1、盾構施工法是在地面下暗挖隧洞的一種施工方法，它使用盾構機在地下掘進，在防止軟基開挖面崩塌或保持開挖面穩(wěn)定的同時，在機內安全地進行隧洞的開挖和襯砌作業(yè)，整個隧道一次成型。經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，越來越多的工程建設單位首選盾構機來代替效率低下的傳統(tǒng)掘進法進行隧道挖掘。
　　 作為盾構機的關鍵部件之一的減速器是驅動刀盤運轉的唯一部件，它一邊與液壓馬達相連，一邊與驅動刀盤旋轉的主軸齒輪嚙合，是連接兩者的樞紐，不僅起著傳遞運動和動力的作用，還

2、能在發(fā)生緊急制動的情況下承受載荷沖擊，其受載情況是我們相當關心的。
　　 對于土壓平衡盾構機來說，來自軸向和徑向的壓力可以由承壓隔板以及開挖室內積累的泥土進行平衡，而周向的壓力主要來自于由刀盤上所受摩擦力產(chǎn)生的扭矩，它將通過主軸齒輪直接傳遞到減速器上，減速器將接受各種工況下各種扭矩的沖擊，特別是在土層突變和緊急制動的情況，沖擊特別明顯，這就有可能造成減速器某些零件的失效，導致停機。
　　 為了避免零件失效的出現(xiàn)同時也是為

3、了盾構機能適應各種條件下的土層結構，有必要對盾構機減速器進行實際載荷工況下的計算分析。本文以給定的盾構機減速器空間結構尺寸和動載荷條件下減速器各傳動零部件等強度等壽命為約束，以提高盾構機減速器的承載能力為目標，對各傳動零部件的參數(shù)和結構進行動態(tài)優(yōu)化設計，以提高盾構機行星齒輪減速器功率傳遞密度和可靠性。傳統(tǒng)的設計計算方法是解析方法，該方法只能以簡化方式作粗略計算，只能得到局部的應力、位移、強度及剛度情況，通過加大安全系數(shù)的方法來保證結構的

4、強度和剛度。而應用有限元軟件進行計算能夠快速、準確、直觀的得到結構上各部位的應力、應變等參數(shù)的分布情況。同時，通過對盾構減速器關鍵零部件的有限元分析，對可進行優(yōu)化的部件進行結構優(yōu)化設計，在保證其強度和剛度的條件下，實現(xiàn)減速器的結構輕量化設計。本文的研究工作如下：
　　 1）以土壓平衡盾構機減速器三級行星架為研究對象，運用ANSYS-WORKBENCH中的DesignModeler模塊對其建模，然后對其進行靜態(tài)仿真分析，得到了應力

5、分布的規(guī)律，并得到了危險截面處的應力數(shù)據(jù)，同時校核出了行星架的剛性。在此基礎，返回幾何模型建立界面，直接對其危險截面進行修正，提高了整個行星架的承載能力。分別就5個設計變量對質量及強度和剛度的影響進行討論，然后利用AWE-DesignXplorer模塊對行星架進行拓撲優(yōu)化，得出了在滿足其承載能力的基礎上的質量最優(yōu)值（比原始質量減輕11％）以及限定了剛度條件的質量最優(yōu)值。
　　 2）以土壓平衡盾構機減速器三級齒輪嚙合副為研究對象，

6、采用CAXA軟件輔助PRO/E建立出精確的變位傳動齒輪，并運用有限元分析軟件模擬其嚙合狀態(tài)，得出嚙合副在嚙合瞬間的接觸應力和彎曲應力值，與傳統(tǒng)計算方法得出的數(shù)值進行比較，并分析兩種方法產(chǎn)生差異的原因。
　　 3）以土壓平衡盾構機減速器箱體為研究對象，先通過理論分析得出其載荷，然后運用有限元軟件ANSYS-WORKBENCH對其進行靜態(tài)分析，將得出的最大應力值與許用應力比較得出箱體強度是滿足使用要求的。在此基礎上，進一步討論了箱體