矿用提升机钢丝绳换绳车同步齿轮特性分析（3）(图文)

时间：2024-06-26 10:22:59  点击数：

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3 同步齿轮静强度分析及模型验证
3.1 齿轮部件建模
采用理论分析与有限元分析相结合的方法，对同步齿轮啮合传动进行研究。同步齿轮结构参数如表1所列。
 

在 SolidWorks 中对同步齿轮进行建模并调整，确保同步齿轮不会出现干涉。为了提高仿真精度和数据的可靠性，对静强度仿真过程中参与啮合的几对轮齿表面网格化。齿面网格细化模型如图5所示。
 
3.2 理论计算
Hertz 接触理论是研究疲劳、摩擦及任何有接触体相互作用的基本理论。在齿轮啮合过程中，将齿轮的接触问题等效为两圆柱面的接触问题。赫兹接触应力
 
式中，各相关参数及其含义可由《机械设计手册》查得。同步齿轮材料参数如表2所列。
表2 同步齿轮材料参数
 
根据同步齿轮结构以及送绳机构实际工况条件，齿轮传递转矩为6000 N·m，Fn=T/R，齿宽 b=120 mm，节圆的半径 R=300 m m。将各数据代入式(9)得齿面接触应力为415MPa。

齿根弯曲应力
 
式中：YF 为齿廓系数，YF=1；YS 为应力修正系数，YS=1；KA 为使用系数，KA=1.25；KV 为动载系数，KV=1；KFβ 为螺旋分布系数，KFβ=1；KFα 为载荷分布系数，KFα=1。将各数据代入式(10)，可得齿根弯曲应力为100.42MPa。

3.3 仿真计算
经过计算，同步齿轮啮合重合度为1.78。在齿轮中 心孔添加转动副，并施加6000 N·m 转矩。考虑链条上加装摩擦垫块增加了送绳时的摩擦力，故齿面摩擦因数设置为0.2。分别提取齿面与齿根单元进行静强度分析，应力云图如图6、7所示。
   
由图6、7可知，齿面zui大接触应力出现在齿面分度圆附近，为449.6M Pa；zui大弯曲应力出现在接触齿面对侧齿根，为102.38MPa。仿真结果与理论计算结果对比如表3所列，可见有限元模型计算结果与理论计算结果相一致，接触应力的误差为8.3%，弯曲应力的误差为1.9%，选取材料的安全系数为2，则计算结果均低于材料许用应力792M Pa，说明该模型精度可靠，齿轮满足静强度计算需求。