行星齒輪減速機某型基於某起重機有限元剖析
1概述
鑄造起重機是冶金廠的專用起重設備,主要為煉鋼廠轉爐或電爐服務,用於吊運熔化金屬,具有工作頻繁,負荷作業率高,工作條件惡劣,速度高等特點。鑄造起重機的機械部分主要有起升機構,起重機及小車運行機構,各機構的主要部件為係統,是係統的重要單元。在整個起升機構中,承擔著傳遞動力,實現工況速度的重任,起重機用是起重機設備專有的配套設計和製造技術,是起重機安全可靠運行的重要保障(起保障作用的事物)。
一般都采用底座式結構,即底座平麵和機體剖分麵平行,鏜孔時以底座平麵作基準。
起重機是一個鋼結構的整體,其變形量是一個很可觀的數字,而本身不允許變形,這樣就要求的安裝位置能克服機構本身的變形。P站最新版下载利用各級齒輪傳動來達到降速的目的.減速器就是由各級齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動大齒輪就能達到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結構,就可以大大降低轉速了。
2鑄造起重機主起升機構型式
建國初,國內起重機長期以來是以前蘇聯PM係列為主改型的國產的ZQ係列。20世紀80年代,國內主要采用的是西德在MAN公司係列的基礎上,製定出的DIN15053國家標準。
目前國內使用的鑄造起重機,其主起升機構(organization)的方式,大致可分為"品"字型三型式和硬連接的型式二種。
傳統的"品"字型三型式,軸向結構尺寸較大。通常一級內都帶有行星或棘齒輪(Gear)機構(organization)保證兩輸入軸的同步,每兩級之間通過聯軸器傳遞力矩,環節多,製造成本比較高。從理論上來講,單卷筒在外的布置形式要比卷筒在內的布置形式受力更合理,但變形對的使用造成的影響(influence)未經實踐證明,因而齒輪"齧合(niè hé) "間隙有待於通過試驗獲取相關數據,確立數據模型,以使設計更加合理,可行。目前,國外同類鑄造起重機的主起升機構中,均采用傳統的品字型三型式和卷筒在內的布置型式的技術。
3新型單理論設計
此次設計的鑄造起重機,用於煉鋼廠用於吊運鐵水。起重機要求為四梁四軌,鉸接端梁結構型式。主要由橋架,主小車,副小車,大車運行機構,司機室及檢修吊籠裝置,電氣控製係統(system)等部分組成。主小車沿著主梁軌道運行,副小車沿著副主梁軌道在主小車下麵運行,整車沿著廠房軌道運行。
主小車起升機構采用兩電動機,四個盤式製動器,一件減速機,並列式布置驅動,該在高速軸通過(tōng guò)齒輪相連,能確保起升機構在一台電機和它所配製動器故障時,可由另一台電機驅動,完成一個工作循環。在盤式製動器上設有手動釋放裝置,能確保在製動器故障時,可用該裝置將製動器打開,保證機構能完成所剩餘的工作。
在設計時,主起升機構在司機室對側的極限尺寸很小,為確保不與廠房上料管幹涉。必須設計一種結構緊湊的新型方式。本設計首次采用單卷筒在外的布置。這種布置方式,其軸向結構尺寸小於品字型三方式,吊點距方向結構尺寸小於兩個卷筒放在中間的布置型式,同時取消了常用的行星或棘齒輪機構,直接通過兩高速級之間的同步齒輪來實現兩卷筒之間的同步動作。這種結構的使用大大降低了製造成本以及鏈的環節,同時直接減小了整車極限尺寸。
在設計時,將機體設計成剛度相對較高的雙幅板結構,機體剛度高於小車架剛度。當額定負荷工作,小車架出現下撓時,由於機體剛性較高,並不隨著小車架的下撓而產生變化,同時產生相應的應力。
與小車架之間的固定方式采用單側固定,另一端遊動的方式。當小車架下撓時,未擰緊的一側將沿著導向塊在底座上滑動,從而避免中心距發生變化。在此理論基礎上可以初步確定,該小車架的下撓不足於影響(influence)齒輪齧合間隙。
從理論上來講,這種方式結構緊湊,受力更合理。但由於采用單,自身體積(volume)增大,環節增多,這樣就可能在工作中引起的劇烈振動和較大變形,產生較大的衝擊載荷。為了評價這種方式的可靠性,合理性和科學性,以使今後的設計更趨完善,對其進行有限元分析。
4有限元分析
對鑄造起重機主小車架和的殼體進行有限元分析,確定其應力和擠壓應力的分布,為產品(Product)設計和齒輪齧合間隙的選取提供可靠的分析數據。
