船用減速齒輪裝置沖擊動力學(xué)仿真（本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）
摘 要

艦船在服役期間不可避免地要遭受水下沖擊載荷，若艦船設(shè)備的抗沖擊性能較差，就會大大影響艦船的生命力，因此近年來對艦船設(shè)備抗沖擊能力的研究越來越多。本文針對艦船動力傳遞裝置中的重要設(shè)備——船用減速齒輪裝置，采用I-DEAS分析軟件進(jìn)行了抗沖擊動力學(xué)仿真，得到了沖擊載荷作用下齒輪裝置的速度、加速度、應(yīng)力變化曲線以及動態(tài)應(yīng)力云圖。仿真分析結(jié)果對高抗沖擊性能減速齒輪裝置的設(shè)計(jì)具有一定的理論意義和工程實(shí)用價值。
論文的主要研究工作如下：
(1) 對減速齒輪裝置的主要零部件進(jìn)行三維實(shí)體造型，通過整機(jī)實(shí)體裝配及機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真，檢驗(yàn)實(shí)體模型的準(zhǔn)確性。
(2) 建立減速齒輪裝置的模態(tài)分析模型，通過有限元模態(tài)分析，求出齒輪裝置的低階固有頻率和固有振型，以及各沖擊方向的約束模態(tài)、附加模態(tài)和有效質(zhì)量模態(tài)。
(3) 建立減速齒輪裝置的箱體靜態(tài)有限元分析模型，通過有限元靜力分析，得出齒輪箱額定工況下的位移場和應(yīng)力場。
(4) 建立減速齒輪裝置沖擊動態(tài)響應(yīng)分析模型，用沖擊脈沖模擬加速度沖擊激勵，分析得出船用減速齒輪裝置上各點(diǎn)的速度、加速度及動態(tài)應(yīng)力。
(5) 通過對減速齒輪裝置靜態(tài)應(yīng)力及動態(tài)應(yīng)力分析，判定船用減速齒輪裝置的抗沖擊性能。


關(guān)鍵詞： 減速齒輪裝置，沖擊載荷，動態(tài)響應(yīng)，有限元法
ABSTRACT

It is almost unavoidable for a ship to subject to underwater shock loading during its service time. And it would be affecting the ship’s vitality if the shock resistance is weak, so more and more research is focus on the ship’s shock resistance recently. This thesis aim at the important power transmission equipment—marine gear reducer, and the software of I-DEAS is used to carry out the dynamic simulation of the marine gear reducer, then the time histories of acceleration, velocity and stress under the shock loading are obtained. The simulate results are valuable for design a high shock resistance marine gear reducer.
The main work presented in this thesis can be summarized as follows:
(1) The 3D solid model of main parts and the assembly model of gear reducer are created, and then the mechanism simulation is used to check out the correctness of the model of marine gear reducer.
(2) The mode analysis model of gear reducer is built up, and the low order of natural frequency and normal mode, as well as the constraint mode, attachment mode and effective mass mode at shock direction are obtained by finite element model analysis.
(3) Establish the static finite element analysis model of the gear reducer, obtain the displacement and stress at rated condition of the gear reducer through finite element static analysis.
(4) Build the dynamic response analysis mode of the gear reducer, using shock pulse to simulate the acceleration excitation, and obtain the acceleration, velocity and dynamic stress of the gear reducer.
(5) Analyze the static stress and dynamic stress synthetically, and figure out the shock resistance of the marine gear reducer.


Key words：marine gear reducer, shock load, dynamic response, finite element method



目 錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
1.1 引言 1
1.2 沖擊形式及分析 2
1.3 水下爆炸對艦船結(jié)構(gòu)沖擊的研究現(xiàn)狀 3
1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀 3
1.3.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 4
1.4 本論文的主要任務(wù)及內(nèi)容 6
2 I-DEAS 響應(yīng)分析的基本理論 7
2.1 I-DEAS響應(yīng)分析過程概述 7
2.1.1 物理模型 7
2.1.2 數(shù)學(xué)模型 7
2.1.3 載荷條件 7
2.1.4 事件 8
2.1.5 響應(yīng)分析 8
2.2 動力問題有限元方法簡介 8
2.3 振型疊加法 9
2.3.1 正則模態(tài)和動力學(xué)運(yùn)動方程 9
2.3.2 約束模態(tài)和強(qiáng)迫運(yùn)動激勵 10
2.3.3 模態(tài)加速度法 10
2.3.4 瞬態(tài)響應(yīng)分析 11
2.3.5 系統(tǒng)響應(yīng)的求解 12
2.4 I-DEAS動力學(xué)求解步驟 12
3 減速齒輪裝置的幾何造型及運(yùn)動仿真 14
3.1 I-DEAS幾何造型 14
3.2 減速齒輪裝置部件的實(shí)體造型及裝配 15
3.2.1 減速齒輪裝置部件的實(shí)體建模 15
3.2.2 減速齒輪裝置裝配模型 17
3.3 減速齒輪裝置的運(yùn)動學(xué)仿真 19
4 減速齒輪裝置的有限元模態(tài)分析 20
4.1 減速齒輪裝置的計(jì)算模型 21
4.2 減速齒輪裝置的固有模態(tài) 21
4.3 減速齒輪裝置的約束模態(tài) 23
4.4 減速齒輪裝置的等效附加模態(tài) 23
4.5 減速齒輪裝置的有效質(zhì)量模態(tài) 24
5 減速齒輪裝置的靜態(tài)有限元分析 26
5.1 軸承座所受靜壓力 26
5.2 軸承座所受分布載荷的計(jì)算 27
5.3 減速齒輪裝置靜態(tài)分析 27
5.3.1 減速齒輪裝置靜力分析有限元模型 27
5.3.2 減速齒輪裝置靜力分析結(jié)果 28
6 減速齒輪裝置的動態(tài)響應(yīng)有限元分析 30
6.1 減速齒輪裝置的計(jì)算模型及動態(tài)激勵 30
6.2 減速齒輪裝置受X向加速度激勵時的動態(tài)激勵 31
6.3 減速齒輪裝置受Y向加速度激勵時的動態(tài)激勵 37
6.4 減速齒輪裝置受Z向加速度激勵時的動態(tài)激勵 43
6.5 減速齒輪裝置分別受X、Y、Z向加速度激勵時的動態(tài)應(yīng)力 49
7 結(jié)論 50
致謝 51
參考文獻(xiàn)