船用齿轮箱设计及动态特性分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）船用齿轮箱设计及动态特性分析硕士研究生：赵祥升指导教师：李强副教授企业导师：刘江研究员学科、专业：机械工程论文主审人：徐贺教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）船用齿轮箱设计及动态特性分析硕士研究生：赵祥升指导教师：李强副教授企业导师：刘江研究员学位级别：工程硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学船用齿轮箱设计及动态特性分析ClassifiedIndex:U.D.C:ADisser

2、tationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）MarineGearboxDesignandDynamicAnalysisCandidate:ZhaoXiangshengSupervisor:AssociateProf.LiQiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:MechanicalEngneeringDateofSubmission:May,2018DateofOralExamination:June,2018Un

3、iversity:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学硕士学位论文哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文

4、工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日船用齿轮箱设计及动态特性分析摘要近年来我国越来越重视海洋权益的维护

5、和海洋资源的开发，船舶的设计制造及相关研究也受到越来越多的重视，而船用齿轮箱是船舶传动系统中非常重要的一部分。本文对一款船用齿轮箱进行结构设计，以此齿轮箱为研究对象，对其动力学仿真分析、模态提取分析、瞬态动力学分析、频率优化、减重优化和结构性能优化。本文设计了一款输入功率为500kW，输入转速为1300r/min的船用人字齿轮箱，在此船用齿轮箱中采用了人字齿轮、空心轴和组合齿轮等结构，减少了齿轮传动中的振动，提高了齿轮箱的性能，减小了齿轮箱的重量。完成了齿轮箱二维图的设计和三维建模，对齿轮箱的各齿轮进行弯曲疲劳强度理论校核，并对重要齿轮在ABAQUS软件中进行有限元弯曲疲劳强

6、度校核，验证齿轮设计的安全性与合理性。将三维模型简化后在ADAMS软件中建立船用齿轮箱多刚体动力学模型，对模型赋予船用齿轮箱的额定输入转速与输出负载转矩后，对其进行动力学仿真分析，获得齿轮箱各轴承对箱体轴承座的动态作用力。在ABAQUS软件中建立船用齿轮箱有限元分析模型，对其进行模态分析，提取前10阶固有频率和振型，其中第2阶固有频率与轴I转频非常相近，有发生共振的可能，需要对船用齿轮箱进行结构优化，改变其固有频率，避免共振。建立齿轮箱箱体有限元实体模型，施加各轴承对箱体的动态作用力，对其进行瞬态动力学分析，获得箱体的动态应力和位移响应，并对2号组合齿轮和齿轮轴进行了模态分析

7、和静力学分析，为后续结构优化作数据准备。采用ABAQUS软件的拓扑优化和尺寸优化功能，对船用齿轮箱的箱体、空心轴和组合齿轮等部件进行频率优化和减重优化，依据优化结果对各部件进行增材和减材结构设计优化。建立优化后船用齿轮箱模型进行优化结果验证，验证齿轮箱的第2阶固有频率、箱体的动态应力和位移响应、组合齿轮和齿轮轴的静态应力与位移。验证结果证明，齿轮箱的第2阶固有频率避开了共振频率，箱体、组合齿轮和齿轮轴的应力和位移满足要求。关键词：船用齿轮箱；结构设计；模态分析；动态响应；优化船用齿轮箱设计及动态特性分析