海水循环泵立式行星减速箱关键零件的有限元分析

发布时间：2021-04-21 20:29

混凝土蜗壳海水循环泵是核电站四大关键主泵之一，该泵的稳定可靠运行对于核电站的经济效益和安全性极为重要。而循环泵立式行星减速箱是该泵的关键部件。随着该泵的国产化、系列化的推进，如何降低生产成本，尤其是降低循环泵立式行星减速箱的生产成本成为关键问题。有限元方法因为其物理概念清晰，容易掌握、应用范围广等多种优点，在工程分析中得到广泛的应用。本文通过有限元软件ANSYS对海水循环泵齿轮箱中的关键零件内外斜齿轮、行星架进行有限元分析，为系统的优化设计提供数据支持；同时还通过热网络法对整个传动系统稳态温度场进行计算分析，为减少润滑油量，减少油箱容积提供依据；通过上述两项分析，主要目的是为了降低该立式行星齿轮箱的生产成本，为该产品的自主研发打好坚实的基础。本研究论文主要完成了以下工作： 1.利用VBA程序，在三维软件Solidworks中绘制了渐开线齿廓，并最终生成内外斜齿轮模型。 2.通过有限元软件对太阳轮与行星轮接触模型、行星轮与内齿轮的接触模型进行有限元分析，通过分析计算得出接触应力及接触变形的值，将此值与根据GB/T3480-1997中的接触强度校核法计算出来的值进行比较。两种算法的计算结果误差在1.2%以内，，而有限元软件计算方法操作更加简便，结果更加详细化。 3.通过有限元软件ANSYS对行星架进行静力分析，得到行星架的变形云图与应力云图。根据行星架的变形云图得知行星架受力变形的规律；将有限元软件ANSYS中的计算结果与通过经验公式计算的结果进行比较，以校核有限元软件的计算结果；根据行星架的应力云图与行星架材料的屈服极限可得到行星架的安全系数。 4.根据热网络法基本原理，在海水循环泵齿轮箱传动系统各部分分别设置温度节点，并根据热网络图建立热平衡方程，求解热平衡状态下温度节点的温度值，并与海水循环泵齿轮箱空载试验得到的结果进行比较。确定传动系统中温度最高点，即发热量最大点。为下一步的优化设计提供数据支持。
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景概述

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国内外核电发展现状及未来核电发展趋势

1.2.2 有限元法国内外研究概况

1.3 课题来源、选题意义及目的

1.4 主要研究内容

第二章行星齿轮传动系统的受力计算

2.1 引言

2.2 关键零件的受力分析

2.3 强度校核

2.3.1 太阳轮与行星轮接触强度校核

2.3.2 行星轮与内齿轮接触强度校核

2.4 行星架的连接强度检验及变形计算

2.4.1 行星架的连接强度计算

2.4.2 行星架变形计算

2.5 本章小结

第三章斜齿轮三维建模及接触理论

3.1 引言

3.2 外斜齿轮三维模型建立

3.2.1 渐开线方程

3.2.2 斜齿轮的模型建立

3.3 接触理论及其有限元方法

3.3.1 经典接触力学方法

3.3.2 接触分析有限元法思想

3.4 斜齿轮接触分析理论

3.4.1 接触行为

3.4.2 接触分类

3.4.3 接触算法

3.5 本章小结

第四章斜齿轮接触分析

4.1 引言

4.2 斜齿轮有限元模型的截取、网格划分

4.2.1 斜齿轮啮合模型的截取

4.2.2 斜齿轮啮合模型的网格划分

4.3 斜齿轮的接触分析

4.3.1 接触对的创建

4.3.2 施加载荷

4.3.3 斜齿轮接触分析结果

4.4 本章小结

第五章行星架的有限元分析

5.1 引言

5.2 行星架模型的建立

5.2.1 行星架的结构

5.2.2 行星架载荷的施加

5.2.3 行星架有限元分析结果

5.3 本章小结

第六章海水循环泵齿轮箱的热稳态分析

6.1 引言

6.2 热网络法及循环泵齿轮箱的热平衡方程

6.2.1 热网络法的概念

6.2.2 循环泵齿轮箱的节点布置及热平衡方程

6.3 功率损耗

6.3.1 齿轮损耗

6.3.2 轴承损耗

6.4 热阻、对流换热系数计算模型

6.4.1 热阻值的确定

6.4.2 对流换热系数的确定

6.5 本章小结

第七章总结与展望

7.1 总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文和参与的项目

【参考文献】