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4300轧机主传动系统动态特性分析

作　者: 董振华
导　师: 史荣
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轧机主传动系统扭振固有特性间隙万向节
分类号: TG333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

首秦4300mm中厚板轧机，投产以来承担了大量的中厚板生产任务，为首秦的发展做出了贡献。然而，由于中厚板轧机属于重载设备，在轧制过程中承受较大载荷与冲击，会引起设备零部件的过早失效，如轧机传动系统的十字轴式万向接轴与过渡轴曾出现断裂事故，影响了生产，造成了严重的经济损失。为了掌握轧机轧制过程中的扭矩分布，探讨接轴断裂原因，本文对轧机主传动系统的动态特性进行了理论研究与试验研究，以便对轧机扭矩工况做出正确判断，为开发新产品、挖掘设备潜能、指导设备维护提供依据。本文主要研究工作如下：（1）依据系统动力学理论，建立了4300主传动系统的力学模型，列出了动力学方程，得出了传动系统的固有频率和主振型。（2）采用有限元方法对十字万向节进行了动态特性仿真，得出了叉头和十字轴的最大等效应力及其分布；通过现场测试，得到了十字轴的应力谱，对万向节十字轴进行了寿命预估。（3）利用Adams软件对传动系统进行了动力学仿真，研究了含间隙传动系统在咬钢过程中扭矩放大系数的变化。由此得出单间隙、多间隙及间隙量大小对传动系统的动态特性的影响。（4）对轧机主传动系统进行了多点扭矩跟踪测试，得到了生产过程中轧机扭矩的最大值与平均水平、扭矩放大倍数分布；给出了轧机扭振的频谱特性，分析了产生扭振的原因；对应力测点的应力水平进行了评价，为十字接轴的有限元力学分析提供了依据。本文从动态角度对4300轧机主传动系统进行分析计算和实验测试，可以为轧机传动系统的动态设计提供理论依据，并为维修部门提供技术参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题概述  11-13
    1.1.1 课题背景  11-12
    1.1.2 课题来源  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 课题主要内容及意义  15-17
第2章轧机主传动系统固有特性分析  17-32
  2.1 计算传动系统固有特性的意义  17
  2.2 4300 轧机主传动系统简介  17-18
  2.3 轧机传动系统线性力学模型  18-20
    2.3.1 力学模型简化准则  18
    2.3.2 力学模型的简化方法  18-20
  2.4 力学模型动力学参数的计算  20-27
    2.4.1 转动惯量的计算  20-22
    2.4.2 扭转刚度的计算  22-23
    2.4.3 转动惯量和扭转刚度的求解  23-27
  2.5 数学模型的计算  27-28
  2.6 传动系统固有频率和主振型  28-31
    2.6.1 固有频率和主振型的计算  28-29
    2.6.2 固有特性计算结果分析  29-31
  2.7 本章小结  31-32
第3章万向节有限元分析及疲劳寿命计算  32-45
  3.1 万向节有限元分析  32-38
    3.1.1 万向节叉头三维模型的建立  32-33
    3.1.2 有限元模型  33-34
    3.1.3 有限元仿真的边界条件  34-35
    3.1.4 万向节叉头计算结果  35-37
    3.1.5 万向节十字轴计算结果  37-38
  3.2 万向节材料力学性能  38
  3.3 万向节疲劳分析  38-44
    3.3.1 疲劳分析的基本概念  38-40
    3.3.2 疲劳分析的基本过程  40-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章基于 Adams 对含间隙轧机传动系统的扭振分析  45-59
  4.1 传动系统间隙打开的原因  45-46
  4.2 间隙碰撞模型的创建方法  46-47
  4.3 等效阻尼模型  47-51
    4.3.1 法向接触力模型  48-49
    4.3.2 切向力模型  49-50
    4.3.3 含间隙机构的动力学方程  50-51
  4.4 Adams 仿真模型及参数设置  51-53
    4.4.1 Adams 仿真模型  51-52
    4.4.2 Impact 参数设置  52
    4.4.3 边界条件的设置  52-53
  4.5 间隙位置对轧机主传动系统 TAF 值的影响  53-58
    4.5.1 咬钢冲击载荷对含单间隙传动系统的影响  53-55
    4.5.2 咬钢冲击载荷对含多间隙传动系统的影响  55-56
    4.5.3 间隙大小对轧机主传动系统 TAF 值的影响  56-57
    4.5.4 间隙对上下传动系统的 TAF 值的影响情况比较  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章轧机主传动系统扭矩测试实验  59-78
  5.1 4300 轧机主传动系统基本参数  59-60
  5.2 测试内容和目的  60-61
  5.3 实验设计  61-66
    5.3.1 实验方案  61
    5.3.2 测点的布置  61-62
    5.3.3 试件选取  62-63
    5.3.4 贴片  63-64
    5.3.5 信号的传输  64-65
    5.3.6 测试系统的校准  65-66
  5.4 扭矩的计算原理  66-67
  5.5 实验结果  67-76
    5.5.1 扭矩时域波形  67-69
    5.5.2 实测扭矩的统计分析  69-74
    5.5.3 扭振信号频谱分析  74-76
  5.6 应力测点实测结果分析  76
  5.7 本章小结  76-78
结论  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  83-84
致谢  84-85
作者简介  85

4300轧机主传动系统动态特性分析

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