一、螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响(论文文献综述)
刘阳[1](2021)在《制造误差下螺栓预紧力形成机理及其疲劳性能影响分析》文中进行了进一步梳理螺栓连接广泛应用于现代机器中,在航空航天行业中,螺栓连接装配的成本可以达到总成本的40%,装配螺栓的工作量大概为整机装配总工作量的一半,螺栓连接的装配质量对整机可靠稳定运行具有重大影响。螺栓连接的特点是通过施加合适的预紧力使整体的结构可以承受较大的载荷,而预紧力的精准控制一直是螺栓装配的难点和重点,影响螺栓拧紧精度的因素众多,包括材料、形状、尺寸、螺栓数量以及排列方式,装配环境等等,而我国的螺栓装配理论在螺栓防松、拧紧工艺的优化等方面有一些研究,但是对于制造误差对于装配质量的影响研究较少;另外缺乏实用性的计算服役阶段螺栓实际承受载荷的方法,因为绝大多数情况下螺栓承受的都是偏心载荷,并且连接结构各不相同,所以难以对螺栓承载传递函数做出统一的计算,国内大多数研究采用有限元仿真分析以及试验的方法针对某一特定结构进行研究,对于影响载荷传递函数因素的研究寥寥无几。针对以上两点问题,本文将结合面制造误差引入到预紧力形成以及接触应力状态变化的过程中,并在此基础上进一步分析了预紧力离散以及其他一些因素对服役阶段螺栓连接结构疲劳性能的影响规律。首先,本文以M10螺栓连接为例,建立了考虑螺距误差下的螺牙啮合理论模型,揭示了应力重分布的产生机理。然后,为了进一步定量的分析变化规律,建立了参数化的有限元单螺栓拧紧仿真模型,通过绘制不同制造误差下的扭矩-预紧力关系曲线,验证了制造误差下预紧力形成机理的正确性,通过对比不同制造误差下的螺栓节点应力分布云图,验证了制造误差对接触面应力重分布理论的正确性,并据此提出了一种改善螺栓承载性能的方法。最后,通过单螺栓拧紧试验建立了螺距误差与螺纹摩擦扭矩、端面摩擦扭矩以及螺栓预紧力的关联关系,验证了仿真模型的合理性以及上述理论的准确性。在以上工作的基础上,本文对螺栓服役阶段实际承受载荷的计算进行了研究,分析了不同阶段螺栓承载的变化,研究了预紧力离散对螺栓承载的影响,并进一步分析了影响螺栓承受载荷的因素,然后通过有限元仿真模型验证影响规律的准确性。本文将结合面制造误差带入到拧紧过程中螺栓预紧力形成过程中,并研究了其对服役过程中螺栓承载的影响,从螺栓拧紧精度和螺栓承载两个状态连续的角度分析了多种因素对螺栓连接疲劳性能的影响规律,对螺栓的装配工艺以及环形法兰螺栓连接结构的设计具有一定的指导意义。
张伟,刘阳,侯博文,陈德安,孙伟,韩啸[2](2021)在《螺距误差下的螺纹副应力分布及其对装配预紧力的影响研究*》文中提出螺栓连接结构中的螺纹副和端面接触应力分布规律对装配预紧力以及连接可靠性起着关键的作用,螺纹加工过程中所产生的螺距误差使理想条件下的接触应力发生变化,其导致的螺牙啮合顺序变化不仅会影响螺纹副的应力分布还会对端面的应力分布产生影响,使螺栓拧紧过程中的扭矩与预紧力关系也随之发生变化。针对上述现象,以M10螺栓连接为例,建立了考虑螺距误差下的螺牙啮合理论模型,揭示了应力重分布的产生机理;建立了全参数化的螺栓拧紧过程三维有限元模型,分析了不同的螺距误差分布模式对螺纹副应力、端面应力以及螺栓装配预紧力的影响规律,并通过对内外螺距的选配实现了螺纹副应力均匀分布。最后,通过单螺栓拧紧实验建立了螺距误差与螺纹摩擦扭矩、端面摩擦扭矩以及螺栓预紧力的关联关系,验证了仿真模型以及上述理论的准确性。
陈薇[3](2020)在《偏磨套管特殊螺纹接头三维力学特征及密封性能分析》文中研究表明随着超深、高压油气资源的大量开发,套管柱面临着拉伸、压缩、弯曲、内压、外压等愈加复杂的载荷工况,这对套管柱的性能提出了很高的要求。在实际井中,由于钻柱或其他作业管柱与套管柱的接触作用,套管柱内壁表面受到周向和轴向的摩擦作用,容易形成磨损。磨损套管柱在井下复杂载荷作用下易发生失效,造成巨大的经济损失。现场统计结果表明大部分的套管失效事故都发生在螺纹连接处,套管螺纹接头是套管柱的薄弱部位。因此分析偏磨套管特殊螺纹接头的三维力学特征及密封性能,对研究复杂载荷条件下油气井套管完整性具有重要意义。由于偏磨套管特殊螺纹接头受力特征复杂,解析分析十分困难;全尺寸实物实验是直接分析手段,但存在成本高、测量困难且加载困难问题;数值模拟方法是分析偏磨套管特殊螺纹接头受力特征的有力工具,然而由于偏磨套管特殊螺纹接头的力学性能分析涉及几何、材料和接触三重非线性,三维力学分析难度很大。目前套管特殊螺纹接头的研究主要采用二维有限元分析方法,而关于偏磨套管特殊螺纹接头三维有限元分析的研究成果很少。本文充分考虑接头的几何非线性、接触非线性和材料非线性,采用三维有限元分析方法实现了复杂载荷作用下动态磨损套管特殊螺纹接头的三维力学特性分析,重点研究了磨损量对其受力特征及密封性能的影响,探讨了不同磨损形式的影响。在此基础上,考虑密封接触面的粗糙度,提出了一种简化的螺纹接头主密封结构三维有限元微观接触力学模型,得到了一种适合于套管特殊螺纹接头密封性能评价的依据,并对锥-锥密封套管特殊螺纹接头及球-锥密封套管特殊螺纹接头的密封性能进行了评价,讨论了磨损量对偏磨接头密封面密封能力的影响。最后将得到的密封判据应用于实际井筒中磨损套管特殊螺纹接头的密封性能判断,验证了方法的可靠性。本文的主要工作和研究成果如下:1)在优化单元类型和网格的基础上,实现了完整套管特殊螺纹接头的三维力学特性分析,得到了螺纹牙、密封面和台肩面关键路径上的应力分布特征。与二维解析结果进行了对比,发现二维解析法因未考虑材料的塑性变形导致所得到的接触应力偏大。2)考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性,利用“切削法”实现了动态磨损套管特殊螺纹接头的三维有限元建模,分析了偏磨套管特殊螺纹接头的三维力学特征。结果表明:复杂载荷作用下,偏磨套管特殊螺纹接头整体以及磨损区域的von Mises应力上升,容易发生局部强度失效;螺纹牙接触应力呈现中间小、两端大的特点,近台肩、公扣大端的螺纹牙上的接触应力较大,容易造成粘扣;密封面轴向泄漏阻力最小路径上的平均接触应力、密封带接触宽度随磨损量的增加而下降,容易造成密封失效;随磨损深度的增加,台肩面环向上的接触力分布不均匀程度增大,泄漏风险增加。3)研究了不同磨损形式对套管特殊螺纹接头在复杂载荷作用下的受力特征及密封性能的影响。结果表明:偏心筒型磨损套管特殊螺纹接头由于磨损范围广,整体von Mises应力最高,月牙型磨损接头其次,零磨损接头最低,偏心筒型磨损接头最容易发生局部强度失效;在密封面轴向泄漏阻力最小路径上,月牙型磨损接头的平均接触应力、接触宽度小于零磨损接头,而偏心筒型磨损接头出现零接触力、零接触应力区域,密封性能最低;偏心筒型磨损接头台肩面环向上接触力不均匀程度最高,磨损位置的接触力最低,月牙型磨损接头其次,零磨损接头最均匀,因此偏心筒型磨损接头台肩的辅助密封性能最差。4)建立了简化的密封面三维有限元微观接触力学模型,得到了一种适合于套管特殊螺纹接头密封性能评价的依据,评价了不同表面粗糙度的锥-锥密封套管特殊螺纹接头及球-锥密封套管特殊螺纹接头的密封性能,并研究了接头的密封能力随磨损量的变化规律。结果表明:在外载荷作用下,接触面上凸峰为高应力区,凹谷为相对低应力区,凸峰的塑性变形和位移都较凹谷大;当材料处于弹性变形阶段,密封面微观接触力学模型中节点的位移变化很小,一旦材料发生了塑性变形,节点的位移迅速升高;在“上扣扭矩+110.0 MPa内压”作用下,1.94μm表面粗糙度的锥-锥密封套管特殊螺纹接头及球-锥密封套管特殊螺纹接头的密封面是泄漏的,实际使用时需添加螺纹脂辅助密封,同样工况下,0.1μm表面粗糙度的接头密封性能良好;随着磨损量的增加,套管特殊螺纹接头密封面的临界泄漏压差逐渐降低,密封性能下降。当接头发生5.0 mm月牙型磨损时,比未磨损时密封面临界泄漏压差下降了40.85%。5)针对实际井筒中偏磨套管特殊螺纹接头,建立了三维弹塑性有限元模型,进行了三维受力特征分析,利用提出的密封判据对接头密封面的密封性能进行了评价。结果表明:套管特殊螺纹接头磨损后,von Mises应力和塑性应变相对未磨损接头增大,增加了强度失效风险;螺纹牙关键路径上的接触应力有所上升,近齿顶和近齿根路径上平均接触应力分别上升了17.8%和11.5%,这加重了螺纹牙的承载负担,当材料发生塑性变形时,容易产生粘扣;发生偏磨后,密封面环向上的接触力均匀性下降;利用本文提出的密封判据对套管特殊螺纹接头磨损前、后密封面的密封性能进行评价,发现磨损前接头密封良好,磨损4.0 mm后,计算的泄漏率大于ISO规定的泄漏临界值,接头开始泄漏,这与实际测井资料吻合。
