重载低速传动未级小齿轮自调位装置的研究

论文摘要

在冶金、建材、化工等行业,由于工艺的需要,存在一些重型的回转设备,如烧结机、氧气转炉、回转窑等。重载低速传动系统在这些重型设备的运行中占据着重要的地位,国外从20世纪50年代开始研制应用柔性传动技术,发展很快。我国从70年代后期起逐步研制多柔传动装置,并引进了不少该类成套设备。本文致力于重载低速传动末级小齿轮自调位装置的研究,对多柔传动和自调位小齿轮传动的结构、理论及设计进行研究,为我国在该领域的发展和应用提供技术参考。本文通过对BF型、BFP型及BFT型多柔传动的机理及优缺点进行分析,结合BF型、BFP型的特点,重点介绍了创新设计的双轨道型、双点啮合单驱动BF型多柔传动装置及特点。由于BF型(含特殊BF型)、BFP型传动共有的弊端是其滚轮必须承受一定的轮压,以此保证大小齿轮的正常中心距并稳定运行,而该轮压必然导致轮与轨的磨损,在实际运行中不但滚轮更换较频繁,也降低了大齿轮的使用寿命。双轨道型多柔传动装置的成功研制,使其在单点啮合条件下滚轮与轨道间轮压在理论上可为零并具多项功能,较好地解决了这一问题。该新型传动在任一啮合点,即在单点啮合条件下的运转功能不是单一的,而是具有BOGILEX?传动全部运转功能,且按BF及BFP方式运转时轮压可很小。双点啮合单驱动BF型多柔传动装置,通过在悬挂小车内设置两个小齿轮共同来驱动一个大齿轮,使其承载能力提高一倍。对某企业Ф3200煅烧炉末级传动装置出现了末级小齿轮过度磨损,使得小齿轮使用寿命大大缩短这一情况,本文提出了采用末级传动改造为自调位小齿轮装置形式,以解决末级传动啮合不良的问题。由于自调位小齿轮传动装置的最大特点是利用鼓形齿来传递动力和自调位偏转,通过对其传动机理、结构及受力状况的分析,在消化DMGH传动的基础上,根据煅烧炉末级传动的要求,创新设计了三种自调位小齿轮结构型式方案,并给出了具体改造设计方案及鼓形齿轮的结构设计。为了对自调位小齿轮装置鼓形齿轮传动系统的动力学特性进行研究,研制了重载低速传动末级自调位小齿轮实验装置,并投入实验使用。针对现行的BFT型多柔传动理论计算公式存在的问题,本文通过建立新的坐标体系,对BFT型多柔传动末级不均载的三种情况进行力学分析,解决了各种不均载条件下的精确理论计算问题,得出了在全均载及其他不同程度均载条件下的精确理论计算公式,并根据这些公式可以方便工程计算。同时,提出了确定最佳结构参数的两种方法,并通过实例进行了验证。一种是试凑法,可以快速地找出比较合适的结构参数,也为其他型式的多柔传动设计提供了类似的解决方案。第二种优化设计法,通过优化设计实现了多柔传动装置的结构优化、参数优化。由于自调位小齿轮装置的应用在国外也是最近几年,其设计、制造方法属于专利范围,未见有公开资料。本文通过对自调位小齿轮装置的受力进行分析,给出了装置的核心零件鼓形齿的设计方法,并应用所给出的方法设计了自调位小齿轮实验装置。根据所设计的参数和结构,成功制造出了自调位小齿轮装置样机进行实验,为装置及系列装置的设计提供了依据。为了便于分析自调位小齿轮装置中鼓形齿齿向位移、棱边卡死现象及说明某一轮齿所处周向位置,本文参考鼓形齿联轴器的啮合分析,把鼓形齿内、外齿面的运动简化为展开的平面运动。先建立鼓形齿齿面方程,根据非共轭齿面的啮合条件,得到一系列非线性方程组,再运用MATALAB优化求解啮合点的数值解,最后得出内外齿啮合运动的规律。本文通过对鼓形齿与小齿轮上内齿轮的配合分析和自调位小齿轮装置机构偏载分析,引入柔性多体动力学理论,建立了自调位小齿轮系统柔性多体系统动力学模型。由于本传动的小齿轮自调位机构为一可自适应转动的柔性部件,首先建立该传动机构的多刚体动力学模型,并在该模型基础上进行了运动传递分析,然后在其基础上再引入柔性多体系统的动力学模型。最后在实验的基础上,对自调位小齿轮装置扭矩波动的振动性质进行了分析,给出了不同挠性转角情况下的扭矩与应力关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及其研究的价值
