摩擦传递扭矩的大型旋转机械主轴强度分析

承受外载的旋转机械靠摩擦传递扭矩时,主轴属于三维材料非线性与边界非线性的耦合问题——弹塑性接触问题。本文采用有限元增量法对此进行了详细分析,导出了基于流动理论的塑性增量的本构方程及等强化材料在复杂应力状态下的Mises模型的本构矩阵。在有限元计算中采用了精度较高的一阶自校正法,在接触问题分析中设定了自由、粘连、滑动三种边界,并采用了接触单元处理,求解时采用凝缩矩阵法及有限元混合法。对摩擦传递扭矩的水轮机主轴计算结果进行了分析,并与三维光弹实验结果进行了比较,两者是一致的。

新型复合技术动力头的设计研究

现有动力头胶套卡盘的工作特点是同时承担扭矩传递、夹持钻具和轴向载荷等,胶套长时间处于高压、高负荷下工作。为了提高动力头胶套卡盘寿命,减缓配油套负荷,提出新型复合技术动力头的结构设计及工作原理,以分解卡盘载荷,扭矩传递和轴向载荷传递由其他机械结构件与动力头主轴分担,胶套卡盘只承受夹持钻具载荷。复合协同承担打钻载荷的新型技术原理,使胶套处于低压低载荷状态下工作,从而提高胶套寿命、减少胶套更换频次、提高生产效率;降低配油套配油压力、减小泄漏量、提高其工作效率。通过ZYW4000型钻机采用新型复合技术动力头进行样机试验,按新操作流程,实际测定分析卡盘胶套工作时间(胶套寿命)提高了5倍以上。