基于偏载作用下的齿轮齿条啮合仿真研究

在研究的齿轮齿条钻机设计方案中,由于其特殊的结构设计,钻机井架重心和传动系统重心不在同一竖直平面上,产生的附加弯矩将会影响齿轮齿条的啮合。鉴于此,根据钻机实际偏载工况,建立了齿轮齿条模型,并从齿轮强度校核理论、有限元仿真两方面分析了齿轮齿条的啮合情况。分析结果表明:相比于无附加弯矩,附加弯矩会导致齿轮和齿条的齿面应力分布不均;同时随着附加弯矩的增加,应力呈线性增加,并在齿条受拉方向集中程度增加,增大了齿轮齿条轮齿破坏的风险;当齿轮运动逐步靠近齿条顶端时,推断齿轮和齿条可能出现脱开;附加弯矩将严重影响钻机的安全运行和钻井安全,并对齿轮齿条起升系统、井架结构和材料强度提出了更高要求。所得结论对钻机的设计具有一定的指导意义。     

齿轮齿条钻机起升系统动态响应分析

齿轮齿条钻机起升系统的动力学特性是影响其工作性能的重要因素。在动力学分析的基础上,建立了单对齿轮齿条啮合的动力学模型以及多对齿轮齿条啮合下起升系统的动力学模型,揭示了齿轮时变啮合刚度对系统动态响应的影响规律,并利用Solidwork与ADAMS联合建模方法,进一步分析了起升系统在不同工况下齿轮齿条之间的接触力以及齿轮转速随时间的变化规律。分析结果表明,齿轮齿条钻机起升系统齿轮的输出转速因内部激励的影响随时间发生变化,并且与啮合力之间存在冲击峰值的同步性;在工况相同条件下,与起钻过程相比,起升系统下钻过程的振幅变化较大,齿轮转速曲线振幅与齿轮齿条啮合接触力曲线振幅同时增加。研究结果可为齿轮齿条钻机起升系统的优化设计提供参考。     

自升式平台升降系统齿轮齿条疲劳强度分析

自升式平台的升降系统通常采用超大模数、少齿数的齿轮轴和齿条传动。但目前缺少权威的疲劳极限设计理论,也没有相关的强度计算标准。依据美国国家标准ANSI/AGMA 2001-D04,基于材料疲劳计算的S-N曲线,结合设计寿命,计算出超大模数齿轮、齿条的许用接触疲劳应力和许用弯曲疲劳应力,作为强度校核的判断标准。采用有限元软件计算静载荷下齿面的接触应力和齿根弯曲应力。为超大模数齿轮、齿条的设计提供了依据和方法。     

基于传递矩阵法的齿轮齿条钻机纵向振动分析

将齿轮齿条钻机简化为线性链式连续多体系统,基于传递矩阵法建立了齿轮齿条钻机各个结构纵向振动的传递矩阵,运用矩阵乘法建立了钻机纵向振动的传递矩阵。分段计算了小车在井架不同高度和1~3km井深时纵向振动的1阶共振频率,并将模型的计算结果与软件的仿真结果进行了对比分析。研究结果表明:齿轮齿条钻机的系统振动频率主要取决于钻柱长度;井架的高度及升降小车在井架上的运动对钻机系统频率的影响很小,不会改变钻机系统的稳定性。研究结果对齿轮齿条钻机作业有一定指导作用。     

基于虚拟样机技术的齿轮齿条啮合力仿真分析

齿轮齿条平移机构是影响机械手总成在猴道中运动性能的重要因素。在ABAQUS中建立有限元模型,同时定义边界条件和接触参数,分析了不同转速下齿轮齿条啮合过程中的齿面接触应力和弯曲应力,为齿轮齿条传动系统的选型计算提供了理论依据。基于Hertz弹性碰撞理论,在ADAMS中建立了虚拟样机模型,对齿轮齿条刚体啮合力进行了动力学仿真分析计算,并研究了其转速特性曲线,以减少齿轮齿条啮合过程中的冲击和振动。     

ZJ40／2250DB型双升式钻机井架及底座结构静力分析

根据钻机井架及底座的实际结构特点，建立了它的三维有限元模型，按2种工况对钻机及底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS9．0进行分析计算，给出了计算结果，结果分析表明ZJ40／2250DB型双升式钻机井架及底座满足强度、刚度要求。     