4.1邊界條件該鑄造起重機小車架為鋼結構件,主通過(tōng guò)螺栓(組成:頭部和螺杆組成)一頭固定(fixed)在小車架上,另一頭遊動。起吊載荷過程中,與小車架呈剛性聯接,但由於其剛度不同,所以殼體上內力分布並不均勻,主要表現為輸出軸承(bearing)座正下方呈擠壓應力狀態。
小車架,上下殼體均為鋼板焊接而成,小車架為箱形框架梁,腹板和上下蓋板以及下殼體用槽鋼和鋼板進行了加強,小車架上部承受起吊小車及設備重量,下部通過兩邊的車輪與軌道接觸。這樣,小車架梁的內力大多為複雜應力狀態,既承受彎曲,扭轉,又承受外力作用的局部壓力。下殼體承受著全部自重以及同時將上承受的壓力傳遞到小車架上。
本體部分采用能反映平麵變形和折疊變形的殼單元,出軸處為實體六麵體單元,共有13680個節點,13860個單元,計算規模為72080個自由度。
4.2計算分析由於鋼板多為複雜應力狀態,在額定載荷下用第四強度(strength)理論等效應力雲圖計算各部位變形規律。
小車架以及下殼體最大應力均小於材料屈服極限,具有足夠的安全係數。小車架以及下殼體應力集中處區域很小,即使有很大的衝擊載荷作用使局部(part)屈服,高應力區域將隨著擴大,小車架及下殼體承載能力也會相應增強,所以,從靜強度破壞的角度來看,這一類型的應力影響較小,遠小於材料屈服極限。
通過(tōng guò)有限元模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)分析,可以計算出在工作載荷作用下時,中心的最大垂直位移為0.033 mm,水平方向位移為0.0018μm.這一數值遠遠影響不到電機軸上兩個齒輪間的齧合精度。
4.3及小車架變形試驗檢測(檢查並測試)及分析試驗檢測在實際的生產(Produce)情況下進行。在加載為額定載荷時,穩定情況下檢測兩輸出軸間的位移和小車架梁的強度和撓度;在加載0.8倍額定載荷時,載荷以最大速度起升時,檢測的振動情況。檢測後對結果進行處理分析如下:1)速器外觀質量現狀良好。運轉平穩,箱體嚴格密封,防塵,潤滑條件好,殼體具有足夠的強度和剛度。
2)兩輸出軸的位移很小。正常工作情況下最大為0.09mm,比理論計算值0.066mm稍大。結合小車架的下撓情況分析(Analyse),可以看出小車架的變形基本不影響(influence)兩輸出軸的位移。
3)小車架梁最大下撓為f=3.2mm,與理論計算值相比f<4.14mm,滿足設計要求。行星齒輪減速機相對其他減速機,P站PROBURN手机网页版具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護等特點。小車架梁最大應力為σ=13.2MPa,按照線性關係計算,可得出在滿載時最大應力σmax=16.1MPa,與理論計算值相比,遠小於σ=98MPa,可見有足夠的安全裕度。
4)輸入軸最大振動加速度為0.18g(測量間接值);輸出軸最大振動加速度為0.20g,最大振幅為65μm.振動加速度很小,振幅滿足標準小於80μm的要求,說明該各級靈活,齒輪齧合正常。初步可以認定該機體剛度設計合理,小車架剛度可行時,這種方式中中心距雖然發生變化,但並沒有影響到兩個同步齒輪間的齧合精度。
5結論
單卷筒在外的布置型式,軸向結構尺寸小於品字型三方式方法,吊點距方向結構尺寸小於兩個卷筒放在中間的布置型式,同時取消了常用的行星或棘齒輪機構,直接通過兩高速級之間的同步齒輪來實現兩卷筒之間的同步動作。行星齒輪減速機相對其他減速機,P站PROBURN手机网页版具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護等特點。這種結構的使用大大降低了製造成本以及鏈的環節,同時直接減小了整車極限尺寸。
經過有限元分析計算和變形試驗檢測可知:該起重機起升機構(organization)方式方法設計合理可行;在該設計結構型式下,小車架的變形對齒輪齧合精度並未造成質的影響(influence)和產生振動。同時由於機座剛度的合理設計,減小了小車架的變形量,提高了小車架的使用壽命(lifetime)。