【正文】 中的各參數(shù)值 ① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用載荷系數(shù) 試選 = ② 計(jì)算小齒輪傳遞扭矩 ③ 由表 33 選取齒寬系數(shù) 表 33 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)φ d 裝置情況 兩支撐相對于小齒輪作對稱布置 兩支撐相對于小齒輪作不對稱布置 小齒輪作懸臂布置 ~（ ~） ~（ ~） ~ 注： 1) 大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)，φ d 取偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面時(shí)，φ d 取偏上限的數(shù)值； 2）括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時(shí) b 為人字齒輪的總寬度； 3）金屬切削機(jī)床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時(shí)，φ d 可小到 ； 4）非金屬齒輪可取φ d≈ ～ 。由表 32，選擇大小齒輪材料類型為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度 240HBS，強(qiáng)度極限 650MPa，屈服極限 360MPa。 (2) 功率分流傳動系統(tǒng)為減速器類別，參考表 31，選取 7 級精度。 為方便起見，以下計(jì)算均不考慮損失，即傳動系統(tǒng)傳遞效率為 100%。 15 16 第三章 功率分流傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)的詳細(xì)計(jì)算 傳動系統(tǒng)所包括的各個(gè)部件 該傳動系統(tǒng)包括輸入軸、 Ⅰ級 輸入齒輪、 Ⅰ級輸出齒輪、扭力軸、Ⅱ級輸入齒輪、Ⅱ級輸出齒輪、輸出軸、滑動軸承。并且由于輪齒對系統(tǒng)模態(tài)影響較小，所以此處簡化了三維模型。 圖 21 中速柴油船用減速箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 某大型船用傳動系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)參數(shù) 本文研究的船用齒輪箱內(nèi)部傳動系統(tǒng)的總體參數(shù)如表 21 所示： 13 表 21 某船用功率分流傳動系統(tǒng)總體參數(shù) 輸入功率 1500KW 輸入轉(zhuǎn)速 1350r/min 工作壽命 15 年（按照每年 30 天，每天 16 小時(shí)） 一級傳動比 二級傳動比 為了簡化后期計(jì)算參數(shù)，此處將傳統(tǒng)系統(tǒng)所有材料均選擇 45 鋼（調(diào)質(zhì)）， 45鋼性能參數(shù)如表 22 所示： 表 22 45 鋼材料參數(shù) 材料名稱 密度 泊松比 楊氏模量 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 45 鋼 (調(diào)質(zhì) ) 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 22 所 示 ： 圖 22 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 14 該系統(tǒng)由輸入軸、輸入齒輪、兩根扭力軸和齒輪、輸出軸、輸出大齒輪以及支撐各個(gè)軸的滑動軸承組合而成，由于后續(xù)研究需要改變扭力軸直徑，因此采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，將扭力軸直徑設(shè)為參數(shù)以方便分析。 每種類型的 GW 系列齒輪箱均按額定功率和傳動比分為 10 款，現(xiàn)階段其全系列產(chǎn)品能匹配的輸入轉(zhuǎn)速范圍為 300~1800r/min，減速比范圍為： 2:1~6:1 額定傳動能力范圍為 ~（ r/min）。 12 第二章 大型船用齒輪箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和基本參數(shù) 齒輪箱所屬類別及特點(diǎn) 本文研究的功率分流傳動系統(tǒng)為船用減速齒輪箱 GWC 型，屬于與船用中速柴油機(jī)相配套減速齒輪箱類別中的 GW 系列 [8,12]。 第六章 總結(jié)與展望 對本文的研究內(nèi)容、研究方法和最終成果進(jìn)行總結(jié)，列出了文章的創(chuàng)新點(diǎn)。本章詳細(xì)介紹了建立有限元模型的過程，其中包括建立單元類型、定義單元實(shí)常數(shù)、定義材料屬性、劃分網(wǎng)格、 用 bin14 單元建立齒輪副之間以及軸承與軸之間的聯(lián)系 、對傳動系統(tǒng)施加約束和最終的求解。