• 1.1.1 课题提出的背景及来源
• 1.1.2 课题研究的价值
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 多柔传动的研究现状
• 1.2.2 自调位小齿轮装置的研究现状
• 1.3 重载低速末级小齿轮自调位传动的常用型式
• 1.3.1 悬挂减速器类多柔传动装置的结构特点及型式
• 1.3.2 悬挂小车类多柔传动装置的结构特点及型式
• 1.3.3 自调位小齿轮装置的特点及型式
• 1.4 课题研究的主要工作和特色
• 1.4.1 课题研究的主要工作
• 1.4.2 课题研究的特色
• 第二章 重载低速多柔传动装置的设计及特点
• 2.1 多点啮合柔性传动的特点及优越性
• 2.1.1 多点啮合柔性传动
• 2.1.2 多柔传动的主要结构特点
• 2.1.3 多柔传动装置的优越性
• 2.2 BFT型多柔传动装置
• 2.2.1 BFT型多柔传动结构型式一（有弹性顶杆不对称型）
• 2.2.2 BFT型多柔传动结构型式二（有弹性顶杆对称型）
• 2.2.3 BFT型多柔传动结构型式三（无弹性顶杆对称型）
• 2.3 双轨道型多柔传动装置设计及特点
• 2.3.1 创新思想
• 2.3.2 基本结构及特征
• 2.3.3 优点及应用
• 2.4 双点啮合悬挂小车多柔传动装置设计及特点
• 2.4.1 创新思想
• 2.4.2 基本结构及特征
• 2.4.3 优点及应用
• 第三章 自调位小齿轮装置的结构方案创新及实验装置总体设计
• 3.1 创新思想
• 3.2 鼓形齿结构设计及确定
• 3.3 自调位小齿轮实验装置总体设计
• 第四章 重载低速传动末级小齿轮自调位装置的受力分析
• 4.1 BFT型多柔传动的受力分析
• 4.1.1 列平衡方程
• 4.1.2 普遍情况计算公式
• 4.1.3 末级两点啮合径向载荷沿齿宽均匀分布的计算公式
• 4.1.4 末级齿面径向载荷及切向载荷沿齿宽都均匀分布的计算公式
• 4.1.5 全均载（末级齿面径向及切向载荷沿齿宽均布并两啮合点传递载荷相等）的计算公式
• 4.2 自调位小齿轮装置的受力分析
• 4.2.1 自适应力分析
• 4.2.2 静力学分析
• 第五章 重载低速传动末级小齿轮自调位装置的参数设计及优化
• 5.1 BFT 多柔传动的参数设计及优化
• 5.1.1 解析方法
• 5.1.2 试凑方法
• 5.1.3 优化设计方法
• 5.2 自调位小齿轮装置的参数设计及优化
• 5.2.1 自调位小齿轮装置的参数选择
• 5.2.2 几何计算
• 5.2.3 鼓形齿强度校核
• 5.3 自调位小齿轮实验装置的设计
• 5.3.1 自调位小齿轮尺寸设计
• 5.3.2 各部件的选择设计
• 5.3.3 主要部件的强度校核
• 第六章 自调位小齿轮装置的运动学分析
• 6.1 鼓形齿齿面运动形式
• 6.2 鼓形齿齿面方程
• 6.3 鼓形齿齿面啮合分析
• 第七章 自调位小齿轮装置的多柔体动力学研究
• 7.1 鼓形齿与小齿轮上内齿轮的配合分析
• 7.2 自调位小齿轮装置机构偏载分析
• 7.3 自调位小齿轮系统柔性多体系统动力学模型
• 7.3.1 柔性多体系统动力学
• 7.3.2 多刚体系统中的齿轮副模型
• 7.3.3 多柔体系统动力学的引入
• 7.4 试验数据的处理与分析
• 7.4.1 数据采集方法
• 7.4.2 扭矩波动的振动性质分析
• 7.5 不同挠性转角情况下的扭矩与应力关系
• 7.5.1 不同挠性转角情况下的扭矩与偏角α关系
• 7.5.2 不同挠性转角情况下的扭矩与应力关系
• 第八章 结论与展望
• 8.1 课题研究成果
• 8.1.1 理论研究成果
• 8.1.2 应用研究成果
• 8.1.3 创新点
• 8.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 攻读博士学位期间公开发表的论文
• 攻读博士学位期间申请的专利
• 攻读博士学位期间完成的科研项目
• 致谢