基于轮齿刚度有限元分析的轧机主传动振动计算

摘要

轧机是轧制钢材的主要设备，它是工业发展的基础。随着钢铁工业的发展，轧机的生产任务不断加重，传统的静力学理论设计方法已经变得不可靠了，轧机传动的扭振不仅影响轧件的表面质量，而且降低了传动系统的疲劳寿命，直接威胁着设备的安全。
　　本文以轧机振动理论和齿轮系统动力学理论为基础，针对某钢铁公司1580F2轧机主传动系统动态特性进行研究。建立轴盘—转子系统动力学模型，把连续的系统转变成离散的系统，并利用拉格朗日法建立数学模型。轮齿时变刚度是一个重要的系统参数，因此主要考虑轧机主传动系统减速器齿轮的时变啮合刚度和间隙对系统振动影响。在轮齿时变刚度计算中，根据轧机齿轮参数，利用Pro/E软件系统平台，建立参数化的轮齿三维接触模型，利用ANSYS有限元分析软件完成接触分析，求得轮齿时变啮合刚度。在轧机主减速器齿轮振动计算中，分别建立不包含轮齿时变刚度和间隙的力学模型和包含轮齿啮合刚度的力学模型等两个计算模型，利用MATLAB软件编写轧机主传动系统振动的计算程序。利用该程序计算分析主传动系统振动的特性。
　　最后利用相关数学方法和MATLAB软件求解两种轧机力学模型的咬钢过程中各轴段动态扭矩响应，通过改变参数求解不同参数下的轧机上主轴、联接轴的扭转振动力矩并计算出扭矩放大系数。通过结果数据的对比分析，考虑轮齿时变刚度和间隙时，轧机的振动特性明显发生变化，扭矩放大系数也相应增大;增加轧件的咬入时间会使轧机的振动力矩有所降低;同时齿轮误差也影响轧机系统的振动，误差量越大，系统振动力矩幅度越大;考虑阻尼时，系统的振动幅值会不断降低最后趋于平稳。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 轧机主传动系统背景概述

1．1．2 轧机主传动系统研究意义

1．2 课题国内外研究现状

1．2．1 国外轧机主传动系统的研究现状

1．2．2 国内轧机主传动系统的研究现状

1．2．3 轧机扭转振动研究的趋势

1．3 课题研究方法与内容

第2章 轧机主传动系统扭转振动基础理论

2．1 齿轮副振动分析模型

2．1．1 齿轮副分析模型简化

2．1．2 齿轮—转子系统动力学模型

2．1．3 齿侧间隙函数描述

2．2 多自由度系统的模态分析理论

2．2．1 模态的正交性

2．2．2 固有模态参数

2．3 轧机主传动系统扭矩放大系数

2．4 本章小结

第3章 轧机主传动系统齿轮啮合刚度有限元计算

3．1 有限元计算前处理(Preprocessor)

3．1．1 建立齿轮啮合几何模型

3．1．2 定义单元属性并划分网格

3．2 求解(Solution)与后处理(General Postpro)

3．2．1 定义边界条件与加载

3．2．2 后处理与啮合刚度计算

3．3 本章小节

第4章 轧机主传动系统振动分析模型和参数计算

4．1 建立轧机主传动系统力学模型

4．1．1 忽略轮齿啮合刚度的力学模型

4．1．2 考虑齿轮时变啮合刚度的力学模型

4．2 模型参数计算

4．2．1 转动惯量的计算和等效

4．2．2 扭转刚度

4．3 建立数学模型

4．4 本章小结

第5章 轧机主传动系统振动计算

5．1 轧制力矩计算

5．2 两种模型的外激载荷矩阵

5．3 轧机主传动系统振动计算

5．3．1 忽略阻尼时的动态扭矩

5．3．2 忽略阻尼时的扭矩放大系数TAF

5．3．3 考虑齿轮误差时系统的动态响应

5．3．4 考虑阻尼时动态扭矩

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