多点啮合柔性传动支承系统的动力学分析

论文摘要

本文将对大型氧气转炉的动力学问题进行研究。采用理论分析与数值计算相结合的方法详细地研究了全悬挂多点啮合柔性支承传动系统的动态性能、参数设计准则及结构参数估计等内容；并以300吨氧气转炉这一典型应用对象为例,由于氧气转炉在吹炼期由于熔池内钢液的波动将引起机械设备的振动,故首先对其倾动机构的动力学特性进行分析。应用了Lagrange公式建立了全悬挂式多点啮合柔性传动支承系统的运动微分方程,给出了系统固有频率变化规律的解析表达式,以及主轴动态扭矩、悬挂齿轮箱体对基础动态反扭矩放大系数的数值或其变化范围,分析了柔性支承等效刚度系数和主轴等效扭转刚度系数之比λ的变化对系统动态扭矩峰值的影响,并通过大量数值计算分析研究了结构参数对系统固有特性及动态扭矩的影响。本文对阻力启、制动过程和清渣中典型动载荷类型的动态响应进行了分析,分析表明扭力杆刚度和作用臂长度对系统动载荷影响较大。在此基础上,本文通过构造多目标优化问题的数学模型,对扭力杆直径和作用臂长度进行了优化设计,取得较好的结果,证明采用这种优化设计方法对柔性传动装置中扭力杆直径的选择具有普遍的参考意义。最后,本文还对全悬挂转炉倾动机构的扭力杆进行了力学建模,并在正常工作和事故状态这两种工况下,对扭力杆进行了有限元分析。对扭力杆的位移和应力分别做了分布云图,找出危险部位,并对危险部位进行了强度和刚度校核。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及课题来源
• 1.2 多点啮合柔性传动的原理、特征及结构特点
• 1.3 多点啮合柔性传动的分类和优越性
• 1.3.1 多点啮合柔性传动的分类
• 1.3.2 多点啮合柔性传动的优越性
• 1.4 多点啮合柔性传动在国内的应用及研究现状
• 1.5 本课题的主要研究工作
• 第2章 全悬挂多点啮合柔性传动支承的动力学建模
• 2.1 系统的运动微分方程
• 2.2 全悬挂多点啮合柔性传动系统动态响应的计算
• 2.2.1 系统固有特性的计算
• 2.2.2 系统动态响应的计算结果
• 2.3 系统动力学模型的简化
• 2.4 本章小结
• 第3章 全悬挂多点啮合柔性支承传动动力学特性的研究
• 3.1 动态响应的计算方法
• 3.1.1 系统对初始条件的响应的振型叠加法
• 3.1.2 无阻尼系统对任意激励的响应的振型叠加法
• 3.2 阻力启动的动力学特性分析
• 3.2.1 阻力启动工况下系统的运动微分方程
• 3.2.2 阻力启动工况下系统的动态响应的计算
• 3.2.3 阻力启动的动态响应的计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 全悬挂多点啮合柔性支承传动基本参数的优化设计
• 4.1 优化设计方法的简述
• 4.1.1 优化设计方法的基本概念
• 4.1.2 优化设计数学模型的建立
• 4.2 惩罚函数法的基本原理
• 4.2.1 惩罚函数法的基本思想
• 4.2.2 Powell（鲍威尔）法的基本思想
• 4.2.3 二次插值法求最优步长
• 4.2.4 惩罚函数法的计算框图
• 4.3 300t氧气转炉的优化设计分析
• 4.4 计算结果及分析
• 4.4.1 计算结果
• 4.4.2 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 全悬挂多点啮合柔性支承传动机构的扭力杆有限元分析
• 5.1 力学模型的建立
• 5.2 边界约束条件及载荷工况的确定
• 5.3 计算结果及分析
• 5.3.1 正常工作状态
• 5.3.2 事故状态
• 5.3.3 结果总结
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