郑正鼎[4](2020)在《差动式行星滚柱丝杠传动特性理论研究》文中进行了进一步梳理差动式行星滚柱丝杠(differential planetary roller screw,DPRS)因其具有高精度、高效率、高负载比、高可靠性以及高稳定性等优点已被广泛应用于航空航天、武器装备、机器人、汽车、高精密机床和石油化工等国家重点发展领域。然而,目前DPRS存在基础理论研究薄弱和难以高质高效的批量化生产等问题,迫切需要对DPRS的基础共性技术进行研究。为此,本文以DPRS为研究对象,采用理论分析、数值计算和有限元仿真相结合的方法,系统研究了结构参数、材料特性、制造误差和装配误差等多因素综合作用下DPRS的传动特性及其变化规律,相关研究结果对DPRS的精度维持、寿命延长和可靠性提高等关键工程问题具有重要的理论意义和工程应用价值。主要研究内容如下:(1)基于DPRS运行原理和传动几何关系,开展了机构学分析,从数理层面论证了传动的合理性;建立了DPRS运动学分析模型,解析了各构件之间的运动关系和丝杠实际传动导程;基于空间啮合原理,建立了DPRS空间啮合几何学模型,采用数值方法对滚柱和丝杆的啮合点位置和接触区域进行了求解,揭示了不同滚柱轴向齿廓、关键结构参数、制造误差及装配误差对传动副啮合性能的影响规律。(2)运用赫兹接触理论建立了单根滚柱螺纹齿面载荷分布和承载能力的数值计算模型,并与有限元仿真结果以及已有文献计算结果进行对比,验证了模型的准确性;探讨了滚柱载荷分布对结构因素和螺纹加工误差的敏感性,得到了其对DPRS滚柱载荷分布的影响规律;提出滚柱螺纹牙均载设计方法,改善了滚柱载荷分布不均现象。(3)考虑滚柱与丝杆之间的实际接触情况,对Archard磨损理论进行了修正,建立了DPRS的精度损失预测模型,计算了滑动磨损的精度损失率,揭示了精度损失下的载荷分布变化规律;分析了结构参数、丝杆转速及螺母负载对DPRS精度损失的影响,并提出了改善DPRS精度损失的方法。(4)基于摩擦学理论,分析了DPRS摩擦阻力的产生原理,运用Lagrange方法建立了DPRS刚体动力学模型,得到了传动过程中的动态摩擦力矩和传动效率的求解方程;基于上述刚体动力学模型和求解方程,系统分析了结构参数、丝杆转速及螺母负载对DPRS动态特性的影响规律,给出了提高DPRS传动效率、延长丝杠综合使用寿命的设计与使用原则。
付祥夫[5](2020)在《车削大螺距螺纹刀具振动与磨损耦合机制及其切削稳定性》文中研究表明大螺距螺纹件作为数控龙门移动立式车铣床和数控大型多工位压力机的关键部件,其车削加工时具有大进给、大切深和低转速的特点,由此导致切削速度与进给速度匹配不合理,切削力倍增,进而造成工艺系统发生强烈振动。非线性多强场耦合作用下,刀具与工件之间的颤振改变刀-工摩擦副之间的接触关系,导致其摩擦学系统呈现动态变化,进而造成刀具磨损形态发生改变,并致使大螺距螺杆车削过程中的稳定性难以得到保证,无法完成大螺距螺纹面的高品质加工,成为大螺距螺杆切削效能大幅度提高的瓶颈。本文针对车削加工大螺距螺杆存在的上述问题,进行车削大螺距螺纹刀具振动与磨损耦合机制及其切削稳定性研究。通过研究大螺距螺杆车削加工工艺系统动力学特性,揭示切削刀具振动与磨损交互作用规律和耦合机制;进一步结合工件加工精度和表面质量预测,提出切削稳定性控制方法。对确保大螺距螺纹件高品质加工,完善车削大螺距螺纹刀具设计理论,推动高效切削技术的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。主要内容包括:基于“广义动力学空间”概念,扩大动力学研究的空间尺度,将整个切削加工系统作为一个整体进行研究。考虑振动造成刀具实际工作角度的变化和“类再生效应”造成瞬时切削层厚度的变化,构建大螺距螺杆瞬时切削力模型;构建大螺距螺杆车削工艺系统动力学模型,表征工艺系统在切削力及机床主轴等驱动机构不平衡运转载荷激励下的动力学行为;考虑刀具空间位置对工艺系统的动态变化影响,构建大螺距螺杆车削工艺系统刚度场和模态场仿真模型;通过所建立机床-刀具、机床-工件的频响函数,叠加机床激励和切削力对大螺距螺纹车削加工系统的影响,构建基于广义动力学空间大螺距螺纹车削工艺系统综合频响模型。车削大螺距螺纹刀具磨损的摩擦学行为与其动力学行为紧密联系。通过对刀具振动信号和刀具磨损量在时间历程下轮廓曲线进行互相关分析,建立二者非线性关系方程;通过振动作用下的大螺距螺纹车削仿真模型,对振动振频和振幅影响温度场、应力场和刀具磨损量的成因进行分析;研究车削大螺距螺纹刀具表面振动磨损形态、磨损量演变过程与切削力和刀具振动交互作用影响规律,构建振动影响下的大螺距螺纹车削刀具磨损模型,阐明刀具振动磨损耦合机制;通过对刃口结构和切削参数的优选,抑制振动对磨损的影响,提出刃口刃形保持性控制方法。从而实现刃口磨损均匀,提高刀具寿命。大螺距螺纹面的加工精度和表面质量直接影响着大螺距螺杆的使役性能。建立在工件坐标系下三维移动力作用的大螺距螺杆振动力学模型;建立了工件自激和刀-工耦合振动下的工件加工精度预测模型,分析了振动对螺杆大径、小径及左、右螺纹面牙型半角精度的影响程度;建立刀-工耦合振动下的表面形貌预测模型,分析了振动对工件表面轮廓线波形的影响规律;构建表面粗糙度与振动加速度信号特征值的关系方程,表征切削过程中振动对表面形貌的影响机制;通过大螺距螺纹件专用跟刀架来提高工件整体的刚性,抑制工件振动,从而有效提高工件加工精度和表面质量。切削稳定性能够保证大螺距螺杆高品质创成加工。通过对大螺距螺杆车削加工工艺路线的合理规划,提出车削大螺距螺杆加工工序;采用人工蜂群算法对精加工切削参数进行多目标优化,并基于动力学稳定域和瞬时切削力模型进行切削参数优选;以机械加工工艺路线(加工工序、加工机床、加工刀具和进刀方向)、切削参数和加工精度及加工表面一致性为优化变量,以车削稳定性为优化目标,建立大螺距螺杆车削稳定性控制模型,进行大螺距螺纹稳定性实验,验证大螺距螺纹车削工艺系统控制方法可靠性。
刘柱[6](2020)在《标准型行星滚柱丝杠副载荷分布及动态特性分析与研究》文中进行了进一步梳理行星滚柱丝杠副优异的承载性能,使其在航空航天领域受到了广泛的关注。与传统滚珠丝杠副相比,行星滚柱丝杠副有着结构紧凑、使用寿命长等优点。但是,行星滚柱丝杠副目前仍存在载荷分布不均和传动效率低的缺点,严重制约了其实际应用。本文主要分析了滚柱弯曲变形、螺纹误差和装配误差对标准型行星滚柱丝杠副载荷分布的影响,并从载荷优化、各滚柱轴向载荷差异、动态特性以及传动效率等方面进行理论研究和试验。本文提出了考虑滚柱弯曲变形时的标准型行星滚柱丝杠副的载荷分布计算方法,并通过有限元算法验证了理论结果的正确性。利用螺纹曲面啮合特性和上述载荷分布计算方法建立了各滚柱的轴向载荷分布计算模型。其次,综合考虑行星滚柱丝杠副结构参数,建立了以载荷均布为目标,螺纹强度为约束条件的优化设计模型,基于遗传算法得到了其结构参数最优解。为了进一步提高行星滚柱丝杠副承载能力,分析与研究了螺纹误差和装配误差对行星滚柱丝杠副载荷分布规律的影响。通过简化模型,建立了考虑行星滚柱丝杠副扭转时的动力学方程,从而得到了滚柱个数及螺纹牙数与系统固有频率的关系。根据摩擦学原理推导了行星滚柱丝杠副传动效率公式,并结合实验分析了丝杠轴向负载对行星滚柱丝杠副传动效率的影响。本文研究内容对提高行星滚柱丝杠副的承载能力与传动效率的进一步研究具有重要意义。
