核级阀门电动执行机构中蜗轮蜗杆传动的动态接触分析及其疲劳寿命研究

摘要

核级阀门电动执行机构在核电工业中有着广泛的应用，而蜗轮蜗杆传动作为核级阀门电动执行机构中重要的传动机构，其运动特性对核级阀门电动执行机构性能的发挥乃至核电设备运行的安全性都具有十分重要的意义。由于在其工作过程中不仅要考虑环境温度、运行温度、放射性、振动条件下的稳定性及安全等级等，还需要满足具有一定的抗冲击载荷能力，且需要保证核级阀门在载荷突变情况下仍能够稳定运行，因此与普通阀门电动执行机构相比其技术要求更高。本文针对核级阀门电动执行机构中蜗轮蜗杆的传动特点和要求，构建了蜗轮蜗杆传动复杂曲面的三维模型，利用Ls-dyna和Fe-safe软件分别进行了蜗轮蜗轮蜗杆传动的动态接触分析和疲劳寿命研究，同时对核级阀门电动执行机构进行了疲劳寿命试验。
　　本文的主要研究工作内容如下:
　　(1)建立了蜗轮蜗杆传动的三维装配模型。以核级阀门电动执行机构中蜗轮蜗杆传动的工程实际应用为背景，进行蜗轮蜗杆传动的三维模型设计，并对蜗轮蜗杆传动进行了参数化设计;针对蜗轮蜗杆曲面复杂特性和要求，研究蜗轮蜗杆的三维建模方法，并且基于曲面插值理论和蜗杆成形理论，利用Solidworks软件进行蜗轮蜗杆的精确建模和装配设计。
　　(2)针对核级阀门电动执行机构对振动条件下的稳定性要求，利用Ls-dyna软件对蜗轮蜗杆传动进行动态接触分析，并将模拟结果与蜗轮蜗杆的理论计算结果进行了校核分析;同时最后讨论了不同加载时间对蜗轮蜗杆传动接触性能的影响。
　　(3)协同Ansys、Adams和Fe-safe软件对蜗轮蜗杆传动的疲劳寿命进行分析。以动力学分析结果与静态接触应力分析结果为基础，借助Fe-safe和Ansys良好的接口性能，对蜗轮蜗杆传动的疲劳寿命和疲劳安全系数分布进行可视化，并讨论了表面粗糙度和残余应力对蜗轮蜗杆传动疲劳寿命和疲劳安全系数的影响。
　　(4)开展了蜗轮蜗杆传动的疲劳寿命测试，并将之与模拟分析结果进行了对比分析，讨论两者存在差异的原因。
　　通过对蜗轮蜗轮蜗杆传动的动态接触和疲劳性能分析，为核级阀门电动执行机构在实际工程中的应用与研究提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 核级阀门电动执行机构的研究概况

1．2．1 国内研究概况

1．2．2 国外研究概况

1．3 蜗轮蜗杆传动的特点和类型

1．3．1 蜗轮蜗杆传动的特点

1．3．2 蜗轮蜗杆传动的类型

1．4 蜗轮蜗杆传动的国内外研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第二章 ZA蜗轮蜗杆传动的理论模型及其建立

2．1 ZA蜗轮蜗杆传动的建模基础

2．1．1 蜗杆的建模基础

2．1．2 蜗轮的建模基础

2．2 基于Solidworks蜗轮蜗杆建模

2．2．1 Solidworks软件简介

2．2．2 蜗轮蜗杆的参数设计

2．2．3 ZA蜗杆Solidworks建模

2．2．4 ZA蜗轮Solidworks建模

2．3 蜗轮蜗杆的装配模型

2．4 本章小结

第三章 基于Ls-dyna的ZA蜗轮蜗杆传动的动态接触分析

3．1 Ls-dyna软件简介

3．2 ZA蜗轮蜗杆传动的动态接触分析

3．2．1 有限元模型的建立

3．2．2 Ls-dyna中相关参数的设置

3．2．3 模型载荷的施加

3．2．4 分析求解参数设置

3．3 动态接触结果与分析

3．3．1 动态接触应变分析

3．3．2 动态接触应力分析

3．3．3 动态接触稳定性分析

3．4 ZA蜗轮蜗杆传动有限元结果的校核

3．5 本章小结

第四章 蜗轮蜗杆传动的疲劳寿命分析与测试

4．1 关于Fe-safe软件的介绍及计算模型

4．1．1 Fe-safe软件简介

4．1．2 疲劳累积损伤理论

4．1．3 多轴疲劳寿命模型

4．2 ZA蜗轮蜗杆传动的静态接触分析

4．2．1 静态接触分析参数设置

4．2．2 静态接触仿真结果与分析

4．3 ZA蜗轮蜗杆传动的动力学分析

4．3．1 动力学仿真参数设置

4．3．2 动力学仿真结果与分析

4．4 ZA蜗轮蜗杆传动的疲劳分析

4．4．1 ZA蜗轮蜗杆传动疲劳分析的参数设置

4．4．2 ZA蜗轮蜗杆疲劳仿真结果与分析

4．4．3 表面完整性对疲劳寿命的影响

4．5 ZA蜗轮蜗杆传动的疲劳寿命试验

4．5．1 疲劳寿命试验装置

4．5．2 疲劳寿命试验参数设置

4．5．3 疲劳寿命试验结果与分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果