盾构保险轴花键联接及刀盘驱动齿轮副有限元分析

发布时间：2020-11-14 14:37

　　 盾构是广泛应用于隧道挖掘工程的大型高新技术装备,而刀盘驱动装置是其关键组成部分。由于国内对盾构的研究起步较晚,核心技术又被德、日、法等发达国家封锁,所以我们还没有掌握其关键技术,一些核心部件仍然依赖于进口。因此,深入研究花键保险轴和多齿轮并联传动系统的生产制造技术,不仅可以为盾构核心技术的进一步实验研究提供一定的理论基础;而且对振兴我国装备制造业和提升国内技术的独立研发能力起到了积极作用。本文以盾构刀盘驱动系统的花键保险轴和多齿轮并联驱动减速单元为研究对象,深入研究啮合过程中的应力变化规律,并提出详细的优化方案。本文根据设计要求完成了盾构渐开线花键保险轴联接和小齿轮与大齿轮减速单元的设计,根据常规理论方法按照国家标准分别对其进行了强度计算。利用三维造型软件Creo建立精准的三维模型,根据联接与传动关系装配花键副及齿轮对,并对盾构刀盘驱动齿轮的安装条件进行了检验。应用有限元软件ABAQUS对保险轴花键副和多齿轮并联驱动减速单元在传递扭矩时的应力分布状态进行分析,并与理论强度校核结果进行对比,分析其设计是否合理。根据仿真分析结果,对边缘效应引起的应力集中问题进行深入研究,并针对花键齿提出多种修形方案来降低或避免应力集中,最后用有限元法对其修形效果进行检验。选取刀盘驱动小齿轮和内齿圈在啮合周期内的几个特征位置,利用Hertz公式计算其最大接触应力,并用有限元法对其进行详细的仿真分析,观察其应力的变化规律,再与Hertz公式所计算出的结果对比。本文的研究结果表明,保险轴花键齿的齿面存在载荷分布不均的情况,在接触边缘处产生了明显的应力集中,其应力值远大于理论计算值,而提出的修形方案则明显改善了这种现象。同时也得出了驱动小齿轮在啮合过程中的特殊位置的应力变化规律,为我国盾构技术的进一步研究提供了理论基础。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.39
【部分图文】：

构保险轴的研究概况??保险轴的主要功能??构驱动系统的运行主要通过多个均匀分布在主轴承周围的变频电机连接多个小齿轮转动［１１］，再由多个小齿轮同时与内齿圈啮合带动刀盘旋转切削系统如图１．２所示。其中，保险轴通过两端的花键将减速器与驱动小齿轮保险轴主要有两个功能：一方面，盾构在挖掘过程中可能遇到较为坚硬的盘的摩擦力会极速增长，出现堵死现象，造成电机的电流瞬间变大，线圈导致电机烧毁造成巨大损失。为了避免这种情况，在保险轴上设计了扭剪矩大于安全载荷时，扭剪槽会因达到强度极限而断裂，阻断动力传递，从统，起到过载保护的作用１。另一方面，电机输出的动力，经过减速器减通过保险轴传递给与刀盘齿圈啮合的小齿轮，驱动刀盘旋转，起传递扭矩变频电机１?——？？减速器１——？花键轴１?一？小齿轮１?—????

花键轴的基本参数如下：花键齿数为３０，模数为５，压力角为３０°?，花键轴总长为??２８８ｍｍ，键齿长为１００ｍｍ，扭剪槽底部直径１４０ｍｍ，扭剪槽圆弧直径为２０ｍｍ，其结??构如图２．２所示。其中，左侧与小齿轮相连，右侧与减速器相连。???１４４?，??？｜?＋?九????—－．ａ－??ｉ?＾?６５??＇???丨?ｉ?＿＾??Ｗ——＼／＾??图２．２保险轴结构图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓａｆｅｔｙ?ｓｈａｆｔ??７??

??图３．２外花键?图３．３内花键简化模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｓｐｌｉｎｅ?Ｆｉｇ．?３．３?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｐｌｉｎｅ??参，，彡Ｉ．?Ｉ??图３．４小齿轮?图３．５内齿圈简化模型??Ｆｉｇ．?３．４?Ｐｉｎｉｏｎ?Ｆｉｇ．?３．５?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａｎｎｕｌａｒ?ｇｅａｒ??３．１．２建立花键联接及齿轮副的装配模型??在创建完成全部模型后，需要按照各零件的位置关系及联接方式对其装配。其中，??运动仿真装配是按照零部件实际的联接及运动情况，对其自由度进行相应的约束，需将??约束和联接功能综合使用；而完全约束装配是将部件的六个自由度全部约束，机构不能??进行相对运动，只能使用约束功能。本文按照保险轴花键联接及刀盘驱动齿轮副的实际?－？??运动情况进行运动仿真装配。??花键及齿轮的运动，主要是通过齿面间的相互接触传递动力。在确定中心距的情况??下，当外花键及内齿圈的位置确定时，与之相啮合的内花键及驱动小齿轮的安装位置也??能随之确定。确定其安装位置后
【参考文献】

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本文编号：2883584