张瀚起[7](2019)在《基于二级行星滚柱丝杆的起竖机构电动缸设计及传动误差分析》文中指出目前我国的导弹起竖机构主要是利用液压缸进行驱动,液压缸本身结构存在效率低下,液压油容易泄漏以及维修困难等问题,限制了我国导弹起竖性能和导弹发射性能的发展。因此使用传动效率高,无泄漏风险以及维修方便的电动缸替代传统的液压缸实现起竖机构电驱动化势在必行。现有的滚珠丝杆电动缸无法满足导弹起竖机构的重载要求,本文将基于承载能力和寿命均高于滚珠丝杆的二级行星滚柱丝杆机构完成适用于导弹起竖机构的电动缸的设计与研究。本文对PRS内各零件的运动和受力进行分析,对PRS零件之间的参数关系公式和丝杆推进力进行推导;根据PRS的运动特性和使用要求确定二级PRS的整体结构方案,并对PRS性能指标和设计参数的关系进行分析,选择影响PRS主要性能的设计参数;通过分析三铰点起竖机构受力,优化起竖机构铰点位置,计算二级PRS电动缸各级行程和运动受力。二级PRS的关键尺寸设计是完成电动缸设计的基础。本文基于遗传算法以二级PRS的主丝杆半径,花键工作高度,二级丝杆厚度,牙侧角和丝杆螺距为设计变量,以二级PRS的传动效率,径向尺寸和使用寿命为目标函数,通过层次分析法和单目标优化建立总体目标函数得到优化变量组,并基于经过优化设计的变量组完成电动缸的总体设计并建立虚拟样机。电动缸的运动学和动力学特性影响着起竖机构的性能和可靠性。通过ADAMS软件对电动缸虚拟样机进行运动学分析得到二级电动缸的转速,角加速度和螺母轴向速度,分析电动缸的完全展开时间是否满足设计要求;利用ANSYS Workbench模块对完全展开的工作缸进行失稳状态分析,分别对二级PRS机构和电动缸的启动、平衡和停止阶段进行模态分析和谐响应分析,研究二级PRS和电动缸整体的动态特性。电动缸在工作时,PRS机构中的误差会影响电动缸运动的准确性。根据二级PRS机构的传动顺序对机构系统误差进行分析,分析误差来源建立误差计算方程对误差进行综合计算,建立误差影响矩阵分析单项误差对传动精度的影响,计算系统综合误差,研究机构的几何参数对传动误差的影响;最后利用Matlab的Gui模块开发二级PRS电动缸的计算软件,简化设计计算过程。
潘潇扬[8](2019)在《套管特殊螺纹接头完整性研究》文中研究说明随着油气开发技术的不断发展,高温高压、深井和超深井逐渐增多,引发井下管柱服役环境日益恶化。这使得传统API螺纹已无法完全满足油田需求,而特殊扣使用量逐年增加。使用特殊扣可显着增强套管柱的密封性能,在油田中也取得了一定的效果,但在服役过程中仍出现了粘扣、脱扣、密封面损坏等失效情况,说明亟需针对常用的特殊扣的材料、扣型等性能参数等开展优选研究。为此,本文综合运用室内实验法和有限元法相结合的方法,分析不同载荷工况对不同扣型的特殊螺纹接头完整性的影响,旨在为油田现场特殊扣的选用提供一定的参考,具体研究内容如下:(1)典型的特殊扣类型调研及其特点分析。调研了国内外油套管螺纹连接理论、有限元研究、试验研究和国内外特殊扣发展现状,得到了特殊扣的特点和优点以及影响完整性的主要因素。(2)特殊扣管材优选及评价。通过高温拉伸实验和腐蚀失重实验,得到了温度对不同管材屈服强度、抗拉强度和腐蚀速率的影响规律,为保障高温高压井下特殊螺纹接头完整性提供了选材依据,也为有限元计算提供了关键参数;(3)复合载荷下特殊扣全尺寸实验应力场研究。通过特殊扣上卸扣实验,得到了上扣过程中的扭矩-圈数曲线和应力应变规律,验证了有限元模型;通过特殊扣抗外挤试验,得到了特殊扣在非均匀载荷作用下的应力应变规律和挤毁失效机理,补充完善了非均匀载荷下特殊扣的完整性研究,并对比了管体的抗外挤实验,指出特殊扣的抗外挤强度大于管体;通过特殊扣轴向压缩实验,得到了特殊扣在轴向压缩载荷下的应力应变规律,指出特殊扣的抗轴向压缩性能能够满足现场需求。(4)复合载荷对不同密封结构特殊扣完整性影响研究。分别建立锥面对锥面和球面对柱面密封结构的特殊扣有限元力学模型,使用数值模拟的方法分别开展了轴向力、内压、内压和轴向拉力、内外压和轴向拉力共同作用下的特殊扣密封性能和连接性能的研究,得到了不同载荷工况对特殊扣完整性的影响规律,对比了两种密封结构的优劣。本文针对井下复杂工况,从特殊螺纹接头选材和选型的角度出发,找到影响特殊扣完整性关键要素,开展了管材性能、密封面结构、轴向载荷、非均匀外载荷、内外压对特殊扣完整性影响研究,为油田特殊扣的选用具有一定的借鉴意义。
乔冠[9](2019)在《行星滚柱丝杠副摩擦力矩及热特性的理论与实验研究》文中研究指明行星滚柱丝杠副(Planetary Roller Screw Mechanism,PRSM)是一种直线与旋转运动相互转化的滚动螺旋传动机构,通过多个滚柱与丝杠及螺母滚道之间的多点螺纹接触来传递功率,具有接触点个数多、承载力大、使用寿命长的特点。作为功率电传作动系统中机电作动器(electro-mechanical actuator,EMA)的执行机构,PRSM被逐渐应用于航空航天、船舶、智能制造和武器装备等领域。由于PRSM在传力工作过程中滚柱与丝杠及螺母存在多点滚滑接触现象,加之承载大,其伴随着较严重的摩擦及发热问题。因此,摩擦力矩、传动效率和温升是PRSM服役性能的重要指标,直接影响系统的能量消耗,也关系到EMA使用的可靠性。为此,本文深入开展PRSM摩擦力矩与热特性的理论和实验研究,不仅为进一步分析PRSM使用寿命、磨损及失效问题奠定基础,也是推广PRSM工程应用前景的重要手段。本文以PRSM为研究对象,依据零件的轮廓方程和螺旋曲面方程提出了主曲率的求解方法,进而计算接触区域的赫兹接触参数。同时考虑因滚柱与滚道间的滚滑接触、滑动接触部件、润滑剂粘滞和预紧力产生的摩擦力矩,建立了PRSM摩擦力矩分析模型。在此基础上,研究了结构参数和工况条件对摩擦力矩、热流密度和对流换热系数的影响规律,建立了PRSM的三维有限元热模型和二维热网络模型,分析了不同工况条件下PRSM瞬态和稳态温度特性以及热变形关系,并构建了效率和温度测试系统,以验证理论模型的正确性。本文主要工作内容和成果有:1、建立了通用化的法截面内零件的轮廓方程和滚道螺旋曲面方程,推导了接触位置的主曲率,讨论了PRSM结构参数对接触特性的影响规律,在研究摩擦力矩产生来源的基础上,建立了PRSM摩擦力矩计算模型。结果表明,丝杠和螺母滚道在某一主平面内的主曲率不是零,使用等效球模型计算主曲率会带来较大误差;增大螺纹螺距使得滚柱两接触侧的主曲率差变大,但几乎不影响接触椭圆的面积和滚柱螺纹曲面两接触侧的最大接触应力;增大法向牙侧角会使两接触侧的主曲率差和接触面积同时减小,但过大的法向牙侧角会导致接触应力和摩擦力矩增大;法向载荷会显着影响接触面积和最大接触应力,且由于主曲率差异两接触侧的接触面积和应力相差较大。2、推导了PRSM自身传动效率及包含轴承的PRSM传动系统效率,分析了结构参数和运行工况条件下的摩擦力矩及PRSM自身传动效率,完成了PRSM空载摩擦力矩和加载传动系统效率实验,间接验证了摩擦力矩模型的有效性。研究发现,PRSM总摩擦力矩随丝杠转速的提高和润滑剂粘度的增加而增大,导致其自身效率降低;引起PRSM摩擦力矩的主要因素是滚柱自旋滑动,而因差动滑动引起的摩擦力矩非常小,几乎可以忽略;增加预紧力会明显增大总摩擦力矩,降低传动效率;总摩擦力矩不仅随滑动摩擦系数的增大而明显增大,且丝杠-滚柱接触侧的摩擦力矩要大于螺母-滚柱接触侧;螺距、法向牙侧角和滚柱螺纹牙数对摩擦力矩和传动效率有明显影响;空载摩擦力矩实验表明,对于无预紧装置的PRSM,其空载摩擦力矩波动较大。3、根据传热学理论建立了热量与PRSM零件温升间的联系,计算了不同工况下热分析中热流量和热流密度的热载荷边界条件,分析了不同位置的对流换热系数,建立了PRSM热-结构三维有限元模型,得到了PRSM中丝杠和螺母的瞬态温度分布和热变形。