基于虚拟样机的旋转平台传动系统的动力学分析

摘要

随着钢铁行业的不断进步，机械设备日益向着轻量化、高速、高精度方向发展，这样就使得变形在机械设备中显得越来越突出。传动部件作为机械设备的必要组成部分，其设计的好坏对机械设备的运行精度有决定性的影响，特别是机械零部件的变形会影响到整个传动系统的工作性能和运行精度，从而对整个机械设备的性能也有很大影响。在传统的设计阶段，常常因为没有很好地考虑机械零部件的变形，使得其它相关系统的设计也会受到影响，所以传统的方法已经无法满足要求。 在传动系统动力学分析过程中引入虚拟样机技术，可以实现计算机对机械设备在实际工况下的仿真模拟，并运用刚柔耦合模拟其零部件的变形情况，得到仿真输出参数和结果，以此来估计和推断实际运行的各种数据，此方法对机械传动系统进行动态分析和结构设计有一定的参考价值。 本论文针对某钢厂高线集卷站设备回转平台的传动系统，主要研究了以下内容： （1）根据现场图纸及测得的数据分析了回转平台传动系统的结构、运动及动力。 （2）利用Pro/E参数化的建模方法建立了传动系统的三维模型。 （3）将三维模型导入ADAMS中，建立了回转平台传动系统的虚拟样机，并通过角速度和齿轮啮合力验证了所建立虚拟样机系统的正确性；对系统的实际运行情况进行仿真，分析了输出角速度和角位移曲线。 （4）利用Pro/E和ANSYS将低速轴进行柔性化，将模态中性化文件导入ADAMS中，建立了系统刚柔耦合虚拟样机模型；对模型进行仿真，得到系统的输出角速度、角位移曲线，并与刚性化下仿真得到的数据进行对比分析；分析了ADAMS的输出应力图，并将其中生成的载荷文件导入ANSYS中进行应力分析，通过应力分析结果对比验证了所建立的柔性件以及ADAMS中的应力分析结果的正确性，为虚拟样机技术在回转平台传动系统中的应用提供了依据。 本论文的研究介绍了应用Pro/E建立模型，应用ADAMS和ANSYS进行虚拟样机的柔性化动力学分析以及对柔性件进行应力分析的方法，借助各软件的数据交换接口，充分利用了CAD软件和CAE软件的优点，提高了设计与分析的精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.2.1虚拟样机技术

1.2.2有限元法

1.2.3 ADAMS与ANSYS

1.3研究课题来源

1.3.1双芯棒集卷站

1.3.2实际出现的主要问题

1.4本论文的主要研究内容

第二章 回转平台传动系统的结构、运动及动力分析

2.1回转平台的结构分析

2.1.1高速线材集卷站系统布局

2.1.2回转平台结构与传动系统布局

2.1.3回转平台传动部分主要构件与性能分析

2.2回转平台的运动与动力学分析

2.2.1集卷站回转平台总体转动惯量计算

2.2.2水钢回转平台驱动扭矩计算

2.3本章小结

第三章 回转平台传动系统三维模型的建立

3.1概述

3.1.1 Pro／E

3.1.2 Pro／Program

3.1.3回转平台传动系统简介

3.2参数化设计

3.2.1参数化设计的方法

3.2.2参数化设计的特点

3.2.3 Pro／E参数化的优势

3.3参数化建模

3.3.1齿轮特征建模

3.3.2齿轮参数化过程及再生

3.4装配建模

3.4.1装配生成的减速器三维模型

3.4.2内啮合齿圈模型的建立

3.4.3整个传动系统三维模型的建立

3.5本章小结

第四章 传动系统动力学仿真及分析

4.1 ADAMS软件

4.2基于ADAMS软件平台的接触力理论

4.2.1渐开线齿轮啮合力仿真刚度系数

4.2.2直齿轮的刚度系数

4.3传动系统虚拟样机的建立

4.3.1 ADAMS和Pro／E 间数据转换

4.3.2虚拟样机模型的建立

4.3.3 ADAMS动力学仿真设置

4.3.4仿真结果的分析

4.3.5实际工况下仿真结果的分析

4.4本章小结

第五章 柔性轴对传动的影响分析及其应力分析

5.1 ADAMS柔性化理论

5.2柔性体的建立

5.3仿真流程

5.3.1模型的生成及数据的交换

5.3.2 ANSYS中生成传动轴的模态中性文件

5.3.3刚柔耦合系统的建立

5.3.4.仿真结果分析

5.3.5将载荷文件导入到ANSYS中进行应力分析

5.4本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的发表论文

致谢