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自升式平台齿轮弯曲强度分析与扭矩监测
| 论文题名： | 自升式平台齿轮弯曲强度分析与扭矩监测 |
| 关键词： | 海洋油气田勘探;自升式平台;齿轮;弯曲强度;扭矩监测 |
| 摘要： | 世界能源问题日益严重，但随着大陆油气田的勘探难度越来越大，目前勘探领域从陆地转向海洋，而自升式平台是海洋油气田勘探中使用最多的海洋平台。齿轮齿条升降系统是自升式平台的核心装置，直接承担平台载荷和外载荷。为保证自升式平台安全作业，防止因齿轮弯曲强度不足或是载荷分配不均导致的重大安全事故发生，齿轮的弯曲强度分析和扭矩监测至关重要。本文的主要研究内容包括： （1）建立了某自升式平台齿轮齿条三维模型，然后对齿轮齿条进行了静态和动态接触分析，得到了齿轮齿条啮合过程中的齿根应力变化规律。然后针对齿面磨损的齿轮进行了动态接触分析，研究了齿轮齿面磨损对齿轮弯曲强度的影响。 （2）对自升式平台爬升齿轮扭矩监测系统进行总体设计，提出了基于扭转角式扭矩测量原理，在爬升齿轮通孔内安装光纤光栅扭矩传感器的扭矩监测方案；然后介绍光纤光栅扭矩测量原理，并对扭矩测量装置弹性元件的结构进行设计及优化；最后对光纤光栅信号传输装置和光纤光栅解调及信号处理装置进行了介绍。 （3）设计并搭建扭矩标定实验平台，通过标定实验测试对设计的光纤光栅扭矩传感器的线性度、迟滞性和重复性等静态性能进行研究，实验结果表明：量程为20Nm的光纤光栅扭矩传感器的线性度为0.78%FS，迟滞误差为2.65%FS，重复性误差为1.202%FS。 （4）利用自升式平台原型试验机对爬升齿轮扭矩传感器和齿轮弯曲强度进行了测试实验。通过对光纤光栅扭矩传感器进行静态和动态测试，得到传感器静态灵敏度和动态灵敏度分别为0.92pm/t和1.02pm/t。对爬升齿轮齿根应力静载和动载分别进行了测量，测得的结果与有限元分析得到的结果大致相同，验证了利用有限元分析自升式平台爬升齿轮的有效性和准确性。 |
| 作者： | 杨鹏飞 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 宋春生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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