分析表明,考虑丝杠上移动热源时的计算结果与测试结果更接近;增加轴向载荷或丝杠转速,丝杠和螺母的最高温度随时间的增加而明显增加;温升水平差异直接决定了最大热变形,且热变形场较温度场存在一定滞后;丝杠的长轴结构导致其不同位置存在较大的温差,而螺母存在较小的温差;中空丝杠内通冷却介质和螺母外部施加强制风冷均可有效减少零件的温升和热变形。4、通过网络拓扑结构完成了不同工况条件下PRSM各温度节点的温升预测,计算了不同类型的接触热阻、传导热阻和对流热阻,建立了包含润滑剂温度节点的瞬态热平衡方程组,并充分考虑润滑剂粘温关系研究了各节点温度随时间的变化关系。计算表明,轴向载荷增大时,螺母和滚柱上各位置的温差变得明显;螺母、内齿圈和润滑剂的节点温度随丝杠转速的增加而明显上升,且螺母和内齿圈节点间的温差也逐渐变大;降低对流热阻会明显降低保持架的温升水平,而改变对流热阻不会显着影响滚柱的温升水平。5、构建了PRSM热特性测试系统,分别进行了变轴向载荷、变丝杠转速、变润滑脂类型及强制风冷运行条件下的PRSM温度测试,通过将PRSM的关键测点温度与有限元模型的关键点、热网络模型的温度节点的计算温度对比,验证了本文PRSM热特性分析模型的有效性。通过采用两种通用锂基润滑脂的温升实验发现2号润滑脂在一段时间的运行后明显变稀,从螺母和内齿圈间及滚柱轴端与保持架间的空隙中流出;而3号润滑脂相对粘稠避免了润滑剂流失,但此时零件温升水平更高。最后,总结了全文,指出了本文研究工作的不足,并展望了关于PRSM摩擦力矩及热特性未来可能的研究方向。
曹梦雨[10](2018)在《气井压裂投产一体化管柱力学行为及螺纹密封性能研究》文中研究表明随着油气田开采进入中后期,部分油田需要通过开采低渗超低渗气藏来保持产能。压裂改造是低渗超低渗气藏提高采收率的有效措施,气井压裂投产一体化管柱能够简化施工工序、降低施工成本、减小储层污染,具备推广价值。特殊螺纹接头是气井压裂投产一体化管柱的关键部件,对管柱密封性能有重要作用,但接头在压裂投产等过程中经历了交变载荷和冲蚀磨损,强度和密封性能受到很大影响。因此,有必要对压裂前后,气井压裂投产一体化管柱典型的特殊螺纹接头在复杂受力和冲蚀磨损条件下的强度和密封性能变化规律开展研究,可为气井压裂投产一体化管柱的设计和应用推广提供理论指导。本文以大庆油田气井压裂投产一体化管柱为研究对象,基于管柱力学基本理论和梁-梁接触理论建立了变截面管柱摩擦接触有限元分析模型,对大庆油田某实际生产井的管柱变形情况进行数值分析,并利用磁定位数据验证了数值分析结果的可靠性。对大庆油田徐深气田生产井一体化管柱在下钻完井、关井、坐封、开井生产、压裂等工况下的力学行为进行有限元分析,得到一体化管柱不同工况下受力变形情况的变化规律。利用旋转式冲刷磨损试验台开展了一体化管柱油管的冲蚀磨损室内试验研究,获得2-7/8TBG油管在给定条件下内壁的冲蚀磨损率变化情况。建立管柱的冲蚀磨损率数值模型,对压裂工况下2-7/8 TBG油管和3-1/2 TBG油管在不同情况下的冲蚀磨损情况进行数值分析,得到了不同排量、不同砂比条件下的管壁减薄速度以及不同压裂工况下油管的壁面减薄量。分析一体化管柱典型螺纹接头的密封结构,建立了特殊螺纹接头上扣扭矩计算方法。进行了一体化管柱典型的三种特殊螺纹接头的形貌测量,建立并修正了接头的有限元模型。通过有限元分析,得到了三种特殊螺纹接头在不同上扣扭矩、轴向拉力、轴向压力、弯曲、内压、外压等载荷作用下连接强度与密封性能的变化规律。考虑极端冲蚀磨损情况,对三种螺纹接头在生产和压裂两种工况下的强度及密封性能变化规律进行有限元分析。开展冲蚀磨损前后一体化管柱特殊螺纹接头在单一载荷和复合载荷作用下的失效形式和失效载荷分析,得到了不同螺纹接头可能出现的失效形式和失效临界载荷。针对压裂和生产工况进行安全性分析,获得了三种特殊螺纹接头在一体化管柱中的适用性。
二、螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响(论文提纲范文)
(1)制造误差下螺栓预紧力形成机理及其疲劳性能影响分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 单螺栓拧紧工艺发展现状 |
1.2.2 螺栓预紧力控制精度研究现状 |
1.2.3 服役阶段螺栓承载计算及疲劳性能变化的研究现状 |
1.3 本研究的主要内容和技术路线 |
1.3.1 本文研究内容 |
1.3.2 本文技术路线 |
2 制造误差下螺栓预紧力形成机理分析 |
2.1 螺距误差下螺栓预紧力形成理论分析 |
2.1.1 螺距误差下螺纹啮合机理 |
2.1.2 螺距误差对螺栓预紧力控制精度的影响 |
2.1.3 螺距误差下螺栓节点应力分布状态分析 |
2.1.4 螺距选配对螺纹副承载状态的改善 |
2.2 螺距误差下螺栓预紧力形成仿真分析 |
2.2.1 建立参数化螺栓节点拧紧仿真模型 |
2.2.2 螺距误差对预紧力形成的影响规律 |
2.2.3 螺距选配对螺纹副承载状态的改善的仿真验证 |
2.3 单螺栓拧紧试验 |
2.3.1 试验原理及设备 |
2.3.2 试件属性及试验分组 |
2.3.4 试验结果及分析 |
3 服役阶段预紧力对螺栓疲劳性能影响的理论分析 |
3.1 螺栓承载曲线与螺栓疲劳性能的关系 |
3.2 制造误差下螺栓预紧力对螺栓承载的影响 |
3.2.1 螺栓法兰连接节点的力学模型 |
3.2.2 螺栓受力函数的推导 |
3.2.3 制造误差下预紧力对螺栓承载影响的计算分析 |
3.3 几何参数对螺栓承载影响规律的理论分析 |
3.3.1 螺栓轴线位置对螺栓承载的影响 |
3.3.2 被连接件厚度对螺栓承载的影响 |
3.3.3 被连接件周向宽度对螺栓承载的影响 |
3.3.4 被连接件螺母端面不平行度对螺栓承载的影响 |
4 服役阶段预紧力对螺栓疲劳性能影响的仿真分析 |
4.1 建立参数化三维有限元单螺栓强度模型 |
4.1.1 模型简化以及材料属性设置 |
4.1.2 网格划分以及接触设置 |
4.1.3 有限元仿真模型结果数据的提取与处理 |
4.2 制造误差下预紧力对螺栓承载影响的仿真分析 |
4.3 几何参数对螺栓承载影响规律的仿真分析 |
4.3.1 螺栓轴线位置对螺栓承载的影响 |
4.3.2 被连接件厚度变化对螺栓承载的影响 |
4.3.3 被连接件周向宽度对螺栓承载的影响 |
4.3.4 被连接件螺母端面不平行度对螺栓承载的影响 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(3)偏磨套管特殊螺纹接头三维力学特征及密封性能分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景、目的及意义 |
1.2 套管特殊螺纹接头磨损的主要形式及影响因素 |
1.2.1 套管特殊螺纹接头磨损特征 |
1.2.2 影响套管特殊螺纹接头磨损的主要因素分析 |
1.2.2.1 钻柱与套管特殊螺纹接头接触力 |
1.2.2.2 摩擦系数 |
1.2.2.3 摩擦路程 |
1.2.2.4 材料布氏硬度 |
1.3 磨损套管本体和螺纹接头力学特性分析研究现状 |
1.3.1 磨损套管本体力学特性研究 |
1.3.1.1 解析法 |
1.3.1.2 试验研究 |
1.3.1.3 有限元法 |
1.3.2 套管螺纹接头力学特性和密封性能研究 |
1.3.2.1 解析法 |
1.3.2.2 试验研究 |
1.3.2.3 有限元法 |
1.3.2.4 存在的主要问题 |
1.4 主要创新点和论文结构 |
1.4.1 主要创新点 |
1.4.2 论文的主要结构 |
第二章 复杂载荷作用下套管特殊螺纹接头三维非线性有限元分析 |
2.1 套管柱的工作环境及套管螺纹接头特征 |
2.1.1 套管柱的组成、作用及服役环境 |
2.1.2 常见套管螺纹接头的类型及特征 |
2.1.2.1 API标准套管螺纹接头 |
