基于動力學的海上鉆井平臺升降系統(tǒng)齒輪箱可靠性分析.pdf

1、齒輪齒條式升降系統(tǒng)普遍應用于淺海域自升式鉆井平臺。齒輪箱系統(tǒng)作為鉆井平臺的關(guān)鍵配備之一，在海上運行時多面對復雜的環(huán)境載荷及內(nèi)部激勵，動態(tài)特性復雜，易出現(xiàn)齒輪磨損和齒輪齒面點蝕等損傷。由于在海上平臺進行更換、維修困難，成本高，因此要求齒輪箱系統(tǒng)具有更高的可靠性，以滿足平臺的安全性和使用經(jīng)濟性。本文以升降系統(tǒng)齒輪箱為研究對象，運用虛擬樣機方法建立多體動力學計算模型，研究齒輪副動態(tài)嚙合力和均載性等動力學性能，建立齒輪箱系統(tǒng)的可靠性評估模型，在

2、考慮齒輪系統(tǒng)動力學特性下進行可靠性分析。
　　根據(jù)齒輪箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖紙，基于 SolidWorks建立各零部件的實體模型，對齒輪進行裝配從而得到整個系統(tǒng)物理模型。借助軟件間的數(shù)據(jù)傳遞功能，基于動力學仿真軟件 ADAMS對模型施加邊界條件、建立輪齒接觸力模型，從而得到齒輪箱系統(tǒng)的動力學虛擬樣機模型。針對標準升降工況，設置輸入與負載進行動力學仿真計算。通過對各齒輪軸轉(zhuǎn)速與齒輪副嚙合力分析，驗證虛擬樣機的正確性。
　　建立動態(tài)均載

3、系數(shù)計算模型，通過提取虛擬樣機中齒輪副嚙合力仿真結(jié)果，計算每個齒頻周期均載系數(shù)，進而得到一個運動周期內(nèi)均載系數(shù)變化曲線；研究輸入轉(zhuǎn)速、工況負載、偏心誤差和嚙合剛度作為單一變量時對均載性能的影響。結(jié)合虛擬樣機與正交試驗法，對試驗結(jié)果的極差分析與方差分析確定各因素對均載系數(shù)影響的顯著性。
　　根據(jù)齒輪可靠性設計原理，針對齒面接觸疲勞強度和輪齒彎曲疲勞強度兩種失效模式，運用應力一強度干涉理論，采用 Monte Carlo模擬試驗方法計算

4、零部件的可靠度。為充分考慮動態(tài)特性對可靠性能的影響，其中行星齒輪機構(gòu)的均載系數(shù)采用動力學仿真得到；對切向力變量，進一步采用數(shù)理統(tǒng)計方法分析得知其概率密度分布復雜，不吻合常用的概率分布，將其作為任意分布隨機變量，采用舍選抽樣法得到符合真實切向力分布規(guī)律的隨機數(shù)。最后建立齒輪箱系統(tǒng)的可靠性評估模型，得到系統(tǒng)可靠度。
　　本論文中采用虛擬樣機技術(shù)，并通過舍選抽樣所得的隨機數(shù)將載荷的復雜性、變化性體現(xiàn)在可靠度計算中。計算得到的可靠度充分考