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轉(zhuǎn)盤是鉆機最重要的設備之一，針對石油鉆井工藝的發(fā)展，超深井、水平井和定向井對轉(zhuǎn)盤性能的要求日漸嚴格。轉(zhuǎn)盤的性能直接決定著鉆機鉆進能力，轉(zhuǎn)盤的研究生產(chǎn)直接關乎我國是否有能力自主研制萬米以上的鉆機設備。而錐齒輪作為轉(zhuǎn)盤中的主要部件之一，它直接決定了轉(zhuǎn)盤性能的好壞。錐齒輪失效的主要原因之一受載輪齒齒根圓角處的彎曲應力過大造成的，這些應力往往使齒輪的總壽命縮短，甚至使齒輪突然發(fā)生斷裂。
通過Pro/E軟件建立轉(zhuǎn)盤錐齒輪三維實體模型，采用ANSYS軟件建立相應的有限元模型，實行加載求解，進行齒輪應力有限元分析，并與傳統(tǒng)計算方法比較，這種方法為圓錐齒輪的精確設計提供了可靠的依據(jù)和方法。以轉(zhuǎn)盤中小錐齒輪為例，首先在Pro/E中創(chuàng)建精確模型，為了便于在有限元分析中劃分網(wǎng)格，應當忽略掉那些在三維實體中不重要的小線，小面，因此，在Pro/E界面下，建立錐齒輪的三維實體模型的過程中，忽略了齒頂和齒根處的倒角。
由于只需分析一個齒廓的受力情況，同時減少劃分單元和運算時間，所以采用1/4齒輪建立有限元模型。選用SOLID187單元類型，彈性模量E=2.06 GPa，泊松比P = 0.3，材料密度7900 kg /m。采用24 mm固定尺寸自由網(wǎng)格劃分整體網(wǎng)格，并對所分析齒的齒面進行網(wǎng)格細化，劃分結(jié)果得：7526個單元，12117個節(jié)點。
研究詳細地介紹了鉆機轉(zhuǎn)盤錐齒輪的實體建模及齒輪應力靜態(tài)分析有限元方法。將Pro/E與ANSYS兩種軟件相結(jié)合，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，并且，將結(jié)論與常規(guī)計算應力方法比較，相互驗證。完成計算后，通過ANSYS通用后處理器觀察齒根彎曲應力等值圖。表示載荷步終止時間1，子步數(shù)1，時間1的等效應力圖，圖中顯示最大位移為0.469e-2mm，最小應力為0.01063MPa，在齒根位置處的彎曲應力最大，為150.758MPa，這與常規(guī)計算150.86MPa基本吻合，這說明在分析轉(zhuǎn)盤大直徑錐齒輪中所使用的傳統(tǒng)計算方法是可用的，只是結(jié)果略顯偏大于有限元法。
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