2.1.2.2 套管特殊螺纹接头 |
2.1.3 套管特殊螺纹接头的突破性进展 |
2.1.4 套管螺纹接头失效特征分析 |
2.2 套管特殊螺纹接头三维有限元力学模型 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 动力学控制方程的求解 |
2.3 套管特殊螺纹接头三维有限元分析中的非线性问题 |
2.3.1 几何非线性 |
2.3.2 材料非线性 |
2.3.2.1 屈服条件 |
2.3.2.2 流动法则 |
2.3.2.3 硬化法则 |
2.3.3 接触非线性 |
2.3.3.1 “硬”接触模型 |
2.3.3.2 库仑摩擦模型 |
2.3.3.3 接触问题的广义变分原理 |
2.4 套管特殊螺纹接头三维有限元模型建立与准确性验证 |
2.4.1 几何尺寸以及网格划分 |
2.4.2 边界条件及材料参数 |
2.4.3 分析步设置 |
2.4.4 分析方法 |
2.4.5 特殊螺纹接头三维有限元模型准确性验证 |
2.5 套管特殊螺纹接头的三维力学特征 |
2.5.1 应力、应变云图 |
2.5.2 螺纹牙上的接触应力 |
2.5.3 逆向台肩接触应力 |
2.5.4 密封面上的接触应力 |
2.6 三维有限元分析与二维解析法结果比较 |
2.7 本章小结 |
第三章 偏磨套管特殊螺纹接头的非线性有限元分析 |
3.1 磨损形成方法 |
3.2 偏磨套管特殊螺纹接头非线性有限元模型的建立 |
3.2.1 偏磨套管特殊螺纹接头模型的建立 |
3.2.2 接触设置 |
3.2.3 切屑分离准则 |
3.2.4 模拟工况 |
3.3 偏磨套管特殊螺纹接头三维力学特性分析 |
3.3.1 偏磨套管特殊螺纹接头应力云图 |
3.3.2 螺纹牙三维应力特征 |
3.3.3 密封面三维受力特征 |
3.3.3.1 密封面接触力矢量图 |
3.3.3.2 密封面轴向路径接触应力和接触宽度特征 |
3.3.4 台肩面三维受力特征 |
3.4 磨损形式对偏磨套管特殊螺纹接头三维力学特性的影响 |
3.4.1 不同磨损形式偏磨套管特殊螺纹接头三维有限元模型的建立 |
3.4.2 整体应力云图 |
3.4.3 密封面三维受力特征 |
3.4.4 台肩面三维受力特征 |
3.5 本章小结 |
第四章 套管特殊螺纹接头密封性能评价及偏磨对其的影响分析 |
4.1 锥-锥、球-锥密封套管特殊螺纹接头三维力学特性分析 |
4.1.1 锥-锥、球-锥密封套管特殊螺纹接头的三维有限元模型 |
4.1.2 套管特殊螺纹接头密封面的三维受力分析 |
4.2 套管特殊螺纹接头密封面密封性能评价方法 |
4.2.1 金属-金属密封的表面形貌参数 |
4.2.2 套管特殊螺纹接头密封面接触过程的微观特征与密封性能评价指标 |
4.2.3 粗糙密封面气体泄漏率计算模型 |
4.3 密封面三维表面形貌的测量与表征 |
4.3.1 试样设计 |
4.3.2 表面粗糙度测量 |
4.3.3 密封面三维表面形貌的重构和特征描述 |
4.4 套管特殊螺纹接头密封结构三维有限元模型的建立 |
4.4.1 密封结构微观接触力学模型构建 |
4.4.1.1 粗糙峰模型的选择 |
4.4.1.2 密封面微观接触力学分析的三维有限元模型建立 |
4.4.1.3 分析步设置 |
4.4.2 密封结构微观接触力学模型模拟结果 |
4.4.2.1 1.94μm表面粗糙度密封结构微观接触力学模型三维受力分析 |
4.4.2.2 1.94μm表面粗糙度套管特殊螺纹接头密封面密封性能评价 |
4.4.2.3 0.1μm表面粗糙度套管特殊螺纹接头密封面密封性能评价 |
4.5 本章小结 |
第五章 实际井筒中磨损套管特殊螺纹接头密封性能分析 |
5.1 实际井筒套管特殊螺纹接头磨损情况 |
5.2 实际井筒偏磨套管特殊螺纹接头三维有限元模型 |
5.3 实际井筒偏磨套管特殊螺纹接头模拟结果分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文 |
作者在攻读博士学位期间参与的项目 |
致谢 |
(4)差动式行星滚柱丝杠传动特性理论研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内外产业发展现状 |
1.2.2 国外研究现状 |
1.2.3 国内研究现状 |
1.3 主要研究内容 |
2 差动式行星滚柱丝杠运动特性分析 |
2.1 引言 |
2.2 差动式行星滚柱丝杠机构学分析 |
2.2.1 差动式行星滚柱丝杠结构与工作原理 |
2.2.2 差动式行星滚柱丝杠结构参数设计条件 |
2.2.3 差动式行星滚柱丝杠机构学分析 |
2.3 差动式行星滚柱丝杠运动分析 |
2.3.1 行星滚柱丝杠各构件转动关系分析 |
2.3.2 行星滚柱丝杠各构件轴向运动关系分析及导程计算 |
2.3.3 行星滚柱丝杠运动分析实例 |
2.3.4 考虑滑动的运动学分析 |
2.4 小结 |
3 差动式行星滚柱丝杠传动啮合几何学研究 |
3.1 引言 |
3.2 空间啮合几何学模型的建立 |
3.2.1 螺旋曲面基本理论 |
3.2.2 空间啮合几何学模型的建立 |
3.3 滚柱与丝杆间的啮合特性分析 |
3.3.1 啮合方程的建立与求解 |
3.3.2 啮合接触区域计算与分析 |
3.4 差动式行星滚柱丝杠啮合传动性能研究 |
3.4.1 实例计算与模型验证 |
3.4.2 不同滚柱轴向齿廓对啮合性能的影响 |
3.4.3 结构参数对啮合性能的影响 |
3.4.4 制造与安装误差对啮合性能的影响 |
3.5 小结 |
4 差动式行星滚柱丝杠承载特性分析 |
4.1 引言 |
4.2 承载接触分析 |
4.2.1 赫兹接触变形和接触应力 |
4.2.2 行星滚柱丝杠滚柱载荷分布 |
4.3 实例计算与模型验证 |
4.4 结构参数对DPRS承载特性的影响 |
4.4.1 牙型角对承载特性的影响 |
4.4.2 螺距对承载特性的影响 |
4.4.3 滚柱螺纹节数对承载特性的影响 |
4.4.4 材料弹性模量比对承载特性的影响 |
4.5 考虑螺纹加工误差的DPRS承载特性分析 |
4.5.1 螺纹加工误差 |
4.5.2 计及加工误差的载荷分布模型 |
4.5.3 结果分析 |
4.6 基于滚柱修形的DPRS均载设计 |
4.6.1 基于滚柱修形的基本原理 |
4.6.2 修形结果分析 |
4.7 小结 |
5 差动式行星滚柱丝杠精度损失分析 |
5.1 引言 |
5.2 DPRS精度损失模型的建立 |
5.2.1 螺纹磨损模型 |
5.2.2 滚柱与丝杆间相对滑动速度分析 |
5.2.3 DPRS精度损失分析 |
5.3 精度损失下的DPRS承载特性分析 |
5.4 精度损失的参数敏感性分析 |
5.4.1 结构参数对精度损失的影响 |
5.4.2 螺母负载和丝杆转速对精度损失的影响 |
5.5 小结 |
6 差动式行星滚柱丝杠摩擦与传动效率分析 |
6.1 引言 |
6.2 DPRS摩擦阻力的产生原理 |
6.3 基于Lagrange方法的DPRS刚体动力学模型的建立 |
6.3.1 Lagrange动力学模型建立基础 |
6.3.2 系统动能求解 |
6.3.3 系统广义力求解 |
6.3.4 Lagrange方程的建立 |
6.3.5 模型验证 |
6.4 DPRS动态特性的参数敏感性分析 |
6.4.1 算例计算 |
6.4.2 结构参数对动态特性的影响 |
6.4.3 螺母负载对动态特性的影响 |
6.4.4 丝杆转速对动态特性的影响 |
6.5 小结 |
7 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
A 作者在攻读硕士期间发表的论文目录 |
B 作者在攻读硕士期间申请和授权的专利目录 |
C 作者在攻读硕士期间参与的项目目录 |
D 学位论文数据集 |
致谢 |
