自升式海洋平台的齿轮齿条强度分析及动力学研究

摘要

齿轮齿条式升降系统是自升式海洋平台关键装置之一，其承载能力以及动力学特性是影响海洋平台安全稳定运行的关键因素。本文结合国外自升式海洋平台最新的研究成果，从结构上对自升式海洋平台升降系统进行了设计；运用有限元分析法和动力学分析法，对升降系统齿轮齿条装置分别进行了强度分析以及动力学分析；分析了不同裂纹情况对齿轮齿条强度的影响规律。
　　本文的主要研究内容有：
　　首先，从结构方面对齿轮齿条式升降装置进行了设计，利用三维建模软件Pro/E建立了升降装置的三维模型；通过对其进行受力分析，证明了升降装置传动方案的可行性；撰写了大模数齿轮的建模方法，完成升降装置所有零部件的三维建模，并对其进行了装配。
　　其次，借助有限元分析软件对升降系统的齿轮齿条机构进行了强度分析。分析得到了齿轮和齿条重点区域应力分布的规律；分别分析了齿轮在压力角，模数变化情况下，齿轮和齿条的接触应力以及弯曲应力的变化规律。
　　再次，研究了基于ADAMS的齿轮动力学分析的方法和步骤。运用ADAMS软件对升降装置进行了动力学分析，得到了不同负载工况下齿轮齿条的啮合力曲线图。分析了齿轮未完全断齿以及完全断齿工况下齿轮齿条的啮合力。对回转齿轮进行了动力学分析，结果得到不同负载工况以及不同转速工况下小齿轮和齿圈的啮合力曲线图。
　　最后，在之前有限元分析的基础上，分别建立了齿轮齿根不同长度、深度、宽度情况下的齿轮齿根裂纹模型。研究了裂纹的长度、深度以及宽度对齿轮齿条最大集中应力、接触应力和弯曲应力的影响机制。

目录

声明

第 1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2课题的国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4 本章小结

第 2章 升降装置传动方案的设计与建模

2.1自升式平台及齿轮齿条升降系统简介

2.2升降装置整体传动方案设计

2.3行星轮系的结构设计

2.4升降装置三维模型的建立

2.5 本章小结

第 3章 升降装置齿轮齿条接触分析

3.1接触问题的理论基础

3.2齿轮弯曲强度理论

3.3齿轮齿条强度分析

3.4齿轮齿条有限元结果分析

3.5齿轮主要参数对齿轮承载能力的影响

3.6本章小结

第 4章 升降装置齿轮齿条动力学仿真

4.1虚拟样机技术介绍

4.2 ADAMS动力学方程

4.3齿轮齿条动力学模型的建立

4.4齿轮齿条动力学仿真与结果分析

4.5小齿轮故障仿真分析

4.6齿圈动力学仿真分析

4.7本章小结

第 5章 齿轮含裂纹的应力分析

5.1齿轮疲劳裂纹的形成

5.2齿轮含裂纹有限元模型的建立

5.3不同裂纹长度情况下齿轮齿条的应力分布情况

5.4不同裂纹深度情况下齿轮齿条的应力分布情况

5.5不同裂纹宽度情况下齿轮齿条的应力分布情况

5.6本章小结

总结与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