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1、本科毕业设计论文摘 要本文的研究依托于项目大功率船用齿轮箱关键技术。本文仅仅针对齿轮箱中的传动系统，研究传动系统扭力轴直径变化对功率分流传动系统模态的影响。研究对象为与船用中速柴油发动机匹配的某大型减速齿轮箱系统。项目是针对目前我国在大型船用减速齿轮箱系统的动态设计手段欠缺、更新换代缓慢、自主设计和研发能力薄弱而确立的，其目的是研发和完善能与吨大型运输船舶和舰只相配套的大功率减速齿轮箱系统，为开发更大功率的船用减速齿轮箱系统作技术储备，并形成基于动态性能分析方法的箱体优化、减振降噪和抗冲击性能的设计技术。本文本文主要着眼于某大型船用功率分流传动系统，基于ansys软件对系统进行模态分析，得出扭
2、力轴直径变动对系统模态的影响。论文的主要研究内容可归纳如下： 1）基于Pro/e建立了功率分流传动系统的参数化造型；2）基于ansys软件和Pro/e参数化造型建立有限元模型；3）在ansys中将齿轮啮合关系和滑动轴承支撑关系等效为弹簧单元；4）利用APDL命令流方式建立弹簧单元；5）对模型施加约束并求解；6）分析扭力轴直径对传动系统模态的影响。关键词： 功率分流传动系统，模态分析，扭力轴，移频 ABSTRACTIn this paper, the research on XXX project key technology high-power Marine gearbox. This ar
3、ticle only study drive system of gear box, transmission torque shaft diameter changes on the influence of the power split transmission system mode. And Marine medium speed diesel engine matching was used to conduct the study of a large reduction gear system. Project is based on the current our count
4、ry in large Marine reduction gear box system dynamic design means missing, update slow, weak capacity for independent design and development and establishment of the. The aim is to develop and perfect with tons of large transport ships and vessels matching power reduction gear box system, for the de
5、velopment of more powerful technical reserves, Marine reduction gear box system and form a body optimization based on dynamic performance analysis method, the design of the vibration noise reduction and shock resistance.In this paper, this paper mainly focuses on a large scale Marine power split tra
6、nsmission system, Modal analysis based on ansys software of the system, it is concluded that the torsion axis diameter changes will effect the mode of the system. Paper the main research contents can be summarized as follows:1) Based on Pro/e established the parametric modelling of power split trans
7、mission system;2) Based on ansys software, and Pro/e parameterized modeling finite element model is set up;3)In the heart of the ansys gear meshing relationship and sliding bearing support equivalent of the spring unit;4) Using APDL command to build the spring flow unit;5)Impose constraints on the m
8、odel and solving;6) Analysis of the torsion axis diameter influence on transmission mode.KEY WORDS： power split transmission system，the modal analysis，a torsional axis，APDL command flow 目 录第一章 绪论71.1 课题背景及研究意义71.1.1 工程背景71.1.2 船用齿轮箱行业的国际国内竟争格局81.1.3 产业和产品面临的主要问题91.1.3.1 船用齿轮传动系统产业101.1.3.2 船用减速齿轮系统基
