桥式起重机减速器结构优化设计及疲劳寿命分析

发布时间：2017-09-05 10:31

  本文关键词：桥式起重机减速器结构优化设计及疲劳寿命分析

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【摘要】：随着制造和装卸作业场所慢慢转向室内,桥式起重机生产和物流中发挥着越来越重要的作用,这就要求桥式起重机具有可靠性高、振动小、重量轻、运转平稳等性能特点。而减速器作为桥式起重机的关键部件,对桥式起重机的综合性能有着重要的影响。因此,开展桥式起重机减速器的振动特性分析、动力学性能优化、疲劳寿命预估及可靠性分析,对减速器的减振降噪及轻量化设计具有重要的理论意义和工程实用价值。论文来源于国家科技支撑计划项目。以桥式起重机减速器为研究对象,综合应用振动分析理论、疲劳损伤理论、优化设计方法及有限元仿真技术,对减速器进行了结构优化设计和疲劳寿命分析。论文的主要研究工作如下:①建立桥式起重机减速器参数化有限元模型,采用分块Lanczos法对减速器进行模态分析,求得减速器的固有频率和振型;在模态分析的基础上,计算包括刚度激励、误差激励和冲击激励的内部激励和输入转矩波动引起的外部激励,采用模态叠加法求解减速器动响应,得到振动位移、振动速度以及振动加速度。②基于减速器参数化模型,以箱体壁厚为优化设计变量,轴承座上评估点的振动加速度最小为优化目标,箱体体积为状态变量,建立桥式起重机减速器结构子系统动力优化模型;采用零阶优化算法,对减速器结构子系统进行动力优化,并对优化后的减速器进行振动响应评估。③采用集中参数法建立传动子系统纯扭转动力学模型,推导振动微分方程,运用谐波平衡法求得构件振动加速度函数表达式;以振动加速度和质量的线性加权为目标函数,齿轮模数、齿数和螺旋角等为设计变量,齿轮副传动比、静强度和中心距等为约束条件,建立减速器传动子系统动力优化模型;采用分枝定界法,对传动子系统进行离散优化。④基于轮齿动态接触力确定疲劳分析载荷谱,根据GL规范计算齿轮材料S-N曲线,结合静力分析结果,在Fe-safe软件中利用名义应力法对优化前后的齿轮副进行疲劳寿命分析;以输入转速、齿宽和材料弹性模量等为随机变量,建立优化后的齿轮副可靠性分析模型,计算齿轮副可靠度,并分析了齿轮副可靠度灵敏度。
【关键词】：桥式起重机减速器 振动分析 动力优化 疲劳寿命 可靠性分析
【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】：TH215
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题学术意义及实用意义8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 齿轮系统动态激励及振动特性研究现状8-11
• 1.2.2 齿轮传动子系统动力优化研究现状11-12
• 1.2.3 齿轮系统疲劳寿命的研究及可靠性分析现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 2 桥式起重机减速器有限元建模及振动特性分析16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 动力学分析理论16-18
• 2.2.1 模态分析16-17
• 2.2.2 动态响应分析17-18
• 2.3 桥式起重机减速器动力有限元分析模型18-19
• 2.4 桥式起重机减速器模态分析19-22
• 2.5 桥式起重机减速器动态响应分析22-31
• 2.5.1 减速器动态响应分析模型22-25
• 2.5.2 减速器动态响应分析结果25-31
• 2.6 本章小结31-32
• 3 桥式起重机减速器结构子系统动力优化设计32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 优化设计理论32-34
• 3.2.1 不等式约束最优化求解33
• 3.2.2 ANSYS的优化设计33-34
• 3.3 桥式起重机减速器结构子系统动力优化34-40
• 3.3.1 减速器结构子系统优化设计模型34-35
• 3.3.2 减速器结构子系统优化结果35-37
• 3.3.3 减速器结构子系统优化后动响应评估37-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 桥式起重机减速器传动子系统动力优化设计42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 桥式起重机减速器传动子系统振动微分方程42-49
• 4.2.1 减速器传动子系统的动力学模型42-44
• 4.2.2 减速器传动子系统的动力学微分方程44-45
• 4.2.3 减速器动力学微分方程的Runge-Kutta法数值求解45-49
• 4.3 桥式起重机减速器传动子系统多目标动力优化模型49-57
• 4.3.1 减速器传动子系统动力优化目标函数49-52
• 4.3.2 减速器传动子系统动力优化设计变量52
• 4.3.3 减速器传动子系统动力优化约束条件52-54
• 4.3.4 桥式起重机减速器传动子系统动力优化结果及评估54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 桥式起重机减速器关键零部件疲劳寿命预估及可靠性分析58-80
• 5.1 引言58
• 5.2 分析理论58-62
• 5.2.1 疲劳寿命计算相关理论58-60
• 5.2.2 可靠性理论60-62
• 5.3 输入级斜齿轮副疲劳寿命分析62-71
• 5.3.1 静力接触分析62-65
• 5.3.2 材料的疲劳特性65-68
• 5.3.3 齿轮啮合过程的载荷谱68-69
• 5.3.4 疲劳寿命计算69-71
• 5.4 输入级斜齿轮副可靠性分析71-77
• 5.4.1 可靠性分析模型71-72
• 5.4.2 可靠性计算72-75
• 5.4.3 可靠性灵敏度分析75-77
• 5.5 本章小结77-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 结论80
• 6.2 展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-90
• 附录90
• 作者在攻读学位期间参与的科研项目90

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本文编号：797459