基于名义应力法的螺杆钻具万向轴寿命估算.pdf

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1、应用与i式验·机械研究与应用·基于名义应力法的螺杆钻具万向轴寿命估算张彬，高晓刚(陕西职业技术学院，陕西西安71o1oo)摘要：针对石油钻井作业中螺杆钻具的中间传动部件——万向轴的疲劳失效问题，以万向轴的软件动态仿真为基础。绘制了万向轴瓣齿接触时间一历程曲线，并运用名义应力法的预测步骤及Miner法则对瓣形万向轴进行寿命估算，提出了一种估算万向轴寿命的方法，得到的结果与现场数据基本吻合，为万向轴的现场使用和结构设计提供了理论依据。关键词：螺杆钻具；瓣形万向轴；名义应力法；寿命估算中图分类号：2文献标识码：A文章编号：1006-4414(2011)04-0055-03Lifepr

2、edictionofLTCbasedonnominalstressmethodZhangBin，GaoXiao-gang(Shanxivocationalandtechnical瑚￡e，XianShanxi710100，China)Abstract：AimingatthefatiguefailureofLTC(Lobe-Type-Couplings)，anintermediatecomponentofthePDM(PositiveDis-placementMotor)thatusedintheoildrillingoperation，theload-timecoupecurve

3、isobtainedbasedONsimulatingthemotionconditionofLTCbyADAMSsoftware，thelifeofLTCthatapplythenominalstressmethodandMinerSruleisestimated．Itisfeasiblefortheresultwhichisingoodagreementwithsitestatistics；alifepredictionmethodisputforwardforLTCandpro-ridesatheoreticalbasisforstructuraldesignandon—

4、siteuse．Keywords：PDM；L1；nominalstressmethod；lifeprediction1引言轴共添加3旋转副，同时上瓣和中间轴、下瓣和中间螺杆钻具是一种能将液体压力能转换为机械能轴添加2个接触对，加载如图1所示。的容积式井下动力钻具。万向轴作为螺杆钻具中间传动部件，其作用为：①把马达转子的偏心运动转化为传动轴的同心运动；②传递马达的转速和扭矩。瓣形万向轴(LTC)，因其结构紧凑、传递扭矩大，而成为当前现场应用最普遍的万向轴⋯。随着石油钻井速度的提高及特殊工艺井的开发，螺杆钻具运转工况及万向轴的疲劳损伤问题日益严重。据统计，在螺杆钻具常见的失效类型中

5、万向轴的失效约占1／3l2】。因此，万向轴寿命设计已逐渐成为螺杆钻具新产品开发图1ADAMS中万向轴加载前期的必要过程之一，所以笔者利用名义应力法对万向轴进行寿命预测，为螺杆钻具的结构设计和现场使本次万向轴模拟设置仿真时间为1S，步长为0．用提供了理论参考。01，计算完成后通过按F8键得到瓣齿接触曲线图，其2瓣形万向轴瓣齿接触载荷一时间历程曲线中红线代表的瓣齿接触力一时间曲线。螺杆钻具万向轴在作业过程中，承受着随机、连3瓣形万向轴载荷谱的编制续的交变载荷作用，加之作业环境的限制，很难获得3．1模拟载荷历程曲线的离散螺杆钻具万向轴实际作业过程中载荷一时间历程，因将真实的工作或模拟

6、历程谱处理成典型的载荷此，笔者使用MSC．ADAMS仿真软件，对万向轴在谱的过程称为编制载荷谱。由于模拟的载荷一时间ADAMS中进行动力学仿真的方法，获得万向轴瓣齿历程曲线中有相当一部分载荷对万向轴造成的损伤接触力载荷一时间历程曲线。为了真实模拟现场万很小，从工程角度可以排除。因此，需要对模拟的万向轴运动特点，在ADAMS软件中给万向轴上瓣表面向轴载荷一时间历程曲线进行所谓的离散压缩处添加一摇臂，使摇臂和地面、摇臂和上瓣、下瓣和中间收稿日期：20ll一04一Ol作者简介：张彬(1982-)，男，陕西西安人，硕士，助教，主要从事机械相关的教学和科研方面的工作。·55·应用与i式验

7、·机械研究与应用·理J。从图2模拟的载荷一时间历程可以看出有一定规律，为了快捷、正确的编制模拟万向轴瓣齿接触载荷谱，从图2中取出0～0．35s循环曲线作为编谱的载荷一时间历程曲线并对其进行离散处理，图3是对图2中0～0．35s曲线压缩修正处理后的载荷一时间历程曲线。4瓣形万向轴S一Ⅳ曲线方程确定机械零件的Is一Ⅳ曲线，又称疲劳性能曲线，表现了机械零／部件的疲劳特性，为机械零／部件的抗疲图2万向轴瓣齿载荷一时间历程图劳设计提供重要依据。S一Ⅳ曲线的获得方法有很多种，可从材料库中查取，也可借鉴经