小型旋挖钻机动力头齿轮传动装置虚拟疲劳寿命分析

摘要

动力头是旋挖钻机的关键部件,其性能好坏与寿命直接影响到旋挖钻机施工效率及施工安全性。动力头部件中的齿轮传动装置在工作中主要传递低速重载扭矩,而且是交变载荷,齿轮传动装置疲劳破坏是旋挖钻机动力头的主要失效方式之一。在设计阶段,针对动力头齿轮传动装置进行全寿命虚拟预测,对薄弱模块进行修改,优化,可很大程度上延长动力头使用寿命。
　　本文以适合于钻孔深度40m以内,直径1200mm以内黏土层作业的小型旋挖钻机用动力头为研究对象,开展了以下几个方面的研究:
　　1)通过理论计算得到动力头相关结构参数,构建了动力头的Pro/e三维模型,并进行了运动学仿真分析来验证模型的正确性;
　　2)采用ADAMS动力学仿真软件,结合动力头标准工况,计算分析了动力头内齿轮传动装置的受力情况,研究了加载快慢与主动轮分布相位角对接触力的影响,获得标准工况下齿轮的载荷谱。
　　3)采用ANSYS分析软件,结合ADAMS中得到的载荷谱进行有限元分析,得出标准工况下齿轮的薄弱部位应力谱。将此应力谱与理论计算应力进行比较并提出优化意见。
　　4)采用MSC.Fatigue结合应力谱,模拟标准钻进工况预测齿轮疲劳寿命。
　　通过研究分析可得以下结论:加载快慢对启动冲击载荷影响很大;主动轮分布相位角对此类平行轴齿轮系接触力影响较大,以呈90°与180°分布时最为平稳;动力头齿轮传动装置的理论计算与仿真分析结果相近,设计基本满足强度与寿命要求。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2相关领域的研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.4 课题来源

第2章 小型旋挖钻机动力头结构设计

2.1动力头结构原理及动力头设计参数

2.2动力头结构设计方案的确定

2.3 结构设计计算与校核

2.4 本章小结

第3章 基于Adams的运动学与动力学仿真研究

3.1 运动学仿真

3.2 动力学仿真

3.3载荷谱的获取及分析

3.4 本章小结

第4章 齿轮传动装置应力谱获取

4.1小齿轮的应力谱获取与校核

4.2大齿轮的应力谱获取与校核

4.3本章小结

第5章 齿轮传动装置的虚拟疲劳寿命预测

5.1 疲劳寿命分析的流程及关键问题

5.2 齿轮传动装置的寿命预测

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录