基于等强度理论的电动修井机变速器传动优化

发布时间：2017-12-13 20:11

  本文关键词：基于等强度理论的电动修井机变速器传动优化

  更多相关文章： 电动修井机变速器 等强度 优化设计 ANSYS Workbench MATLAB

【摘要】：齿轮变速器是电动修井机传动系统的重要零部件,随着我国石油需求量不断增加,人们对石油钻井机械种类和质量的要求也越来越高。针对目前渐开线圆柱齿轮变速器的寿命存在严重不等的现象,本文基于齿轮等强度设计理论、有限元分析方法以及机械优化设计理论对齿轮变速器中的齿轮进行优化设计,达到提高经济效益和提高产品质量的目的。首先,讲述了电动修井机的结构和工作原理,明白了该齿轮变速器的结构和承担的工作任务,该齿轮变速器极端工作状况时,修井机大钩载荷为633KN,大钩的速度为0.29m/s.调查发现齿轮变速器的齿轮失效形式主要是弯曲疲劳应力和接触疲劳应力造成的,采用ANSYS Workbench软件对各个齿轮进行仿真分析,得到评估结果表示该齿轮变速器的各个齿轮存在较大的强度差,尤其是齿轮的弯曲强度差比较明显,可是在石油机械行业不允许这种现象存在。必须基于等强度设计理论和优化设计理论进行再次设计。齿轮等强度反映的是齿轮的等寿命,所以我们可以把齿轮强度安全系数作为研究的指标,齿轮等强度的具体目标可以表述成:齿轮变速器中所有齿轮的弯曲安全系数相等或趋近,接触安全系数相等或趋近。本文齿轮等强度的具体目标为:齿轮变速器中所有齿轮接触安全系数值方差最小,并且满足接触强度条件;齿轮变速器中所有齿轮弯曲安全系数值方差最小,并且满足弯曲强度条件。在保证零部件可靠性的情况下,以齿轮变速器体积最小和齿轮等强度为目标,齿轮的各个参数为设计变量,建立了相应数学模型,基于线性加权的计算方法,采用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对其优化计算,最终得到了比较理想的优化结果。与原有的设计结果相比较,齿轮变速器的体积减小了30%,各个齿轮的强度基本趋近,优化效果明显,提高了经济效益。为了保证新设计的齿轮变速器工作时不受振动影响,基于模态分析理论,采用ANSYS Workbench软件对该齿轮变速器进行了模态分析,提取前9阶模态分析结果发现该齿轮变速器的自由模态频率与齿轮的啮合频率、转速同步频率相差甚远,工作时不会产生共振问题。最后,对全文作出了总结,为下一步研究工作提出了展望。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE935

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