利用 ansys 中 APDL 命令流的方式進(jìn)行了模態(tài)分析。 第三章 功率分流傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)的詳細(xì)計(jì)算 本章詳細(xì)計(jì)算了研究的功率分流傳動系統(tǒng)各個(gè)所需參數(shù)，為三維造型的建立做出重要鋪墊； 齒輪副中心距采用齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)算法詳細(xì)計(jì)算 ； 在兼顧軸上零件定位要求的前提下， 軸的最小尺寸計(jì)算采用了比較簡單的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算算法進(jìn)行估算， 然后將其擴(kuò)大 20%以滿足系統(tǒng)要求。 本論文的分章結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 緒論： 介紹了本論文的課題背景和研究意義，闡述船用齒輪箱系統(tǒng)及相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并確立了本文的研究內(nèi)容和研究方法。 本文研究內(nèi)容 論文基于模態(tài)分析法，針對功率分流傳動系統(tǒng)進(jìn)行了簡單建模，并以商業(yè)軟件 ANSYS 對功率分流傳動系統(tǒng)扭力軸直徑改變對系統(tǒng)模態(tài)影響進(jìn)行了定量分析與評估。 林雪妹 [4445]等建立了某大功率船用減速齒輪箱的 3D 有限元計(jì)算模型，并用NXN astran 對該齒輪箱系統(tǒng)的模態(tài)、抗沖擊性能進(jìn)行了計(jì)算和評話，另外運(yùn)用輪齒修型軟件 MASTA 對變位斜齒輪的齒形進(jìn)行了修型優(yōu)化，通過對比修型前后的齒輪副傳遞誤差，說明輪齒修型優(yōu)化對齒輪傳動系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的有效性。朱才朝 [4751]等通過理論研究 與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的手段，分析了某大功率船用減速齒輪箱中齒輪副的誤差激勵、喘合剛度激勵和沖擊激勵等內(nèi)部激勵，并引入外部扭矩激勵，釆用有限元理論建立了齒輪箱傳動系統(tǒng)動力學(xué)分析模型，對箱體特定位置的振動烈度和結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行了計(jì)算，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，驗(yàn)證了模型的合理性，對齒輪箱的動態(tài)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 齒輪箱傳動國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)方面：林騰蛟 [3844]等釆用有限元方法和邊界元法對齒輪箱箱體、直齒結(jié)構(gòu)和斜齒結(jié)構(gòu)傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性以及噪聲進(jìn)行了大量的研究，反映了有限元方法在分析內(nèi)部激勵和計(jì)算齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)性能等方面是可靠的。等通過邊界元計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段對某型變速齒輪箱的箱體進(jìn)行了聲轄射評估。研 究表明，在基于頻域的分析中釆用模態(tài)激勵函數(shù)能有效獲取齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)狀況，該方法能用于喘合齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。研究表明：在特定的激勵條件下反復(fù)沖擊現(xiàn)象僅出現(xiàn)在喘合齒輪對的一側(cè)。該研究特別關(guān)注了驅(qū)動軸的能量激勵與自 然沖擊之間的關(guān)系，基于齒輪的幾何形狀建立了拓?fù)浣佑|模型，將喘合齒輪對之間的接觸定義為單自由度、非線性、彈性的耗散模型?