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履带式车辆主传动系统失效分析及扭振仿真研究

庞进友  
【摘要】: 轴系的扭转振动存在于许多动力设备的传动系统中,本文从多体系统动力学的角度研究某型号推土机传动轴系的扭转振动问题。首先,介绍了多体系统动力学基本概念,基本理论,对多体系统动力学理论进行了深入学习;其次,应用多体系统动力学理论对带有扭转减振器的某型号推土机传动轴系扭转振动分析计算,解决了因扭转共振引起的传动轴系失效问题。 某型号推土机传动轴系,自生产以来经常发生前联轴节或万向节十字轴失效现象。从研究前联轴节和万向节十字轴断裂面的表面情况开始,对前联轴节和万向节十字轴的静荷强度和疲劳强度进行验算,并应用有限元分析软件ANSYS对轴系中关键构件进行强度计算,最后得出推土机传动轴系失效原因为轴系扭转共振疲劳失效。为解决轴系扭转共振疲劳失效问题,应用多体系统动力学软件ADAMS对推土机传动轴系进行无阻尼状态下的动力学、运动学仿真分析,计算出轴系固有频率。根据内燃机临界转速和轴系固有频率之间的关系式,得出推土机传动轴系的临界转速。经过分析,推土机可能在临界转速附近工作,并导致轴系发生扭转共振疲劳失效。为了验证结论的正确性与可靠性,本文对正常工作状态下推土机发动机的转速情况进行了跟踪记录。结果显示:推土机正常工作时,在临界转速区段附近工作时间比较长,占整个工作时间段的50%以上。为了使传动轴系临界转速区避开推土机的正常工作转速区,采取调整推土机传动轴系临界转速的方法。应用ADAMS的仿真平台,对不同发动机飞轮转动惯量下的传动轴系和扭转减振器不同弹簧刚度下的传动轴系进行仿真分析,确定了比较合理的方案以调整推土机传动轴系临界转速,即调整发动机飞轮转动惯量。通过调整飞轮的转动惯量,使飞轮转动惯量与整个传动轴系转动惯量相匹配,使轴系的临界转速避开发动机正常工作转速区。根据这一结论,对该型号的推土机传动系统进行了改进,经过一段时间的运行,此型号推土机传动轴系的非正常失效比例大大降低,表明本文的理论分析以及仿真模型、仿真分析结果的正确性。


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