飞. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2016(04)
[2]基于有限元法的渐开线花键联接接触分析[J]. 王庆国,陈大兵,魏静,孙伟. 机械传动. 2014(01)
[3]基于UG的矩形花键有限元分析[J]. 吴爽. 机械工程师. 2010(07)
[4]螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿起下钻轴向接触分析[J]. 屈文涛,焦清朝,高晓刚,孟栋轩,王耀峰. 石油机械. 2009(07)
[5]螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿压扭组合强度分析[J]. 屈文涛,高晓刚,孟栋轩,路玥. 石油钻探技术. 2009(01)
[6]瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度分析[J]. 李增亮,苗长山,孙浩玉,李继志. 石油机械. 2006(12)
[7]螺杆钻具中的齿瓣式万向轴[J]. 周易文,刘重康. 石油矿场机械. 2001(05)
本文编号：3285323
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3285323.html
