磨机传动系统有限元模型修正的关键问题研究

摘要

大型磨机传动系统结构复杂，其中存在着众多不确定性因素，然而目前在结构动力学分析领域中，有限元仿真技术主要是在确定性框架内进行的研究，很少考虑传动系统中的不确定性因素对系统有限元模型动态特性造成的影响，使得模型无法正确地反映系统的动力学特性，导致仿真结果不能有较好的工业应用。而且当前的模型修正方法多是基于模态参数和频率响应函数的模型修正方法，基于时域响应的模型修正方法并不多见。研究分析传动系统中的不确定性因素以及探索基于时域响应的模型修正方法，对有限元方法的发展和应用具有重要意义。本文以大型磨机传动系统为研究对象，通过试验测试和理论建模相结合的手段，对传动系统中存在的不确定性参数进行了分析和识别，最后建立了能够正确反映运行状态下传动系统位移响应的有限元模型。具体内容如下： （1）基于相似理论设计并搭建了适合实验室条件的传动系统试验台；以试验台的一级齿轮传动系统为研究对象，基于分层思想将其分为不同的子结构，分析了各子结构中存在的不确定性因素，并建立了考虑不确定性因素的各子结构有限元模型。 （2）设计并实施了模态试验；基于模态试验数据，以传动轴子结构和轴承子结构的设计参数为待修正参数，使用基于响应面的有限元模型修正技术，对子结构有限元模型进行了修正。 （3）通过基于理论力学的石川算法计算得到了齿轮副的时变啮合刚度；以时变啮合刚度的计算结果为目标值，使用响应面法修正了啮合轮齿子结构的有限元模型。 （4）设计并实施了传动系统运行状态下的位移响应试验；然后基于动响应试验结果修正了支撑座子结构的有限元模型；最后将各子结构模型组合为传动系统整体有限元模型，并将位移响应的仿真结果与试验结果进行对比分析，结果表明有限元模型能够准确地反映传动系统的位移响应。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 齿轮传动系统的研究现状

1.2.2 有限元模型修正方法的研究现状

1.3 课题的引出

1.4 本文主要研究目标及结构安排

2 传动系统试验台的研制及有限元建模

2.1 引言

2.2 传动系统试验台的设计及搭建

2.2.1 传动系统相似设计理论

2.2.2 试验台的设计及搭建

2.3 传动系统有限元模型的建立

2.3.1 基于分层思想的子结构划分

2.3.2 子结构有限元模型的建立

2.4 本章小结

3 基于响应面法的传动轴及轴承子结构模型修正

3.1 引言

3.2 基于响应面的有限元模型修正方法

3.2.1 显著参数的筛选

3.2.2 响应面的拟合

3.2.3 参数的修正

3.3 模态试验

3.4 传动轴子结构有限元模型的修正

3.4.1 输入轴子结构有限元模型的修正

3.4.2 输出轴子结构有限元模型的修正

3.5 轴承子结构有限元模型的修正

3.5.1 输入轴轴承有限元模型的修正

3.5.2 输出轴轴承有限元模型的修正

3.6 本章小结

4 齿轮副时变啮合刚度的计算及模型修正

4.1 引言

4.2 齿轮副啮合周期计算

4.2.1 啮合相位角及啮合周期的定义

4.2.2 啮合周期不同状态的分布及计算

4.3 基于石川公式的时变啮合刚度计算

4.3.1 基于石川公式的刚度计算过程

4.3.2 啮合刚度计算结果

4.4 啮合轮齿子结构有限元模型的修正

4.4.1 有限元模型啮合刚度的计算

4.4.2 有限元模型的修正

4.5 本章小结

5 支撑座子结构的模型修正及传动系统位移响应计算

5.1 引言

5.2 传动系统位移响应试验

5.2.1 位移响应试验的原理

5.2.2 位移响应试验设计

5.2.3 试验测试结果的降噪处理

5.3 支撑座子结构的模型修正

5.3.1 模型边界条件的设置

5.3.2 支撑座子结构模型的修正

5.4 传动系统位移响应的仿真计算

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