低速重载齿轮故障的振动分析与安全校核

运用振动监测进行故障诊断与分析,在多轴式齿轮传动、啮合频率较多且相差较大的情况下,判断出低速重载齿轮的故障,并通过对啮合频率的分析,得出了如何判断齿轮严重断齿数目的方法;同时,通过对齿轮箱工作安全系数的计算进行了承载能力的校核,提出了低速重载齿轮故障诊断和齿轮箱选型的建议。     

基于SAFI的液压缸起升式井架起升过程分析

通过对液压缸起升式井架起升过程的分析计算,阐明了起升力变化趋势,便于液压缸参数的选择以及井架的受力分析。利用有限元计算分析软件(SAFI)对井架起升工况进行了模拟计算,校核了起升工况下的井架强度,标明了起升工况下井架的薄弱点。与钢丝绳井架起升方式进行对比,指出了两者起升受力形式的不同之处,为液压缸式起升钻机的设计提供理论参考。     

海洋工程平台齿轮箱齿轮本体温度场仿真

为齿轮强度提高、轮齿修形及优化设计提供理论支持，研究不同转速和扭矩工况下齿轮本体温度场的变化。以海洋工程升降平台齿轮箱单元高速传动轴齿轮副为研究对象，基于热学理论计算齿轮啮合面的热流密度和不同表面的对流换热系数，利用大型有限元软件Ansys将计算出来的热流密度和对流换热系数作为边界条件加载到Ansys中，对齿轮进行稳态热分析，并分析不同转速和不同扭矩齿轮在正常工况下的稳态温度场。仿真结果表明：在正常稳态工况下，主动轮与从动轮的稳态温度场分布情况相似，最高温度分布在齿轮啮合面中间区域，往周围温度逐渐降低，但主动轮的最高温度高于从动轮；主动轮和从动轮的最高温度随着转速或扭矩的逐渐增大而升高，且对应的最低温度也升高；但主动轮和从动轮单齿本体温度场分布趋势不会随着齿轮转速或扭矩的改变而改变；从温度变化来看，在不同的扭矩和转速下，齿面温度变化的斜率均较为平稳，没有出现突变情况，温度集中于齿面，并且向齿轮轴心扩散，但在距离齿根圆2.5倍模数的区域，齿轮温度梯度变化的影响较小。     

K型井架和双升式底座的结构静力分析

根据ZJ40/2250DB型变频调速电驱动石油钻机的K型井架和双升式底座的实际结构特点,建立了它的三维有限元模型,按2种工况对井架及底座的有限元模型加载,应用专业有限元分析软件ANSYS9.0进行分析计算,给出了计算结果。结果表明,该型钻机的井架及底座满足强度、刚度要求。     

K型井架和双升式底座的结构静力分析

根据ZJ40／2250DB型变频调速电驱动石油钻机的K型井架和双升式底座的实际结构特点，建立了它的三维有限元模型，按2种工况对井架及底座的有限元模型加载，应用专业有限元分析软件ANSYS9.0进行分析计算，给出了计算结果。结果表明，该型钻机的井架及底座满足强度、刚度要求。     

齿轮齿条钻机井架概述

齿轮齿条钻机井架是一种很有发展前景的新型钻机井架,相比于传统钻机井架,它在结构形式上有很大的突破,即动力装置被设计在了井架上。本文通过介绍齿轮齿条钻机井架的特点和分类,结合其工作原理,详细总结出了齿轮齿条钻机井架的结构特点,为今后齿轮齿条钻机井架的结构设计提供了理论基础。     

双圆弧齿轮基准齿形的计算分析

<正> 在机械电子工业部部颁标准JB2940—81中,将双圆弧齿轮的基准齿形定义为假想的与齿轮共轭啮合的基准齿条的法截面齿形。从这一定义出发才能导出双圆弧齿轮的齿面方程及其滚刀齿形,从而为其成形理论、啮合特性、精度分析和测量尺寸的计算等提供基本依据,所以说双圆弧齿轮基准齿形的设计和计算具有十分重要的意义。     

自升式修井平台升降装置强度安全可靠性分析

借助有限元分析软件，以“胜利作业三号”自升式修井平台起升系统的重要部件－－齿轮齿条传动装置为研究对象，计算了起升系统在3种作业状态下的接触应力和弯曲应力，完成了传动装置的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度以及弯曲静强度的安全性校核，并在此基础上进行了概率可靠性分析。计算分析得出的结论对平台的设计、制造和管理具有一定的指导意义。     