，F(xiàn)行的方法在分析齒輪箱動態(tài)振動響應(yīng)時(shí)，須首先獲取傳動系統(tǒng)中齒輪副的內(nèi)部動態(tài)激勵再將激勵施加在哨合齒輪副上，最后通過求解系統(tǒng)動力學(xué)微分方程計(jì)算其振動響應(yīng)，還可再對系統(tǒng)特定位置的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析，從而從理論上評估齒輪系統(tǒng)的振動烈度和箱體的結(jié)構(gòu)噪聲[38,39]，一般施加的激勵包括時(shí)變合剛度激勵、靜態(tài)傳動誤差激勵、噴合沖擊激勵等。但齒輪箱系統(tǒng)的振動機(jī)理仍然有待進(jìn)一步的研究。主要研究手段為有限元數(shù)值計(jì)算方法和齒輪箱振動參數(shù)和滑油溫度參數(shù)的狀態(tài)檢測。長期以來，齒輪箱的振動問題一直困擾著工程實(shí)踐中的技術(shù)人員 [26,3236]。 齒輪箱傳動系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 齒輪傳動系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒受載荷作用會產(chǎn)生彈性變形，除了轉(zhuǎn)軸不平衡質(zhì)量及轉(zhuǎn)子幾何偏心等對齒輪箱振動產(chǎn)生影響外，由于同時(shí)參與喘合的輪齒對數(shù)會發(fā)生變化、輪加工和裝配誤差的存在以及“合沖擊效應(yīng) ” 的影響，導(dǎo)致齒輪副產(chǎn)生動態(tài)噴合激勘，從而引起振動，振動經(jīng)傳動軸和軸 承等零部件傳遞到軸承座和箱體上，引發(fā)箱體振動從而產(chǎn)生福射噪聲 [25,31]整個(gè)船用減速齒輪箱系統(tǒng)，可以看作由齒輪副、傳動軸、軸承、箱體、聯(lián)軸器和離合器等部件組成的復(fù)雜的彈性系統(tǒng)。此外，本文所研究的大型減速齒輪箱系統(tǒng)是作軍民兩用設(shè)計(jì)和建造的，必須依 照相關(guān)的軍用標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行作為艦載安裝設(shè)備的抗沖擊性能評估。同時(shí)，由于在基礎(chǔ)件研究、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及分析和應(yīng)用等方面的不足，導(dǎo)致國內(nèi)齒輪箱產(chǎn)品在產(chǎn)品輕量化、模塊化以及故障檢測、分析等技術(shù)上沒有長足的進(jìn)展，使國產(chǎn)齒輪箱產(chǎn)品參與國際競爭時(shí)，存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。雖然通過大量引進(jìn)國外先進(jìn)制造和檢測裝備，齒輪箱制造技術(shù)與國外先進(jìn)水準(zhǔn)的差距不斷縮小，但仍有相當(dāng)大一部分齒輪與變速箱產(chǎn)品在振動噪聲與疲勞壽命等方面與國際先進(jìn)水平差距明顯。 第三，從船用減速齒輪產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)內(nèi)部來看，主要存在以下問題：產(chǎn)業(yè)發(fā)展層次不高，普通、傳統(tǒng)齒輪箱產(chǎn)品制造所占比重較高，新型裝備、大型高精度等高端裝備制造 產(chǎn)品類別少、規(guī)模小、所占比重偏低，生產(chǎn)商仍將廉價(jià)的人力資源作為企業(yè)優(yōu)勢；同時(shí)，產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新能力薄弱，研發(fā)投入不足，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長。船舶設(shè)備出現(xiàn)故障是無法避免的，如果不能及時(shí)得到維修，將給船舶運(yùn)營商帶來巨大的損失。 大功率船用齒輪箱是船用主機(jī)中的關(guān)鍵配套部件之一，至今仍需大量進(jìn)口，經(jīng)常出現(xiàn)“船等機(jī) ”的嚴(yán)重現(xiàn)象，船廠訂不到主機(jī)就不敢承接船舶訂單，嚴(yán)重制約了我國造船業(yè)的快速發(fā)展。 產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品面臨的主要問題 7 船用齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 第一，從船用減速齒輪產(chǎn)品所屬的產(chǎn)業(yè)鏈條來看，雖然作為船用減速齒輪系統(tǒng)下游產(chǎn)業(yè)的我國船舶工業(yè)在三大造船指標(biāo)上均已超越韓國，位居世界第一。不同的是重齒重點(diǎn)引進(jìn) 2500馬力以上的大功率船用齒輪箱技術(shù)，杭齒則重點(diǎn)引進(jìn) 20xx 馬力以下小功率船用齒輪箱技術(shù)。