立磨减速机动态特性模拟及疲劳寿命分析

发布时间：2017-05-18 01:13

  本文关键词：立磨减速机动态特性模拟及疲劳寿命分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：立磨减速机作为立式磨机的核心部件,其动态特性、疲劳寿命及可靠性是立式磨机综合性能的主要衡量指标。立式磨机在粉磨水泥、陶瓷等工业原料时,工况条件十分恶劣,这对减速机动态特性及可靠性提出了较高的要求。然而,立磨减速机齿轮系统承受的动载荷较为复杂,给减速机动态特性精确分析带来困难,且动载荷作用下齿轮传动部件容易发生疲劳失效和可靠性故障,将严重影响立磨减速机的正常运行。因此,开展立磨减速机动态特性及疲劳寿命分析对提高减速机综合性能具有重要的理论意义和工程价值。本课题结合国家科技支撑计划项目(2013BAF01B04)的主要内容,针对立磨减速机齿轮系统的动态激励模拟、振动特性仿真、疲劳寿命预估及可靠性分析等问题开展了较为全面的研究。论文的主要研究工作如下:①在计算轴承支承刚度、齿轮副时变啮合刚度等结合部参数的基础上,建立了立磨减速机各级齿轮传动的动力学模型,求解各级传动系统振动微分方程,得到各齿轮副的动态激励,进而研究了偏心误差和太阳轮浮动对行星级齿轮副均载特性的影响。②借助ANSYS软件,建立了立磨减速机齿轮系统耦合动力学模型,通过有限元模态分析求解了齿轮系统的固有频率和固有振型,计算了各传动轴转频及齿轮副啮合频率与固有频率的接近率。在此基础上,采用模态叠加法求解了齿轮系统的振动响应,并评价了箱体的加速度级结构噪声。③针对立磨减速机行星齿轮传动,编制了疲劳分析的载荷谱,按GL规范计算材料的S-N曲线,结合静力接触分析所得的应力结果,采用ANSYS/Fe-safe软件进行基于累积损伤理论的疲劳寿命预估,并研究了表面粗糙度和载荷大小对疲劳寿命的影响规律。④利用二阶矩法分别对立磨减速机传动系统中锥齿轮传动、斜齿轮传动和行星传动部件进行弯曲疲劳可靠性分析;采用快速响应面法,建立行星架疲劳可靠性分析模型,计算其疲劳可靠度及灵敏度;而后将两者结合起来,实现立磨减速机整个传动系统的可靠性建模及分析。
【关键词】：立磨减速机 动态特性 疲劳寿命 可靠性 有限元法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题学术意义及实用意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 齿轮系统动态激励及均载特性研究现状9-11
• 1.2.2 齿轮系统动力学研究现状11-12
• 1.2.3 齿轮系统疲劳寿命预估研究现状12-13
• 1.2.4 齿轮系统可靠性分析研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-17
• 2 立磨减速机动态激励模拟及均载特性研究17-45
• 2.1 引言17
• 2.2 立磨减速机结合部刚度分析17-20
• 2.2.1 轴承支承刚度18-19
• 2.2.2 齿轮副时变啮合刚度19-20
• 2.3 立磨减速机传动系统动力学模型20-27
• 2.3.1 锥齿轮传动系统动力学模型20-22
• 2.3.2 斜齿轮传动系统动力学模型22-24
• 2.3.3 行星齿轮传动系统动力学模型24-27
• 2.4 立磨减速机传动齿轮副动态啮合力27-34
• 2.4.1 振动微分方程求解27-28
• 2.4.2 锥齿轮及斜齿轮传动动态啮合力28-30
• 2.4.3 无偏心误差时行星传动齿轮副动态啮合力30-32
• 2.4.4 有偏心误差时行星传动齿轮副动态啮合力32-34
• 2.5 立磨减速机行星级动态均载分析34-42
• 2.5.1 不同偏心误差下行星传动的均载特性34-40
• 2.5.2 太阳轮不浮动时行星传动的均载特性40-42
• 2.6 本章小结42-45
• 3 立磨减速机参数化建模及动态响应有限元仿真45-63
• 3.1 引言45
• 3.2 齿轮系统振动分析理论45-48
• 3.2.1 固有频率及振型45-47
• 3.2.2 模态叠加法47-48
• 3.3 立磨减速机有限元建模及模态分析48-53
• 3.3.1 减速机参数化建模48
• 3.3.2 减速机箱体模态分析48-50
• 3.3.3 减速机齿轮系统模态分析50-53
• 3.4 立磨减速机动态响应分析53-61
• 3.5 本章小结61-63
• 4 立磨减速机关键零部件疲劳寿命预估及影响因素分析63-81
• 4.1 引言63
• 4.2 疲劳寿命分析理论及方法63-66
• 4.2.1 疲劳累积损伤理论63-64
• 4.2.2 材料S-N曲线64-65
• 4.2.3 疲劳寿命分析方法65-66
• 4.3 立磨减速机行星传动齿轮静强度分析66-69
• 4.3.1 静力分析有限元模型66-67
• 4.3.2 行星传动各齿轮应力67-69
• 4.4 立磨减速机行星传动齿轮疲劳寿命分析69-76
• 4.4.1 行星级齿轮副疲劳分析载荷谱69-71
• 4.4.2 行星传动各齿轮材料S-N曲线71-74
• 4.4.3 行星传动各齿轮疲劳寿命预估及安全系数计算74-76
• 4.5 立磨减速机行星传动齿轮疲劳寿命影响因素分析76-80
• 4.5.1 表面粗糙度对疲劳寿命的影响76-78
• 4.5.2 载荷谱对疲劳寿命的影响78-80
• 4.6 本章小结80-81
• 5 立磨减速机传动系统疲劳可靠性分析81-99
• 5.1 引言81
• 5.2 机械可靠性分析基本理论81-86
• 5.2.1 可靠性分析所涉及的基本概念81-83
• 5.2.2 概率分布和分布参数83-84
• 5.2.3 可靠性及参数灵敏度分析方法84-86
• 5.3 立磨减速机齿轮弯曲疲劳可靠性及灵敏度分析86-88
• 5.4 立磨减速机行星架可靠性及灵敏度分析88-96
• 5.4.1 行星架可靠性分析模型88-90
• 5.4.2 响应面90-91
• 5.4.3 采样历程91-93
• 5.4.4 概率累积分布函数93-94
• 5.4.5 可靠性灵敏度94-95
• 5.4.6 散点图95-96
• 5.5 立磨减速机传动系统疲劳可靠性分析96-98
• 5.6 本章小结98-99
• 6 结论与展望99-101
• 6.1 结论99-100
• 6.2 展望100-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-109
• 附录109
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录109
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目109

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