深海调查绞车卷扬机构的可靠性与轴承润滑分析

摘要

深海调查绞车是深海调查仪器投放和回收的特种甲板设备，它在深海取样、CTD调查等工作中起到了很重要的作用。传统的调查绞车已不能满足现代深海科研的要求，因此对于绞车的材料、性能、使用寿命有了更加严格的要求。在深海调查绞车的设计过程中，卷筒的选择对于设备的正常使用，稳定运行，维护费用、功率消耗等有重要影响。
　　 绞车的失效往往造成科研事业的停工检修，使调查科研无法顺利进行，其中卷扬机构的失效是影响绞车工作的最重要因素之一。因此，针对现有卷扬机构存在的问题对卷筒进行可靠性设计和有限元分析，研究其失效机理，建立失效故障树，并分析其组件在工作条件下的应力应变的特点，对于改进其结构减轻重量及提高其工作寿命是很有意义的。本文主要作了以下工作:
　　 (1)通过分析卷扬机构失效的各种机理，并对各种故障形式进行失效分析，通过使用故障树诊断法对卷筒轴承进行失效的定性分析和失效的定量分析，判断出卷扬机构失效的各种故障形式。
　　 (2)通过UG建立卷扬机构的几何模型，然后将建好的几何模型通过ANSYS与UG之间的无缝连接导入ANSYS中进行有限元分析，输出分析结果，并进行相应的应力应变分析。
　　 (3)在不考虑温度效应的牛顿流体基础上，建立了卷筒轴承线接触弹流润滑的数学模型。论述了多重网格方法的基本原理，并采用多重网格法求解了弹流润滑方程组，得到了数值计算结果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 深海调查绞车概述

1．1．1 绞车带缆收放系统的构成和工作原理

1．1．2 各绞车系统的结构和功能

1．2 研究深海调查绞车的意义及目的

1．3 国内外深海调查绞车的现状和常用绞车

1．3．1 背包式舷梯绞车

1．3．2 气动平移舷梯绞车

1．3．3 平行式分体绞车

1．3．4 转角式分体绞车

1．3．5 电动软梯绞车

1．4 本课题研究的主要内容

1．5 小结

第2章 绞车可靠性分析

2．1 故障树分析法

2．1．1 建立系统故障树的基本步骤

2．1．2 故障树中使用的符号

2．1．3 故障树的定性分析

2．1．4 故障树的定量分析

2．2 绞车组成和工作状态分析

2．3 卷筒材料的选择和技术要求

2．3．1 卷筒外壳材料的选择和技术要求

2．3．2 轴承座的选用和技术要求

2．3．3 轴承的选用及润滑

2．3．4 密封圈的设计和选择

2．4 卷筒轴承的失效

2．4．1 卷筒轴承失效机理

2．4．2 卷筒轴承失效的故障树分析

2．5 密封件的失效

2．5．1 密封件失效的形式

2．5．2 密封件失效的故障树分析

2．5．3 预防密封件失效的措施

2．6 润滑脂的失效

2．6．1 物理力学因素引起失效

2．6．2 化学因素引起的失效

2．6．3 杂质引起的失效

2．7 卷筒故障树分析及改进

2．7．1 卷筒故障树示意图

2．7．2 卷筒轮毂失效分析

2．7．3 牵引卷筒上钢缆张力分析

2．7．4 储缆卷筒钢缆分析

2．8 本章小结

第3章 绞车卷筒建模与有限元分析

3．1 绞车卷筒建模

3．1．1 UG NX软件介绍

3．1．2 建立卷筒几何模型

3．2 ANSYS简介

3．2．1 软件功能简介

3．2．2 前处理模块PREP7

3．2．3 求解模块SOLUTION

3．2．4 后处理模块POST1和POST26

3．3 卷筒壳体的有限元分析

3．4 轴承座的结果分析

3．5 卷筒轴的结果分析

3．6 本章小结

第4章 卷筒轴承的弹流润滑分析

4．1 几何关系

4．2 无量纲参数

4．2．1 计算载荷参数

4．2．2 计算速度参数

4．3 载荷参数对润滑性能参数的影响

4．3．1 载荷参数对压力分布和油膜厚度的影响

4．3．2 载荷参数对二次压力峰的影响

4．3．3 载荷参数对最小油膜厚度的影响

4．4 速度参数对润滑性能参数的影响

4．4．1 速度参数对压力分布和油膜厚度的影响

4．4．2 速度参数对二次压力峰的影响

4．4．3 速度参数对最小油膜厚度的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果