桥式起重机减速器疲劳寿命计算及振动可靠性分析

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桥式起重机因具有占地面积小、能实现整个厂房内吊运作业等优点而得到广泛应用。对于三支点桥式起重机,由于其支承点少、起重量大、启动频繁且在高空作业,振动、疲劳及可靠性等问题成为制约其发展的主要因素,而减速器作为桥式起重机的关键部件,对桥式起重机的综合性能有着重要的影响。因此,开展桥式起重机减速器振动特性分析、疲劳寿命计算和可靠性研究,对桥式起重机的减振降噪及可靠性设计具有十分重要的理论意义和工程价值。论文依托于国家科技支撑计划项目“桥式起重机械轻量化关键技术研究与应用”(编号:2015BAF06B02),以桥式起重机减速器为研究对象,进行动态载荷分析、疲劳寿命计算、振动特性仿真及振动可靠性研究。论文主要的研究工作如下:(1)建立斜齿轮动力分析模型和桥式起重机减速器轴系模型,计算斜齿轮副和滚动轴承的动态接触载荷,为疲劳寿命计算提供载荷谱;提出一种斜齿轮时变啮合刚度修正算法,通过与ISO算法和有限元法进行结果比较,验证了方法的可行性,进而仿真计算了齿轮系统内部动态激励,为振动特性分析提供基础。(2)针对桥式起重机减速器输入级斜齿轮副和高速端调心滚子轴承,按照GL规范计算相应材料的S-N曲线,编制斜齿轮副和滚动轴承疲劳分析的载荷谱;而后基于累积损伤理论,结合静力接触分析所得的应力结果,采用ANSYS/FE-SAFE软件对斜齿轮副和滚动轴承进行疲劳寿命预估。(3)建立桥式起重机减速器有限元模型,在各级齿轮副接触线施加内部动态激励,进行动态响应分析和结构噪声预估,并与试验结果对比,验证了仿真方法的准确性。在保证各级齿轮副中心距不变和总传动比相近的条件下,调整齿轮基本参数和系统结构参数,并分析其对振动特性和结构噪声的影响规律。(4)借助ANSYS软件,建立桥式起重机减速器参数化模型,以材料参数、尺寸参数为输入变量,以激励频率与固有频率的接近率为输出变量,采用响应面法分析减速器的共振可靠性;而后以各测点振动速度和振动加速度的均方根值为输出变量,分析减速器的振动可靠性;在此基础上,利用蒙特卡洛法进行抽样,统计得出齿轮系统的可靠度及灵敏度。
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