齿轮式气动马达结构力学有限元分析

论文摘要

煤炭工业是我国国民经济的基础,在我国的一些能源大省,例如山西省,煤炭更是到达了支柱性产业的地位。但是我们也不能不注意到我国煤炭产业面临的一个严重问题“安全事故”,几乎每年都会看到或听到某煤矿发生矿难,造成重大人员伤亡。在痛心的同时我们必须要了解矿难的真正原因,采取相应措施来防止悲剧的发生。安全生产是煤炭开采中的重中之重,在煤炭生产中,造成矿难的原因众多,但高浓度瓦斯可谓是其安全生产的头等隐患。为降低瓦斯的浓度,国内煤炭生产企业广泛应用气动式钻机打孔的方式来抽取矿井深处的瓦斯。因此矿用气动钻机性能的好坏,直接影响到我国煤炭工业的发展。而气动马达又是气动钻机中的核心动力元件,其性能参数直接影响钻机的性能,可谓重中之重。本论文重点针对一种应用比较广泛的齿轮式气动马达,进行了相应参数设计计算,对其进行了重要部件的结构模型的建立,并对其结构力学性能参数进行了相关的有限元分析。本论文首先介绍了气动马达相对于其它马达的优势,以及在国内外的发展概况。简要的阐明了齿轮式气动马达相比其它电动、气动马达的不可替代的优点,以及气动马达在我国的发展历史与现状。通过与国外的气动马达研制作对比,可以看到我国在气动马达的研制领域跟国外还有一定的差距。本文通过对一种安全且通用的齿轮式气动马达的探究,根据齿轮式气动马达的工作原理,进行了其主要参数的设计计算,并对其重要部件进行了安全性校核。在此基础之上,用三维建模软件建立了其主要结构部件的三维模型,并进行了装配,以展现其关键结构的相应位置关系。通过理论计算,校核了齿轮式气动马达中的一些关键零件(齿轮轴、连接平键、马达齿轮)的强度,证明该设计符合理论强度要求。最后为验证本文所设计的齿轮式气动马达是否合格,对其进行静力学和动力学特性的相关分析,使用有限元分析软件对其进行了相关力学的有限元分析,得到了具有一定参考价值的计算数据,为以后的设计优化及生产提供了强有力的保障。通过理论分析、参数计算、模型建立及其有限单元分析,为齿轮式气动马达的合理设计及选择应用,提供了有力的理论数据参考和现实参考,这就为将来的优化与生产工作提供了宝贵的参考资料,将来的生产中可以直接采用本文的设计参数,从而最大限度的减小了使用经验类比法设计所带来的材料和时间的浪费。所以本论文对于齿轮式气动马达的生产者和使用者都具有现实的意义,应用于煤矿生产可以提高生产效率,保障生产安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 气动马达在国内外的发展研究概况
• 1.3 本论文的主要研究内容及目的
• 第二章 齿轮式气动马达的主要参数及其校核
• 2.1 齿轮式气动马达的工作原
• 2.2 齿轮式气动马达的理论转矩计算
• 2.3 气动马达齿轮的校核
• 2.4 气动马达中键的校核
• 第三章 齿轮式气动马达三维结构模型的建立
• 3.1 齿轮式气动马达的总体结构
• 3.2 齿轮气动马达零件的三维模型
• 第四章 气动马达关键部件的静力学有限元分析
• 4.1 气动马达变位齿轮的静力学有限元分析
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 有限单元类型的选择
• 4.1.3 材料属性的确定
• 4.1.4 有限元网格的划分
• 4.1.5 约束及载荷的施加
• 4.1.6 计算结果输出
• 4.1.7 结果
• 4.2 齿轮式气动马达输出轴的静力学有限元分析
• 4.2.1 输出轴模型的建立
• 4.2.2 输出轴有限单元类型的选择
• 4.2.3 材料属性的确定
• 4.2.4 有限元网格的划分
• 4.2.5 约束及载荷的施加
• 4.2.6 计算结果输出
• 4.2.7 结果
• 第五章 气动马达关键部件的动力学有限元分析
• 5.1 齿轮式气动马达变位齿轮的动力学有限元分析
• 5.1.1 变位齿轮模型的建立
• 5.1.2 有限元网格的划分
• 5.1.3 设置材料属性
• 5.1.4 施加约束
• 5.1.5 设定自然振动分析模型
• 5.1.6 定义振动频率及输入振动模型个数
• 5.1.7 设置主自由度
• 5.1.8 计算输出与分析
• 5.2 齿轮式气动马达输出轴的动力学有限元分析
• 5.2.1 输出轴模型的建立
• 5.2.2 划分有限元单元网格
• 5.2.3 设置材料属性
• 5.2.4 施加约束
• 5.2.5 设定自然振动分析模型
• 5.2.6 定义振动频率及输入振动模型个数
• 5.2.7 设置主自由度
• 5.2.8 计算输出与分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