盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统动力学分析

发布时间：2017-08-24 07:48

  本文关键词：盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统动力学分析

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【摘要】：本课题来源于国家“863”高技术研究发展计划资助项目“土压平衡盾构大功率减速器”（项目编号：2007AA041802）子课题。目的在于对土压平衡盾构刀盘驱动主减速器三级串联式行星齿轮传动系统的动力学特性进行研究。作为盾构刀盘驱动系统的核心传动部件，大功率三级行星减速器具有功率密度高、扭矩大、转速低、体积小，可靠性要求高等复杂技术要求，目前国际上只有美国、瑞士、日本等少数几个国家具有设计、制造能力，我国一些盾构制造厂家对此主要依赖进口。因此，对其刀盘驱动主减速器三级行星齿轮传动系统进行动力学特性分析，将有助于提高设计整机运行的可靠性和稳定性，是现代盾构设计技术的重要研究内容之一。 针对盾构刀盘驱动主减速器三级行星齿轮系统，，从动力学角度出发，本文主要进行了如下方面的研究内容： ①在单级行星齿轮系统动力学模型的基础上，本文采用级间耦合的方法，建立了三级行星齿轮系统的平移-扭转耦合动力学模型，模型考虑了由于不同级行星轮系中行星架转速不同造成的行星轮时变位置相角特性，同时也包含了啮合综合误差、阻尼、时变刚度等其它重要影响因素。随后给出了时变刚度、啮合综合误差、阻尼这些系统参数的数学描述； ②基于系统特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型坐标，并运用数值积分的方法对系统响应进行了求解，为传动系统均载分析奠定了基础； ③在对所建系统动力学模型进行固有特性分析的基础上，给出了系统参数灵敏度的模态分析方法，结合模态应变能与动能的定义，推导了系统参数灵敏度与系统模态能量之间的关系，以啮合刚度为例进行了参数的灵敏度分析。结果表明，在一些系统参数敏感点处，参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化，也将引起能量在各级间发生转移，使得传动特性剧烈变化； ④在建立系统动力学微分方程及系统响应分析的基础上，介绍了动力学条件下的行星齿轮系统动载荷系数和均载系数的计算方法，并依据该方法对系统均载系数进行了计算。同时分析了输入转速、行星轮支撑刚度、时变啮合刚度等系统参数对系统均载特性的影响。
【关键词】：盾构 主减速器 行星齿轮传动系统 动力学
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.425
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8
• 1.2 盾构技术的研究现状8-11
• 1.2.1 国外盾构技术研究现状9-10
• 1.2.2 国内盾构技术研究现状10-11
• 1.3 行星齿轮系统动力学研究现状11-13
• 1.4 主要研究内容13-15
• 2 三级行星齿轮传动系统动力学模型15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 齿轮系统动力学基础15-17
• 2.2.1 齿轮系统的动态激励16
• 2.2.2 齿轮系统动力学模型的类型16-17
• 2.3 系统运动微分方程17-25
• 2.3.1 动力学分析模型17-19
• 2.3.2 多级行星齿轮系统坐标系的构建19-20
• 2.3.3 各级相互作用构件的弹性变形分析20-22
• 2.3.4 系统平移-扭转耦合动力学微分方程22-25
• 2.4 系统参数分析25-29
• 2.4.1 时变啮合刚度25-28
• 2.4.2 系统的综合啮合误差28-29
• 2.4.3 系统阻尼系数的计算29
• 2.5 小结29-30
• 3 系统固有特性及动态响应分析30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 系统的固有特性分析30-36
• 3.2.1 固有频率及振型的计算方法30-31
• 3.2.2 系统的固有频率及振型分析31-36
• 3.3 系统动态响应计算分析36-42
• 3.3.1 系统动力学方程求解方法36-39
• 3.3.2 数值积分初值计算39
• 3.3.3 行星齿轮系统静态变形39-40
• 3.3.4 系统的动力学响应40-42
• 3.4 小结42-43
• 4 系统参数的灵敏度和模态跃迁分析43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 系统的模态应变能与动能43-44
• 4.3 灵敏度分析的模态方法44-46
• 4.4 模态跃迁现象分析46
• 4.5 啮合刚度参数灵敏度分析46-49
• 4.6 小结49-50
• 5 行星齿轮传动系统动力学均载分析50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 行星齿轮传动均载综述50-52
• 5.2.1 行星齿轮均载系数的意义50
• 5.2.2 齿轮系统均载研究现状50-51
• 5.2.3 行星齿轮均载改善措施51-52
• 5.3 动载系数和均载系数的计算52-53
• 5.4 系统参数对系统动力学均载性能影响53-56
• 5.4.1 输入转速对系统均载性能影响53-54
• 5.4.2 行星轮支撑刚度变化对系统均载性能影响54-56
• 5.4.3 时变啮合刚度对系统均载性能的影响56
• 5.5 小结56-57
• 6 结论与展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 附录65
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录65
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目65

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