TBM主減速器耦合動力學(xué)特性分析的軸系單元法及其實驗研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代城市地下交通以及鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，硬巖掘進(jìn)裝備(Tunneling BoringMachine，TBM)在各種長距離、大埋深硬巖開隧工程中發(fā)揮著重大作用。為擺脫對國外技術(shù)進(jìn)口的依賴，近年來國內(nèi)已開始嘗試制造和研發(fā)國產(chǎn)TBM。行星齒輪傳動因其體小量輕、可靠高效等諸多優(yōu)點(diǎn)不僅成為TBM主減速器的首要選擇，也廣泛應(yīng)用于各種高速大功率和低速大轉(zhuǎn)矩的設(shè)備中。為適應(yīng)高速、重載、可靠、精密傳動等發(fā)展要求，行星齒輪系統(tǒng)的動力學(xué)問題越來越受到工

2、業(yè)界的廣泛關(guān)注。
　　本文以TBM主減速器為研究對象，將有限單元思想與行星齒輪系統(tǒng)動力學(xué)理論相結(jié)合，以數(shù)值計算分析方法為手段，對行星輪系的動力學(xué)特性和振動行為進(jìn)行了理論研究，并搭建了實驗臺，理論結(jié)合實驗獲得了系統(tǒng)更為全面的動力學(xué)特性。主要研究工作如下:
　　(1)針對傳統(tǒng)集中質(zhì)量法精度不高和大規(guī)模有限元模型計算量大、后處理困難的問題，提出了一種針對多級行星輪系耦合動力學(xué)特性分析的建模方法一軸系單元法。根據(jù)行星輪系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將

3、行星輪系中各種構(gòu)件劃分為簡單軸系單元、行星架軸系單元以及齒圈軸系單元等軸系模型。考慮齒圈、行星架以及軸系等結(jié)構(gòu)柔性影響，建立不同類型的行星輪系耦合動力學(xué)模型。
　　(2)根據(jù)固有特性的計算原理，基于所建行星輪系的軸系單元模型研究TBM主減速器固有頻率和振型，總結(jié)出了行星輪扭轉(zhuǎn)振動模式、太陽輪軸軸向振動模式等多種典型振型，研究了嚙合剛度等因素對系統(tǒng)固有特性的影響規(guī)律。
　　(3)在穩(wěn)態(tài)工況下求解了系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的時頻響應(yīng)，獲得了行

4、星齒輪系統(tǒng)的耦合特性以及振動傳遞規(guī)律，并進(jìn)一步研究了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)柔性對動態(tài)嚙合力的影響規(guī)律。求解分析了不同類型突變載荷工況下系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的振動響應(yīng)以及嚙合力的變化規(guī)律，得到了多級行星齒輪傳動系統(tǒng)在非穩(wěn)態(tài)工況下的響應(yīng)特性。
　　(4)在理論分析的基礎(chǔ)上，搭建了TBM主減速器振動測試實驗平臺，對系統(tǒng)在不同工況下振動響應(yīng)展開研究，獲得了不同測點(diǎn)的振動位移、振動加速度的時間歷程，將實驗分析與理論結(jié)果作對比，驗證了所建立行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型