(5)车削大螺距螺纹刀具振动与磨损耦合机制及其切削稳定性(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的目的和意义 |
1.2 工艺系统动力学特性国内外研究现状 |
1.2.1 工艺系统动力学建模 |
1.2.2 工艺系统刚度场研究 |
1.2.3 工艺系统模态研究 |
1.2.4 工艺系统频响研究 |
1.3 刀具振动和磨损耦合机制国内外研究现状 |
1.4 工件振动响应及加工精度和表面形貌国内外研究现状 |
1.4.1 工件振动响应 |
1.4.2 工件加工精度 |
1.4.3 工件表面形貌 |
1.5 螺纹件加工工艺国内外研究现状 |
1.6 目前研究存在的主要问题 |
1.7 课题来源及研究内容 |
第2章 基于广义动力学空间大螺距螺杆车削工艺系统动力学特性研究 |
2.1 大螺距螺纹车削广义动力学空间概述 |
2.1.1 大螺距螺纹车削广义动力学空间概念 |
2.1.2 大螺距螺纹车削广义动力学空间振动来源 |
2.1.3 大螺距螺纹车削广义动力学空间激励来源 |
2.2 考虑振动和刀具磨损影响的瞬时切削力构建 |
2.2.1 考虑刀具磨损的螺纹车刀左右切削刃受力分析 |
2.2.2 振动作用下螺纹车刀几何角度参数建模 |
2.2.3 考虑“类再生效应”的瞬时切削力建模 |
2.3 大螺距螺杆车削工艺系统动力学模型构建 |
2.4 大螺距螺杆车削工艺系统广义模态和刚度场 |
2.4.1 广义模态和刚度场概念 |
2.4.2 广义模态场分析 |
2.4.3 广义刚度场分析 |
2.5 大螺距螺杆车削工艺系统综合频响 |
2.5.1 刀具-机床进给系统子系统频响函数模型构建 |
2.5.2 工件-机床主轴子系统频响函数模型构建 |
2.5.3 大螺距螺杆车削工艺系统综合频响函数方程构建 |
2.6 本章小结 |
第3章 车削大螺距螺纹刀具振动与磨损耦合机制及其磨损控制方法 |
3.1 刀具振动与磨损耦合机制研究 |
3.1.1 振动信号与磨损量曲线轮廓互相关分析 |
3.1.2 振动特征值与磨损量关联定量分析 |
3.1.3 切削过程中振动对热力耦合场影响研究 |
3.1.4 振动与刀具磨损量耦合机制实验分析 |
3.2 考虑切削过程中振动影响的刀具磨损模型 |
3.2.1 刀具磨损形态及磨损机理 |
3.2.2 考虑切削过程中振动影响的刀具磨损模型 |
3.2.3 考虑切削过程中振动影响的刀具磨损量预测方法 |
3.3 车削大螺距螺纹刀具振动磨损的控制方法 |
3.3.1 基于人工蜂群算法抑制刀具振动磨损切削参数优选 |
3.3.2 车削大螺距螺纹刀具刃口刃形保持性控制研究 |
3.4 本章小结 |
第4章 大螺距螺杆振动方程及其振动抑制方法 |
4.1 大螺距螺杆振动方程建立 |
4.1.1 大螺距螺杆车削动力学模型 |
4.1.2 动力学方程边界条件解算 |
4.1.3 车削大螺距螺杆实验 |
4.1.4 大螺距螺杆振动方程数值解算与验证 |
4.2 大螺距螺杆车削过程中振动对加工精度的影响 |
4.3 大螺距螺杆车削过程中振动对表面形貌的影响 |
4.3.1 加工表面形貌仿真模型 |
4.3.2 加工表面不平度受螺纹车刀振动和磨损的影响 |
4.3.3 刀具振动与工件表面粗糙度关系方程建立 |
4.4 车削大螺距螺杆振动抑制方法 |
4.5 本章小结 |
第5章 大螺距螺杆车削稳定性 |
5.1 大螺距螺杆车削加工工艺路线 |
5.1.1 大螺距螺杆粗车加工工艺路线 |
5.1.2 大螺距螺杆半精和精车加工工艺路线 |
5.1.3 大螺距螺杆车削加工工艺路线 |
5.2 大螺距螺杆车削参数优选 |
5.2.1 基于人工蜂群算法的大螺距螺杆车削参数优选 |
5.2.2 基于加工系统动力学大螺距螺杆车削参数优选 |
5.3 大螺距螺杆车削稳定性控制 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(6)标准型行星滚柱丝杠副载荷分布及动态特性分析与研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 螺纹载荷分布研究 |
1.3 行星滚柱丝杠动态分析 |
1.4 行星滚柱丝杠传动效率研究 |
1.5 本文主要研究内容 |
2 行星滚柱丝杠载荷分布规律 |
2.1 考虑滚柱弯曲的行星滚柱丝杠副载荷分布 |
2.1.1 滚柱弯矩分析 |
2.1.2 行星滚柱丝杠副载荷模型 |
2.1.3 算例与验证 |
2.2 滚柱弯曲变形的影响因素分析 |
2.2.1 轴向载荷对滚柱弯曲变形的影响 |
2.2.2 螺距对滚柱弯曲变形的影响 |
2.2.3 滚柱弹性模量对滚柱弯曲变形的影响 |
2.3 行星滚柱丝杠副各滚柱轴向载荷分布规律 |
2.3.1 丝杠啮合状态 |
2.3.2 滚柱啮合位置相同时的载荷分析 |
2.3.3 滚柱啮合位置不同时的载荷分析 |
2.3.4 算例 |
2.4 各滚柱轴向载荷差异影响因素分析 |
2.4.1 滚柱螺纹牙数对各滚柱轴向载荷差异的影响 |
2.4.2 滚柱个数对各滚柱轴向载荷差异的影响 |
2.5 本章小结 |
3 行星滚柱丝杠副载荷分布优化设计 |
3.1 螺纹牙载荷分布优化目标及变量 |
3.2 优化变量对螺纹牙载荷分布的影响 |
3.2.1 螺距对螺纹牙载荷分布的影响 |
3.2.2 滚柱个数对螺纹牙载荷分布的影响 |
3.2.3 丝杠中径对螺纹牙载荷分布的影响 |
3.2.4 螺纹牙个数对螺纹牙载荷分布的影响 |
3.3 约束条件 |
3.3.1 螺纹牙疲劳强度极限 |
3.3.2 螺纹牙静强度极限 |
3.3.3 行星滚柱丝杠螺纹牙最大许用载荷 |
3.4 优化方法及算例 |
3.5 本章小结 |
4 考虑螺纹误差和安装误差的行星滚柱副载荷分布规律 |
4.1 考虑螺纹误差时滚柱两侧载荷计算模型 |
4.2 螺距误差对行星滚柱丝杠载荷分布影响规律 |
4.2.1 服从不同正态分布的螺距误差 |
4.3 安装误差对行星滚柱丝杠载荷分布的影响 |
4.3.1 安装误差 |
4.3.2 考虑装配应力滚柱载荷分布 |
4.3.3 算例 |
4.4 本章小结 |
5 行星滚柱丝杠动态特性分析 |
5.1 行星滚柱丝杠副啮合特性分析 |
5.1.1 有限元分析 |
5.1.2 显式动力学算法 |
5.2 行星滚柱丝杠扭转动力学模型 |
5.2.1 螺纹副扭转振动模型 |
5.2.2 丝杠和滚柱扭转动力学模型 |
5.2.3 行星滚柱丝杠副动力学模型 |
5.2.4 算例 |
5.3 行星滚柱丝杠传动效率 |
5.3.1 滚柱相对丝杠滑动速度 |
5.3.2 滚柱相对滑动摩擦 |
5.3.3 润滑油阻力 |
5.3.4 螺纹接触变形产生的摩擦 |
5.3.5 行星滚柱丝杠传动效率计算 |
5.4 行星滚柱丝杠传动效率试验 |
5.4.1.效率试验台设计 |
5.4.2 传动效率测试原理 |
5.4.3 试验装置误差 |
5.4.4 传动效率试验结果 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(7)基于二级行星滚柱丝杆的起竖机构电动缸设计及传动误差分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究目的和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 起竖机构研究现状 |
1.2.2 电动缸研究现状 |
1.2.3 行星滚柱丝杠研究现状 |
1.2.4 国内外研究现状综述 |
1.3 本论文的研究内容 |
第2章 行星滚柱丝杆基本理论及起竖机构铰点设计 |
2.1 引言 |
2.2 设计参数关系分析 |
2.2.1 标准型PRS运动模型分析 |
2.2.2 滚柱齿轮齿数分析 |
2.3 PRS机构推力计算 |
2.3.1 零件受力分析 |
2.3.2 丝杆推力计算 |
2.4 二级PRS基本结构设计及性能指标分析 |
