论文部分内容阅读
齿轮齿条式升降系统普遍应用于浅海域自升式钻井平台。齿轮箱系统作为钻井平台的关键配备之一，在海上运行时多面对复杂的环境载荷及内部激励，动态特性复杂，易出现齿轮磨损和齿轮齿面点蚀等损伤。由于在海上平台进行更换、维修困难，成本高，因此要求齿轮箱系统具有更高的可靠性，以满足平台的安全性和使用经济性。本文以升降系统齿轮箱为研究对象，运用虚拟样机方法建立多体动力学计算模型，研究齿轮副动态啮合力和均载性等动力学性能，建立齿轮箱系统的可靠性评估模型，在考虑齿轮系统动力学特性下进行可靠性分析。 根据齿轮箱系统的结构图纸，基于 SolidWorks建立各零部件的实体模型，对齿轮进行装配从而得到整个系统物理模型。借助软件间的数据传递功能，基于动力学仿真软件 ADAMS对模型施加边界条件、建立轮齿接触力模型，从而得到齿轮箱系统的动力学虚拟样机模型。针对标准升降工况，设置输入与负载进行动力学仿真计算。通过对各齿轮轴转速与齿轮副啮合力分析，验证虚拟样机的正确性。 建立动态均载系数计算模型，通过提取虚拟样机中齿轮副啮合力仿真结果，计算每个齿频周期均载系数，进而得到一个运动周期内均载系数变化曲线；研究输入转速、工况负载、偏心误差和啮合刚度作为单一变量时对均载性能的影响。结合虚拟样机与正交试验法，对试验结果的极差分析与方差分析确定各因素对均载系数影响的显著性。 根据齿轮可靠性设计原理，针对齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度两种失效模式，运用应力一强度干涉理论，采用 Monte Carlo模拟试验方法计算零部件的可靠度。为充分考虑动态特性对可靠性能的影响，其中行星齿轮机构的均载系数采用动力学仿真得到；对切向力变量，进一步采用数理统计方法分析得知其概率密度分布复杂，不吻合常用的概率分布，将其作为任意分布随机变量，采用舍选抽样法得到符合真实切向力分布规律的随机数。最后建立齿轮箱系统的可靠性评估模型，得到系统可靠度。 本论文中采用虚拟样机技术，并通过舍选抽样所得的随机数将载荷的复杂性、变化性体现在可靠度计算中。计算得到的可靠度充分考虑了行星齿轮系统实际的载荷分配不均匀系数和齿轮副动态啮合力，更真实的反映出系统实际工作状态下的可靠性水平。对升降系统的设计、制造及优化有一定的实际工程应用价值。