盾構是廣泛應用于隧道挖掘工程的大型高新技術裝備,而刀盤驅動裝置是其關鍵組成部分。由于國內對盾構的研究起步較晚,核心技術又被德、日、法等發(fā)達國家封鎖,所以我們還沒有掌握其關鍵技術,一些核心部件仍然依賴于進口。因此,深入研究花鍵保險軸和多齒輪并聯(lián)傳動系統(tǒng)的生產制造技術,不僅可以為盾構核心技術的進一步實驗研究提供一定的理論基礎;而且對振興我國裝備制造業(yè)和提升國內技術的獨立研發(fā)能力起到了積極作用。本文以盾構刀盤驅動系統(tǒng)的花鍵保險軸和多齒輪并聯(lián)驅動減速單元為研究對象,深入研究嚙合過程中的應力變化規(guī)律,并提出詳細的優(yōu)化方案。本文根據(jù)設計要求完成了盾構漸開線花鍵保險軸聯(lián)接和小齒輪與大齒輪減速單元的設計,根據(jù)常規(guī)理論方法按照國家標準分別對其進行了強度計算。利用三維造型軟件Creo建立精準的三維模型,根據(jù)聯(lián)接與傳動關系裝配花鍵副及齒輪對,并對盾構刀盤驅動齒輪的安裝條件進行了檢驗。應用有限元軟件ABAQUS對保險軸花鍵副和多齒輪并聯(lián)驅動減速單元在傳遞扭矩時的應力分布狀態(tài)進行分析,并與理論強度校核結果進行對比,分析其設計是否合理。根據(jù)仿真分析結果,對邊緣效應引起的應力集中問題進行深入研究,并針對花鍵齒提出多種修形方案來降低或避免應力集中,最后用有限元法對其修形效果進行檢驗。選取刀盤驅動小齒輪和內齒圈在嚙合周期內的幾個特征位置,利用Hertz公式計算其最大接觸應力,并用有限元法對其進行詳細的仿真分析,觀察其應力的變化規(guī)律,再與Hertz公式所計算出的結果對比。本文的研究結果表明,保險軸花鍵齒的齒面存在載荷分布不均的情況,在接觸邊緣處產生了明顯的應力集中,其應力值遠大于理論計算值,而提出的修形方案則明顯改善了這種現(xiàn)象。同時也得出了驅動小齒輪在嚙合過程中的特殊位置的應力變化規(guī)律,為我國盾構技術的進一步研究提供了理論基礎。
【學位單位】：大連交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U455.39
【部分圖文】：

構保險軸的研究概況??保險軸的主要功能??構驅動系統(tǒng)的運行主要通過多個均勻分布在主軸承周圍的變頻電機連接多個小齒輪轉動［１１］，再由多個小齒輪同時與內齒圈嚙合帶動刀盤旋轉切削系統(tǒng)如圖１．２所示。其中，保險軸通過兩端的花鍵將減速器與驅動小齒輪保險軸主要有兩個功能：一方面，盾構在挖掘過程中可能遇到較為堅硬的盤的摩擦力會極速增長，出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，造成電機的電流瞬間變大，線圈導致電機燒毀造成巨大損失。為了避免這種情況，在保險軸上設計了扭剪矩大于安全載荷時，扭剪槽會因達到強度極限而斷裂，阻斷動力傳遞，從統(tǒng)，起到過載保護的作用１。另一方面，電機輸出的動力，經過減速器減通過保險軸傳遞給與刀盤齒圈嚙合的小齒輪，驅動刀盤旋轉，起傳遞扭矩變頻電機１?——？？減速器１——？花鍵軸１?一？小齒輪１?—????

花鍵軸的基本參數(shù)如下：花鍵齒數(shù)為３０，模數(shù)為５，壓力角為３０°?，花鍵軸總長為??２８８ｍｍ，鍵齒長為１００ｍｍ，扭剪槽底部直徑１４０ｍｍ，扭剪槽圓弧直徑為２０ｍｍ，其結??構如圖２．２所示。其中，左側與小齒輪相連，右側與減速器相連。???１４４?，??？｜?＋?九????—－．ａ－??ｉ?＾?６５??＇???丨?ｉ?＿＾??Ｗ——＼／＾??圖２．２保險軸結構圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓａｆｅｔｙ?ｓｈａｆｔ??７??

??圖３．２外花鍵?圖３．３內花鍵簡化模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｓｐｌｉｎｅ?Ｆｉｇ．?３．３?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｐｌｉｎｅ??參，，彡Ｉ．?Ｉ??圖３．４小齒輪?圖３．５內齒圈簡化模型??Ｆｉｇ．?３．４?Ｐｉｎｉｏｎ?Ｆｉｇ．?３．５?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａｎｎｕｌａｒ?ｇｅａｒ??３．１．２建立花鍵聯(lián)接及齒輪副的裝配模型??在創(chuàng)建完成全部模型后，需要按照各零件的位置關系及聯(lián)接方式對其裝配。其中，??運動仿真裝配是按照零部件實際的聯(lián)接及運動情況，對其自由度進行相應的約束，需將??約束和聯(lián)接功能綜合使用；而完全約束裝配是將部件的六個自由度全部約束，機構不能??進行相對運動，只能使用約束功能。本文按照保險軸花鍵聯(lián)接及刀盤驅動齒輪副的實際?－？??運動情況進行運動仿真裝配。??花鍵及齒輪的運動，主要是通過齒面間的相互接觸傳遞動力。在確定中心距的情況??下，當外花鍵及內齒圈的位置確定時，與之相嚙合的內花鍵及驅動小齒輪的安裝位置也??能隨之確定。確定其安裝位置后
【參考文獻】

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本文編號：2883584