2.4.1 二级PRS结构设计 |
2.4.2 性能指标分析 |
2.5 起竖机构铰点位置设计 |
2.5.1 电动缸整体受力分析 |
2.5.2 铰点位置优化设计 |
2.6 本章小结 |
第3章 二级行星滚柱丝杆电动缸的多目标优化设计 |
3.1 引言 |
3.2 多目标遗传算法优化设计模型 |
3.2.1 设计变量选择 |
3.2.2 建立分目标函数 |
3.2.3 基于层次分析法建立总体目标函数 |
3.2.4 建立约束条件 |
3.3 多目标参数优化设计 |
3.3.1 变量对分目标函数的影响 |
3.3.2 单目标函数优化分析 |
3.3.3 多目标优化分析 |
3.4 电动缸整体结构设计 |
3.4.1 伺服变速系统设计 |
3.4.2 一二级PRS参数化建模 |
3.4.3 总体装配 |
3.5 本章小结 |
第4章 二级行星滚柱丝杆电动缸仿真分析 |
4.1 引言 |
4.2 基于ADAMS的运动学仿真 |
4.2.1 仿真前处理 |
4.2.2 仿真结果分析 |
4.3 基于ANSYS Workbench的有限元分析 |
4.3.1 工作缸最大行程失稳状态分析 |
4.3.2 模态分析 |
4.4 基于ANSYS Workbench的谐响应分析 |
4.4.1 二级PRS机构的谐响应分析 |
4.4.2 电动缸整体谐响应分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 二级行星滚柱丝杆系统传动误差计算 |
5.1 引言 |
5.2 误差要素分析 |
5.3 二级PRS电动缸传动误差研究 |
5.3.1 分项误差分析 |
5.3.2 系统误差合成 |
5.4 系统误差影响因素分析 |
5.5 二级PRS电动缸相关参数计算软件开发 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(8)套管特殊螺纹接头完整性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 国内外油套管特殊扣研究现状 |
1.2.1 油套管特殊扣有限元研究现状 |
1.2.2 油套管特殊扣实验法研究现状 |
1.2.3 油套管特殊扣解析法研究现状 |
1.3 特殊螺纹接头简介 |
1.3.1 特殊螺纹接头密封原理 |
1.3.2 国外特殊螺纹接头简介 |
1.3.3 国内特殊螺纹接头简介 |
1.3.4 特殊螺纹接头结构特点 |
1.4 油套管特殊扣完整性影响因素分析 |
1.5 主要研究内容及技术路线图 |
第二章 特殊螺纹接头管材优选及评价 |
2.1 不同温度下管材力学性能实验研究 |
2.1.1 实验目的 |
2.1.2 实验方法及步骤 |
2.1.3 实验结果 |
2.1.4 不同温度下管材力学性能对特殊扣完整性的影响分析 |
2.2 不同温度下管材耐腐蚀性能实验研究 |
2.2.1 实验目的 |
2.2.2 实验方法及步骤 |
2.2.3 实验结果 |
2.2.4 不同温度下管材抗腐蚀性能对特殊螺纹接头完整性影响分析 |
2.3 小结 |
第三章 复合载荷工况下特殊扣完整性分析 |
3.1 有限元法的理论基础 |
3.2 锥面对锥面螺纹接头密封性能数值模拟分析 |
3.2.1 锥面对锥面有限元模型建立 |
3.2.2 上扣工况下接触压力和等效应力分析 |
3.2.3 轴向拉力工况下接触压力和等效应力分析 |
3.2.4 轴向压力工况下接触压力和等效应力分析 |
3.2.5 内压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.2.6 轴向拉力和内压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.2.7 轴向拉力、内压和外压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.3 柱面对球面系列螺纹接头密封性能数值模拟分析 |
3.3.1 上扣工况下接触压力和等效应力分布 |
3.3.2 轴向拉力工况下接触压力和等效应力分析 |
3.3.3 轴向压力工况下接触压力和等效应力分析 |
3.3.4 内压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.3.5 轴向拉力和内压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.3.6 轴向拉力、内压和外压工况下接触压力和等效应力分析 |
3.4 不同密封面结构密封性能对比分析 |
3.5 小结 |
第四章 特殊螺纹接头上卸扣实验研究 |
4.1 实验目的及测试原理 |
4.2 实验装置及测试样本 |
4.3 应力场测点选择及布片方案 |
4.4 实验步骤 |
4.5 实验结果及分析 |
4.4.1 上扣扭矩曲线 |
4.4.2 上卸扣应力场研究 |
4.4.3 有限元模型验证 |
4.6 小结 |
第五章 单轴压缩载荷下特殊螺纹接头完整性实验研究 |
5.1 单轴压缩径向非均匀载荷下特殊螺纹接头完整性实验研究 |
5.1.1 实验原理及方法 |
5.1.2 实验仪器以及测试样本 |
5.1.3 实验步骤 |
5.1.4 管体测试结果及分析 |
5.1.5 套管特殊螺纹接头测试结果及分析 |
5.2 单轴压缩轴向载荷下特殊螺纹接头完整性实验研究 |
5.2.1 实验目的及实验原理 |
5.2.2 实验仪器及测试样本 |
5.2.3 实验步骤 |
5.2.4 实验结果及分析 |
5.2.5 实验小结 |
5.3 小结 |
第六章 结论与建议 |
6.1 结论 |
6.2 建议 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文及科研成果 |
(9)行星滚柱丝杠副摩擦力矩及热特性的理论与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 研究背景与意义 |
1.3 PRSM研究现状 |
1.3.1 PRSM研究现状概述 |
1.3.2 PRSM接触特性研究现状 |
1.3.3 PRSM摩擦力矩研究现状 |
1.3.4 热分析方法研究现状 |
1.4 现有研究中存在的主要问题 |
1.5 本文的主要研究内容 |
2 行星滚柱丝杠副接触特性与摩擦力矩分析 |
2.1 概述 |
2.2 滚道的螺旋曲面方程 |
2.2.1 曲面参数方程 |
2.2.2 丝杠滚道截面轮廓 |
2.2.3 滚柱滚道截面轮廓 |
2.2.4 螺母滚道截面轮廓 |
2.2.5 单位法向量 |
2.3 主曲率及接触特性分析 |
2.3.1 主曲率计算 |
2.3.2 螺纹牙受力分析 |
2.3.3 赫兹接触参数 |
2.3.4 算例 |
2.3.5 接触特性结果分析与讨论 |
2.4 摩擦力矩建模 |
2.4.1 接触面上差动滑动引起的摩擦 |
2.4.2 滚柱自旋滑动引起的摩擦 |
2.4.3 滚柱与保持架间的摩擦 |
2.4.4 润滑剂的粘性摩擦 |
2.4.5 预紧力引起的摩擦力矩 |
2.4.6 纯滚动引起的摩擦 |
2.4.7 摩擦力矩计算 |
2.5 小结 |
3 行星滚柱丝杠副摩擦力矩影响规律及传动效率实验 |
3.1 概述 |
3.2 传动效率分析 |
3.2.1 PRSM自身传动效率 |
3.2.2 包含轴承的PRSM传动系统效率 |
3.3 工况条件对摩擦力矩和传动效率的影响 |
3.3.1 丝杠转速 |
3.3.2 轴向载荷 |
3.3.3 滑动摩擦系数 |
3.3.4 润滑剂粘度 |
3.4 PRSM结构参数对摩擦力矩和传动效率的影响 |
3.4.1 牙侧角 |
3.4.2 导程角 |
3.4.3 滚柱螺纹牙个数 |
3.5 摩擦力矩和传动效率实验 |
3.5.1 空载条件下PRSM摩擦力矩实验 |
3.5.2 加载条件下包含轴承的PRSM传动系统效率实验 |
