制动器不同步状态下转炉一、二次减速机啮合齿轮有限元模拟分析

摘要

转炉是炼钢生产的主体设备,其倾动装置是驱动转炉旋转从而完成炼钢作业的动力元件。在日常设备维护过程中,利用 EZ-ANALYST软件对某转炉倾动装置四台一次减速机的振动信号进行了采集,查明一台一次减速机滞后动作,进而导致一、二次减速机齿轮异常啮合的产生,而国内各钢厂转炉倾动装置一、二次减速机轮齿疲劳断裂现象也时有发生。
　　为研究此种异步驱动工况对轮齿强度及疲劳寿命的影响,更好地确保安全生产,本文以应力波理论和疲劳损伤理论作为课题研究的有力支撑,利用Solidworks三维建模软件对转炉整体精确建模并计算得出启、制动特定角度下的倾动力矩,以一、二次减速机的齿轮及齿轮轴为研究对象,计算了特定角度下的齿轮静态接触的强度,随后结合实际各种工况参数对一、二次减速机齿轮进行准静态分析,分别包括:启动阶段“三台驱动一台制动”工况下的显式动力学分析,制动阶段“三台制动一台驱动”显式动力学分析和制动时刻“一台制动三台驱动”工况下的齿轮瞬态动力学分析。至此,得出静止、启动、制动不同工况下对应的轮齿静、动力学强度。以便确定最恶工况从而进行疲劳寿命分析预测。
　　论文创新性的利用 ANSYS/LS-DYNA软件对一、二次减速机启、制动工况进行显式动力学分析,也较好地得到了此种冲击工况所对应的载荷谱,对之后ANSYS/FE-SAFE的疲劳寿命分析精度也做了较好地保障。研究结果表明,启动时刻“三台驱动一台制动”为最恶工况,进而再对此工况下的轮齿进行疲劳寿命分析,结果表明:齿根过渡圆角半径处疲劳强度不足,从而利用 GearTrax软件增大齿根过渡圆角半径方法的进行结构优化并再次校核。结果表明当增大齿根过渡圆角半径1.4毫米后显著提高了轮齿疲劳强度。国内学者只是从电气设备的驱动响应时间入手,未见利用有限元方法对转炉倾动装置不同步问题加以研究,因而本文对于转炉倾动装置的设计、维护、改进生产工艺都具有较高的现实指导意义。

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引言

1 绪论

1.1 课题研究对象及其工况简介

1.2国内外转炉倾动装置及其相关问题研究现状

1.3 课题研究的主要内容

2课题相关理论及方法

2.1齿轮啮合动力学方程齿轮动力学啮合方程为：

2.2应力波理论

2.3 LS-DYNA的碰撞、接触算法

2.4疲劳分析相关理论及方法

2.5本章小结

3一、二次减速机实体模型的建立

3.1 Solid Works软件介绍

3.2一、二次减速机模型的建立

3.3动、静力学分析初始条件的准备

3.4本章小结

4转炉静止于某一角度的轮齿静强度分析

4.1 ANSYS软件介绍

4.2转炉减速机齿轮静强度分析

4.3本章小结

5转炉制动器不同步状态下启、制动阶段显式动力学分析

5.1 ANSYS/LS-DYNA软件介绍

5.2启动阶段轮齿冲击碰撞分析

5.3启动阶段轮齿静强度与动力学强度对比分析

5.4制动阶段轮齿强度有限元分析

5.5启、制动阶段轮齿动力学强度对比

5.6本章小结

6基于ANSYS/FE-SAFE软件的轮齿疲劳寿命预测及改进

6.1 ANSYS/FE-SAFE软件概述

6.2启动阶段冲击载荷作用下的轮齿疲劳寿命分析

6.3结构优化设计与改进

6.4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