(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211417380.X (22)申请日 2022.11.14 (71)申请人 江苏国茂 减速机股份有限公司 地址 213161 江苏省常州市武进高新 技术 产业开发区龙潜路98号 (72)发明人 周宇东　芮晓宇　崔青勇　万谆铭　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 郭俊玲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/12(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种矿用减速 机齿轮箱动力学分析方法 (57)摘要 本发明涉及减速机齿轮箱设计技术领域， 尤 其是一种矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 通 过对减速机齿轮箱进行约束模态分析和采用模 态叠加法进行谐响应分析， 以得出的前8阶固有 频率和主振型以及减速机齿轮箱X、 Y和Z方向位 移、 加速度频率响应曲线为指标来评价减速机齿 轮箱线性动力学性能优劣， 其次通过对齿轮箱进 行瞬态动力学分析， 以得到四种工况下齿轮箱各 时刻的等效应力、 总变形量的动态响应曲线来分 析在瞬态冲击载荷作用下齿轮箱动强度是否满 足需用要求， 验证齿轮箱设计动态 性能是否具有 可靠性， 解决现有技术中缺乏对矿用减速机齿轮 箱进行系统动力学分析的技术缺陷， 本发明方法 的分析结果有助于提升各种型号的矿用减速机 齿轮箱的动力学性能。 权利要求书1页 说明书7页 附图18页 CN 115495967 A 2022.12.20 CN 115495967 A 1.一种矿用减速 机齿轮箱动力学分析 方法， 其特 征是： 包括以下步骤： 创建矿用减速 机齿轮箱的三维几何模型； 对三维几何模型作简化处 理， 并保存为STP中性格式文件； 将简化处理后的三维几何模型导入有限元分析软件中并对减速机齿轮箱的三维几何 模型进行四面体网格划分， 局部细化减速 机齿轮箱轴承孔附近的网格； 依次在减速机齿轮箱轴 承孔处施加轴 承载荷， 将减速机齿轮箱底座的地脚螺栓孔作为 该网格划分后的三维几何模型的边界条件， 并将地脚螺 栓孔设置为平面全约束； 对约束施加后的减速 机齿轮箱进行约束模态分析， 分析减速 机齿轮箱动态固有特性； 对约束施加后的减速 机齿轮箱进行谐响应分析， 预测减速 机齿轮箱的持续动力特性。 2.根据权利要求1所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 还包括步骤： 对约束施加后的减速机齿轮箱进行瞬态动力学分析， 得到减速机齿轮箱各时刻的等效应 力、 总变形量的动态响应曲线， 验证瞬态冲击载荷作用下减速机齿轮箱的动强度是否满足 许用要求。 3.根据权利要求2所述的矿用减速 机齿轮箱动力学分析 方法， 其特 征是： 所述的瞬态动力学分析 具体步骤如下： 根据矿用减速机齿轮箱初始设计的相关技术参数， 利用齿轮系统分析软件进行建模 并 分别计算出四种工况 下减速机齿轮箱轴承孔处的轴承载荷大小及分布情况； 模拟矿用减速 机实际工作过程， 得到载荷加载曲线示 意图； 在有限元分析软件的瞬态动力学分析模块中将计算过程设置为以下四步： （1） 减速机 的启动时间， 启动时间内减速机齿轮箱所承受的冲击载荷为1.5倍稳态载荷； （2） 冲击载荷 过渡到额定载荷的时间； （3） 额定运 转时间； （4） 减速 机的停机时间； 在减速机齿轮箱底座地脚螺栓孔处施加全约束， 按照所述载荷加载曲线示意图设置载 荷加载。 4.根据权利要求3所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 所述载荷加载 分为四个阶段： 斜坡加载， 加载时间0.2s； 斜坡加载， 加载时间0.3s； 恒定载荷， 加载时间 1.3s； 斜坡加载， 加载时间1.5s， 四个阶段时间步长均为0.1s。 5.