3.6 小结 |
4 行星滚柱丝杠副的温度场分布与热变形 |
4.1 概述 |
4.2 PRSM传热分析 |
4.2.1 热源与热量传导 |
4.2.2 导热微分方程 |
4.3 PRSM热特性的有限元分析 |
4.3.1 热分析有限元法 |
4.3.2 热-结构耦合场分析 |
4.3.3 热载荷类型 |
4.4 热边界条件计算 |
4.4.1 热流量 |
4.4.2 热流密度 |
4.4.3 表面对流换热系数 |
4.5 温度场分布及热变形 |
4.5.1 有限元模型及移动热源 |
4.5.2 不同工况下丝杠和螺母的温度变化 |
4.5.3 确定工况下丝杠和螺母关键点位置的温度变化 |
4.5.4 不同工况下丝杠末端的瞬态热变形 |
4.6 减少温升和热变形的措施 |
4.6.1 丝杠中空冷却 |
4.6.2 螺母外部强制风冷 |
4.7 小结 |
5 基于热网络法的行星滚柱丝杠副温升预测 |
5.1 概述 |
5.2 热阻计算 |
5.2.1 结合面处接触热阻 |
5.2.2 滚道处接触热阻 |
5.2.3 传导热阻和对流热阻 |
5.3 热网络模型的建立 |
5.3.1 温度节点确定 |
5.3.2 热阻网络建立 |
5.3.3 热平衡方程组 |
5.4 PRSM温度节点的计算 |
5.5 PRSM不同温度节点的温升分析 |
5.5.1 算例 |
5.5.2 轴向载荷的影响 |
5.5.3 丝杠转速的影响 |
5.5.4 对流热阻的影响 |
5.6 小结 |
6 行星滚柱丝杠副温度实验测试和模型验证 |
6.1 概述 |
6.2 PRSM传动性能测试系统的软硬件设计及实现 |
6.2.1 系统组成 |
6.2.2 机械平台 |
6.2.3 数采与控制系统 |
6.2.4 驱动加载系统 |
6.3 PRSM热特性测试系统构建 |
6.3.1 温度测试系统架构 |
6.3.2 测控软件 |
6.3.3 测试方法及实验流程 |
6.4 PRSM温升实验及理论模型验证 |
6.4.1 有限元法及热网络法模型验证 |
6.4.2 变丝杠转速条件下的温升实验 |
6.4.3 不同润滑脂类型的温升实验 |
6.4.4 螺母外部强制风冷实验 |
6.5 小结 |
7 总结与展望 |
7.1 本文的主要工作及结论 |
7.2 本文的创新之处 |
7.3 本文工作的不足与展望 |
7.3.1 本文工作的不足 |
7.3.2 未来可能的研究方向 |
参考文献 |
在学期间的主要研究成果 |
致谢 |
(10)气井压裂投产一体化管柱力学行为及螺纹密封性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
创新点摘要 |
第1章 绪论 |
1.1 论文的研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 管柱力学研究现状 |
1.2.2 管柱冲蚀磨损研究现状 |
1.2.3 螺纹连接密封机理研究现状 |
1.2.4 螺纹连接强度及密封性能研究现状 |
1.3 论文的主要研究工作 |
第2章 一体化管柱力学行为分析 |
2.1 一体化管柱载荷类型 |
2.1.1 管柱轴向力 |
2.1.2 内外压力 |
2.1.3 弯曲载荷 |
2.2 一体化管柱力学分析的基本方程 |
2.2.1 井眼轨迹几何描述 |
2.2.2 流体压力计算方法 |
2.2.3 流体粘滞摩阻计算方法 |
2.2.4 鼓胀效应计算方法 |
2.2.5 管柱温度效应的基本方程 |
2.2.6 平衡方程 |
2.3 梁-梁接触中的有限元方法 |
2.3.1 接触分析引入 |
2.3.2 梁-梁接触单元 |
2.3.3 梁-梁接触的存在判定 |
2.4 变截面管柱摩擦接触模型 |
2.4.1 管-管接触单元 |
2.4.2 单元接触方程 |
2.4.3 梁-梁接触建立 |
2.4.4 变截面摩擦接触有限元模型建立方法 |
2.5 实例分析 |
2.5.1 SL1 井管柱力学行为有限元分析 |
2.5.2 SL2 井一体化管柱力学行为有限元分析 |
2.5.3 SL3 井一体化管柱力学行为有限元分析 |
2.6 本章小结 |
第3章 一体化管柱冲蚀磨损试验及数值模拟研究 |
3.1 一体化管柱冲蚀磨损试验研究 |
3.1.1 冲蚀磨损试验目的 |
3.1.2 冲蚀磨损试验过程 |
3.2 管柱冲蚀磨损数值计算模型选取 |
3.2.1 两相流模型的选取 |
3.2.2 冲蚀磨损率计算模型的选择 |
3.3 管柱冲蚀磨损数值模拟研究 |
3.3.1 模拟结果与试验结果对比分析 |
3.3.2 压裂条件下管柱冲蚀磨损模拟 |
3.4 本章小结 |
第4章 特殊螺纹接头连接强度及密封性能研究 |
4.1 特殊螺纹接头上扣扭矩分析 |
4.1.1 特殊螺纹接头类型及密封特点 |
4.1.2 特殊螺纹接头的典型上扣扭矩曲线 |
4.1.3 特殊螺纹接头的上扣扭矩理论计算模型 |
4.2 特殊螺纹接头有限元模型建立 |
4.2.1 基本假设 |
4.2.2 几何模型建立 |
4.2.3 材料属性定义 |
4.2.4 接触关系定义 |
4.2.5 网格划分与边界约束设置 |
4.3 特殊螺纹接头有限元模型验证 |
4.3.1 特殊螺纹接头强度与密封性能判定机制 |
4.3.2 室内气密封检测与模型修正 |
4.3.3 接触压应力分布验证 |
4.4 特殊螺纹接头受力及密封性能有限元分析 |
4.4.1 A型螺纹接头受力及密封性能有限元分析 |
4.4.2 B型螺纹接头受力及密封性能有限元分析 |
4.4.3 C型螺纹接头不同上扣扭矩作用下强度及密封性能变化分析 |
4.5 冲蚀磨损对特殊螺纹接头强度及密封性能影响分析 |
4.5.1 冲蚀磨损对A型特殊螺纹强度及密封性能影响分析 |
4.5.2 冲蚀磨损对B型螺纹接头强度及密封性能影响分析 |
4.5.3 冲蚀磨损对C型螺纹接头强度及密封性能分析 |
4.5.4 一体化管柱特殊螺纹接头选用分析 |
4.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
附录 |
附录 :SL1 井管柱力学计算部分输入代码(节点与单元编号等细节隐去) |
个人简历、在攻读博士期间发表的论文 |
致谢 |
四、螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响(论文参考文献)
- [1]制造误差下螺栓预紧力形成机理及其疲劳性能影响分析[D]. 刘阳. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]螺距误差下的螺纹副应力分布及其对装配预紧力的影响研究*[J]. 张伟,刘阳,侯博文,陈德安,孙伟,韩啸. 机械工程学报, 2021(17)
- [3]偏磨套管特殊螺纹接头三维力学特征及密封性能分析[D]. 陈薇. 上海大学, 2020
- [4]差动式行星滚柱丝杠传动特性理论研究[D]. 郑正鼎. 重庆大学, 2020
- [5]车削大螺距螺纹刀具振动与磨损耦合机制及其切削稳定性[D]. 付祥夫. 哈尔滨理工大学, 2020(03)
- [6]标准型行星滚柱丝杠副载荷分布及动态特性分析与研究[D]. 刘柱. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]基于二级行星滚柱丝杆的起竖机构电动缸设计及传动误差分析[D]. 张瀚起. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [8]套管特殊螺纹接头完整性研究[D]. 潘潇扬. 西南石油大学, 2019(06)
- [9]行星滚柱丝杠副摩擦力矩及热特性的理论与实验研究[D]. 乔冠. 西北工业大学, 2019
- [10]气井压裂投产一体化管柱力学行为及螺纹密封性能研究[D]. 曹梦雨. 东北石油大学, 2018(01)