礦用提升機鋼絲繩換繩車同步齒輪特性分析（5）(圖文)
時間：2024-07-02 08:50:30 點擊數(shù)：
4.3 齒輪zui大等效應力分析
在有限元模型中，利用探針提取從動輪一個齒面與一個齒根面的zui大等效應力。觀察恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化，當齒輪嚙合時間到達0.11s 時，位于從動輪齒面與齒根面的zui大等效應力達到zui大，zui大等效應力處于齒根處；應力的變化趨勢整體呈現(xiàn)出金字塔形；隨著同步齒輪嚙合的進行，zui大等效應力的幅值逐步升高；達到zui高點之后，應力幅值又逐步降低，表明嚙合過程的結束。因為齒輪嚙合過程中是單齒對接觸與兩齒對接觸交替出現(xiàn)形式，所以會出現(xiàn)zui大等效應力的波動。當處于單齒對接觸時，應力波動大，同時應力值將達到zui大；在雙嚙合區(qū)，其所受載荷與接觸壓力較平穩(wěn)，受到?jīng)_擊較小，且應力波動較小。
如圖12所示，一次波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢一致，同樣是先增 大后減小；但是zui大等效應力幅值變大，甚至超過了材料的屈服ji限。同時，由于一次波動轉(zhuǎn)矩的輸出，即使位于雙嚙合區(qū)時，其應力波動相較于恒定轉(zhuǎn)矩輸出時的應力波動也是更大。
圖12 恒定轉(zhuǎn)矩與一次波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應力的對比
如圖13所示，三角波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢一致。不同的是，由于三角波動轉(zhuǎn)矩輸出是先達到峰值再降低，而后又升高，導致齒輪嚙合進入雙嚙合區(qū)之后，其zui大等效應力相較于恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力出現(xiàn)“起伏式”波動。
圖13 恒定轉(zhuǎn)矩與三角波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應力的對比
如圖14所示，指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢一致，且zui大等效應力波動相較于恒定轉(zhuǎn)矩zui大等效應力更大。
圖14 恒定轉(zhuǎn)矩與指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應力的對比
5 結論針對礦用提升機鋼絲繩換繩車送繩機構中同步齒輪在實際工作中可能遇到的問題，首先考慮馬達輸出轉(zhuǎn)矩波動輸出的3種情況，建立了3種轉(zhuǎn)矩波動輸出函數(shù)；隨后通過有限元法進行了分析，對比了3種波動轉(zhuǎn)矩輸出下齒輪的接觸壓力與zui大等效應力。
(1)有限元仿真得到齒輪靜強度分析下，齒面接觸應力和齒根彎曲應力與赫茲公式計算結果相比，誤差不超過8.3%，驗證了該齒輪模型的可行性和仿真分析數(shù)據(jù)的可靠性。
(2)一對接觸齒輪面的齒面壓力變化趨勢基本與波動轉(zhuǎn)矩輸出函數(shù)一致，表明齒輪接觸面所受接觸壓力隨所受轉(zhuǎn)矩變化而變化，且轉(zhuǎn)矩波動越大，齒輪面接觸壓力波動也越大。
(3)一對齒輪嚙合是以單齒對接觸與兩齒對接觸交替的形式出現(xiàn)。當處于單齒對接觸時，應力波動大，同時應力值將達到zui大；在雙嚙合區(qū)，其所受載荷與接觸壓力較平穩(wěn)，其區(qū)域齒輪受到?jīng)_擊較小，且應力波動較小。
(4)在齒輪的齒面與齒根面提取zui大等效應力，3種波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應力變化趨勢一致；齒輪齒面與齒根面的zui大等效應力的幅值，會隨轉(zhuǎn)矩波動的增 大而變大，同時這也會導致在齒輪雙嚙合區(qū)的zui大等效應力波動變大。
