TBM主減速器耦合動力學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的飛速發(fā)展，硬巖掘進裝備(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。為擺脫對國外技術進口的依賴，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)點不僅成為TBM主減速器的首要選擇，也廣泛應用于各種高速大功率和低速大轉(zhuǎn)矩的設備中。為適應高速、重載、可靠、精密傳動等發(fā)展要求，行星齒輪系統(tǒng)的動力學問題越來越受到工

2、業(yè)界的廣泛關注。
　　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特性和振動行為進行了理論研究，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，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)點的時頻響應，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)點的振動響應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)工況下的響應特性。
　　(4)在理論分析的基礎上，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展開研究，獲得了不同測點的振動位移、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)動力學模型