四单根立柱超深井钻机井架起升

ZJ90/6750DB-S型四单根立柱超深井钻机井架高度高、起升重力矩大,起升难度大。采用理论公式法和有限元法分别计算井架起升载荷,相互验证2种方法的计算结果,确保计算的可靠性。对风载耦合下井架的起升强度进行有限元分析,确保井架起升强度满足设计规范要求。现场应用中,实际测得的井架起升过程中最大大钩载荷以及井架最大应力与计算结果相近,井架实现安全起升,验证了计算的准确性。解决了超高、重载井架的安全起升问题。     

双圆弧齿轮传动的温度场和热变形分析

重载高速运转的双圆弧齿轮传动,由于摩擦生成热量很大,不仅影响到传动系统(齿轮箱)的整体温度场,而且其本身因齿面或滚动体接触处的高温导致过大热变形,引起附加热应力,严重影响双圆弧齿轮传动的性能、工作可靠性及其使用寿命。为此,结合齿轮传动的传热学、摩擦学及啮合原理,建立了齿轮箱三维热分析有限元模型,计算了不同对流换热系数条件下处于热平衡状态的齿轮箱本体温度和摩擦副零件热变形,分析了稳态温度场和热变形的变化规律。计算结果表明,对于三维几何体的计算对象,采用有限元法求解温度分布、热应力、热变形等问题,比较精确、方便,更接近实际工况。     

国外多功能齿条齿轮钻机技术现状

齿条齿轮钻机能够主动施加钻压,在水平井、大位移井强制下管柱等钻井作业方面具有常规钻机不可比拟的优势,在国外备受关注。在指出齿条齿轮钻机的结构和性能特点后,重点介绍了挪威TTS Sense公司、美国American Augers公司和德国Max Streicher等3家国外公司生产的齿条齿轮钻机,简述了钻机的结构特点,给出了其主要技术参数,并分析了这3家公司产品的不同之处,最后在此基础上提出了我国研发电驱动齿条齿轮钻机的建议。     

ZJ40CDY斜井齿轮齿条钻机液压顶驱的研制

为满足斜井齿轮齿条钻机的特殊作业要求,研制了ZJ40CDY斜井齿轮齿条钻机。其中配置的DQ250Y液压顶驱采用低速大扭矩空心轴马达直接驱动主轴进行钻井作业,配备管子处理系统以高效完成管具处理。其主马达液压控制采用闭式系统,两挡切换,可实现转速和扭矩的精确控制。另外还通过增加吊环倾斜支撑臂,有效解决了斜井作业时顶驱吊环后摆问题。现场试验结果表明,该顶驱的各项性能指标均符合设计要求,能很好地满足斜井齿轮齿条钻机的工况要求。该产品的研制成功为特种作业钻机配置适用顶驱提供了新选择。     

圆柱斜齿轮节圆夹具保持架设计

设计圆柱斜齿轮节圆夹具的关键是定位件的中心位置和定位件采用什么方法固定。经实际摸索,我们采用了如下计算方法,设计出节圆夹具的保持架,现介绍如下: 1 根据齿轮模数、齿数确定定位件加工齿轮时,定位元件一般采用圆柱体,对于螺旋角较大、齿面较厚或要求较高的齿轮,则采用弹簧钢丝绕成圆柱体。外径尺寸可以按2m_n(法向模数)确定,误差不得超过0.005mm,并根据齿轮的齿数确定定位圆柱数目3～5件,圆柱体长为齿宽的2/3,中心钻成通孔(孔的大小根据圆柱直径而定),圆柱需热处理HR_c59。 2 计算圆柱所在位置(参见图1) 由齿轮啮合原理可知     

四单根立柱超深井钻机井架液压辅助起升机理

ZJ90/6750DB-S四单根立柱超深井钻机的井架是国内最高的K型井架,超高重载特性使得其起升难度非常大;同时钻机的自动化升级改造,配套多套自动化装备,进一步增加了井架的重力、起升重力矩和难度。为更好地解决四单根立柱钻机井架起升难题,利用有限元方法开展了井架起升载荷及井架起升强度计算分析,在不改变井架主体结构尺寸的前提下,提出了通过增大初始起升角度来降低井架最大起升载荷的方案,并成功研制了液压高支架以辅助井架起升。现场应用情况表明:液压高支架辅助井架起升安全可靠,解决了升级后四单根立柱钻机重载超高井架的安全起升难题。研究结果为超高重载井架的起升作业提供了重要的理论和实践支撑。