根据权利要求1所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 对三维几何模 型作简化处 理具体为删除对后续 步骤分析 结果不产生重大误差的结构。 6.根据权利要求1所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 对约束施加后 的减速机齿轮箱进行约束模态分析， 提取前8阶固有频率和主振型来分析减速机齿轮箱动 态固有特性。 7.根据权利要求1所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 所述谐响应分 析具体采用提取减速机齿轮箱轴承支座处X、 Y和Z方向的位移与加速度频率响应曲线来准 确预测减速 机齿轮箱的持续动力特性。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的矿用减速机齿轮箱动力学分析方法， 其特征是： 还包 括减速机齿轮箱内部的齿轮传动系统激振频率分析， 齿轮传动系统激振频率包括各齿轮轴 转动频率和齿轮啮合频率， 根据各频率参数判断减速机齿轮箱的固有频率和激振频率是否 合拍， 减速 机齿轮箱是否会发生共 振现象。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115495967 A 2一种矿用减速机齿轮箱动力学分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及减速机齿轮箱设计技术领域， 尤其是一种矿用减速机齿轮箱动力学分 析方法。 背景技术 [0002]煤矿用减速机常用于多冲击、 振动强、 运转时间长等恶 劣复杂的工作环境， 且通常 因作业需求会进 行有、 无附加径向力， 顺、 逆时针运转四种工作状态交替使用。 据统计， 煤矿 减速机工作中的机械故障逾一半是齿轮箱开裂等失效情况引起的。 根据动力学理论， 当矿 用减速机在额定载荷下工作时， 作为减速机关键件的齿轮箱会同时受到外部载荷激励和内 部齿轮传动激励， 当齿轮箱的固有频率和激振频率相等时， 减速机齿轮箱会发生共振现象 并且会产生巨大的噪声， 这 都会加速减速机齿轮箱的损坏从而造成减速机寿命下降影响煤 矿开采的经济效益。 [0003]因此， 齿轮箱作为减速机的关键件， 设计时除满足其静强度、 疲劳可靠性要求之 外， 必须要具备良好的转子动力学性能， 所以， 还需对其动力学进行分析， 以避免在其作业 过程中发生共振或瞬态冲击载荷作用下动 强度不足造成减速机寿命下降。 此外， 为避免减 速机齿轮箱发生共振现象， 还需对减速机齿轮箱内部的齿轮传动系统在工作时的激振频率 进行分析。 [0004]现有技术主要是针对一般工业产品齿轮箱的分析方法， 这些方法大多是只进行有 限元静力学分析或者只涉及 模态分析， 目前国内外尚无专门针对煤矿用减速机齿轮箱动力 学分析方法， 也没有对煤矿用减速机齿轮箱内齿轮传动系统的动力学分析方法。 因此， 针对 煤矿用减速机齿轮箱及其内齿轮进行系统的动力学分析并掌握齿轮箱的动态特性具有重 要的工程 意义。 [0005]中国专利公开了CN106960077A ‑一种风机齿轮箱动力学模型的建模与仿真方法的 专利文献， 该文献公开了 建立风机齿轮箱的实体模 型， 将该实体模型导入动力学分析软件， 设置风机齿轮箱各部件的物理属 性； 依据风机齿轮箱的拓扑结构， 设置风机齿轮箱模型中 各部件之间的连接关系， 得到风机齿轮箱的刚体模型； 对风机齿轮箱轴系部件进行有限元 分析， 得到其柔性体模型； 将风机齿轮箱轴系的柔性体模型导入风机齿轮箱的刚体模型， 替 换相应的轴系部件， 形成风机齿轮箱的柔性体模型。 该方案可以快速检查模型， 节省建模时 间， 提供建模效率。 但该仿真软件是通过软件计算出扭转刚度， 通过扭转刚度计算出载荷， 而且只知道载荷后， 并没有对后续齿轮箱动态性能进行分析， 即没有对齿轮箱体进行系统 的动力学分析。 发明内容 [0006]本发明要解决的技术问题是： 为了解决上述背景技术中的现有技术存在的问题， 提供一种矿用减速 机齿轮箱动力学分析 方法。 [0007]本发明解决其 技术问题所采用的技 术方案是：说　明　书 1/7 页 3 CN 115495967 A 3