國內(nèi)產(chǎn)品的優(yōu)勢在于熟悉國內(nèi)市場、建立了較為完善的銷售鏈，同時(shí)同類產(chǎn)品價(jià)格更為便宜，國內(nèi)制造商中主要由重 齒和杭齒壟斷，兩大公司形成較為激烈的競爭格局。 目前，國際頂尖的船用減速齒輪傳動的生產(chǎn)商主要來自德國，如倫克、萊恩杰斯、釆埃孚等。杭齒以往以中小功率船用齒輪箱為主，但近年正大力開發(fā)大型新品，并逐步增加軍品訂單的承接任務(wù)，在大中型齒輪箱市場的市場份額正在逐步提高。近年來，杭齒在國內(nèi)船用齒輪箱市場的占有率始終保持第一位，20xx 年占國內(nèi)整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模 %[17]。其優(yōu)勢在于建立了完善的銷售和售后體系。重齒在國內(nèi)艦船傳動裝置以及大型船辦配套的齒輪傳動方面的市場占有率約為 80%，承接利潤豐厚的軍事訂單和相關(guān)的研發(fā)項(xiàng)目較多。 5)重慶齒輪箱有限責(zé)任公司（以下簡稱“重齒”） 重齒是我國最大的船用減速齒輪系統(tǒng)的生產(chǎn)商之一，有很強(qiáng)的自主研發(fā)能力和創(chuàng)新能力但重齒受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，在國內(nèi)大功率齒輪箱（輸出功率在 2500 馬力以上）市場占有率高達(dá) 80%，小功率齒輪箱（輸出功率在 20xx 以下）市場占有率不到 10%。相關(guān)產(chǎn)品類型齊全，包括柴柴聯(lián)合、柴或燃聯(lián)合（ CODAD）、柴和燃聯(lián)合（ CODOG）以及燃燃聯(lián)合（ COGAG）等的推進(jìn)單元。在船用減速齒輪箱系統(tǒng)等領(lǐng)域處于世界先進(jìn)地位，曾于 1982 年制造出傳輸功率為 40000KW 的船用減速齒輪系統(tǒng)，為迄今世界功率最大的船用齒輪間速系統(tǒng)。Stolterfoht），與國內(nèi)兩大船用齒輪箱生產(chǎn)廠商（即杭齒和重齒）有著密切的聯(lián)系。合資公司的產(chǎn)能為年產(chǎn) 800 臺大型船用齒輪傳動系統(tǒng)。 20xx 年， 釆埃 孚 海事集團(tuán)的年銷售額大于 億歐元，生產(chǎn)基地遍及全球。但船用齒輪產(chǎn)品在國際和國內(nèi)的行業(yè)集中度較高，競爭也非常激烈。制造業(yè)內(nèi)遷以及振興內(nèi)河航運(yùn) [12]政策的實(shí)施，推動了船舶制造業(yè)乃至船用減速齒輪箱行業(yè)的內(nèi)部需求；20xx 年，我國造船業(yè)的三大指標(biāo)：手持船舶訂單量、新接船舶訂單量和造船完工量分別為： 41%、 43%和 54%，均已躍居世界首位 [13,14]； 二、國家大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)及加大艦船關(guān)鍵配套設(shè)備的投入，軍工訂單的增加也提高了對大型船用減速齒輪箱的需求； 三、柴油機(jī)作為大型船躺和艦只的動力系統(tǒng)較為普遍 [15]，各類近海運(yùn)輸船舶、內(nèi)河船舶以及工程船舶的主動力裝置 [16]基本選擇中、高速柴油發(fā)動機(jī)。大型柴油機(jī)用減速齒輪傳動系統(tǒng) 5 的市場需求正在呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢，主要基于以下幾個(gè)方面的原因： 一、近年來，隨著沿海發(fā)達(dá)區(qū)域土地和資源的緊張加之企業(yè)環(huán)保成本和人力資源成本的提高，制造業(yè)正明顯地向內(nèi)地轉(zhuǎn)移，增加了對成本較低的內(nèi) 河航運(yùn)的需求。 工程背景 大型船用減速齒輪裝置是造船業(yè)的基礎(chǔ)部件，被列入《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。研究對象為某型柴油發(fā)動機(jī)用減速齒輪箱傳動系統(tǒng)。與帶 、 鏈、摩擦、液壓等傳動方式相比，齒輪傳動具有功率范圍大、傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列特點(diǎn)，決定了其在 艦船 減速傳動領(lǐng)域中的不可替代性 [11]。 齒輪傳動系統(tǒng) [7,911]是艦船減速裝置的關(guān)鍵和基礎(chǔ)部件。減速齒輪裝置 [5， 7,8]是 艦船 動力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，螺旋槳通過它獲取合理的轉(zhuǎn)速從而提高推進(jìn)效率，各種聯(lián)合動力推進(jìn)方式及其推進(jìn)裝置的優(yōu)化布置亦需通過減速齒輪系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文