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礦用提升機鋼絲繩換繩車同步齒輪特性分析(3)(圖文)

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3 同步齒輪靜強度分析及模型驗證
3.1 齒輪部件建模
采用理論分析與有限元分析相結合的方法,對同步齒輪嚙合傳動進行研究。同步齒輪結構參數如表1所列。
 

表1 同步齒輪結構參數

在 SolidWorks 中對同步齒輪進行建模并調整,確保同步齒輪不會出現干涉。為了提高仿真精度和數據的可靠性,對靜強度仿真過程中參與嚙合的幾對輪齒表面網格化。齒面網格細化模型如圖5所示。
 
圖5 齒面網格化模型

3.2 理論計算
Hertz 接觸理論是研究疲勞、摩擦及任何有接觸體相互作用的基本理論。在齒輪嚙合過程中,將齒輪的接觸問題等效為兩圓柱面的接觸問題。赫茲接觸應力
 

式中,各相關參數及其含義可由《機械設計手冊》查得。同步齒輪材料參數如表2所列。
表2 同步齒輪材料參數
 

根據同步齒輪結構以及送繩機構實際工況條件,齒輪傳遞轉矩為6000 N·m,Fn=T/R,齒寬 b=120 mm,節圓的半徑 R=300 m m。將各數據代入式(9)得齒面接觸應力為415MPa。

齒根彎曲應力
 

 

式中:YF 為齒廓系數,YF=1;YS 為應力修正系數,YS=1;KA 為使用系數,KA=1.25;KV 為動載系數,KV=1;KFβ 為螺旋分布系數,KFβ=1;KFα 為載荷分布系數,KFα=1。將各數據代入式(10),可得齒根彎曲應力為100.42MPa。

3.3 仿真計算
經過計算,同步齒輪嚙合重合度為1.78。在齒輪中 心孔添加轉動副,并施加6000 N·m 轉矩。考慮鏈條上加裝摩擦墊塊增加了送繩時的摩擦力,故齒面摩擦因數設置為0.2。分別提取齒面與齒根單元進行靜強度分析,應力云圖如圖6、7所示。
 
圖6 齒面接觸應力
 
圖7 齒根彎曲應力

由圖6、7可知,齒面zui大接觸應力出現在齒面分度圓附近,為449.6M Pa;zui大彎曲應力出現在接觸齒面對側齒根,為102.38MPa。仿真結果與理論計算結果對比如表3所列,可見有限元模型計算結果與理論計算結果相一致,接觸應力的誤差為8.3%,彎曲應力的誤差為1.9%,選取材料的安全系數為2,則計算結果均低于材料許用應力792M Pa,說明該模型精度可靠,齒輪滿足靜強度計算需求。
 
表3 靜強度計算結果



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