大功率机车弹性联轴器及圆弧端齿联结技术研究

摘要

大功率机车驱动技术是机车转向架研究的重点之一，而其关键部件联轴器是驱动装置的决定性因素，也是设计的难点。随着我国铁路向着高速，重载的方向大力推进。在高速、重载大功率的工况下，对联轴器提出了更高的要求，要求联轴器在及其有限的空间内实现高转速运转和大扭矩的传递。
　　 根据HXD1B机车驱动系统的结构和尺寸，采用有限元软件ANSYS，建立圆弧端齿弹性联轴器轴体的有限元模型，对圆弧端齿弹性联轴器进行强度和刚度分析，包括轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度、径向刚度以及轴体的静强度。并以弯曲刚度为目标函数，对联轴器轴体进行参数优化。
　　 考虑弹性联轴器在工作中发生1弧分的弯曲变形，分析机车驱动系统在弹性联轴器发生弯曲变形时，附加弯矩对驱动系统轴承载荷的影响，分析弹性联轴器轴体优化前、后，轴承载荷的增载率。
　　 分析弯曲工况下动不平衡精度等级对圆弧端齿齿形应力的影响。分析比较弹性联轴器轴体优化前、后各动不平衡精度等级对驱动系统轴承载荷的影响，从而选定合理经济的动不平衡精度等级。本文同时分析了弯曲工况下动不平衡精度等级对圆弧端齿的应力影响。
　　 本文分析了圆弧端齿弹性联轴器的工作原理以及圆弧端齿齿形成形原理和结构参数设计，对弧齿端齿盘进行几何参数设计，并根据联轴器的运行工况，分析了弧齿端齿盘的受力状况以及弧齿端齿盘的强度分析。并同时对相同参数、相同工况下的直齿端齿盘的强度进行分析，通过比较，得出弧齿端齿盘的性能优越性。
　　 分析圆弧端齿联轴器的加工工艺以及焊接工艺进行分析。得出端齿圆弧半径的设计规律和齿形形成的有效方法。
　　 本文通过对圆弧端齿弹性联轴器的结构及性能分析以及机车驱动系统的性能分析，能有效地掌握机车驱动系统中的圆弧形端齿弹性联轴器的结构特性、设计机理和制造方法，为圆弧端齿弹性联轴器在大功率机车驱动系统中的应用提供分析依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 前言

1.2 圆弧端齿弹性联轴器在当前国外发展状况

1.3 圆弧端齿齿联轴器在国内发展状况

1.4论文的主要内容

1.5 论文的关键问题

1.6 拟采取的研究方案

1.7 课题的创新性

第2章圆弧端齿弹性联轴器结构方案设计

2.1 机车驱动机构简介

2.1.1机车驱动系统概述

2.1.2机车驱动系统联轴器概述

2.2联轴器的分类

2.3 圆弧端齿弹性联轴器的选用

2.3.1结构特点分析

2.3.2适用性分析

2.4本章小结

第3章圆弧端齿弹性联轴器轴体结构及性能分析

3.1 优化设计的基本概念

3.2 圆弧端齿联轴器刚度分析

3.2.1 采用APDL语言建立联轴节有限元模型

3.2.2弯曲刚度

3.2.3扭转刚度

3.2.4轴向刚度

3.2.5径向刚度

3.3 圆弧端齿联轴器静强度计算

3.3.1 计算工况确定

3.3.2附加弯矩

3.3.3计算模型边界条件

3.3.4静强度计算结果

3.4 圆弧端齿联轴器参数优化

3.4.1优化参数设置

3.4.2结果分析

3.5 优化后圆弧端齿联轴器刚度计算

3.5.1弯曲刚度

3.5.2扭转刚度

3.6 本章小结

第4章驱动系统轴承载荷分析

4.1 HXD1B驱动系统简介

4.2轴承载荷计算

4.2.1 计算工况

4.2.2主动齿轮在仅受啮合力时载荷

4.2.3 主动齿轮仅受啮合力时轴承支点载荷

4.2.4附加弯矩对轴承载荷的影响

4.3 联轴器动不平衡分析

4.3.1 影响联轴器不平衡的因素

4.3.2联轴器平衡等级的确定

4.3.3动不平衡对轴承载荷的影响

4.4本章小结

第5章圆弧端齿参数化建模及网格划分

5.1圆弧端齿弹性联轴器齿形分析

5.2圆弧端齿盘的主要几何参数

5.2.1圆弧端齿盘的详细参数

5.2.2圆弧端齿弹性联轴器的材料选择

5.3圆弧端齿盘参数化建模

5.4端齿盘网格划分

5.5本章小结

第6章圆弧端齿盘齿形应力有限元分析

6.1端齿盘约束及加载

6.1.1工作载荷计算

6.1.2确定计算工况

6.1.3结束及加载

6.2计算结果及分析

6.3弯曲工况下动不平衡对齿根应力和接触应力的影响

6.4弧齿半径对端齿盘性能的影响

6.5直齿端齿盘性能分析

6.5.1直齿端齿盘参数确定

6.5.2直齿端齿盘模型建立

6.5.3施加载荷及约束

6.5计算结果分析

6.6本章小结

第7章圆弧端齿弹性联轴器制造工艺分析

7.1圆弧端齿盘加工工艺分析

7.1.1圆弧端齿加工原理分析

7.1.2机床选择

7.1.3砂轮位置的确定

7.2等离子焊接

7.2.1概述

7.2.2等离子弧焊接工艺规范参数的分析

7.2.3焊接参数确定

7.2.4焊接工艺要求

7.3本章小结

结论和展望

致谢

参考文献

附录1圆弧端齿建模命令流

读硕士学位期间发表的论文及科研成果