塔式起重机回转齿圈的有限元分析和优化设计

发布时间：2017-05-27 09:18

  本文关键词：塔式起重机回转齿圈的有限元分析和优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着可利用土地资源的日益减少，建筑的高空化是未来建筑发展的必然趋势，塔式起重机作为大型高空建筑的一个必不可少的建筑机械，将承担越来越大的作用。塔式起重机的回转齿圈位于塔式起重机的回转体部分，在其使用过程中经常出现的机械故障里，回转齿圈的损伤占了很大一个比例。齿圈作为承载载荷和传递动力主要承担者，影响塔式起重机的工作性能和稳定性，通常回转齿圈的维修就是更换齿圈，经济性低，并且齿圈制造周期长，因而回转齿圈的优化设计在塔式起重机工程应用中非常有意义。 有限元软件ANSYS Workbench是一个多用途的有限元法微处理机设计程序，广泛应用于机械领域，用它来对齿圈工作进行接触分析、模态分析和疲劳分析，再由得到的数据进行以及优化设计，达到齿圈的最优设计，减少齿圈工作过程中的损伤，提高回转机构的工作性能。本课题研究的主要内容主要是利用当前作用最强大的三维空间建模软件CATIA对回转齿圈机构进行了详细的实体化建模，再将模型导入有限元软件ANSYS Workbench中，对塔式起重机回转齿圈进行静力学齿根弯曲分析和齿面接触分析，着重研究了回转齿圈的工作状况，，计算了齿圈的受力情况，在模型网格划分方法和方式等细节上都做出了仔细的比较，得出了齿根弯曲分析和齿面接触分析的应力—应变云图，对传统的齿根弯曲强度校核和齿面接触强度校核都做出了参考价值。课题还对回转齿圈结构进行了模态分析，得出了各阶的主振型和频率，根据阵型图的分析，提出了回转机构各方向上的应变大小及应变趋势，这些对避免回转机构的共振也是有指导意义的。 最后，依据齿圈齿根弯曲强度对回转齿圈进行了优化设计，针对回转齿圈齿根部应力最大，最有可能发生损伤的状况，采用了一种最佳过渡圆角计算方法，得出了回转齿圈的最佳过渡圆角半径。通过改变齿圈齿根圆过渡半径的大小，利用ANSYSWorkbench对一组齿根过渡圆角进行分析验证，确定了计算方法的准确性，得到一个比较好的齿根圆过渡半径，从而达到优化目的。
【关键词】：回转齿圈 CATIA ANSYS Workbench 有限元分析 齿根优化
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景9
• 1.2 塔机回转齿圈的工作原理及结构形式9-13
• 1.3 国内外齿圈的研究分析现状和发展趋势13-17
• 1.3.1 国外齿圈设计发展状况14
• 1.3.2 国内齿圈设计发展状况14-16
• 1.3.3 齿圈优化设计的发展趋势16-17
• 1.4 课题来源、研究目的和内容17-20
• 1.4.1 课题研究内容和方法17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 1.4.3 本项目的特色与创新之处19-20
• 第二章 基于 CATIA 的回转齿圈三维参数化建模20-32
• 2.1 CATIA 软件简介20
• 2.2 圆柱齿圈渐开线的形成原理[16]20-21
• 2.3 齿圈模型的基本参数及理论计算公式21-24
• 2.4 绘制齿圈端面齿廓24-28
• 2.5 啮合齿圈和驱动轮模型的装配[19-22]28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 基于 ANSYS Workbench 的回转齿圈静力学分析32-51
• 3.1 有限单元法与有限元软件简介32-36
• 3.1.1 有限单元法32-33
• 3.1.2 有限元软件简介33-34
• 3.1.3 有限单元法分析的基本步骤34-36
• 3.2 基于 Workbench 的齿圈齿根弯曲强度静态有限元分析计算36-43
• 3.2.1 模型的前处理36-37
• 3.2.2 材料属性定义37
• 3.2.3 网格划分37-39
• 3.2.4 施加载荷和约束39-41
• 3.2.5 结果分析41-43
• 3.3 基于 ANSYS Workbench 齿圈接触应力静态有限元分析计算43-50
• 3.3.1 接触问题处理方式43-44
• 3.3.2 接触概念与算法44-45
• 3.3.3 ANSYS Workbench 中接触问题分析流程45-47
• 3.3.4 结果查看以及分析47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 基于 Workbench Workbench 的回转齿圈模态分析51-64
• 4.1 模态分析定义51
• 4.2 回转齿圈结构振动分析51-53
• 4.3 模态分析理论介绍53-55
• 4.3.1 模态提取方法介绍54-55
• 4.4 模态分析分析过程55-56
• 4.5 单个齿圈的模态分析56-60
• 4.6 齿圈啮合结构的模态分析60-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 回转齿圈的优化设计64-76
• 5.1 齿圈失效形式分析64
• 5.2 齿根过渡最佳圆角的优化计算64-70
• 5.2.1 齿根最佳过渡圆角半径的数值计算方法[44]65-68
• 5.2.2 回转齿圈齿根最佳过渡圆角半径的计算68-70
• 5.3 基于 ANSYS Workbench 的最佳过渡圆角半径的有限元分析70-75
• 5.3.1 最佳齿根过渡圆角的有限元分析70-73
• 5.3.2 一组齿根过渡圆角的有限元分析验证73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 附录82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 李晓晓;董万福;吴昊荣;;滚子从动件盘形凸轮的三维快速精确设计[J];成都大学学报(自然科学版);2013年01期

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本文编号：399492