矿用提升机钢丝绳换绳车同步齿轮特性分析（4）(图文)

时间：2024-06-29 08:35:43 点击数：

4 输出转矩波动齿轮啮合运动分析
在换绳机构的实际工作过程中，由于液压马达的流量波动，导致液压马达输出转矩的突然波动，从而使与液压马达相连的同步齿轮所受转矩突变。这种波动不仅影响换绳机构的正常工作，而且存在一定的安全隐患。依据液压马达理论转矩输出，设置了3种不同的波动系数，分别为 λ=1000 t，λ=300 sin 32t，λ=20 e10 t，从而得出3个不同波动系数下的液压马达输出转矩波动函数。

4.1 齿轮边界条件
选用 ANSYS/Workbench 中的瞬态动力学模块，对同步齿轮的啮合过程继续动态仿真分析。齿轮啮合分析主要针对齿轮的接触压力以及zui大等效应力特性。设置同步齿轮啮合仿真时间为0.3s，选取28个齿面进行14对接触，接触类型为摩擦接触，摩擦因数为0.2，法向刚度系数为1。根据同步齿轮的运动特性，确保齿轮只能绕 z 轴转动。齿轮瞬态分析约束与载荷施加情况如图8所示。

图8 约束与载荷施加

结合矿用提升机钢丝绳换绳车实际工作过程，设置主动轮角速度为1.2rad/s，对从动轮施加转矩。

4.2 齿轮接触压力分析
在有限元分析原理中，力通过各单元节点进行传递。当齿面接触点随啮合运动经过齿面节点位置时，会在节点处出现应力集中，接触应力出现波动，同时接触压力也会出现波动。啮合仿真分析之后，在有限元模型中提取一对接触齿轮面的齿面压力，得到接触压力变化图。分析发现，随着齿轮啮合，在恒定转矩下的齿面接触压力虽然会出现波动，但是幅值趋于一个定值，且接触压力波动稳定。

如图9所示，一次波动转矩下，齿面接触压力的变化趋势与一次波动转矩函数基本相符；在波动转矩到达zui高峰时，对应的齿面接触压力达到zui大值；与恒定转矩相比较，一次波动转矩的齿面接触压力波动幅度更大。由此可以推断，波动转矩的增大也会引起应力集中幅值的增大。

图9 恒定转矩与一次波动转矩接触压力的对比

如图10所示，三角波动转矩下齿面接触压力的变化趋势与三角波动转矩函数基本相符；当三角波动转矩到达波峰时，所对应的zui大接触压力也达到zui大值；随着三角波动转矩开始下降到达底峰，所对应的zui大接触压力同样趋于减小。与恒定转矩相比较，虽然zui大接触压力的峰值变化不大，且在啮合时间0.10～0.15s 时间内，接触压力处于ji小值；但当三角波动转矩下一个波峰来临时，其zui大接触压力会陡增到之前的峰值。由此可见，三角波动转矩带来的接触压力波动幅度依然很大。

图10 恒定转矩与三角波动转矩接触压力的对比

如图11所示，指数波动转矩下，齿面接触压力的变化趋势与指数波动转矩函数基本相符；当指数波动转矩在0.16s 附近达到顶峰时，所对应的接触压力也达到zui大值；在0～0.13s 之间，由于波动转矩增加较缓，其接触压力相对稳定；在0.13～0.16s 之间，由于指数波动转矩陡增，其接触压力也从较小值直接增加到zui高点。与恒定转矩相比较，当指数波动转矩增加趋于平缓时，接触压力变化幅度与恒定转矩变化幅度基本持平；但一旦指数波动转矩陡增，其接触压力的变化幅度增大，且幅值比恒定转矩的幅值大很多。