9、础研究和技术问题101.2 齿轮箱传动系统国内外研究现状111.2.1 齿轮箱传动系统国外研究现状111.2.2 齿轮箱传动国内研究现状121.3 本文研究内容13第二章 大型船用齿轮箱系统结构特点和基本参数152.1 齿轮箱所属类别及特点152.2 某大型船用传动系统结构参数152.3 传动系统结构图162.4 本章小结17第三章 功率分流传动系统结构尺寸数据的详细计算193.1 传动系统所包括的各个部件193.2 齿轮相关参数计算193.2.1 I级齿轮传动计算193.2.1.1选定齿轮类型、精度等级以及齿数193.2.1.2 按齿面接触疲劳强度设计213.2.2 II级齿轮传动的计算32
10、3.3 各轴直径计算333.3.1输入轴直径333.3.2扭力轴直径343.3.3输出轴直径343.4 本章小结35第四章 功率分流传动系统的模态分析374.1模态分析概述374.2传动系统模态分析374.2.1有限元模型的建立374.2.2 求解传动系统模态404.3 本章小结42第五章 分析扭力轴直径变化对系统模态的影响435.1功率分流传动系统齿轮啮合频率435.2功率分流传动系统模态结果435.3 结论505.4 本章小结51第六章 全文总结536.1 总结536.2展望53参考文献55致 谢59毕业设计小结6123第一章 绪论船舶推进系统1-7为船舶提供动力支持，当前船舶广泛应用的是
11、传统推进系统，即柴油机、减速齿轮箱和固定螺距螺旋桨相结合的形式，其缺点为不能对船舶各种工况下的负载变化进行相应的调节，倒车、变速等需要靠减速齿轮装置来实现。减速齿轮装置5，7,8是舰船动力系统的关键设备之一，螺旋桨通过它获取合理的转速从而提高推进效率，各种联合动力推进方式及其推进装置的优化布置亦需通过减速齿轮系统来实现。船用减速齿轮箱的功能可概括为以下几点：1)匹配主机与螺旋桨的转向与转速；2)将主机的功率传至螺旋桨，同时增加轴系的输出扭矩；3)为主机缓冲螺旋桨的推力；4)设置离合器，避免主机带负荷启动（设置有摩擦离合器）；5)实现正车、倒车，或者双速传动。齿轮传动系统7,9-11是舰船减速装
12、置的关键和基础部件。齿轮传动系统是由多个齿轮利用啮合原理组成的传动机构，将原动机的转动速度和旋转方向转换为工作机构所需要的转速和转向，同时传输相应扭矩和功率。与带、链、摩擦、液压等传动方式相比，齿轮传动具有功率范围大、传动效率高、运动平稳、传动比准确、使用寿命长、结构紧凑等一系列特点，决定了其在舰船减速传动领域中的不可替代性11。1.1 课题背景及研究意义本文的研究依托于工程项目。研究对象为某型柴油发动机用减速齿轮箱传动系统。项目是针对目前我国在大型船用减速齿轮箱传动系统的自主设计和研发能力较为薄弱，新产品开发周期较长而确立的，其目的是研发和完善能与大型运输船舶和舰船相配凑的大功率船用减速齿轮
13、箱系统，为开发更大功率的船用减速齿轮箱系统作技术储备，同时促进我国造船业中关键配套件在自主研发能力上的提升，为我国海洋经济发展提供该方面的技术支撑。1.1.1 工程背景大型船用减速齿轮装置是造船业的基础部件，被列入国家中长期科学技术发展规划纲要的重点发展领域。大型船用减速齿轮传动系统正在朝着高速重载、低振低噪、轻量化设计及高可靠性方面发展8。大型柴油机用减速齿轮传动系统的市场需求正在呈现扩大趋势，主要基于以下几个方面的原因：一、近年来，随着沿海发达区域土地和资源的紧张加之企业环保成本和人力资源成本的提高，制造业正明显地向内地转移，增加了对成本较低的内河航运的需求。这就推动内河船舶向标准化、大型
14、化转型升级。制造业内迁以及振兴内河航运12政策的实施，推动了船舶制造业乃至船用减速齿轮箱行业的内部需求；2010年，我国造船业的三大指标：手持船舶订单量、新接船舶订单量和造船完工量分别为：41%、43%和54%，均已跃居世界首位13,14；二、国家大力发展海洋经济及加大舰船关键配套设备的投入，军工订单的增加也提高了对大型船用减速齿轮箱的需求；三、柴油机作为大型船躺和舰只的动力系统较为普遍15，各类近海运输船舶、内河船舶以及工程船舶的主动力装置16基本选择中、高速柴油发动机。1.1.2 船用齿轮箱行业的国际国内竟争格局就整个齿轮行业而言，其行业集中度较低，单个企业所占整体的市场份额较小。但船用齿
15、轮产品在国际和国内的行业集中度较高，竞争也非常激烈。国际和国内的主要船用齿轮产品公司16如下：1）釆埃孚（ZF）ZF海事集团是世界最大的船用减速齿轮系统的制造商之一，其产品中齿轮传动系统的功率范围为10KW至1.4万KW。2006年，釆埃孚海事集团的年销售额大于2.3亿欧元，生产基地遍及全球。釆埃孚与南京高精齿轮集团（以下简称“南高齿”）建立了合资公司。合资公司的产能为年产800台大型船用齿轮传动系统。2）弗兰德（FLENDER）弗兰德公司在船用齿轮传动领域具有技术实力雄厚，制造技术领先和产品质量优秀的特点，处于世界领先地位弗兰德公司于1998年3月接管了罗曼施托尔德福特公司（Lohman&Stolterfoht），与国内两大船用齿轮箱生产厂商（即杭齿和重齿）有着密切的联系。3）伦克（RENK）伦克公司于年创建，现已成为世界顶尖的高质量的专用齿轮箱及其他船、舰推进设备的制造及测试系统的开发商。在船用减速齿轮箱系统等领域处于世界先进地位，曾于1982年制造出传输功率为40000KW的船用减速齿轮系统，为迄今世界功率最大的船
