ZP495型转盘锥齿圈剖分式联接设计与分析

【摘要】现阶段转盘是石油钻采机械中石油钻井平台上不可缺少的钻井设备。大型弧齿锥齿圈是转盘的主要传动部件,在我国对于ZP495型转盘所用的弧齿锥齿圈以及更大开口直径的弧齿锥齿圈的制造较为困难。石油机械生产企业需要从国外购买大型专用设备,这样不仅增加了企业的制造成本,同时也降低了我国石油设备的竞争力。因此,针对这个问题,根据ZP495型转盘对锥齿圈的使用要求,拟采用剖分式结构对锥齿圈重新设计,并对设计结果进行有限元分析。按照机械设计的相关设计步骤和设计准则,对ZP495型转盘中锥齿圈采用四块等90。的剖分式结构设计,并参考剖分式圆柱直齿圈的各种剖分而联接方式选用最适于本课题的联接结构。利用Pro/E三维实体软件对完成后的设计结果采用参数化方法建立三维实体模型,并进行简化；根据锥齿圈在ZP495型转盘中的受力,并充分考虑螺栓联接的接触方式,运用有限元软件对剖分式锥齿圈模型完成了静力分析和模态分析。其一验证根据传统设计方法所设计的锥齿圈结果是否和有限元软件分析结果相符,应用静力学分析方法保证设计的可靠性；其二针对不同的螺栓预紧力分析剖分式锥齿圈在承受最大载荷时联接是否可靠。完成了剖分式锥齿圈在空载情况下的模态分析与存在预应力时模态分析。本文主要研究内容与得到的结果如下：①根据企业的ZP495型转盘参数设计计算出用于本次设计的直齿锥齿圈所需参数,锥齿圈采用的材料为42Crmo,采用螺栓性能等级为5.8级；②根据设计计算,应用Pro/E建立直齿锥齿圈的参数化三维实体模型；③采用有限元软件,对剖分式锥齿圈实体模型进行不同载荷下的静力学分析；④针对不同预紧力对联接所用的螺栓进行静力学分析,既保证联接可靠,又不会因为预紧力不合适而对剖分式锥齿圈造成使用问题；⑤进行了动力学分析,消除了剖分式锥齿圈在实际使用时可能因引起共振和疲劳寿命不足而产生破坏的隐患,确保转盘的正常使用。
【作者】常宝华；
【导师】张力；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】ZP495转盘；锥齿圈；剖分式结构；联接方式；

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