齿轮互锁式单缸插销机构性能仿真分析研究

论文摘要

单缸插销伸缩机构作为大吨位,高性能工程起重机的核心部件之一,近年来广泛应用到国内外的伸缩臂起重机上,其结构形式多样,原理不尽相同。为了获得动作灵活,安全可靠,维护方便,伸缩效率高的伸缩系统,国内外多家起重机生产商都积极投入,深入研究。本文以大连理工大学与太原重型机械集团有限公司合作开发的TZM1200t伸缩臂起重机为算例,对齿轮互锁式单缸插销机构的结构性能做了深入研究,形成一套比较完整的设计计算、参数优化方法,主要工作如下：(1)提出了齿轮互锁式单缸插销机构的设计要求,以TZM1200t伸缩臂起重机的单缸插销机构为算例,通过分析,确定了该机构的结构形式,传动原理,对整个机构的相关部件进行详细的计算,确定了决定齿轮互锁式单缸插销机构工作性能的核心参数；(2)对齿轮互锁式单缸插销机构进行动力学仿真,分别考虑各个因素对机构核心性能参数的影响程度,并提取不同因素影响下的结果,进行对比分析,确定主要影响因素和次要影响因素；(3)依据上文对机构工作过程的影响因素评估结果,提取主要因素,忽略次要因素,建立了缸销和臂销插销过程的动力学方程,绘制核心性能参数的变化曲线,并与仿真结果进行对比,验证方程的正确性,为工程设计提供简单快捷的计算方法；(4)针对所建立的动力学方程的各个参数进行了分析,确定主要影响参数,绘制缸销和臂销插销时间随各自驱动弹簧刚度的变化曲线,为设计者指明了设计优化的方向；(5)根据上文指出的方向,针对齿轮互锁式单缸插销机构的缸销弹簧,缸销油缸弹簧,臂销弹簧以及齿轮齿条传动机构分别进行多目标优化,将优化后的参数带入建立的动力学方程中,提取插销时间,绘制图表,比较分析优化前后机构性能提高的百分数,根据优化结果,对原始设计结构进行改进。综上所述,本文提出了一套完整的齿轮互锁式单缸插销机构设计优化方法,为实际工程应用提供理论依据,具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 单缸插销机构概述
• 1.2.1 单缸插销机构的概念
• 1.2.2 单缸插销机构的工作原理及其特点
• 1.2.3 单缸插销机构的结构形式
• 1.2.4 单缸插销机构的优缺点
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 国外的研究现状
• 1.3.2 国内的研究现状
• 1.4 课题的工程背景和主要内容
• 1.4.1 课题的工程背景
• 1.4.2 课题的主要内容
• 2 齿轮互锁式单缸插销机构结构设计算例
• 2.1 插拔销机构的设计理念
• 2.2 传动原理和传动机构设计
• 2.3 总体结构设计
• 2.3.1 设计思路
• 2.3.2 设计工况选取及输入力学参数计算
• 2.3.3 几何参数获取和结构初步布局
• 2.3.4 缸销弹簧参数初估算
• 2.3.5 齿轮齿条结构设计
• 2.3.6 臂销油缸核算
• 2.4 核心性能参数确定
• 2.4.1 插销过程主要性能参数
• 2.4.2 拔销过程主要性能参数
• 2.5 本章小结
• 3 单缸插销机构动力学仿真分析
• 3.1 应用软件简介
• 3.2 模型简化和及动力学模型建立
• 3.2.1 三维模型建立
• 3.2.2 模型转化
• 3.3 动力学仿真
• 3.3.1 动力学模型简化
• 3.3.2 载荷参数与仿真脚本设置
• 3.3.3 缸销和臂销插拔机构插销过程的动力学仿真及结果
• 3.3.4 传动机构仿真及结果
• 3.4 本章小结
• 4 缸销和臂销拔插机构插销数学模型建立及验证
• 4.1 缸销插销过程数学模型建立
• 4.1.1 缸销插销过程分析
• 4.1.2 方程验证
• 4.1.3 弹簧刚度变化对插销时间的影响
• 4.2 臂销插销过程数学模型建立
• 4.2.1 臂销插销过程分析
• 4.2.2 方程验证
• 4.2.3 弹簧刚度变化对插销时间的影响
• 4.3 本章小结
• 5 齿轮互锁式单缸插销机构参数优化
• 5.1 多目标优化方法概述
• 5.1.1 多目标优化的概念
• 5.1.2 理想点法介绍
• 5.2 齿轮互锁式单缸插销机构性能参数优化
• 5.2.1 缸销和臂销及缸销油缸弹簧参数优化
• 5.2.2 齿轮参数优化
• 5.3 结构改进
• 5.3.1 传动及驱动机构结构改进
• 5.3.2 弹簧齿轮优化后对与之相关联的其它结构部分的影响
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